библиотека нефтяника / Безопасность нефтепроводов / 5

Видно (см. рис. 5.26), что в процессе ремонта трубопровода по данной технологии каждая точка стенки испытывает два характерных пика напряжений: на верхней образующей – растяжение и затем сжатие, на нижней образующей – сжатие и затем растяжение. Причем первый пик в два раза больше второго.

Таким образом, из анализа примера 5.3 можно сделать следующие выводы:

при ремонте по данной технологии наибольшую опасность представляют дефекты сварных стыков в области верхней образующей трубопровода, которые могут привести к разрыву стыков трубопровода при наличии дефектов сварки;

в области нижней образующей такие дефекты менее опасны; здесь более опасно гофрообразование от сжимающих напряжений;

касательные напряжения приблизительно в 20 раз меньше нормальных напряжений.

Чтобы выбрать оптимальные параметры технологии ремонта необходимо исследовать зависимость основных выходных параметров от всех исходных параметров. Основными выходными параметрами, определяющими безопасность и допустимость технологии ремонта, являются:

min σрем и max σрем – наименьшее и наибольшее нормальное ремонтные напряжения на нижней образующей трубопровода;

∆V – вертикальное смещение трубопровода в результате ремонта (просадка).

Эти зависимости исследованы и некоторые результаты приведены ниже.

Пример 5.4. Зависимость выходных параметров от длины ремонтного котлована L3. Полученная зависимость приведена в табл. 5.5. При этом набор исходных параметров ос-

Расстановка ремонтных машин соответствует технологии ремонта и указана в табл. 5.5. Причем, если длина ремонтного котлована мала, то подкапывающая машина исключается из технологической цепи.

244

Примечание. В схеме расстановки ремонтных машин приняты обозначения: (П), (О), (И) – подкапывающая, очистная, изоляционная машины; первая цифра – расстояние от начала ремонтного котлована до центра первой ремонтной машины; последняя цифра – расстояние от центра тяжести последней ремонтной машины до конца котлована; цифры между обозначениями ремонтных машин – расстояния между центрами тяжести этих машин.

Как и ожидалось, выходные параметры сильно зависят от параметра L3. Следовательно, длина ремонтного котлована является одним из основных технологических параметров, определяющих безопасность работ. По данным (см. табл. 5.5) можно определить допустимые размеры ремонтного котлована, если известно значение допустимого напряжения в стенке трубы при ремонте.

Пример 5.5. Зависимость выходных параметров от расположения ремонтных машин. Полученная зависимость приведена в табл. 5.6. При этом набор исходных параметров остался таким же, как и в примерах 5.3 и 5.4, за исключением параметров L3, xо, xи (положение подкапывающей машины не может варьироваться): D = 1220 мм; δт = 12,0 мм; Rп = 53 кН;

Rо = 25 кН; Rи = 15 кН; L2 = 10 м; L3 = 24 м; С1 =

Таблица 5.6

Зависимость выходных параметров от расположения ремонтных машин (параметров xо, xи)

гии от взаимного расположения ремонтных машин напря- женно-деформированное состояние трубопровода зависит слабо. Наблюдается незначительное увеличение напряжений и просадки с удалением ремонтных машин от начала котлована. Таким образом, при заданном параметре L3 взаимное расположение ремонтных машин следует выбирать только исходя из удобства технологии ремонта.

Пример 5.6. Зависимость выходных параметров от степени уплотнения грунта при подсыпке (от коэффициента постели С4). Полученная зависимость приведена в табл. 5.7. При этом набор исходных параметров остался таким же, как и в при-

гии ремонта степень уплотнения грунта при подсыпке оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние трубопровода. Чем плотнее подбивается грунт при подсыпке, тем меньше ремонтные напряжения и меньше просадка трубы после ремонта.

Пример 5.7. Зависимость выходных параметров от толщины стенки трубы δт, диаметра трубопровода D, глубины подкопа h3, коэффициента уплотнения грунта при подсыпке

Таблица 5.7

Зависимость выходных параметров от уплотнения грунта при подсыпке С4

fρ, критического сжатия грунта перед осыпанием ∆Vкр(2) показаны в табл. 5.8. При этом набор исходных параметров остался таким же, как и в примере 5.3, за исключением тех,

более чувствительны к диаметру трубопровода, толщине стенки, степени уплотнения грунта при подсыпке. К остальным параметрам (глубине подкопа, критическому сжатию грунта) ремонтные напряжения менее чувствительны.

