WEB-ресурс научно-практических конференций

Андрусяк А.В.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Визначення розмаху коливань робочого тиску та частоти навантажень

Основна частина д і ючих магістральних нафтопроводів експлуатується більше 20 років. За такий тривалий період часу в металі труб під впливом напру жень корозійного середовища і водню відбулися процеси, що призвели до зміни фізико-механічних властивостей металу. Причому ступінь зміни властивостей залежить не тільки від тривалості, але і від силових умов експлуатації, тобто від рівня робочого тиску і розмаху його коливань. В даний час не існує єдиної методики яка б визначала коли необхідно проводити ремонтні роботи. Тому необхідно врахувати і проаналізувати всі чинники які впливають на експлуатацію нафтопроводу, для забезпечення безаварійної подальшої експлуатації.

Для визначення п оля зусиль і деформацій у конструктивних елементах можуть бути отримані в результаті розрахунків відомими методами [1]. Відповідно до [2] оцінк и тривкості оболонок конструкцій доцільно проводити по енергетичній теорії міцності. Відповідно до цієї теорії при двохосьовому напруженому стані (по з довжні і кільцеві напрямки) міцність оболонки оцінюється за допомогою, так названих, узагальнених зусиль

, (1)

де s ₁ - по з довжні зусил ля ;

s ₂ - кільцеві зусил ля ;

t - дотичні зусил ля .

Аналіз результатів досліджень напружено деформованого стану трубопровод ів показу є , що розмі р зусиль напруженого елемента трубопроводу при стабільному технологічному режимі експлуатації з достатньої для практики точністю можна уявити у ви гля ді :

, (2)

де a , b - безрозмірні координати на поверхні конструктивного елемента ділянки трубопроводу;

Для ймовірнісних розрахунків використовують заміну реального процесу навантаження - схематизованим, що за рівнем втомного навантаження повинний бути еквівалентний реальному . З в рахуванням специфіки трубопроводу як конструкції інтерес представляє метод розмахів, заснований на в рахуванні розмахів зміни тиску і випадкової функції розподілу розмахів. Для статистично правильного аналізу необхідно виділити так і задачі:

виділення послідовностей максимумів і мінімумів процесу;

приведення процесу до обнуленню;

визначення закону розподілу розмахів процесу навантажень і перевірки гіпотези про відповідність емпіричного закону обраному теоретичному.

Віднулевий процес навантаження, еквівалентний даному, можна одержати, відповідно до [ 3]:

, (3)

де

f - функція, що враховує геометрію тріщини

, (4)

Розподіл розмахів тиску і послідовностей максимумів і мінімумів знаходяться з аналізу діаграм реєстрації тиску на ділянці за тривалий термін (переважно за 5 років).

Кількість циклічних змін тиску (навантажень) нафтопровод у головним чином залежить від кількості переключень магістральних агрегатів, що перекачують, на НПС у кожному період і експлуатації.

У першому періоді продуктивність перекачування нафти по нафтопроводі наростає і зростає кількість вводимих у роботу НПС і працюючих агрегатів. Відповідно зростає кількість переключень агрегатів по різноманітних причинах. При цьому якісно змінюється режим навантаження трубопроводу: спочатку працюють на НПС одиночні агрегати, потім включаються другі. Відповідно спочатку перекачування по нафтопроводі переривається частіше і відключення тільки одиночні. Потім перерв и у перекачуванні ста ють усе менше ми , незважаючи на збільшення одиночних відмов, тому що перерви виникають, в основному, тільки при подвійних відключеннях агрегатів на НПС. Кількість таких відключень значно менше, чим одиночних. Наприкінці початкового періоду одиночні відключення агрегатів уже практично не переривають істотно процес перекачування нафти по трубопроводі. Робочий тиск на виході НПС, як правило дорівнює 4,5 - 5,5 МПа і при подвійному відключенні агрегатів стає рівним прохідному від дії поперед ньо працюючої НПС. При одиночних відключеннях агрегатів частіше стає падіння тиску від верхнього рівня до середнього (2,0-2,5 МПа), чим від середнього до нижнього рівня. Останній випадок, як правило, виникає при повному припиненні перекачування нафти.

