Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Рассмотрим далее соотношения между чистыми и приближенными рисками для четырех возможных состояний 5о, Si, Si, 5з.

Приближенная норма риска состояния So определяется из условия

Qo = i-(Qi + Q2 + Q3). (5.51)

в этом уравнении Qo - вероятность сохранения неизменным начального состояния оползня и трубопровода в период 7". Такое положение может иметь место только в том случае, если

(5.52)

<Зо= (1-901-02-ОЗ)* •

Вероятность разрушения трубопровода по причинам, не зависящим от оползня,

QiQoi S (1-?о1-7о2- Имея в виду, что

(5.53)

Z (1 -?о1-?о2-9озГ = - оз)",

Яо1 + got + 1оз

получаем

Qoi + <1о% + доз

Вероятность активизации оползня может быть определена как вероятность того, что последним из Л/ состояний на оползневом участке является его активизация. Применяя теоремы сложения и умножения вероятностей, получаем

(5.55)

Имея в виду, что 2 - сумма членов геометрической прогрессии с первым членом 1, и учитывая (5.50), получаем

901 + 902 -f 103 - 123

(1-Q0-P23).

(5.56)

Наконец, вычисление приближенной нормы риска Q3 после активизации оползня выполняется по схеме: событие 5з = первому событию S2 (все остальные не 52) + первое событие 5о, второе событие 52 (все остальные не S2) + первое и второе события 5о, третье--52 (все остальные не 52). . + первые (Л/-2) события 5о, событие (Л/-1) событие 52 (событие N не 52).

Выполнив вычисления, будем иметь

ЯтРд W23(l - Qo)

Qoi -h йог + Чоз - (Ч01 + Яог + Чоз) (Яо1 + Яо% + Яоз ~ Ягз)

Сложив выражения (5.56) и (5.57), получим

Qt + Qs =

(1-Qo)-

(5.57)

(5.58)

9oi -f Qoi + Я03

Используя приведенные формулы, можно установить соотношения между чистыми и приближенными нормами риска.

В теории вероятностей эти соотношения определены в следующем виде:

(5.59)

p„, = l-Q„-«"

01 =

P.2=l-Qo

(1-23)=! +

1

, qXi-Q,,"") (Q, + Q3)(i-Qo)

Q,(l-Qo)

(5.60)

(5.61)

Первые две зависимости устанавливают соотношения в .явном виде, а третья - в неявном, что требует применения графического решения или метода последовательных приближений.

§ 5.6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НОРМ РИСКА

Приведенные в предыдущем параграфе теоретические выводы позволяют определять чистую норму риска, если Известны приближенные нормы риска (и наоборот), а также определять как чистые, так и приближенные нор.мы риска, если известны вероятности возможных переходов из одного состояния в дру: гое qik{k) для заданных промежутков времени, сумма которых составляет расчетное время 7". Достоинством модели конкурирующих рисков является То, что она позволяет установить вероятность реализации интересующего события (из чиЬла многих возможных) в конце расчетного периода 7".

Рассмотрим наиболее интересные состояния (события) иа оползневом участке. Состояние 5о, как отмечено в предыдущем параграфе, характеризуется сохранением нормальных эксплуа- тационных качеств трубопровода в оползне. Чтобы это состояние сЬ.хранялось весь расчетный период 7", необходимо условие

Qi==Q2 = q3 = 0 или Ро1=Ро2 = Роз = Ргз=0. Это означает, что ни в одном из расчетных промежутков времени /,j(A) состояние So не может измениться. Очень жесткое условие. Чтобы его выполнить, нужно обезопасить трубопровод в оползне не только от возможных подвижек оползня, но и от всех случайностей, не связанных с оползневым процессом (наличие дефектов в трубах, не выявленных при строительстве, коррозионные повреждения труб, повышение давления в трубах за счет гидравлического удара и т. д.). В принципе все эти случайности можно устранить. Так, дефекты можно ликвидировать в процессе предварительных испытаний, коррозионные повреждения исключить высокоэффективной антикоррозионной защитой, гидравлический удар - соответствующей системой автоматики и т. д. И тем не менее останется какая-то вероятность qoi{k) перехода в состояние Si в результате воздействий, не связанных с оползнем. В этом случае для определения Ри нужно иметь qoi{k).

