Помощь студентам в учебе
Оценка прочности и риска разрушения сварных соединений магистральных газопроводов
|
Введение
1 Общие сведения о магистральных газопроводах
1.1 Назначение и классификация магистральных газопроводов.
Требования к трубам и материалам
1.2 Дефекты и причины аварий в магистральном газопроводе....
1.3 Методы неразрушающего контроля диагностики
трубопроводных систем
2 Расчет на прочность и трещиностойкость газопровода
2.1 Методика расчета прочности
2.2 Методика расчета на трещиностойкость
2.3 Расчет на прочность
2.4 Расчет на статическую трещиностойкость
3 Расчет остаточного срока службы магистрального газопровода
3.1 Расчет остаточного срока службы при действии сплошной коррозии
3.2 Расчет остаточного срока службы при наличии язвенной
55
коррозии
4 Оценка риска разрушения магистрального газопровода
4.1 Методика расчета риска аварии на газопроводе
4.2 Расчет риска аварий на газопроводе
4.3 Оценка ущерба при разгерметизации трубопровода
5 Технико-экономическое обоснование проекта 66
5.1 Оценка ущерба окружающей природной среде 66
5.2 Расчет затрат 69
5.2.1 Расчет материальных затрат 71
5.2.2 Транспортно-заготовительные расходы 72
6 Безопасность и экологичность проекта 74
6.1 Анализ опасных и вредных факторов 74
6.2 Обеспечение безопасности во время проведения ремонтных работ на газопроводе 75
6.3 Пожарная безопасность 76
6.4 Экологическая безопасность 77
6.5 Анализ и мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций 78
6.6 Безопасность во время подготовки трубопровода к ремонту 79
Заключение 81
Список использованных источников 83
1 Общие сведения о магистральных газопроводах
1.1 Назначение и классификация магистральных газопроводов.
Требования к трубам и материалам
1.2 Дефекты и причины аварий в магистральном газопроводе....
1.3 Методы неразрушающего контроля диагностики
трубопроводных систем
2 Расчет на прочность и трещиностойкость газопровода
2.1 Методика расчета прочности
2.2 Методика расчета на трещиностойкость
2.3 Расчет на прочность
2.4 Расчет на статическую трещиностойкость
3 Расчет остаточного срока службы магистрального газопровода
3.1 Расчет остаточного срока службы при действии сплошной коррозии
3.2 Расчет остаточного срока службы при наличии язвенной
55
коррозии
4 Оценка риска разрушения магистрального газопровода
4.1 Методика расчета риска аварии на газопроводе
4.2 Расчет риска аварий на газопроводе
4.3 Оценка ущерба при разгерметизации трубопровода
5 Технико-экономическое обоснование проекта 66
5.1 Оценка ущерба окружающей природной среде 66
5.2 Расчет затрат 69
5.2.1 Расчет материальных затрат 71
5.2.2 Транспортно-заготовительные расходы 72
6 Безопасность и экологичность проекта 74
6.1 Анализ опасных и вредных факторов 74
6.2 Обеспечение безопасности во время проведения ремонтных работ на газопроводе 75
6.3 Пожарная безопасность 76
6.4 Экологическая безопасность 77
6.5 Анализ и мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций 78
6.6 Безопасность во время подготовки трубопровода к ремонту 79
Заключение 81
Список использованных источников 83
Общая протяженность магистральных трубопроводов России, превышающая 200 тыс. км, включает 150 тыс. км газопроводов. Из них 80% превысили срок эксплуатации на 10 лет, а около 40% на 20 лет. Поэтому старение магистральных газопроводов выдвигает задачу обеспечения их безопасности и надежности в ряд важнейших научно-технических проблем.
Газопроводы относятся к ответственным энергетическим сооружениям, к надежности которых предъявляют повышенные требования. Это обусловлено как причинами технического, экологического характера, так и огромные потерями в случае аварий.
С увеличением возраста газотранспортной системы России, имеющей высокие эксплуатационные параметры - диаметры, давление газа, протяженность и т.п., появился комплекс научно-технических проблем по надежности, устойчивой работе, безопасности, оценкам ресурса и риска.
