Помощь студентам в учебе
Анализ напряженно-деформированного состояния промыслового нефтепровода в условиях коррозионных повреждений
|
Введение 9
1. Обзор литературы 12
1.1 Коррозионное растрескивание промысловых нефтепроводов и его
механизмы 16
1.2 Коррозионная усталость промысловых нефтепроводов 18
1.3 Коррозионная кавитация 19
1.4 Коррозионная эрозия 20
1.5 Способы оценки напряженно-деформированного состояния
промыслового трубопровода 21
1.6 Геометрия дефекта и ее влияния на прочностные характеристики
трубопровода 23
1.7 Экспериментальные и натурные исследования напряженнодеформированного состояния трубопровода 52
2. Объект и методы исследования 63
2.1 Характеристики исследуемого объекта 71
2.2 Используемые методы исследования 73
3. Расчеты и аналитика 75
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.. 81
4.1 Расчет затрат на необходимые для проведения технической
диагностики материалы 100
4.2 Расчет времени проведения технологических операций технической
диагностики 101
4.3 Затраты на амортизационные отчисления 103
4.4 Расчет затрат на оплату труда 104
4.5 Затраты на страховые взносы 105
4.6 Затраты на проведение мероприятия 106
5. Социальная ответственность при проведении работ по сбору и анализу параметров напряженно-деформированного промыслового нефтепровода 108
5.1 Профессиональная социальная безопасность 109
5.1.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды и обоснование мероприятий по их устранению 109
5.1.2 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
производственной среды и мероприятия по их устранению 116
5.2 Экологическая безопасность 121
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 122
5.4 Законодательное регулирование проектных решений 124
Заключение 127
Список использованных литературных источников 129
Приложение А 136
1. Обзор литературы 12
1.1 Коррозионное растрескивание промысловых нефтепроводов и его
механизмы 16
1.2 Коррозионная усталость промысловых нефтепроводов 18
1.3 Коррозионная кавитация 19
1.4 Коррозионная эрозия 20
1.5 Способы оценки напряженно-деформированного состояния
промыслового трубопровода 21
1.6 Геометрия дефекта и ее влияния на прочностные характеристики
трубопровода 23
1.7 Экспериментальные и натурные исследования напряженнодеформированного состояния трубопровода 52
2. Объект и методы исследования 63
2.1 Характеристики исследуемого объекта 71
2.2 Используемые методы исследования 73
3. Расчеты и аналитика 75
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.. 81
4.1 Расчет затрат на необходимые для проведения технической
диагностики материалы 100
4.2 Расчет времени проведения технологических операций технической
диагностики 101
4.3 Затраты на амортизационные отчисления 103
4.4 Расчет затрат на оплату труда 104
4.5 Затраты на страховые взносы 105
4.6 Затраты на проведение мероприятия 106
5. Социальная ответственность при проведении работ по сбору и анализу параметров напряженно-деформированного промыслового нефтепровода 108
5.1 Профессиональная социальная безопасность 109
5.1.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды и обоснование мероприятий по их устранению 109
5.1.2 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
производственной среды и мероприятия по их устранению 116
5.2 Экологическая безопасность 121
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 122
5.4 Законодательное регулирование проектных решений 124
Заключение 127
Список использованных литературных источников 129
Приложение А 136
Эксплуатационная надежность систем промыслового сбора нефти зависит от множества факторов, негативно влияющих на состояние их отдельных участков. К таким факторам обычно относят: повышенные значения напряжений в стенках трубопровода, механическое старение и деградация стали, присутствие дефектов, негативное воздействие окружающей и перекачиваемой среды, территориальные климатические особенности и т.д.
Трубопроводы нефтесборных сетей беспрерывно работают под воздействием возникающих двухосных растягивающих напряжений, кольцевая составляющая при этом колеблется в пределах 0,5 - 0,72 от предела текучести стали. Следует так же отметить, что с освоением новых месторождений нефтепроводы прокладываются через участки вечной мерзлоты и заболоченности, где по причине недостаточной балластировки может происходить всплытие или просадка их отдельных отрезков. Нередким явлением является выход каменистых образований к поверхности. Это является причиной образования новых дефектов в виде гофр и вмятин. Изменение проектного положения трубопровода ситуацию не улучшает и зачастую приводит к возникновению дополнительных напряжений в металле, а также к развитию уже имеющихся дефектов, слиянию образовавшихся ранее микротрещин. Поэтому исследования, направленные на многофакторный анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода с целью дальнейшего повышения его надежности, являются актуальными.
Цель работы:
Исследование изменения напряженно-деформированного состояния промысловых нефтепроводов, подверженных коррозионным повреждениям. Задачи:
— Обзор литературных источников по указанной тематике;
— Исследование причин отказов промысловых трубопроводов;
— Анализ влияния характера дефекта на напряженно-деформированное состояние трубопровода;
— Моделирование напряженно-деформированного состояния
промыслового нефтепровода с учетом сложной геометрии внутреннего коррозионного дефекта;
— Расчет стоимости проведения технической диагностики промыслового нефтепровода;
— Определение потенциальных опасных и вредных производственных факторов при промысловом транспорте коррозионно-агрессивных сред. Объект исследования
Объект исследования - трубы нефтесборных сетей промыслов, расположенных на территории Западной Сибири;
Методы исследования.
