Анализ горно-геологических и климатических факторов, влияющих на напряженно-деформированное состояние газопроводов при их прокладке и эксплуатации | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 7 марта, печатный экземпляр отправим 11 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №51 (289) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 23.12.2019

Статья просмотрена: 7 раз

Библиографическое описание:

Рябчук В. А., Сердобинцев Ю. П. Анализ горно-геологических и климатических факторов, влияющих на напряженно-деформированное состояние газопроводов при их прокладке и эксплуатации // Молодой ученый. — 2019. — №51. — С. 258-260. — URL https://moluch.ru/archive/289/65569/ (дата обращения: 28.02.2020).



Магистральные трубопроводы являются объектами повышенной опасности. Автоматизированная система контроля герметичности газопроводов позволит предотвратить такие последствия аварий на всех участках трубопроводов, как большие экономические потери и загрязнение окружающей среды.

Ключевые слова: температурный перепад, газопровод, внутреннее давление, окружающая среда, напряженно-деформированное состояние.

Магистральные газопроводы прокладываются на разных участках земли, которые характеризуются широким рядом климатических, почвенных, гидрогеологических и других факторов, в разной степени влияющих на прочность и устойчивость трубопроводов. Данные воздействия во многих случаях имеют большое значение в общей проблеме обеспечения надежности трубопроводов. [1]

Обеспечение устойчивости, многолетней эксплуатационной пригодности газопроводов, надежности, несущей способности, а также экологической безопасности окружающей территории является важной проблемой в настоящее время, что определило актуальность работы.

Практика эксплуатации магистральных газопроводов показывает, что именно трубопроводы являются наиболее уязвимым звеном в системе транспортировки газа. Большая часть газопроводов независимо от схемы их прокладки во время эксплуатации подвергается внешнему воздействию, вследствие чего образуется деформация, которая может стать причиной нарушения целостности и эксплуатационной пригодности трубопроводов.

Целью данной работы является проведение анализа воздействия горно-геологических и природно-климатических факторов на устойчивость газопроводов при их надземной и подземной прокладке.

Для выполнения выше указанной цели была поставлена и решена следующая задача: на основе проведенного анализа литературных источников и данных по эксплуатации газопроводов определить основные причины, отрицательно влияющие на надежность эксплуатации и экологическую безопасность газопроводов.

Расчет трубопроводов на внутреннее давление является не единственным условием безопасного использования трубопроводов, поскольку в процессе эксплуатации магистральные газопроводы поддаются воздействию многих факторов.Во время эксплуатации магистрали, находящейся в сложных горно-геологических и климатических условиях, возникает опасность влияния на трубопроводы непроектных кинематических нагрузок. Такие нагрузки приводят к следующим неблагоприятным последствиям:

− отклонение фактического положения оси трубопровода от проектного;

− возникновение в трубопроводе дополнительных продольных напряжений;

− потеря устойчивости трубопроводов в определенных местах.

Аварии и даже локальные отказы на отдельных участках трубопроводов приводят к большим экономическим потерям и серьезным последствиям для окружающей среды. К основным причинам аварий относят брак строительно-монтажных работ и механические повреждения. В северных регионах вклад данных причин в общую интенсивность аварий на газопроводах, естественно, больше. Значительная часть аварий при этом происходит из-за неправильной установки (отклонений от проектных решений), а также из-за отклонений от норм при монтаже, из-за воздействия внутренних (изменение давления среды) и внешних факторов, а именно сейсмовоздействие, большой перепад температуры окружающей среды.

Такие участки подвергаются дополнительным воздействиям, которые при изменении нагрузки на трубопроводы и по мере накопления усталости в металле труб приводят к изменению напряженно-деформированного состояния (НДС) трубопроводов, и при критических значениях НДС в конечном итоге вызывают аварийные последствия.

Рассмотрим влияние внешних факторов на НДС трубопроводов более подробно.