При решении проблем надежности специалисты достаточно подробно разрабатывают отдельные разделы - технологическую, системную надежность. Между тем требуется создание теории конструктивной надежности, что обеспечило бы базу для повышения безопасности трубопроводов и снижения частоты отказов. При исследовании надежности газопроводных конструкций необходимо учитывать особенности, отличающие эти конструкции от машиностроительных, авиационных, теплоэнергетических и других строительных сооружений.
В настоящее время накоплен значительный фактический материал по трубопроводным конструкциям, их отказам, опыту эксплуатации в различных климатических зонах. На базе этих материалов появилась возможность разработать концепцию конструктивной надежности трубопроводов,
основные ее положения и инженерные подходы к оценке надежности и ресурса.
Цель дипломного проекта: провести оценку прочности сварного соединения магистрального газопровода, имеющего трещину определенной конфигурации и размеров, а также определить остаточный ресурс газопровода при эксплуатационных повреждениях.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
1 Провести анализ конструктивных особенностей, условий работы и эксплуатационной надежности магистральных газопроводов;
2 Разработать методику расчета на прочность и статическую трещиностойкость;
3 Выполнить расчет на прочность и статическую трещиностойкость;
4 Провести оценку остаточного ресурса магистрального газопровода.
5 Выполнить расчет риска аварии на магистральном газопроводе;
6 Дать оценку возможного ущерба от аварии на магистральном газопроводе.
В первой главе проводится анализ конструкций и условий эксплуатации магистрального газопровода. Рассматривается номенклатурный ряд типоразмеров трубопроводов, возможные дефекты и причины аварии, а также возможные способы диагностики и методы неразрушающего контроля. Во второй главе разрабатывается методика для расчета на прочность и статическую трещиностойкость газопровода, учитывая эксплуатационные нагрузки, и проводится расчет. В третьей главе проводится расчет остаточного ресурса службы газопровода при действии коррозии. В четвертой главе проводится оценка вероятности аварии, расчет возможных зон поражения и оценивается величина ущерба.
Газопроводы относятся к ответственным энергетическим сооружениям, к надежности которых предъявляют повышенные требования. Это обусловлено как причинами технического, экологического характера, так и огромные потерями в случае аварий.
С увеличением возраста газотранспортной системы России, имеющей высокие эксплуатационные параметры - диаметры, давление газа, протяженность и т.п., появился комплекс научно-технических проблем по надежности, устойчивой работе, безопасности, оценкам ресурса и риска.
При решении проблем надежности специалисты достаточно подробно разрабатывают отдельные разделы - технологическую, системную надежность. Между тем требуется создание теории конструктивной надежности, что обеспечило бы базу для повышения безопасности трубопроводов и снижения частоты отказов. При исследовании надежности газопроводных конструкций необходимо учитывать особенности, отличающие эти конструкции от машиностроительных, авиационных, теплоэнергетических и других строительных сооружений.
В настоящее время накоплен значительный фактический материал по трубопроводным конструкциям, их отказам, опыту эксплуатации в различных климатических зонах. На базе этих материалов появилась возможность разработать концепцию конструктивной надежности трубопроводов,
основные ее положения и инженерные подходы к оценке надежности и ресурса.
Цель дипломного проекта: провести оценку прочности сварного соединения магистрального газопровода, имеющего трещину определенной конфигурации и размеров, а также определить остаточный ресурс газопровода при эксплуатационных повреждениях.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
1 Провести анализ конструктивных особенностей, условий работы и эксплуатационной надежности магистральных газопроводов;
2 Разработать методику расчета на прочность и статическую трещиностойкость;
3 Выполнить расчет на прочность и статическую трещиностойкость;
4 Провести оценку остаточного ресурса магистрального газопровода.
5 Выполнить расчет риска аварии на магистральном газопроводе;
6 Дать оценку возможного ущерба от аварии на магистральном газопроводе.
В первой главе проводится анализ конструкций и условий эксплуатации магистрального газопровода. Рассматривается номенклатурный ряд типоразмеров трубопроводов, возможные дефекты и причины аварии, а также возможные способы диагностики и методы неразрушающего контроля. Во второй главе разрабатывается методика для расчета на прочность и статическую трещиностойкость газопровода, учитывая эксплуатационные нагрузки, и проводится расчет. В третьей главе проводится расчет остаточного ресурса службы газопровода при действии коррозии. В четвертой главе проводится оценка вероятности аварии, расчет возможных зон поражения и оценивается величина ущерба.