Таблица 5.8

247

Была также изучена зависимость выходных параметров от всех других исходных параметров. По результатам расчетов установлено следующее.

При данной технологии ремонта параметр L2 практически не влияет на основные параметры напряженно-деформи- рованного состояния трубопровода. Следовательно, при выборе длины «земляной тумбы» L2 следует исходить только из технологических соображений.

Параметр L4 существенно влияет на напряженно-деформи- рованное состояние трубопровода. При равных других условиях с увеличением размера L4 ремонтные напряжения и просадка трубопровода сначала растут, затем стабилизируются. Стабилизация происходит при L4 = 25 м, что составляет примерно 20D. Таким образом, длина участка подсыпки и подбивки грунта должна быть не менее 20 диаметров трубы.

При данной технологии ремонта глубина залегания трубопровода Н1 практически не влияет на основные параметры напряженно-деформированного состояния трубопровода.

Ж есткость грунта в исходном состоянии почти не влияет на напряжения при ремонте, но значительно влияет на послеремонтную просадку трубопровода. Чем мягче грунт, тем больше просадка трубы после ремонта.

Таким образом, ремонтные напряжения снижаются с увеличением диаметра трубы, с увеличением толщины стенки трубы, с уменьшением длины подкопанного участка, с уменьшением расстояния ремонтных машин от края «земляной тумбы», с уменьшением веса ремонтных машин, с уплотнением грунта при подсыпке и подбивке, с уменьшением глубины подкопа под трубой.

От остальных параметров ремонтные напряжения зависят слабо.

5.7. РЕМОНТ С ПОДЪЕМОМ ТРУБОПРОВОДОВ БОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ

Одной из плохо решенных задач при капитальном ремонте трубопроводов с заменой изоляцией является определение последовательности операций и технологических параметров ремонта на сложных участках. Сложными участками в данном случае являются переходы через реки, дороги, овраги,

248

воздушные переходы, окрестности жестких элементов (задвижек, патронов, перемычек, узлов запуска и приема средств очистки и диагностики).

До недавнего времени такие места оставались без ремонта, так как инструкции по капитальному ремонту без остановки перекачки продукта распространялись на трубопроводы за исключением таких сложных участков.

Разработанная в настоящей работе расчетная методика позволяет рассмотреть различные варианты ремонта трубопроводов на сложных участках с учетом всех основных факторов. Методика позволяет промоделировать различные технологические приемы ремонта, оценить практическую возможность выполнения ремонта, сделать заключение о степени безопасности разных технологий и выбрать наиболее подходящую из рассмотренных.

В качестве приема приведем способ ремонта магистральных нефтепроводов большого диаметра на пере-

ходах через небольшие реки (речки) с подъемом т рубопроводов.

Технология предусматривает следующие основные этапы:

вскрыть трубопровод общей длиной L не менее 150 м (влево и вправо от речки по 75 м или более);

расположить четыре трубоукладчика равномерно на расстоянии l друг от друга. Речка должна оставаться в середине;

последовательно небольшими шагами осуществлять подъем трубопровода (рис. 5.27);

выполнить вручную ремонт трубы (изоляции) на переходе; плавно опустить трубу на исходное положение и провести

соответствующие земляные работы.

Для снижения опасности можно остановить перекачку нефти и снять давление на время подъема трубопровода (без опорожнения).

Перед подъемом необходимо убедиться в том, что сварные стыки на поднимаемом участке длиной L не имеют недопустимых дефектов. Наиболее опасными типами дефектов при ремонте трубопроводов с подъемом являются непровары и охрупченный металл сварного шва и зоны термического влияния (особенно линии сплавления).

Пример 5.8. В табл. 5.9 приведены оптимальные параметры ремонта с подъемом нефтепроводов Мичуринск − Кременчуг

(D = 720 мм, δ = 9 мм), «Дружба-1» (D = 1020 мм, δ = 11 мм), «Дружба-2» (D = 1220 мм, δ = 12 мм).

Как видно из результата (см. табл. 5.9), данная технология

249

Рис. 5.27. Схема подъема (а) участка трубопровода и напряженное состояние (б) при ремонте

Рис. 5.28. Расчетная схема (а) и характер распределения (б) перемещений V, нагрузок q и напряжений осевых σ и касательных τ вдоль ремонтируемого участка трубопровода z при использовании трех (I ) и четырех (II ) трубо-

укладчиков

Рис. 5.28. Продолжение