Рис.1 – Равномерно распределенная нагрузка

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА НА РЕКЕ ПАНИНСКИЙ ЕГАН МН «АЛЕКСАНДРОВСКОЕ - АНЖЕРО-СУДЖЕНСК»

Се Михаил Кинчиевич, студент,

Балахонцев Максим Викторович, магистрант,

Научный руководитель П.В. Бурков, д-р техн. наук, проф., С.П, Буркова к.т.н., доцент,

Национальный исследовательский томский политехнический университет,

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

seshka-mishka@mail.ru

s2b63227@yandex.ru

Целью работы является изучение поведения и компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния подводного перехода реки Панинский Еган . Под действием сил разносторонних сил, действующих вертикально снизу вверх и сверху вниз, трубопровод меняет свое геометрическое положение. Результаты исследований показали, что в трубопроводе возникают напряжения, которые переменны по длине трубы. Участки трубопровода, находящиеся по середине подводного перехода, характеризуются повышенным уровнем напряжения.

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, нефтепровод, подводный переход, напряжения.

Se Mikhail Kinchievich, student

National Research Tomsk Polytechnic University

Lenin Avenue 30, Tomsk, 634050, Russia.

seshka-mishka@mail.ru

research deflected mode UNDERWATER ON THE RIVER CROSSING paninsky yegan oil-pipeline Alexandrovsky - Angers-SUDZHINSK.

The aim is to study the behavior and the study of the stress-strain state of the underwater crossing of the river Paninsky Yegan. Under the influence of diverse forces acting vertically upwards and downwards, the pipeline changes its geometry -parameter position. The results showed that the water pipeline there tension, which are variable along the tube. Sections of the pipeline, situated in the middle of the underwater passage, characterized by a high voltage level.

Keywords: stress-stain state, oil-pipeline, underwater transition, stress.

Магистральные и технологические трубопроводы, несмотря на конструктивную простоту, отличаются от других сооружений сложной схемой действующих силовых факторов, следовательно, неопределенностью уровня напряженно – деформированного состояния, масштабностью и т.п.

Повышение надежности трубопроводов становится актуальной проблемой на всех этапах: проектирования, сооружения и эксплуатации трубопроводных систем. Весьма важно оценить адекватность поведения сооруженного трубопровода под воздействием эксплуатационных и внешних воздействий расчетной схеме, принятой в нормах и правилах, т.е. необходимо исследовать конструктивную надежность трубопроводов.

На первый план решения проблемы о надежности выдвигаются задачи расчета на прочность, устойчивость, долговечность. Для их решения необходимы: информация о нагрузках и воздействиях на трубопровод, анализ напряженно – деформированного состояния, что в итоге позволит сделать расчеты надежности и ресурса.

В настоящее время широкое развитие получают численные методы, позволяющие значительно расширить класс и постановку решаемых задач за счет более полного учета реальных условий нагружения и свойств используемых материалов. Среди этих методов наибольшее распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). К достоинствам МКЭ следует отнести и минимум требований к исходной информации, и оптимальную форму результатов. Учет температурного влияния и работы конструкции не вносит в реализацию метода принципиальных затруднений.

Рассматриваемый подводный переход магистрального нефтепровода «Александровское - Анжеро-Судженск» через р. Панинский Еган двухниточный - основная нитка диаметром 1220 мм и резервная нитка диаметром 1000 мм проложены в одном техническом коридоре. Расстояние между нитками нефтепровода на участке перехода составляет 50 м. Исследуется схема подъема участка трубопровода со следующими параметрами: наружный диметр 1220 мм, толщина стенки – 15,2 мм, длина -10 м. Трубопровод изготовлен из трубной стали 17Г1С.

При определении надежности трубопроводов Западной Сибири необходимо проанализировать работоспособность подводных переходов нефтепровода. При этом требуется количественно оценить действие сил на напряженно-деформированное состояние конструкции[1,2].

Целью данной работы является изучение поведения трубопровода на подводном переходе, а также исследование его напряженно-деформированного состояния и оценка его работоспособности.

Техническое состояние подводного перехода определяется по данным осмотров и обследований путем сопоставления этих данных с проектными и нормативными требованиями.

Факторы , определяющие техническое состояние перехода:

- соответствует ли положение трубопровода проектному;

- глубина залегания подводного газопровода в русле реки;

- балластировка газопровода;

- целостность изоляции трубопровода;

- фактическая толщина стенки в сопоставлении с минимальной расчетной (проектной);

- отсутствие или наличие мест утечки газа;

- деформация (размыв) дна и береговых склонов водной преграды, в том числе состояние крепления берегов на участке перехода;

- состояние информационных знаков и опорной топографической основы.

