WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Оценка степени воздействия взрывной волны на трубопроводные системы

На правах рукописи

РЕШЕТНИКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

Оценка степени воздействия взрывной волны

на трубопроводные системы

Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная

Безопасность» (нефтегазовая отрасль)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

У Ф А – 2009

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Буренин Владимир Алексеевич; кандидат технических наук, Ковалев Евгений Михайлович.
Ведущая организация ГУП БашНИИНефтемаш.

Защита состоится 9 октября 2009 года в 14.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 9 сентября 2009 года.

Ученый секретарь совета Лягов А.В.

Актуальность проблемы. Технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью установок предприятий нефтегазовой отрасли, и их общая протяженность достигает сотен километров. Поскольку при сложных аварийных ситуациях, результатом которых являются взрывы, пожары, необратимые деформации оборудования, в критических зонах оказываются трубопроводы, содержащие пожаро- и взрывоопасные вещества, их разгерметизация приводит к дополнительным проявлением негативных факторов.

Анализ аварий на предприятиях нефтегазовой отрасли показывает, что при взрывах и пожарах пролива, которые приводят к падению вертикальных аппаратов, до 90% связанных трубопроводов выходят из строя и не подлежат восстановлению. Кроме трубопроводов, входящих в обвязку аппарата, при распространении аварии выходят из строя межустановочные и межцеховые трубопроводы. Причем велика вероятность разгерметизации этих трубопроводов и пролива углеводородов в окружающую среду.

В последнее время выполняются работы по моделированию аварийных ситуаций с применением численных методов под руководством профессора Кузеева И.Р. (к таким работам можно отнести работы Ягафарова Р.Р., Ильина К.В., Рашитова Р.Р.), которые показали эффективность такого подхода для анализа ситуации при расследовании причин аварии и возникновения критических нагрузок. Такие модели могут повысить качество проектных работ, поскольку конструктивные решения могут быть проверены на устойчивость от внешних воздействий. Однако отсутствуют работы по моделированию поведения технологических трубопроводов, имеющих сложную конфигурацию, при воздействии критических нагрузок при реализации внештатных ситуаций на технологических установках.

Поэтому работы, направленные на решение этой проблемы, актуальны и своевременны.

Цель исследования

Оценка критических параметров воздействия взрыва, приводящих к разрушению трубопровода путем проведения моделирования поведения технологических трубопроводов при воздействии взрыва.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

  1. Моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) технологических трубопроводов численными методами при воздействии взрывной волны на работающий трубопровод и оценка предельного состояния системы.
  2. Верификация данных, полученных в ходе натурного опыта и в среде ПК Abaqus, с целью проверки достоверности численных результатов при решении задачи о величине критической деформации, приводящей к необратимым пластическим деформациям.
  3. Оценка потенциальной опасности технологических трубопроводов различной ориентации в пространстве и опор в зависимости от воздействия поражающих факторов.

4. Классификация трубопроводных систем по уровню напряженно-деформированного состояния в опасных сечениях.

Научная новизна

1 Численным моделированием поведения работающих трубопроводов в поле ударной волны показано влияние направления удара на характер деформирования и произведена классификация трубопроводных систем, в основе которой лежит категорирование систем по уровню НДС состояния в опасных сечениях.

В результате моделирования выявлено, что распределение напряжений в горизонтальных и вертикальных технологических трубопроводах в результате воздействия взрывной волны носит полиэкстремальный характер, при этом в зависимости от конкретной конфигурации трубопровода можно идентифицировать наиболее вероятные зоны разрушения

2 В результате проведенного численного моделирования было установлено, что наиболее опасным с точки зрения разрушения трубопровода на опоре является движение ударной волны горизонтально относительно поверхности земли. Разрушение происходит при достижении давления на фронте ударной волны 40 кПа, что соответствует результатам натурного эксперимента, полученных Котляревским В.А.1 Экспериментально показано, что деформации трубопровода при ударном воздействии на физическую модель и численную модель в среде ПК Abaqus различаются не более чем на 10%.