Являясь линейным сооружением, трубопровод проходит по длине в различных мерзлотно-грунтовых условиях и по различным климатическим зонам. Для оттаивающих и замерзающих грунтов характерно наличие в них значительных сжимающих продольных нагрузок. Действуя на газопровод во время эксплуатации в теплое время года, данные нагрузки приводят к значительным поперечным перемещениям упругой оси газопровода, в частности, в местах искривления, и как результат, эти перемещения приводят к выходу газопровода из траншеи. В зимнее время газопроводы подвергаются большим продольным усилиям растяжения, и в обводненных участках часто происходит всплытие газопровода. Сезонные промерзания и оттаивания из-за неоднородности условий среды по диаметру и длине подземного трубопровода приводят к двум ситуациям, вследствие чего возникают деформации изгиба (см. рис. 1). [3]

Рис. 1. Схема возникновения напряжений изгиба трубопровода в период промерзания-оттаивания

Нагрузки, испытываемые газопроводом, по характеру воздействия и длительности следует делить на временные, постоянные и особые. К постоянным нагрузкам относятся давление грунта засыпки, собственная масса трубопровода, выталкивающая сила воды и силы, вызванные монтажом. К временным нагрузкам принято относить массу продукта, внутреннее давление среды, деформационные силы грунта и прочие воздействия климата. Внутреннее давление является главным силовым воздействием, определяющим НДС газопровода [2]. В большинстве случаев в трубах возникают кольцевые растягивающие напряжения под воздействием внутреннего давления. Продольные напряжения вносят следующий по значимости вклад в НДС, они возникают как при воздействии внутреннего давления продукта, так и при перепаде температур и других взаимодействий трубопровода с окружающей средой. В первую очередь при расчете газопроводов на прочность и устойчивость учитывается перепад температур, так как температура газопровода меняется во времени в широком диапазоне. Для газопроводов, проложенных в климатических условиях северного региона, важно иметь во внимании факторы взаимодействия трубы со средой, где она находится. Например, на подземный газопровод, который находится на обводненных участках, кроме массы засыпки действует и выталкивающая сила, увеличивающаяся с увеличением диаметра трубы. Вызванные температурными изменениями деформации при подземной укладке достигают больших значений. Такие деформации возникают в результате увеличения продольной силы в газопроводе, во время сезонных изменений характеристик грунтов как для подземной укладки, так и для обвалованного участка газопровода.

Учитывая вышеперечисленные факторы, влияющие на НДС газопроводов, при достижении предельных значений, приводящих к аварийному исходу, предлагается создание автоматизированной системы контроля прочностных и геометрических параметров трубопроводов. Применение системы датчиков для каждого участка магистрали с отслеживанием измерительных параметров, в частности расхода продукта, в режиме реального времени является важным условием эффективной и безопасной эксплуатации трубопроводных систем.

Литература:

  1. Гусейнов К. Б., Егоров С. И., Завьялов А. П., Лопатин А. С. Опыт применения программных комплексов на основе метода конечных элементов для оценки напряженно-деформированного состояния магистральных газопроводов, проложенных в особых климатических условиях // Проблемы сбора, подготовки, транспорта нефти и нефтепродуктов. 2014. № 1. С. 67–70.
  2. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06–85*. — Москва: Стандартинформ, 2013.– 97с.
  3. Эксплуатационные особенности газопроводов в условиях Крайнего Севера // Томский политехнический университет. URL: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/26609/1/TPU161152.pdf
Основные термины (генерируются автоматически): окружающая среда, внутреннее давление, газопровод, нагрузка, воздействие, перепад температур, время эксплуатации, подземная укладка, напряженно-деформированное состояние, трубопровод.


Похожие статьи

Деформации технологических трубопроводов и оборудования...

Определение напряженно-деформированного состояния... - внутреннее давление газа ; - вес трубопроводов , запорной арматуры и газа внутри

Основными источниками деформации трубопровода являются изменения температур транспортируемой и окружающей сред...

Применение сильфонных компенсаторов на трубопроводах при...

Основными источниками деформации трубопровода являются изменения температур транспортируемой и окружающей сред

Напряженно-деформированное состояние геологической среды... Таблица 1. Участки, не пригодные для строительства, следует отводить...

Оценка надежности трубопроводов, прокладываемых...

Внутреннее (рабочее) давление в трубе МПа. Температура замыкания трубопровода равна минус 5оС, а

В качестве случайных входных данных выбираются две величины, оказывающие наибольшее влияние на напряжённо-деформированное состояние трубопровода: высота...

Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...

