Введение к работе
Актуальность работы. Технологические трубопроводы, относящиеся к опасным производственным объектам, как правило, проектируют без резервных линий, и выход их из строя влечет за собой остановку насосных агрегатов, установок и даже целых промышленных комплексов. При проектировании трубопроводов стремятся обеспечить их надежность при минимальных затратах. Эта задача решается не только применением новых, усовершенствованных трубопроводных элементов и деталей, но, в большей степени, выбором правильных проектных решений. При этом основным критерием является значение назначаемого ресурса безопасной эксплуатации трубопровода, определяемого согласно РД 38.13.004-86 «Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс/см2)» и СА-03-003-07 «Расчеты на прочность и вибрацию стальных технологических трубопроводов» с учетом технологических параметров эксплуатации, диаметра и марки материала.
Вопросами обеспечения прочности и безопасной эксплуатации трубопроводных систем за счет совершенствования метода прочностного расчета и назначения обоснованного ресурса занимались: А.Б. Айнбиндер, А.Г. Гумеров, Р.С. Зайнуллин, А.Б. Камерштейн, Д.Л. Костовецкий, И.Р. Кузеев, Н.А. Махутов, В.Н. Пермяков, А.С. Тимонин, А.Е. Фолианц, К.В. Фролов и др., а также сотрудники научно-исследовательских организаций: ВНИКТИнефтехимоборудование, ВНИИнефтемаш, НИИХИМмаш, ВНИПИнефть, ВНИИСТ и др.
Однако, как показывает опыт эксплуатации, величина назначаемого ресурса безопасной эксплуатации трубопроводов при проектировании в некоторых случаях завышено и разрушение их элементов происходит при толщине стенки, превышающей отбраковочную. Это может быть связано с тем, что в процессе проектирования не учитывается сложность пространственной геометрии, характерной для технологических трубопроводов, приводящей к возникновению неоднородного напряженно-деформированного состояния их отдельных узлов и деталей. Поэтому работа, направленная на создание методики назначения ресурса безопасной эксплуатации технологических трубопроводов с учетом их геометрических особенностей, является актуальной.
Цель работы - создание методики назначения ресурса безопасной эксплуатации технологических трубопроводов на этапе проектирования с учетом показателя сложности их пространственной геометрии.
Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Анализ нормативно-технической документации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов, назначению отбраковочной толщины стенки и ресурса при проектировании.
-
Получение аналитической зависимости для определения показателя сложности пространственной геометрии технологических трубопроводов, обоснование входящих в нее коэффициентов с использованием метода экспертных оценок.
-
Анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) разработанных схем трубопроводных систем для определения отбраковочной толщины стенки их отдельных узлов и деталей.
-
Разработка рекомендаций по назначению отбраковочной толщины стенки отдельных узлов и деталей технологических трубопроводов с учетом показателя сложности геометрии.
-
Разработка методики прогнозирования последовательности выхода из строя участков трубопровода на основе анализа изменения НДС при уменьшении толщины стенки в процессе эксплуатации.
-
Разработка алгоритма назначения ресурса безопасной эксплуатации технологических трубопроводов на этапе проектирования с учетом показателя сложности их пространственной геометрии.
Научная новизна
Введено понятие показателя сложности пространственной геометрии технологических трубопроводных систем, учитывающего количество составляющих ее конструктивных элементов, таких, как прямые горизонтальные и вертикальные участки, отводы, арматура, опоры, а также степень их влияния на общую картину напряженно-деформированного состояния, и получена аналитическая зависимость для определения его численного значения.
Показано, что графические зависимости отбраковочной толщины стенки наиболее нагруженных элементов трубопроводных систем от показателя сложно-
ста их пространственной геометрии имеют кусочно-линейный характер.
Установлено, что существует пороговое значение показателя сложности пространственной геометрии трубопроводных систем, при превышении которого необходимо учитывать их пространственную геометрию при назначении ресурса безопасной эксплуатации на этапе проектирования.
Практическая ценность. Разработанные методики назначения ресурса безопасной эксплуатации технологических трубопроводов на этапе проектирования с учетом показателя сложности их пространственной геометрии и прогнозирования последовательности выхода из строя участков трубопровода на основе анализа изменения напряженно-деформированного состояния при уменьшении толщины стенки в процессе эксплуатации внедрены и используются в ООО «НЕФТЕХИМИНЖЕНЕРИНГ».
Рекомендации по назначению отбраковочной толщины стенки отдельных узлов и деталей технологических трубопроводов при проектировании с учетом показателя сложности пространственной геометрии внедрены и используются в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Принципы и методы конструирования и проектирования оборудования» при подготовке магистров по направлению 150400 - Технологические машины и оборудование на кафедре ТМО УГНТУ.
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2007» (Уфа, 2007), секции отделения физико-математических и технических наук АН РБ (Уфа, 2007), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2008), 58-60-ых научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2007-2009), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2009); Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2009» (Уфа, 2009).
Публикации. Содержание работы опубликовано в 8 научных трудах, из которых 2 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав и основных выводов. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 24 таблицы, список использованных источников из 111 наименований, одного приложения.