Практическая значимость работы

Модели оценки напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов предприятий нефтегазовой отрасли при возникновении аварийных ситуаций используются в инжиниринговой компании ООО «ТЕСИС» при разработке новых систем проектирования и инженерного анализа.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:

- на VI Конгрессе нефтегазопромышленников России, Уфа, 2005 г.;

- на IX Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России», Уфа, 2005 г.;

- на семинаре «Остаточный ресурс нефтегазового оборудования», Уфа, УГНТУ, 2006 г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано девять работ, из которых две работы включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из 4 глав, выводов, списка литературы (94 наименования), содержит 143 страницы текста, 31 таблицу, 72 рисунка и 2 приложения.

Основное содержание работы2

Во введении раскрыта актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, а также отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая ценность.

1 Котляревский В.А., Шаталов А.А., Ханухов Х.М. Безопасность резервуаров и трубопроводов.- М.: Экономика и информатика, 2000.- 276с.

2 Научным консультантом при выполнении работы являлась к.т.н. Тляшева Р.Р.

В первой главе проведен обзор литературы по исследованию различных трубопроводных систем, в том числе технологических установок предприятий нефтегазовой отрасли.

Показано, что основной объем исследований посвящается магистральным трубопроводам, нефтепромысловым трубопроводам для сбора и подготовки нефти, трубопроводной обвязке атомных электростанций. Изучению нефтезаводских трубопроводных коммуникаций уделяется мало внимания.

Поведению сложных систем при возникновении нештатных ситуаций посвящены работы А.А. Абросимова, М.В. Бесчастнова, П.Г. Белова, Б.Е. Гельдфана, А.С. Едигарова, М.И. Каца, А.М. Козлитина, В.А. Котляревского, И.Р. Кузеева, С.П.Сущева, В.И.Ларионова, М.В. Лисанова, В. Маршала, Н.А. Махутова, Г.Е. Одишарии, Б.Е.Прусенко, В.С. Сафонова, А.Г.Гумерова, Р.Х. Идрисова, А.Г.Чирковой, М.Х. Хусниярова, Р.Р.Тляшевой, Е.М.Ковалева и др.

Как показывает анализ развития аварий на технологических установках, наибольшие повреждения наносятся трубопроводным системам. Поэтому указывается на необходимость на стадии проектирования технологических установок производить расчет живучести трубопроводов под действием взрывных волн, открытого огня. Разрушение трубопроводов приводит к реализации принципа домино и непредсказуемому развитию аварии.

Вторая глава посвящена верификации вычислительного эксперимента в среде ПК Abaqus с результатами натурного эксперимента.

Практическое использование результатов моделирования процессов деформирования и разрушения связано с необходимостью верификации полученных зависимостей.

Для того чтобы проверить достоверность численных результатов, получаемых с использованием ПК Abaqus, при решении задачи о величине критической деформации, которая приводит к необратимым пластическим деформациям, был проведен натурный эксперимент.

Для проведения эксперимента была создана экспериментальная установка, которая моделирует участок трубопровода. На рисунке 1 показан общий вид экспериментальной установки, а на рисунке 2 ее принципиальная схема. Трубопровод изготовлен из медной трубы (медь марки М1) с диаметром 8 мм и толщиной стенки 2мм (1). Трубопровод прикрепляется к массивному основанию из фасонного уголка В-110х110х7, изготовленного из стали 20 (3). Ударный маятник (6) также закреплен на массивном основании и имеет возможность совершать колебательные движения в плоскости, перпендикулярной оси трубы. Труба жестко защемлена в отверстиях массивного основания (4,5). Промежуточная опора (2) приварена к основанию, чтобы исключить её перемещение. Труба свободно лежит на опоре и имеет возможность перемещаться беспрепятственно вдоль оси трубы.

Рисунок 1 – Экспериментальная установка

1 – труба; 2 – опора; 3 – уголок;

4,5 – отверстия в уголке под трубу; 6 – маятник

Рисунок 2 - Принципиальная схема экспериментальной установки

Для моделирования экспериментальной установки в программном комплексе ABAQUS была построена трехмерная твердотельная модель с учетом толщины стенки и закрепления трубы на опоре.

