Игнатик Анатолий Александрович. Совершенствование методики оценки работоспособности магистральных нефтепроводов с комбинированными дефектами типа «вмятина с потерей металла»

brief description

Игнатик Анатолий Александрович. Совершенствование методики оценки работоспособности магистральных нефтепроводов с комбинированными дефектами типа «вмятина с потерей металла»: автореферат дис. ... кандидата Технических наук: 25.00.19 / Игнатик Анатолий Александрович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Ухтинский государственный технический университет»], 2020

ФГБОУ ВО «Ухтинский государственный технический университет»
Кафедра проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов
На правах рукописи

ИГНАТИК АНАТОЛИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ
НЕФТЕПРОВОДОВ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДЕФЕКТАМИ
ТИПА «ВМЯТИНА С ПОТЕРЕЙ МЕТАЛЛА»
Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Сальников Александр Викторович
Ухта - 2020
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК РАСЧЁТА НА ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ДЕФЕКТАМИ 14
1.1 Количественные показатели надёжности. Деформационные критерии
предельных состояний 14
1.2 Сведения из теории напряжённо-деформированного состояния стенки
трубы 17
1.3 Исходные данные для расчёта на прочность и долговечность магистрального
трубопровода с дефектами 19
1.4 Расчёт параметров напряжённо-деформированного состояния, предельного
давления, предельного срока эксплуатации трубопровода 23
1.5 Расчётная схема бездефектной трубы 28
1.6 Коэффициенты концентрации напряжений и деформаций в дефектных
зонах 31
1.7 Расчётная схема объёмного дефекта потери металла 32
1.8 Расчётная схема поверхностной трещины 38
1.9 Расчётная схема одиночной вмятины 42
1.10 Развитие дефектов во времени 47
1.10.1 Развитие дефектов по коррозионному механизму 47
1.10.2 Развитие дефектов по циклическому механизму 51
1.11 Расчёт трубопровода на прочность и долговечность с дефектом типа
«риска» 56
1.12 Сходства и отличия расчёта трубопровода на прочность и долговечность с
трещинами и стресс-коррозионными дефектами 58
1.13 Выводы по первой главе 59
2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАСЧЁТА НА ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ С ОДИНОЧНЫМИ
И КОМБИНИРОВАННЫМИ ДЕФЕКТАМИ 61
2.1 Сравнение методик расчёта магистрального трубопровода с коррозионными
дефектами потери металла 61
2.2 Расчёты на прочность и долговечность магистрального нефтепровода с
коррозионными дефектами потери металла 67
2.3 Расчёты на прочность магистрального нефтепровода с одиночными
вмятинами 73
2.4 Анализ отчётов по внутритрубной диагностике магистрального нефтепровода
для определения количества и типов комбинированных дефектов 76
2.5 Анализ известных критериев взаимодействия дефектов 80
2.6 Анализ известных правил расчёта на прочность и долговечность магистральных
нефтепроводов с комбинированными дефектами типа «дефект геометрии с потерей металла» 83
2.7 Разработка и применение алгоритмов для расчётов на прочность и
долговечность магистрального нефтепровода с комбинированными дефектами типа «дефект геометрии с потерей металла» 84
2.8 Разработка и применение алгоритмов для расчётов на прочность и
долговечность магистрального нефтепровода с комбинированными дефектами типа «дефект геометрии с риской» 92
2.9 Разработка и применение алгоритмов для расчётов на прочность и долговечность магистрального нефтепровода с комбинированными дефектами
типа «дефект геометрии с трещиной» 98
2.10 Выводы по второй главе 102
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ДЕФЕКТНЫХ ЗОНАХ ТРУБЫ 104
3.1 Конструкция лабораторного стенда для исследования напряжённо-
деформированного состояния стенки образца трубы 104
3.2 Методика проведения экспериментов 110 
3.3 Исследование напряжённо-деформированного состояния образца трубы в
дефектных зонах потери металла. Эксперимент № 1 113
3.4 Исследование напряжённо-деформированного состояния образца трубы в
области одиночной вмятины и вмятины, взаимодействующей с дефектом потери металла 123
3.4.1 Исследование напряжённо-деформированного состояния образца трубы в
области одиночной вмятины. Эксперимент № 2 123
3.4.2 Исследование напряжённо-деформированного состояния образца трубы в
области вмятины, взаимодействующей с дефектом потери металла. Эксперимент № 3 134
3.5 Выводы по третьей главе 139
4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СЕКЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА С КОМБИНИРОВАННЫМ ДЕФЕКТОМ ТИПА «ВМЯТИНА С ПОТЕРЕЙ МЕТАЛЛА» 143
4.1 Обоснование проведения дополнительного дефектоскопического контроля 144
4.2 Методика проведения дополнительного дефектоскопического контроля секции магистрального нефтепровода с комбинированным дефектом типа «вмятина с
потерей металла» 146
4.3 Выводы по четвёртой главе 163
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 164
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 166
ПРИЛОЖЕНИЕ