Примем за расчетный промежуток времени =1 мес. Вероятность Qijik) при t=l мес. можно определить путем обработки статистических данных по трубопроводам, проложенным в оползнях. Причем во внимание должны приниматься только причины, не связанные с оползнями, а вероятность должна быть отнесена к одному месяцу.

С 1970 по 1978 г. на 200 участках различных газопроводов, сооруженных в оползнях, произошло 10 аварий по причинам, не зависящим от оползневого процесса, т. е. имеет место 10 переходов трубопровода из состояния So в состояние Si. Соответствующая вероятность oi (ft) =0,000463. По формуле (5.50, а) находим чистую норму риска для последнего момента времени расчетного срока эксплуатации. Так, для Г=21 год Poi=l- - (1-0,000463) "«=1-0,8882 = 0,1118. Если принять расчетный период 7 = 42 года = 504 мес, то Poi = 0,211. При Г=10 лет Poi = = 0,0576. Из примера видно, что с увеличением срока эксплуатации риск перехода из So в 5i увеличивается. Это говорит о том, что уменьшить риск перехода из состояния 5о в Si можно путем уменьшения qoi(k), т. е. за счет более качественного выполнения строительно-монтажных работ, улучшения средств защиты труб от коррозии, защиты нх от механических повреждений и организации службы эксплуатации на высоком уровне.

Рассмотрим следующие возможные состояния. На тех же участках имели место два разрушения, связанные с быстрым и неожиданным обрушением оползней, находящихся в спокойном состоянии. Это явление можно охарактеризовать как переход So в 5з. Вероятность <уоз (А) =0,0000925. По формуле (5.50, в) соответственно для Г = 10; 21; 42 года находим Роз(10) =0,0117; Роз(21) =0.0234; Роз(42) =0,0463.

Риск для перехода So в 5з очень мал. Это говорит о том, что на оползневых участках проведены необходимые укрепительные

работы в строительный период либо в период эксплуатации или оползни имеют достаточно высокий коэффициент запаса устойчивости на сдвиг. Переходы из Si в S2 и s3 исключены; нерассмотренным остался лишь переход из So в S2 и из Sa в s3. Переход из So в S2, т. е. в состояние активизации, связанный с медленным движением оползня, наиболее часто встречается иа практике. Этому способствует множество факторов. О них было подробно рассказано в § 5.2. Мы сделаем оценку этого явления по конкурирующим рискам. На тех же 200 участках в движении находятся 50 участков. Некоторые из них пришли в движение сразу после строительства, другие - спустя некоторое время. При определении вероятности qozik) это необходимо учитывать. В данном случае такие сведения отсутствуют. Поэтому мы будем считать, что они перешли в движение в 1971 г., хотя не исключено, что это произошло раньше. Выполнив вычисления, получим (702 (А) =0,004166. Определяя для 7=10, 21 и 42 года риски возникновения аналогичных ситуаций, получаем Ро2(10) =0,144; Р02(21) =0,657; Р02(42) =0,882.

Как видно из этих данных, для 7=10 годам риск перехода нз So в S2 велик, через 20 лет более половины всех оползнем будут в движении, а через 42 года активизируются практически все оползни. Это очень тревожное обстоятельство, которое говорит о явных упущениях при изысканиях и проектировании. Прежде всего это относится к определению запаса устойчивости оползней, что в свою очередь связано с определением их действительных границ в плане и по глубине и физико-механических характеристик грунтов.

Наконец, наиболее сложным и важным является вопрос о норме риска при переходе из состояния S2 в s3. Определить с достаточной достоверностью (?2з() крайне сложно. Дело в том, что при движении оползня, как правило, принимают различные меры по закреплению оползней либо предотвращению воздействия оползающего грунта на трубопровод. Поэтому переход Sa в s3 - чрезвычайное происшествие, н связано оно с не-своевремеш1Ым принятием защитных мер, так как факт установления движения оползня заставляет принимать срочные меры.