На рисунке 3 представлена модель экспериментальной установки.

Рисунок 3 – Твердотельная модель экспериментальной установки

Остаточные деформации в трубе: расчётное значение, полученное в ABAQUS: 4,2 мм, значение, полученное в ходе натурного эксперимента: 4,7 мм. Расхождения между численным и натурным экспериментом составили 10 %.

Верификация показала хорошее совпадение с экспериментом, следовательно, данные, полученные в ПК ABAQUS, можно считать адекватными.

Третья глава посвящается сравнительному анализу результатов расчета напряженного состояния в трубопроводных системах с помощью различных программных комплексов. Одна и та же трубопроводная система рассчитывалась в программном комплексе «Старт», который основан на стандартных методах расчета, и в программном комплексе ABAQUS.

Также в главе была проведена классификация трубопроводных систем, в основе которой лежит категорирование систем по уровню напряженно-деформированного состояния в опасных сечениях.

Первоначальный расчет трубопроводов был проведен в программном комплексе СТАРТ с использованием методики, приведенной в РТМ 38.001-94. В расчете учитывались пространственная конфигурация трубопровода, диаметр и толщина стенки, вес среды и изоляции, условия закрепления на опорах.

Для моделирования напряженно-деформированного состояния в программном комплексе ABAQUS были построены трехмерные твердотельные модели трубопроводов с учетом толщины стенки и закрепления. Конфигурация опор выполнена таким образом, что трубопровод имеет ограниченную степень свободы в поперечных направлениях, равную половине диаметра.

На рисунке 4 представлена одна из твердотельных моделей исследуемых трубопроводов.

 Твердотельная модель трубопровода установки вакуумной перегонки-3

Рисунок 4 – Твердотельная модель трубопровода

установки вакуумной перегонки мазута

Для удобства сравнения результатов расчетов, полученных стандартными методами в программном комплексе СТАРТ, и результатов, полученных с использованием метода конечных элементов, в постпроцессорном модуле программного комплекса ABAQUS, значения напряжений в характерных узловых точках были представлены в виде графиков на рисунках 5-8.

 Распределения напряжений по узловым точкам для трубопровода № 1 -4

Рисунок 5 –Распределения напряжений по узловым точкам

для трубопровода № 1

 Распределения напряжений по узловым точкам для трубопровода №2 -5

Рисунок 6 – Распределения напряжений по узловым точкам

для трубопровода №2

 Распределения напряжений по узловым точкам для трубопровода №-6

Рисунок 7 – Распределения напряжений по узловым точкам

для трубопровода № 3

 Распределения напряжений по узловым точкам для трубопровода № 4-7

Рисунок 8 – Распределения напряжений по узловым точкам

для трубопровода № 4

При анализе картины напряженно-деформированного состояния трубопроводов обнаруживается, что результаты, полученные в программном комплексе ABAQUS, ниже, чем результаты, полученные в программном комплексе СТАРТ, при идентичности общей картины распределения напряжений.

Количественно расхождения результатов объясняются тем, что программные комплексы используют различные подходы к определению напряжений в трубопроводах. Модель расчета, используемая в программном комплексе СТАРТ, рассматривает трубопровод поэлементно. Основанием для выбора узловых точек, в которых фиксируются значения напряженно-деформированного состояния, служат элементы конструкции: опоры, запорная арматура, переходы, тройники. Недостатком такого подхода является то, что не представляется возможным оценить напряженно-деформированное состояние в пролетах между опорами. Закрепление на опорах также не отражает реальной картины поведения трубопровода при взаимодействии с ними. Для моделирования реального состояния трубопровода используются обобщенные коэффициенты, дающие некоторую погрешность в расчетах.

В связи с этим метод конечных элементов имеет ряд преимуществ. При расчетах было выявлено, что максимальное значение напряжения на фоне общей картины напряженно-деформированного состояния может возникнуть не только в местах закрепления, арматуре или отводах, но и в пролетах между опорами. Важно также отметить, что расчет методом конечных элементов был проведен не для статической модели, а для динамической, что позволяет проследить картину изменения напряжений во времени.

