Рассмотрены научные и прикладные проблемы определения и нормирования прочности магистральных нефтепроводов. Эти проблемы решаются на базе основных и поверочных расчетов прочности для всех основных стадий жизненного цикла трубопровода. Основной расчет прочности на стадии проектирования осуществляется детерминированным методом на базе сопоставления эксплуатационных напряжений с допускаемыми, устанавливаемыми по коэффициентам запаса прочности (зарубежные нормы) или предельным состояниям и предельным сопротивлениям (отечественные нормы). Целью основного расчета является определение минимально необходимой толщины стенки трубы для заданных давлений и диаметров трубопровода и выбранных трубных сталей. На стадиях строительства, испытаний и эксплуатации используется система поверочных расчетов прочности с учетом факторов времени с изменением механических свойств (за счет старения и деградации) и толщины стенки (за счет коррозии и развития дефектов). При длительной эксплуатации трубопровода накапливаются изменения, связанные с условиями его работы: меняются технологические режимы транспортировки, реологические свойства перекачиваемого продукта, состав оборудования перекачивающих станций. Периодически возникает необходимость изменения схемы транспортировки, а выполняемые при капитальном ремонте и реконструкциях замены участков трубопровода приводят к изменению его протяженности. Указанные изменения (с учетом накопленного за длительный период эксплуатации эффекта) могут приводить к изменению рабочих давлений по трассе трубопровода, установленных первоначальным проектом. Данные процессы влияют на запас прочности, который также становится функцией времени. На основании выполненных расчетов, с учетом фактических запасов прочности, принимается решение о дальнейшей эксплуатации участка трубопровода, его выводе из эксплуатации или проведение ремонтно-восстановительных работ.
В статье приведены факторы, которые необходимо учитывать при обосновании прочности длительно эксплуатируемого магистрального трубопровода, к основным из них относятся: использование фактических механических характеристик труб, учет накопленных повреждений, склонности трубной стали к старению и деградации, а также данные по фактическому нагружению трубопровода внутренним давлением. Отмечены основные способы получения информации, необходимой для выполнения прочностного расчета, включающие внутритрубную диагностику и механические испытания образцов труб и металла. Проанализированы направления изменения запасов прочности с введением детерминированных, статистических и вероятностных расчетных характеристик. Обозначены задачи, для решения которых используются статистические и вероятностные поверочные расчеты. Предложены базовые расчетные выражения для основных и поверочных расчетов для соответствующих стадий жизненного цикла трубопровода.
Список литературы
1. СниП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы». – М.: ФГУП ЦПП, 2005. – 60 с.
2. API 579/ASMEFFS-1 Fitness for servise.
3. DIN 17457. Труба нержавеющая сварная.
4. Иванцов О.М., Мазур И.И. Безопасность трубопроводных систем. – М.: ИЦ-ЕЛИМА, 2004. – 1104 с.
5. Перспективы исследований в области анализа риска для совершенствования государственного регулирования и повышения безопасности объектов нефтегазохимического комплекса / С.Г. Радионова, С.А. Жулина, Н.А. Махутов [и др.] // Безопасность труда в промышленности. – 2017. – № 9. – С. 5–13.
6. Идентификация трубных сталей отечественного и зарубежного производства / Ю.В. Лисин, Н.А. Махутов, Д.А. Неганов [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2018. – № 2. – С. 90–95.
7. Махутов Н.А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. – Новосибирск: Наука, 2008. – 528 с.
8. Probabilistic analysis of transportation systems for oil and natural gas / Yu.V. Lisin, N.A. Makhutov, V.A. Nadein, D.A. Neganov // Probabilistie Modeling in System Engineering. Ser. Engineering. System Engineering. London, 2018. – С. 81–103.
9. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность средств хранения и транспорта энергоресурсов / Научный руководитель Н.А. Махутов. – М.: Знание, 2019. – 928 с.
10. Комплексные механические испытания для расчетов прочности магистрального трубопроводного транспорта и нефтепродуктов / Ю.В. Лисин, Н.А. Махутов, Д.А. Неганов [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2018. – Т. 84. – № 4. – С. 47–59.
11. Лисин Ю.В., Неганов Д.А., Сергаев А.А. Определение допустимых рабочих давлений магистральных трубопроводов по результатам внутритрубной диагностики // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2016. – № 6. – С. 30–37.