Исследуя напряженно-деформированное состояние стенки трубы в сечении соединения

Павлова З. Х. Анализ напряженно-деформированного состояния стенки трубы в сечении

Поэтому обеспечение устойчивого проектного положения подземного магистрального...

Определение напряженно-деформированного состояния...

- оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводов на основе расчета методом конечных элементов, анализа данных геодезической съемки и результатов измерений механических напряжений в характерных точках

Расчет напряженно-деформированного состояния...

Расчет напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки по заданным перемещениям. Кабриц Сергей Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент; Еременко Владимир Романович, студент; Ма-ю-шан Владислав Витальевич, студент.

Статические расчеты подземных параллельных труб...

Исследовано влияние количества ниток на напряженно деформированное состояние механических систем (рис. 1). Давление на крайние и средние трубы многониточной укладки (n 3) практически не зависит от количества ниток и для плотно уложенных труб составляет...

Математическая модель расчета... | Молодой ученый

Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния ЛЧМГ при

В настоящее время для капитального ремонта трубопровода внедрена новая технология ремонта в

Учет этих факторов позволит более точно оценить напряженно-деформированное...

Экспериментальные исследования напряженно...

Экспериментальные исследования напряженно деформированного состояния керамических дренажных труб.

Абдумуминов Э., Виноградов С. В. Исследование напряженно- деформированного состояния подземных керамических труб мелиоративного назначения.

Моделирование устойчивости участка магистрального...

Предложена методика оценки влияния качества выполнения строительно-монтажных работ при закреплении анкеров на эксплуатационную надежность участка магистрального газопровода на слабонесущих грунтах. Ключевые слова: магистральный газопровод; анкерное устройство...

Похожие статьи

Деформации технологических трубопроводов и оборудования...

Определение напряженно-деформированного состояния... - внутреннее давление газа ; - вес трубопроводов , запорной арматуры и газа внутри

Основными источниками деформации трубопровода являются изменения температур транспортируемой и окружающей сред...

Применение сильфонных компенсаторов на трубопроводах при...

Основными источниками деформации трубопровода являются изменения температур транспортируемой и окружающей сред

Напряженно-деформированное состояние геологической среды... Таблица 1. Участки, не пригодные для строительства, следует отводить...

Оценка надежности трубопроводов, прокладываемых...

Внутреннее (рабочее) давление в трубе МПа. Температура замыкания трубопровода равна минус 5оС, а

В качестве случайных входных данных выбираются две величины, оказывающие наибольшее влияние на напряжённо-деформированное состояние трубопровода: высота...

Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...

Исследуя напряженно-деформированное состояние стенки трубы в сечении соединения

Павлова З. Х. Анализ напряженно-деформированного состояния стенки трубы в сечении

Поэтому обеспечение устойчивого проектного положения подземного магистрального...

Определение напряженно-деформированного состояния...

- оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводов на основе расчета методом конечных элементов, анализа данных геодезической съемки и результатов измерений механических напряжений в характерных точках

Расчет напряженно-деформированного состояния...

Расчет напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки по заданным перемещениям. Кабриц Сергей Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент; Еременко Владимир Романович, студент; Ма-ю-шан Владислав Витальевич, студент.

Статические расчеты подземных параллельных труб...

Исследовано влияние количества ниток на напряженно деформированное состояние механических систем (рис. 1). Давление на крайние и средние трубы многониточной укладки (n 3) практически не зависит от количества ниток и для плотно уложенных труб составляет...

Математическая модель расчета... | Молодой ученый

Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния ЛЧМГ при

В настоящее время для капитального ремонта трубопровода внедрена новая технология ремонта в

Учет этих факторов позволит более точно оценить напряженно-деформированное...

Экспериментальные исследования напряженно...

Экспериментальные исследования напряженно деформированного состояния керамических дренажных труб.

Абдумуминов Э., Виноградов С. В. Исследование напряженно- деформированного состояния подземных керамических труб мелиоративного назначения.

Моделирование устойчивости участка магистрального...

Предложена методика оценки влияния качества выполнения строительно-монтажных работ при закреплении анкеров на эксплуатационную надежность участка магистрального газопровода на слабонесущих грунтах. Ключевые слова: магистральный газопровод; анкерное устройство...

Задать вопрос