На начальной стадии нагружения возникают максимальные напряжения, которые в дальнейшем уменьшаются за счет возможности перемещения трубопровода на опорах. В дальнейшем, при прекращении перемещений, возникают зоны локальных концентраций напряжений. На рисунке 9 представлены наиболее нагруженные участки трубопроводов, которые не фиксировались программным комплексом СТАРТ.

 Участки с повышенными значениями напряжений На рисунках 10-12-8

Рисунок 9 – Участки с повышенными значениями напряжений

На рисунках 10-12 представлены эпюры распределения эквивалентных напряжений по длине рассмотренных участков.

 Эпюра напряжений на участке 1 Эпюра напряжений-9

Рисунок 10 - Эпюра напряжений на участке 1

 Эпюра напряжений на участке 2 Эпюра напряжений-10

Рисунок 11 - Эпюра напряжений на участке 2

 Эпюра напряжений на участке 3 Таким образом, выявлены две-11

Рисунок 12 - Эпюра напряжений на участке 3

Таким образом, выявлены две особенности при сравнительном анализе методов расчета:

- стандартный метод расчета в узловых точках дает завышенные значения эквивалентных напряжений по сравнению с расчетом по методу конечных элементов;

- в пролетах трубопроводных конструкций по стандартному методу рассчитываются номинальные напряжения по безмоментной теории тонких оболочек, при этом не учитывается влияние сложной пространственной конфигурации трубопровода, которая приводит к возникновению экстремальных распределений напряжений, превышающих номинальные.

Наибольший интерес представляет вопрос о воздействии поражающих факторов взрывной волны на трубопроводные системы. К поражающим факторам взрыва можно отнести тепловой удар, детонационное и дефлаграционное воздействие. На практике было установлено, что детонационное воздействие не оказывает значительного влияния на трубопроводные системы. Время воздействия детонационного эффекта ничтожно мало, оно сопровождается значительными колебаниями давления на фронте взрывной волны и поэтому рассматривается как акустический эффект.

Время действия эффекта дефлаграции велико по сравнению с детонацией, поэтому на практике моделирование дефлаграционного воздействия близко к статическому. Основным из поражающих факторов при дефлаграции является повышение давления на фронте ударной волны в сотни раз выше атмосферного. Модель такого воздействия может быть рассмотрена как воздействие ветровой нагрузки на поверхность в течение промежутка времени. Давление на фронте волны изменяется в зависимости от времени, эта зависимость представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 Изменение давления на фронте ударной волны при дефлаграции

Как видно из графика, представленного на рисунке 13, наибольшую опасность представляет фаза повышения давления до значения р+мах за время t+мах, в этот период трубопровод испытывает наибольшие нагрузки.

В качестве исследуемой модели был выбран участок трубы диаметром 219 миллиметров с толщиной стенки 8 миллиметров и длиной 15 метров, консольно закрепленный с торца за фланцевое соединение. Трубопровод располагается на двух опорах, расстояние между которыми составляет 6 метров. Материал трубопровода и конструкций сталь 20. Твердотельная модель исследуемого трубопровода представлена на рисунке 14. Выполненные расчеты позволяют оценить зависимость напряженно-деформированного состояния трубопровода в зависимости от величины избыточного давления на фронте ударной волны. Оценка результатов производилась по величине эквивалентных напряжений, возникающих в узловых точках. На рисунках 15,16 представлены результаты расчетов. На рисунке 17 приведен график зависимости напряжения в опасных точках от давления на фронте ударной волны.

 Твердотельная модель исследуемого трубопровода Рисунок 15–-13

Рисунок 14 Твердотельная модель исследуемого трубопровода

 Рисунок 15– Эпюры напряжений трубопровода при действии избыточного давления-14

Рисунок 15– Эпюры напряжений трубопровода при действии избыточного давления на фронте ударной волны при значениях от 10 до 50кПа

 Эпюры напряжений при значениях избыточного давления на фронте-15

Рисунок 16 – Эпюры напряжений при значениях избыточного давления на фронте ударной волны от 110 до 150кПа.

 Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте-16

Рисунок 17 – Зависимость напряжения в опасных точках

от давления на фронте ударной волны

Из рисунков 15-17 видно, что распределение напряжений носит полиэкстремальный характер.

Для подтверждения результатов, полученных при исследовании горизонтальных трубопроводов, было проведено моделирование воздействия взрывной волны на вертикальный трубопровод.

Моделирование производилось аналогично моделированию при расчете нагрузок, возникающих в условиях эксплуатации, кроме того, были приложены давления на фронте ударной волны Рф= 0-100кПа. Твердотельная модель представлена на рисунке 18. Результаты расчета представлены на рисунке 19.

Рисунок 18 - Твердотельная модель исследуемого трубопровода

 Эпюра эквивалентных напряжений для вертикального трубопровода -18

Рисунок 19 – Эпюра эквивалентных напряжений

для вертикального трубопровода

Из рисунка 19 видно, что распределение напряжений, аналогичных с горизонтальными трубопроводами, носит полиэкстремальный характер.

Но воздействие взрывной волны с эпицентром, лежащим в одной плоскости с осью трубы, параллельной поверхности земли, лишь частный случай ситуации, возникающей в реальных условиях. Для обобщения результатов был проведен анализ поведения трубопровода при воздействии наземного и воздушного взрывов с различным углом направлении вектора воздействия к горизонту. На рисунке 20 показаны расчетные направления взрывной волны, для которых производился анализ.

Рисунок 20 – Направления воздействия взрывной волны

Расчеты показали, что под действием воздушного взрыва при увеличении угла между вектором направления и горизонтом вынос трубопровода с опор происходит при больших значениях давления на фронте ударной волны. Картина напряженно-деформированного состояния также изменяется, при этом разрушение трубопровода может произойти непосредственно на опорах.

Действие воздушного взрыва при увеличении высоты опор вызывает вынос при меньших значениях давления на фронте.

Очевидно, что НДС трубопровода зависит от размера поверхности, воспринимающей давление взрывной волны. Но при увеличении диаметра жесткость трубопровода увеличивается, НДС также изменяется. При малых отношениях длины к диаметру поведение трубопровода схоже с поведением балочной конструкции.

Результаты исследований приведены на рисунках 21-22.

 Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте-20

Рисунок 21 – Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте ударной волны для трубопровода с диаметром 57 мм

 Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте-21

Рисунок 22 – Зависимость напряжения в опасных точках от давления на фронте ударной волны для трубопровода с диаметром 159 мм

Критерием категорирования трубопроводов по степени опасности может служить напряжение, возникающее в трубопроводе при воздействии на него взрывной волны. Предполагается, что при значениях напряжений ниже допускаемых трубопровод пригоден для дальнейшей эксплуатации, то есть при 0 < < [] трубопроводу присваивается категория I.

При значениях напряжений выше допускаемых и ниже предела текучести, то есть при [] < < т, в трубопроводе возникает ситуация, когда разрушение может возникнуть вследствие наличия дефектов основного металла, состояние трубопровода неустойчивое, присваивается категория II.

При значениях напряжений выше предела текучести, то есть при т <, в трубопроводе возникают предела текучести, а при достижении предела прочности возможно разрушение трубопровода, состояние трубопровода критическое, присваивается категория III.

Состояние трубопровода с заданным диаметром и известным давлением на фронте ударной волны определяется по графикам, представленным на рисунках 23, 24

 График для определения категории опасности трубопровода D=57мм -22

Рисунок 23 – График для определения категории опасности трубопровода D=57мм

 Рисунок 24– График для определения категории опасности трубопровода D=89мм -23 Рисунок 24– График для определения категории опасности трубопровода D=89мм

Анализ графиков позволяет ввести предельные значения давления на фронте ударной волны для трубопроводов различных диаметров (таблицы 1, 2).

