Библиографическое описание:

Авлиякулов Н. Н., Бакоев Б. Б., Хасанов Ж. О. Деформации технологических трубопроводов и оборудования нефтегазовых сооружений в процессе эксплуатации и методы их уменьшения // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 168-170.



Основная причина колебаний трубопроводов и самих машин нефтегазовых сооружений является аэродинамические и акустические силы действующих пульсаций давления и температуры газа. В связи с этим борьба с вибрациями нагнетательных машин и присоединенных трубопроводов осуществляется способами, не отличающимися от обычно применяемых в других машинах и сооружениях, а именно устройство упругих упор, упругих прокладок, упругих подвесок, а также увеличение массы фундамента с целью изменения частоты собственных колебаний агрегата. Однако устройством сложных статических и динамических амортизаторов и массивных фундаментов можно только частично устранить вибрации трубопроводов и нагнетательных установок. Трубопроводы коренным образом отличаются от любых обычных конструкций, подверженных вибрации. Они имеют специфический источник вибраций в виде пульсирующего потока газа или жидкости в трубах. Кроме того, при устройстве эластичных опор вибрации трубопроводов могут даже увеличиться. Это связано со сложностью определения места расположения упругих опор и способом крепления трубопровода к опорам.

Следует иметь в виду, что если применение того или другого способа крепления может значительно уменьшить или даже погасить колебания самих трубопроводов, то величина пульсации газа в трубах после этих мероприятий остается неизменной. Пульсирующий поток по-прежнему будет вызывать потерю мощности агрегатов вследствие высоких мгновенных давлений и температур, оказывать разрушительное действие на цилиндры компрессоров и измерительную аппаратуру, создавать погрешности в измерениях.

Основным источником вибраций трубопроводов нагнетательных установок в большинстве случаев является пульсирующий поток газа. При одновременной асинхронной работе нескольких машин часто возникают мгновенные высокие давления на выходе цилиндров. Высокие давления наблюдаются при крутых углах поворота трубопроводов с пульсирующим потоком.

Пульсация давления газа снижает пропускную способность трубопровода, что уменьшает производительность установок. Пульсация газа в нагнетательном трубопроводе может привести к увеличению расхода мощности агрегата, поскольку образуются стоячие волны, увеличивается среднее давление в момент выброса очередной порции газа из цилиндра компрессора. Возникающая неравномерная работа клапанов приводит к ускоренному их износу.

Стоячие волны создаются при отражении периодических импульсов газа от переходов, отводов, тройников, колен и т. п. Эти импульсы особенно опасны в условиях акустического резонанса, когда число импульсов от компрессора в секунду находится в таком соотношении с длиной участка трубопровода между компрессором и плоскостью отражения, что на нем укладывается целое число четвертей длины волны давления.

Пульсации давления газа в трубопроводе приводят к преждевременному износу контрольно-измерительной аппаратуры и нарушению точности ее показаний. Погрешность показаний расходомеров, как и манометров, нередко достигает значительных величин.

Пульсации газа оказывают прямое влияние на прочность компрессора, присоединенных к ним конструкций и оборудования: газоочистителей, теплообменников, змеевиков холодильников, строительных конструкций. Пульсации газа в ряде случаев приводят к возникновению недопустимых вибрации надземных трубопроводов.

Вибрации трубопроводов достигают значительных величин, являются серьезной помехой в работе компрессорных станций и служат причиной разрушения коммуникации. Частота вибрации трубопроводов зависит от величины давления газа и частоты пульсирующего потока, типа опор и расстояния между ними, жесткости трубопровода, его веса и пр.

Для ослабления вибраций существенное значение имеет исключение резонансных режимов, т. е. отстройки собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы. Определение собственных частот отдельных конструктивных элементов производится либо расчетным путем, либо экспериментально. В первом случае расчет производится по известному значению массы и упругости системы.

Под воздействием вибраций трубопроводы, машины и оборудования подвергаются деформациям. Деформация материала детали происходит в результате приложения нагрузки и выражается изменением формы и размеров детали. Эти изменения могут быть временными (упругие деформации, исчезающие после снятия нагрузки) или остаточными (пластические деформации, остающиеся после снятия нагрузки). Повреждения деталей происходят в результате пластической деформации и выражаются в виде изгибов, вмятин и скручиваний.

При изгибах и вмятинах нарушается геометрическая форма деталей в результате приложения в основном динамических нагрузок. Скручивание деталей вызывается приложением крутящего момента, превосходящего расчетный.