Результаты представленной магистерской диссертации получены на основе теоретических исследовании. Поставленные задачи решались с помощью проведения вычислительного эксперимента по определению характеристик механики разрушения в характерных точках фронта моделируемого дефекта с использованием CAE-системы ANSYS. Практическая ценность и научная новизна:
Предложена методика построения области коррозионного дефекта типа «ручейковая» коррозия на основе решения статистической задачи распределения скоростей коррозии с помощью метода Монте-Карло, получено распределение параметров напряжения и деформации для моделируемого несквозного дефекта. Предложена гипотетическая модель реального случая разгерметизации промыслового нефтепровода, полученные в ходе моделирования данные могут быть использованы для совершенствования мер по снижению рисков эксплуатации нефтесборных сетей.
Личный вклад автора:
На основе исходных геометрических параметров трубопровода и физико-химических свойств флюида автором рассчитан режим течения транспортируемой среды, предварительно установлена максимальная скорость коррозии. Проанализированы данные гравиметрического контроля агрессивности среды. В программном комплексе PipeSim 2014 проведен гидравлический расчет и расчет максимальной скорости коррозии по методу Де Ваарда. В графической среде AutoDesk Inventor смоделирована сложная поверхность изучаемого дефекта. Смоделирован участок трубопровода, подверженный коррозионному износу. С помощью CAE-системы ANSYS рассчитаны его основные параметры напряженно-деформированного состояния.
Трубопроводы нефтесборных сетей беспрерывно работают под воздействием возникающих двухосных растягивающих напряжений, кольцевая составляющая при этом колеблется в пределах 0,5 - 0,72 от предела текучести стали. Следует так же отметить, что с освоением новых месторождений нефтепроводы прокладываются через участки вечной мерзлоты и заболоченности, где по причине недостаточной балластировки может происходить всплытие или просадка их отдельных отрезков. Нередким явлением является выход каменистых образований к поверхности. Это является причиной образования новых дефектов в виде гофр и вмятин. Изменение проектного положения трубопровода ситуацию не улучшает и зачастую приводит к возникновению дополнительных напряжений в металле, а также к развитию уже имеющихся дефектов, слиянию образовавшихся ранее микротрещин. Поэтому исследования, направленные на многофакторный анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода с целью дальнейшего повышения его надежности, являются актуальными.
Цель работы:
Исследование изменения напряженно-деформированного состояния промысловых нефтепроводов, подверженных коррозионным повреждениям. Задачи:
— Обзор литературных источников по указанной тематике;
— Исследование причин отказов промысловых трубопроводов;
— Анализ влияния характера дефекта на напряженно-деформированное состояние трубопровода;
— Моделирование напряженно-деформированного состояния
промыслового нефтепровода с учетом сложной геометрии внутреннего коррозионного дефекта;
— Расчет стоимости проведения технической диагностики промыслового нефтепровода;
— Определение потенциальных опасных и вредных производственных факторов при промысловом транспорте коррозионно-агрессивных сред. Объект исследования
Объект исследования - трубы нефтесборных сетей промыслов, расположенных на территории Западной Сибири;
Методы исследования.
Результаты представленной магистерской диссертации получены на основе теоретических исследовании. Поставленные задачи решались с помощью проведения вычислительного эксперимента по определению характеристик механики разрушения в характерных точках фронта моделируемого дефекта с использованием CAE-системы ANSYS. Практическая ценность и научная новизна:
Предложена методика построения области коррозионного дефекта типа «ручейковая» коррозия на основе решения статистической задачи распределения скоростей коррозии с помощью метода Монте-Карло, получено распределение параметров напряжения и деформации для моделируемого несквозного дефекта. Предложена гипотетическая модель реального случая разгерметизации промыслового нефтепровода, полученные в ходе моделирования данные могут быть использованы для совершенствования мер по снижению рисков эксплуатации нефтесборных сетей.
Личный вклад автора:
На основе исходных геометрических параметров трубопровода и физико-химических свойств флюида автором рассчитан режим течения транспортируемой среды, предварительно установлена максимальная скорость коррозии. Проанализированы данные гравиметрического контроля агрессивности среды. В программном комплексе PipeSim 2014 проведен гидравлический расчет и расчет максимальной скорости коррозии по методу Де Ваарда. В графической среде AutoDesk Inventor смоделирована сложная поверхность изучаемого дефекта. Смоделирован участок трубопровода, подверженный коррозионному износу. С помощью CAE-системы ANSYS рассчитаны его основные параметры напряженно-деформированного состояния.
Была определена скорость движения смеси на рассматриваемом участке. Ее показатель не превышает критическую скорость образования эмульсионного потока, поэтому режим работы нефтегазосборного трубопровода является коррозионным. Для определения максимальной скорости ручейковой коррозии были использованы данные гравиметрического исследования образцов свидетелей коррозии трубопроводов с рассматриваемого участка. Проверочный расчет был проведен в программном комплексе PipeSim 2014. Расчетная скорость коррозии составила мм/год. С помощью системы анализа ANSYS, были рассчитаны основные показатели НДС моделируемого трубопровода с дефектом «ручейковой коррозии» и дефектом по типу продольной и поперечной трещины: продольная трещина.Полученные в результате анализа напряженно-деформированного состояния максимальные эквивалентные напряжения в трубопроводе превышают табличное значение предела текучести стали и говорят о возможной потере устойчивости.
Предлагаемая гипотетическая ситуация возможна при:
- Непрекращающемся износе нижней образующей трубопровода по углекислотному механизму, либо из-за продолжительного эрозионного воздействия механических примесей.
— Наличии в металле стенки трубопровода КАНВ, способствующих ускоренному разрушению металла по фронту развивающейся микротрещины.
Предлагаемая гипотетическая ситуация возможна при:
- Непрекращающемся износе нижней образующей трубопровода по углекислотному механизму, либо из-за продолжительного эрозионного воздействия механических примесей.
— Наличии в металле стенки трубопровода КАНВ, способствующих ускоренному разрушению металла по фронту развивающейся микротрещины.