Таблица 1 – Категорирование трубопроводов по степени опасности

Диаметр, мм 57 89 108 159 219 273 325 426
Категория Давление на фронте ударной волны, кПа
I 0-17 0-21 0-29 0-36 0-43 0-45 0-58 0-26
II 17-65 21-60 29-80 36-80 43-90 45-100 58-120 26-140
III 65> 60> 80> 80> 90> 100> 120> 140>

Таблица 2 – Категорирование опор трубопроводов по степени опасности

Диаметр, мм 57 89 108 159 219 325 426
Категория Давление на фронте ударной волны, кПа
I 0-18 0-22 0-45 0-47 0-55 0-57 0-46
II 18-60 22-65 45-75 47-75 55-95 57-100 46-120
III 60> 65> 75> 75> 95> 100> 120>

Четвертая глава посвящена изучению НДС реальной трубопроводной системы при внешнем воздействии типа «взрыв». Для подтверждения результатов, полученных расчетным путем, было проведено моделирование воздействия взрывной волны на реальный трубопровод. В расчетах был использован трубопровод установки вакуумной перегонки мазута (ВП-2) (см. рисунок 4).

Моделирование производилось аналогично моделированию при расчете нагрузок, возникающих в условиях эксплуатации, кроме того было приложено давление на фронте ударной волны Рф=50кПа, так как для трубопровода диаметром 219мм это значение соответствует II категории опасности. По результатам расчета была построена эпюра эквивалентных напряжений по длине трубопровода (рисунок 25).

По эпюре видно, что максимальные эквивалентные напряжения близки к пределу текучести. Это свидетельствует о том, что трубопровод имеет II категорию опасности, что соответствует условиям постановки задачи.

Рисунок 25 – Эпюра эквивалентных напряжений для трубопровода

вакуумной перегонки мазута

В силу того, что трубопровод имеет сложную пространственную конфигурацию, неодинаковые условия закрепления на опорах и различные длины участков, его характеристики в различных направлениях неодинаковы, поэтому при различных направлениях действия взрывной волны с одинаковым значением скоростного напора критическое состояние в трубопроводе может не быть достигнуто. И, наоборот, при меньших значениях скоростного напора может возникнуть критическое состояние трубопровода. Также картина напряженно-деформированного состояния трубопровода будет меняться, будет происходить смещение опасных участков, либо их возникновение.

Для решения поставленной задачи было выбрано 8 направлений возможного действия взрывной волны Расчеты производились для значения ветровой нагрузки 50кПа, время действия взрывной волны - 0,01 секунда. Результаты расчета представлены в таблице 3.

Было выявлено, что наиболее опасная зона расположена в том месте, где трубопровод имеет жесткое закрепление, в данном случае в месте входа трубопровода в стену, в остальных случаях это может быть фланцевое соединение, либо любое другое условие, ограничивающее свободное перемещение трубопровода.

Таблица 3 – Результаты расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода при различных направлениях действия взрывной волны

Направл-ение Давление на фронте взрывной волны, кПа
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Ю 38 65,9 94,3 114,8 138,9 163 188,4 193 175,6 150
Ю-З 38,5 70,6 104,5 123,8 157,1 187,7 219,9 233,8 228,2 219,7
З 30,7 54,1 82,5 106,2 125,2 149,2 167,7 182,3 196,6 213,5
С-З 40,1 70,11 102,1 145 182,9 212,9 244,4 254,9 250,4 243,9
С 36,3 60 85 119,8 149 172,3 199,9 206,5 189,1 166,5
С-В 40,1 70,1 102,1 143,2 174 205 236,5 251,3 246,8 241,9
В 36,1 52,3 83,7 109,1 129,3 150,5 169,1 186,2 195,4 210,9
Ю-В 38,5 70,6 104,5 127,1 158,6 191,5 222,5 237,9 232,6 226

Общие выводы

1 С использованием ПК ABAQUS смоделировано напряженно-деформированное состояние трубопроводов технологических установок различной конфигурации при рабочих режимах и в случае реализации нештатной ситуации типа взрыва. Определение деформаций трубопровода на экспериментальной установке при ударном воздействии и на модели этой системы в ПК ABAQUS показало, что результаты различаются не более чем на10%.

2 Сравнительные исследования напряженного состояния в технологических трубопроводах с различной пространственной ориентацией с применением ПК ABAQUS и ПК «Старт», который основан на стандартных методах расчета, показали, что расчеты, выполненные в ПК «Старт» для опорных элементов, дают существенно завышенные (до 50%) значения, а для пролетов заниженные по сравнению с номинальными напряжениями, определенными по безмоментной теории расчетов оболочек.

3 Показано, что распределение напряжений в горизонтальных и вертикальных технологических трубопроводах в результате воздействия взрывной волны носит полиэкстремальный характер, причем в местах стеснения деформаций напряжения достигают предельного состояния и могут быть подвержены разрушению.

4 Предлагается осуществить классификацию технологических трубопроводов, в основе которой лежит их категорирование с точки зрения воздействия внешнего взрыва. При этом критерием по степени опасности может служить напряжение, возникающее в трубопроводе при воздействии на него взрывной волны. Предполагается, что при значениях напряжений ниже допускаемых, трубопровод пригоден для дальнейшей эксплуатации, то есть при реализации условия 0 < < [] трубопроводу присваивается категория I, при [] < < т, когда разрушение может произойти из-за наличия дефектов основного металла, присваивается категория II, при превышении условными номинальными напряжениями предела прочности материала присваивается категория III.

5 Предложен алгоритм оценки состояния технологических трубопроводов в условиях эксплуатации под влиянием действия ударной волны, и указаны характерные особенности, которые должны быть учтены при оценке их технического состояния.

6 Материалы диссертационной работы использованы при разработке новых систем проектирования и инженерного анализа в инжиниринговой компании ООО «ТЕСИС».

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 научных трудах, из которых 6 и 9 включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

1 Тляшева Р.Р., Решетников А.А. К вопросу повышения безопасности эксплуатации системы трубопроводов предприятий нефтепереработки // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - №16. - С.91-95.

2 Тляшева Р.Р., Решетников А.А., Демин А.П. К вопросу оценки напряженно-деформированного состояния систем трубопроводов предприятий нефтепереработки методом конечно-элементного анализа // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - №18. - С.154-158.

3 Решетников А.А., Тляшева Р.Р., Кинев С.А. Накопление повреждений в трубопроводных коммуникациях нефтеперерабатывающих заводов// VI Конгресс нефтегазопромышленников России: материалы конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2005».- Уфа, 2005. - С.300.

4 Симарчук А.С., Кинев С.А., Решетников А.А., Кузеев М.И. Влияние собственных частот колебания разветвленной трубопроводной системы на усталостное разрушение // Проблемы строительного комплекса России: материалы IX Международной конференции при IX Международной специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Камнеобработка -2005.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - С.109.

5 Решетников А.А., Тляшева Р.Р. Дополнительное категорирование трубопроводов НПЗ // Проблемы строительного комплекса России: материалы IX Международной конференции при IX Международной специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. Камнеобработка -2005.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. - С.115.

6 Тляшева Р.Р., Демин А.П., Решетников А.А. К вопросу проведения категорирования трубопроводов предприятий нефтепереработки с учетом внешних и внутренних динамических нагрузок// Нефтегазовое дело. 2006. - том 4, №2. - С.134-141.

7 Демин А.П., Тляшева Р.Р., Рашитов Р.Ф., Решетников А.А. Анализ напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов под воздействием рабочих условий и нагрузок, возникающих при нештатных ситуациях // Остаточный ресурс нефтегазового оборудования: сб.науч.трудов.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.- №1.- С.81-86.

8 Тляшева Р.Р., Яковлев А.В., Демин А.П., Решетников А.А. Анализ напряженно-деформированного состояния опор технологических трубопроводов под воздействием рабочих условий и нагрузок, возникающих при нештатных ситуациях// Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - №21. - С.59-63.

9 Тляшева Р.Р., Идрисов В.Р., Решетников А.А. Методы оценки зон опасностей оборудования установок предприятий нефтегазопереработки с учетом технологических трубопроводов// Нефтегазовое дело. - 2008. T. 6, №1. С.159-162.



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.