Другий період (період максимального навантаження) - займає основний час існування нафтопроводів. У цей період на НПС працювали, як правило, два або три агрегати , 90% усіх відключень агрегатів на НПС на кожній ділянці між головними станціями відбувається в зв’язку зі змінами технологічних режимів перекачування. При цьому відключення агрегатів на різних НПС взаємозалежні між собою і, у великому ступені, залежать від відключень агрегатів на головн ій НПС. Одночасно всі агрегати однієї НПС відключалися тільки при аварії на НПС або при втраті зовнішнього енергопостачання. Такі події відбувалися вкрай рідко. При одиночних відключеннях агрегатів частіше відбувається падіння тиску від верхнього рівня до середнього (4,0-2,5 МПа), чим від середнього до нижнього рівня. При визначенні кількості навантажень трубопроводів у період повного навантаження, досліджувався цілий ряд трубопроводів. При проведенн і даних робіт використовувалися результати таких досліджень, а також самостійні обстеження в останні роки цілого ряду магістральних нафтопроводів. Дані досліджень по нафтопроводах « Дружба » за 19 98 -19 9 9 р.м. показують, що при загальній к і лькості відключень агрегатів 24652 за 2 роки кількість подвійних відключень на НПС складає 18,8%. Середня кількість відключень агрегатів у рік на одну НПС складала 160, при цьому діапазон коливань відключень на НПС складав від 70 до 240.

Третій період із 200 1 р. до тепер - на більшості нафтопроводів характерний зниженням навантаження до 40% від максимального. При цьому частина НПС поступово виводилася і робота, а на інших НПС працюють одиночні агрегати. І тільки на головних НПС іноді працюють два агрегати. Тому режим перекачування по нафтопроводах йде на зниженому тиску і з перервами в роботі проміжних НПС. При відключенні агрегатів тиск, в основному, змінюється на виході НПС із 2,5 МПа до прохідного тиску від поперед ньо працюючої НПС. Кількість переключень агрегатів різко зменшується й у 199 9 - 2001 р.м. не перевищувало 120 переключень у рік на одну НПС у різних ВАТ.

При аналізі використовувалися записи диспетчерських служб і статистичні зведення по переключеннях насосних агрегатів і НПС, що зберігаються в службах АСУ експлуатаційних організацій. Виходячи з цього аналізу були прийняті такі положення:

1) на головних НПС не враховуються відключення підпірних агрегатів, тому що коливання робочого тиску на лінійних ділянках на 0,1-0,5 МПа впливають незначно на надійність нафтопроводів;

2) загальна кількість подвійних і по тр ій них відключень агрегатів для найбільш навантаженого другого періоду складає 18% для будь-як ої НПС;

3) в останньому періоді, коли середнє навантаження складає 40% і менше від максимальної, кількість подвійних відключень складає 14% від загальної кількості відключень на головних НПС. Кількістю подвійних відключень агрегатів на проміжних НПС можна зневажити;

4 ) кількість "стрибків" тиску на проміжних НПС в останньому періоді роботи нафтопроводу підраховується як сума "стрибків", викликаних переключеннями агрегатів на цій НПС і переключеннями агрегатів на поперед ньо працюючих НПС.

Література:

1. Дмитрієв В.Ф., Мурзаханов Г.Х., Філіппов Г.А. Оцінка залишкового ресурсу нафтопроводу і планування його капітального ремонту//Будівництво трубопроводів. - 1119. - №3. – С.21-24.

2. Черняев В.Д., Галлямов А.К., Юкин А.Ф., Бондаренко П.М. Трубопровідний транспорт нафти в складних умовах експлуатації. - М.: Надра, 1990. - 231 с.

3. Махугов Н.А. Деформаційні критерії руйнації і розрахунок елементів конструкцій на тривкість. - М.: Машинобудування, 1981. - 272 с.