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для обоснованного планирования ремонтных работ на линейной части магистральных нефтепроводов необходимо выполнять расчёты количественных показателей надёжности элементов нефтепровода, а именно: разрушающего давления и предельного давления, предельного срока эксплуатации трубной секции, вероятности отказа участка нефтепровода. Количественные показатели надёжности в дефектных зонах отличаются от этих же показателей в бездефектных зонах. Существуют дефекты разного типа, разного происхождения. Геометрические параметры некоторых дефектов развиваются по коррозионному или циклическому механизму, что приводит к изменению количественных показателей надёжности с течением времени эксплуатации нефтепровода. Поэтому необходимо иметь алгоритмы расчёта количественных показателей надёжности для труб с разными типами дефектов в текущий и будущие моменты времени.
В диссертационной работе проанализированы методики расчёта на прочность и долговечность магистральных трубопроводов с одиночными и комбинированными дефектами. В этих методиках вводятся два расчётных деформационных критерия предельных состояний, описываются расчётные схемы для определения компонентов напряжённо-деформированного состояния в зонах дефектов разных типов.
Разработаны алгоритмы расчёта предельного давления и предельного срока эксплуатации секции магистрального нефтепровода с комбинированным дефектом типа «дефект геометрии с потерей металла». Приведены преимущества разработанных алгоритмов расчёта перед известными алгоритмами.
В ходе подготовки диссертации выполнены экспериментальные исследования на лабораторном стенде с целью изучения напряжённо¬деформированного состояния образцов трубы в дефектных зонах. Исследовано напряжённо-деформированное состояние в зонах дефектов следующих типов: 1) одиночная потеря металла; 2) одиночная вмятина; 3) комбинированный дефект типа «вмятина с потерей металла». В процессе экспериментов измерялись кольцевые и продольные деформации в дефектных зонах. Результаты опытов представлены в графической форме. Приведена методика проведения экспериментальных работ и обработки экспериментальных результатов. Сделаны выводы по итогам исследований. Найден критерий взаимодействия дефектов вмятина и потеря металла, позволяющий выявлять комбинированный дефект типа «вмятина с потерей металла» при выполнении диагностики магистрального нефтепровода.
Лабораторный стенд можно использовать для исследования образцов трубы с другими типами дефектов (например, с рисками, трещинами). Стенд позволяет исследовать напряжённо-деформированное состояние образцов трубы, находящихся под воздействием внутреннего давления и изгибающей нагрузки. В проведённых экспериментах на образцы трубы оказывалось воздействие только внутренним давлением.
В настоящее время исследователи в области напряжённо-деформированного состояния труб, находящихся под нагрузкой, используют в своих работах компьютерное моделирование при помощи программ, где применяется метод конечных элементов. Компьютерное моделирование имеет некоторые преимущества по сравнению с физическим моделированием. Например, компьютерное моделирование позволяет рассматривать большее количество различных комбинаций исходных данных, большее число опытов при одних и тех же затратах труда и времени. Также недостатком проведённых экспериментов было то, что деформации измерялись на наружной поверхности образцов трубы, а прочность труб обусловливают усреднённые по толщине стенки деформации.
Предлагается методика оценки работоспособности секции магистрального нефтепровода с комбинированным дефектом типа «вмятина с потерей металла», служащая для применения в процессе наружной диагностики дефектного участка нефтепровода. Благодаря использованию методики определяется величина предельного давления дефектной секции, осуществляется оценка текущей прочности магистрального нефтепровода, делается вывод о том, требуется или не требуется ремонт дефектной секции, а также назначается срок ремонтных работ.