Состояние данного перехода является предельным т.к. наблюдаются следующие признаки неисправности:

- наличие на подводном трубопроводе провисающего участка длиной, превышающей 70% критической длины;

- наличие вибрации трубопровода под воздействием течения:

- уменьшение толщины стенки трубопровода в результате многолетней эксплуатации и (или) коррозии более чем на 12%;

- значительные повреждения крепления берегов в подводной части с оголением трубопровода.

Для решения данной задачи в программе ANSIS принимается ряд допущений:

- учитываются только постоянные нагрузки,

- погодные условия не учитывают,

- скорость течения реки не учитывается.

После принятия допущений на рассматриваемом подводном переходе действуют следующие силы:

- нагрузка, возникающая от собственного веса трубопровода,

- нагрузка, возникающая от веса изоляции,

- нагрузка, возникающая от веса перекачиваемого продукта,

- нагрузка, вызванная давлением выше лежащего слоя воды,

- архимедова сила.[3]

Действие всех сил можно представить как равномерно распределенную нагрузку (рис. 1), что позволяет упростить задачу и провести расчет напряженно-деформированного состояния в программе ANSIS.[4]

Рис.1 – Равномерно распределенная нагрузка

Изменение геометрии трубопровода при длительной эксплуатации в условиях предельного состояния подводного перехода меняет напряженно-деформированное состояние (НДС), что предопределяет неоходимость полного анализа величины НДС с учетом физической и геометрической нелинейности системы «труба-вода».

Для определения в стенке трубы напряжений, превышающих допустимые, и установления диапазона изменения численных характеристик процессов, влияющих на деформацию, проводится расчет напряжений (на прочность), возникающих при предельной эксплуатации трубопровода, с помощью программного продукта ANSIS применительно к эксплуатации трубопроводов подводных переходов. При этом принимаются допущения, соответствующие наиболее простому из возможных вариантов взаимодействию трубы и контактирующего с ней воды: в начале и конце трубопровода отсутствуют перемещения по оси У.

На рисунках 2 и 3 показан результат расчета действия распределительной нагрузки на участок трубопровода, полученный с помощью программы ANSYS, а на рисунках 4 и 5 показана интерпретация данного результата в графическом виде, выполненная в Microsoft Excel.

Рис. - 2. Напряжения по Мизесу.

Рис. 3. Деформации по оси Y, возникающая при действии распределенной нагрузки на подводный переход трубопровода.

Рис. 4. Распределение деформаций (h) по длине (L)участка трубопровода.

Рис. 5. Распределение напряжений (δ) по длине (L)участка трубопровода

Полученные и представленные на рис. 4 и 5 результаты позволяют сделать следующие выводы:

- изменение значений напряжений, возникающих при эксплуатации трубопровода, может достигать величин, близких к пределу текучести стали, что снижает уровень надежности трубопровода;

- суммарные перемещения переменны по длине трубы, и существенно зависят от действия распределенных нагрузок от веса самой трубы и перекачиваемой нефти, а также гидростатического давления и выталкивающей силы водыя;

- изменение условий взаимодействия трубы с окружающей средой (вода) усложняют процессы деформации, что вызывает необходимость более детального исследования напряженно-деформированного состояния нефтепровода с учетом различных физико-механических свойств среды.

Нормативные сопротивления растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений и следует принимать равными соответственно минимальным значениям временного сопротивления и предела текучести, принимаемым по государственным стандартам и техническим условиям на трубы.

Расчетные сопротивления растяжению (сжатию) R₁и R₂ следует определять по формулам:

R₁=247.92 МПа

R₂=223.6 МПа

Вывод: в результате сравнения значений напряжений в трубопроводе полученных в ANSYS и СНиП 2.05.06-85* было выявлено, что рассчитанные значения по СНиП больше значений, полученных в ANSYS в 5 раз, следовательно конструкция имеет большой запас прочности.

Библиографический список:

1. Шаммазов А. М., Мугаллимов Ф. М., Нефедова Н. Ф. Подводные переходы магистральных нефтепроводов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 237 с.: ил. - ISBN 5-8365-0049-5.

2. Бурков, П. В. Оценка напряжённо-деформированного состояния верхнего перекрытия механизированной крепи МКЮ.2Ш-17 производства ОАО СХК «Юрмаш завод» / П. В. Бурков, К. В. Епифанцев // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений, апрель 2009. - Донецк 2009. -С. 23-26.

3. Гольдин Э.Р., Левин С.И., Зуев О.С. РД 51-3-96. - (http://www.tehlit.ru).

4. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. Ansys для инженеров: Справ.пособие. –М.: Машиностроение 1, 2004.-512с.