В соответствии с поставленной целью и задачами дипломной работы проанализированы конструктивные особенности, условия эксплуатации и возможные виды дефектов магистральных газопроводов, рассмотрены методы неразрушающего контроля, конкретно в применении к магистральным газопроводам, рассмотрены методы расчета прочности и остаточного ресурса. Разработана методика расчета на прочность и на статическую трещиностойкость газопровода, в условии эксплуатации и рабочего напряженного состояния, при наличии дефекта. В соответствии с разработанной методикой выполнен расчет на прочность и на статическую трещиностойкость, дана оценка остаточного ресурса при сплошной и язвенной коррозиях при одинаковых условиях эксплуатации. Проведена оценка вероятности аварии, расчет возможных зон поражения и оценка величины ущерба.
По результатам выполненных разработок и расчетов получены следующие выводы:
1 Самая распространенная причина аварий на магистральном газопроводе является несовершенство сварного шва. В настоящее время доля аварий на газопроводах по причине трещин в сварных стыках превышает 40 %. Число таких разрушений значительно увеличивается по мере старения трубопроводного парка страны, максимальное количество аварий приходится на возраст трубопроводов от 10 до 20 лет.
2 При наличии определенных нагрузок, а именно от ветровых нагрузок (ивет = 30 м/с), напряжения от собственного веса (q = 2,19 кН/м) и внутреннего давления (P = 4 МПа), в надземном магистральном газопроводе 01020 мм, возникает эквивалентное напряжение s.k:B = 169,4 МПа.
3 Находясь в данном напряженном состоянии, образование в сварном соединении полуэллиптической поверхностной трещины глубиной 0,25 от толщины стенки с отношением полуосей 3/4, т.е. b = 2,5 мм, длиной 2a = 3,3 мм, опасности разрушения газопровода нет. Наиболее максимальная глубина трещины с критическим коэффициентом напряжений в вершине, при которой произойдет катастрофическое разрушение трубопровода, равна 74 мм.
4 Проведен расчет на остаточный ресурс при сплошной (фронтальной) и язвенной (питтинговой) коррозиях при одинаковых условиях эксплуатации. При этом получено, что остаточный срок службы участка магистрального газопровода при сплошной коррозии равен 46,5 лет, при язвенной коррозии 40,44 лет.
5 Проведена оценка вероятности аварии, расчет возможных зон поражения и оценка величины ущерба. По величине ущерба возможная авария относится к категории средней. По показателю тяжести возможная авария относится к категории незначительной. По уровню реагирования авария относится к КЧС местной власти.
По результатам выполненных разработок и расчетов получены следующие выводы:
1 Самая распространенная причина аварий на магистральном газопроводе является несовершенство сварного шва. В настоящее время доля аварий на газопроводах по причине трещин в сварных стыках превышает 40 %. Число таких разрушений значительно увеличивается по мере старения трубопроводного парка страны, максимальное количество аварий приходится на возраст трубопроводов от 10 до 20 лет.
2 При наличии определенных нагрузок, а именно от ветровых нагрузок (ивет = 30 м/с), напряжения от собственного веса (q = 2,19 кН/м) и внутреннего давления (P = 4 МПа), в надземном магистральном газопроводе 01020 мм, возникает эквивалентное напряжение s.k:B = 169,4 МПа.
3 Находясь в данном напряженном состоянии, образование в сварном соединении полуэллиптической поверхностной трещины глубиной 0,25 от толщины стенки с отношением полуосей 3/4, т.е. b = 2,5 мм, длиной 2a = 3,3 мм, опасности разрушения газопровода нет. Наиболее максимальная глубина трещины с критическим коэффициентом напряжений в вершине, при которой произойдет катастрофическое разрушение трубопровода, равна 74 мм.
4 Проведен расчет на остаточный ресурс при сплошной (фронтальной) и язвенной (питтинговой) коррозиях при одинаковых условиях эксплуатации. При этом получено, что остаточный срок службы участка магистрального газопровода при сплошной коррозии равен 46,5 лет, при язвенной коррозии 40,44 лет.
5 Проведена оценка вероятности аварии, расчет возможных зон поражения и оценка величины ущерба. По величине ущерба возможная авария относится к категории средней. По показателю тяжести возможная авария относится к категории незначительной. По уровню реагирования авария относится к КЧС местной власти.