Допустим, что защитные меры, которые требуют огромных затрат, не принимаются. В таком случае вероятность 723 (ft) в грубом приближении можно определить следующим образом. Устойчивость оползающего массива в каждый момент времени tij определяется запасом несущей способности грунта по поверхности скольжения. Коэффициент устойчивости fty непре-PHjBHO изменяется в зависимости от множества факторов: изменения влажности грунта, его плотности, состояния окружающей природной среды, воздействия вибрации, наличия подпора грунта у подошвы оползня и т. д. Все это делает fty весьма изменчивым. Как только истинный (не расчетный) fty. и приближа-

ется к единице, становится возможным движение оползня. При у.и=1 движение обязательно. Следовательно, движущиеся оползни имеют ky.ul. В отдельные периоды года йу.и>1- Поэтому, говоря об устойчивости оползня, необходимо иметь в виду математическое ожидание fey.„. Если для какого-то оползня fcy. 1,= 1 и подощва оползня не подпирается грунтом, то обрущеиие неизбежно, т. е. 2 обязательно перейдет в состояние S3.

Проведенные за 200 оползнями наблюдения показали, что из 50 ползущих оползней 10-15 не имеют грунтового упора, а ky.Hl. К ним также следует отнести оползни, которые для конкретного трубопровода могут иметь перемещения больще предельного. Это дает еще около 5 оползней. Таким образом, грубая оценка позволяет установить, что гз (fe) =0,000926. Более точная оценка может быть дана после тщательного изучения состояния оползней и определения fey. и. Что же дает грубая оценка? По формуле (5.50, г) для Г=10; 21 и 42 года р23(10) =0,112; р23(21) =0,211; Ргз(42) =0,378. Из полученных данных видно, что норма риска за период в 21 и 42 года велика. Это говорит о том, что в процессе эксплуатации необходим самый тщательный контроль за изменением состояния оползня и своевременное принятие заи1итных мер. Каждый год увеличивает нор.му чистого риска перехода 52 в S3 на 0,099, что больще, чем для Роз за 42 года.

Какова же норма чистого риска, при которой оползень и трубопровод в нем останутся в начальном состоянии? Имея в виду, что

-00 = 1 - (Р 01 + Pol ~Ь -Роз + Ргъ),

и выполнив вычисления для Г = 21 год, получим Роо(21) =0,003. Это говорит о том, что в конце 21-го года эксплуатации вероятность сохранения начального состояния практически равна нулю, а следовательно, и строительство трубопровода в оползне крайне нежелательно.

В заключение покажем отличие норм чистого и приближенного риска.

Так как

Qo = {1-01) (1-02).

то приняв, например, Г=21 год, получим Qo = 0,304. Разница между приближенной и точной оценкой велика.

ГЛАВА 6

ПРОЧНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Под прочностью магистрального подземного трубопровода будем понимать его способность сопротивляться внутренним и внешним нагрузкам без разрушения. Прочность является сложной функциональной зависимостью между несущей способностью материала, из которого сделаны различные конструкции трубопровода (прямые участки, кривые, отводы, тройниковые соединения и т. п.), и усилиями, возникающими в этих конструкциях под действием внутренних и внешних нагрузок.

Поскольку разрушение трубопроводных конструкций происходит, когда их несущая способность оказывается недостаточной для восприятия действующих в них усилий, то обеспечение прочности трубопровода может достигаться как регулированием физико-механических характеристик материала труб, их размеров (диаметра, толщины стенки), так и измеие1тем величины усилий, действующих в элементах конструкций.

Поэтому проблема обеспечения прочпостн трубопровода включает комплекс задач, связанных с определением усилий в элементах конструкций, определопием физико-.механических характеристик несущей способности материала конструкций и их из.менением при длительном действии нагрузок (.монотонное изменение, .мало- и многоцикловые изменения и т. п.); с разработкой метода оценки наступления предельного состояния, при котором полностью исчерпывается прочность конструкции и происходит ее разрушение, а также с разработкой методов оценки необходимого и достаточного запаса несущей способности, обеспечивающей неразрушимость трубопровода весь расчетный период его эксплуатации.

§6 1. РАЗРУШЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Разрушение трубопроводов, обусловленное недостаточной несущей способностью конструкций, является наиболее частой причиной кратковременных и длительных остановок трубопроводов. Длительность перерыва в работе определяется временем, необходимым для восстановления нормального для периода эксплуатации состояния трубопровода. Поскольку разные участки трубопровода находятся в различных топографических и гидрогеологических условиях и время доставки ремонтно-восста-новительных бригад к месту аварии в значительной мере зависит от наличия вдольтрассовых дорог, то время восстановления

§ 6.5-6.8 написаны при участии В. М. Зюзнной.