Излом материала детали также происходит в результате приложения нагрузки и выражается в разрушении детали. В зависимости от характера нагружения излом бывает статический, динамический и усталостный. Статический излом является результатом воздействия значительных местных нагрузок. Чаще всего он наблюдается в наиболее нагруженных местах в деталях корпусов в виде трещин. Динамический излом является следствием сильных поверхностных ударов.

В зависимости от скорости нагружения и исходного строения материала деталей бывают хрупкий и вязкий изломы. Хрупкий изломхарактеризуется полным отсутствием или весьма незначительной величиной пластических деформаций. При хрупком изломе в зоне разрушения кристаллическое строение материала хорошо наблюдается невооруженным глазом, особенно в месте расположения концентратора напряжений. Вязкий излом обусловлен наличием макропластической деформации. Разрушение материала детали при вязком изломе результат резкого возрастания приложенной статической нагрузки. Вязкий излом появляется в результате превышения предела текучести материала детали. На поверхности вязкого излома наблюдаются следы пластической деформации.

Однако наиболее часто причиной выхода детали из строя является усталостный излом, в основе которого лежит явление усталости, т. е. разрушение материала под влиянием циклических напряжений, действующих в течение определенного времени. Свойство материала детали, характеризующее ее способность сопротивляться усталостному разрушению, называют выносливостью.

Установлено, что усталостные изломы возникают при напряжениях ниже предела текучести. Процесс начинается с зарождения усталостной трещины, появлению которой способствует наличие концентратора напряжений или какого-либо микродефекта в опасном сечении детали. Возникнув, усталостная трещина под действием циклической нагрузки распространяется в глубь детали, что приводит в конечном итоге к ее разрушению.

Важным условием сохранения прочности и надежной работы трубопроводов, машин и оборудований является полная компенсация деформаций от воздействия давления и температуры газа.

Проблема обеспечения устойчивости газопроводов связана с компенсацией линейных расширений трубопроводов и снижающих напряженно-деформированное состояние до безопасного уровня.

В свою очередь перемещение трубы складывается из ее движения как целого и деформации ее осевой линии. Для того чтобы существенно уменьшить этот вид деформации, в трубопроводах предусматриваются специальные элементы — сильфоны.

Сильфон — многослойная гофрированная оболочка является основным элементом сильфонного компенсатора способная воспринимать деформации растяжения-сжатия, сдвига и углового поворота (изгиба).

Для снижения аэродинамического сопротивления сильфонного компенсатора и уменьшения влияния скоростного напора потока рабочей среды и исключения механических повреждений гофров сильфона в конструкции сильфонного компенсатора предусмотрены внутренние направляющие патрубки.

Сильфонные компенсаторы состоят из одного или нескольких гибких элементов и набора деталей, предназначенных для крепления гибких элементов, восприятия тех или иных нагрузок, присоединенных к трубопроводу.

В зависимости от характера перемещений, которые необходимо компенсировать, применяются следующие типы компенсаторов:

– осевые компенсаторы;

– сдвиговые компенсаторы;

– поворотные компенсаторы.

Схемы работы компенсаторов приведены на рис.1

Схема работы сильфонного компенсатора

а б в

Рис. 1. Схема работы компенсатора: осевого — а, сдвигового — б, поворотного — в.

В зависимости от приложенных нагрузок могут использоваться также компенсаторы, выполняющие одновременно несколько функций: сдвигово-осевые, поворотно-осевые, сдвигово-поворотные, универсальные.

Сильфонные компенсаторы являются эффективными при применения для:

 компенсации температурного расширения трубопроводов;

 предотвращения разрушения труб при деформации трубопроводов;

 выравнивания несоосности в трубопроводных системах;

 присоединения напорных и всасывающих трубопроводов к агрегатам (насосам, турбинам, компрессорам, двигателям и т. д.);

 снижения вибрационных нагрузок и герметизации трубопроводов.

Литература:

  1. Авлиякулов Н. Н., Сафаров И. И. Современные задачи статики и динамики подземных трубопроводов. — Т.: Фан ва технология, 2007. -306с.
  2. Агапкин В. М., Борисов С. Н., Кривошеин Б. Л. Справочное руководство по расчетам трубопроводов. — М.: Недра, 1987. -191с.
Основные термины (генерируются автоматически): вибрации трубопроводов, материала детали, давления газа, вибраций трубопроводов нагнетательных, опор вибрации трубопроводов, присоединенных трубопроводов, результате приложения нагрузки, причина колебаний трубопроводов, Деформации технологических трубопроводов, вибрации надземных трубопроводов, температуры газа, Частота вибрации трубопроводов, Пульсации газа, углах поворота трубопроводов, Пульсация давления газа, Пульсации давления газа, пластической деформации, Вязкий излом, пульсирующего потока газа, Вибрации трубопроводов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос