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

Таблица 7.2

Допускае.мые значения коэффициентов концентрации

давление испытания должно обеспечить выявление всех дефектов, дающих больший уровень концентрации напряжений, чем приведенные для соответствующих значений т. Как уже отмечалось, коэффициент m определен по пределу текучести. По-это.му испытательное давление должно составлять

Рисп =/"Рраб-

(7.3)

В зависимости от m изменяется при заданном уровне надежности и Рисп.

Как было показано в § 6.7, значения упругих концентраций в зонах различных дефектов не превосходят ke=45. При таком уровне концентрации напряжений и мере надежности Р(7)=0,99, как видно из табл. 7.2, коэффициент запаса - 1,30, а при мере надежности Р(7) =0,999 т1,55. Можно определить m и для других мер надежности, например 0,8; 0,9. Но это уже низкий уровень, и целесообразность этой меры должна быть как-то обоспована-

Из табл. 7.2 также видно, что чем длиннее участок, тем меньше коэффициент допустимой концентрации при заданной надежности. Так, среднее значение т для трех участков составляет 1,3 при кеЛ14-5; если же исследовать участок 40 км, то для него т=1,2 при Р(7)=0,99 п т=\,4 при Р(7) =0,999.

Выше было от.мечено, что длина трубопровода является существенным фактором при определении надежности, а следовательно, и т. Чем больше длина участка (находящегося по всей длине в одинаковых условиях), тем больше вероятность наличия на нем дефектов с высоким уровнем концентрации напряжений, следовательно, и испытательное давление для него в соответствии с зависимостью (7.3) должно быть большим.

Испытательное давление должно определяться при проектировании для каждого характерного участка. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть принципы деления трубопроводов иа характерные участки с определенными требованиями по их прочности и испытательному давлению.

§ 7.3. ДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ НА УЧАСТКИ РАЗЛИЧНЫХ КАТЕГОРИЙ

Такое деление проводится с целью обеспечения определенного, требующеюся в конкретных условиях, уровня надежности участка трубопровода. В числе мер, регулирующих этот уровень,- увеличение толщины стенки труб, улучшение защиты от коррозии, увеличение испытательного давления, более строгий пооперационный контроль и др.

В основу деления участков трубопроводов на категории должны быть положены следующие принципы:

все участки одной категории должны обладать одинаковой несущей способностью независимо от характеристик материала труб. Природные условия участков одной категории должны обусловить достаточную одинаковость внешних воздействий на трубопровод, что приведет к возникновению в трубах на участках одной категории однородных внутренних условий;

на участках, где необходим более высокий уровень надежности не по природным условиям, а по условиям безопасности сооружений, расположенных вблизи трубопровода, несущая способность труб должна полностью исключать их разрушение пли вероятность разрушения их должна быть не больше заданной;

необходимо обеспечить минимум или полностью исключить возможность вредного воздействия перекачиваемого продукта на окружающую среду (например, на пересечениях рек, веч-иомерзлых грунтов, в акваториях морей и т. п.).

Из приведенного очевидно, что наиболее высоким запасом несущей способности должны обладать участки, охарактеризованные по второму и третьему принципам, т. е. участки, при разрушении которых может быть причинен наибольший ущерб окружающей природе и различным сооружениям.

Естественные условия местности, по которым могут прокладываться магистральные трубопроводы, можно подразделить

на следующие основные типы: освоенные равнины, пустыни, болота, вечномерзлые грунты, водные преграды, горы.

Сооружение и эксплуатация трубопроводов на освоенных равнинах осуществляется наиболее просто. Вследствие того что освоенные равнины сложены, как правило, достаточно плот-ны.ми грунтами, условия работы трубопроводов оказываются весьма благоприятными. Это же в общем относится и к пустынным районам. И хотя устойчивость грунтов в незакрепленных барханах мала, тем не менее, учитывая законы формирования и движения барханов, можно уложить трубопровод таким образом, чтобы при любых переформированиях грунтов его устойчивость была обеспечена. При этом трубопроводы не должны иметь каких-либо дополнительных запасов несущей способности. Поэтому трубопроводы, прокладываемые иа освоенных равнинах и в пустынях, должны составить участки низшей категории по несущей способности.

Болота представляют очень сложные для строительства и эксплуатации участки. Обеспечение устойчивого положения труб на таких участках - весьма сложная задача. Существенное различие с точки зрения эксплуатационной надежности могут иметь лишь болота различной глубины и протяженности: глубина болота меньше или равна глубине заложения труб и глубина болота больше глубины заложения труб. В нервом случае условия работы самих труб практически одинаковы с условиями в обычных равнинных грунтах, и эти участки могут быть отнесены к участкам более низких категорий.

Соответственно участки болот большой глубины могут быть отнесены к более высокой категории. Это объясняется тем, что при большей глубине болот существенно усложняется проблема обеспечения устойчивости трубопровода (см. гл. 3). Потеря устойчивости, сопровождаемая искривлением труб, приводит к возникновению дополнительных изгибающих усилий. Отнесение таких участков болот к более высокой категории диктуется условиями обеспечения несущей способности трубопроводов. Несколько иначе следует рассматривать болота малой глубины (меньше расчетной глубины заложения труб). При ширине таких болот 250-500 м строительные и восстановительные работы производятся достаточно просто. При большей ширине и строительство и ремонт осложняются. Осложнение строительных работ способствует нанесению на трубы большего числа строительных дефектов, что повышает вероятность разрушения труб в процессе эксплуатации. Поэтому требования к несущей способности таких участков должны быть повышены. Более подробно классификация болот применительно к трубопроводному строительству приведена в гл. 10.

вечномерзлые грунты вызывают большие опасения с точки зрения как несущей способности трубопроводов, так и сохране-

ипя естественного состояния мерзлых грунтов. Однако эти опасения справедливы не для всех видов мерзлоты. Поэтому предложена классификация, в которой учитывается возможное оттаивание мерзлоты. Если осадка оттаявших мерзлых грунтов не превышает 10 % толщины оттаивающего слоя грунта, то никаких дополнительных мер (по сравнению с участками низи1ей категории) по увеличению несущей способности труб принимать не следует.

Более просто решается вопрос о категорийностн участков труб на пересечениях водных преград. Условие одно: попадание вредных продуктов в реки, ручьи и другие водоемы должно быть исключено. Поэтому все подводные трубопроводы, кроме водоводов, которые не загрязняют водоем, должны быть отнесены к высшей категории.

Трубопроводы, прокладываемые в горной местности на участках с продольными уклонами более 20°, а также на поперечных уклонах в оползающих грунтах, на пересечениях селей, должны быть отнесены к высшей категории, так как они подвергаются дополнительному силовому воздействию грунта, которое практически одинаково для любых уклонов более 20°.

При меньших уклонах оползание грунтов как на продольных, так и иа поперечных уклонах наблюдается редко, поэтому эти участки трубопроводов можно отнести к участкам низшей категории.

Что касается трубопроводов для жидких продуктов (нефть, нефтепродукты и т. п.), оказывающих при аварии вредное воздействие на окружающую среду, то при выделении участков высшей категории нужно иметь в виду не только силовые факторы, lio и то обстоятельство, в како.м объеме и куда потечет продукт в случае разрушения горного трубопровода. Здесь ул<е крутизна уклона значения не имеет. При любом уклоне жидкость, вытекающая из трубопровода, может попасть в ручей, реку, в долину, где расположен поселок, и т. д.

Трубопроводы в пределах возможной зоны влияния на различные сооружения (железные дороги, НС и КС, населенные пункты и т. п.) независимо от рельефа местности, характера грунтов и т. п. должны относиться к участкам высшей категории.

Таким образом, надежность трубопровода в целом и отдельных его участков обеспечивается комплексом мер: улучшение технологии строительства, закрепление грунтов, строительство защитных сооружений, улучшение средств и методов защиты труб от коррозии и т. п. Если считать, что все эти мероприятия к моменту ввода трубопровода в эксплуатацию закончены, а конструкции и сооружения электрохимзащиты, обеспе-чиваюише эксплуатацию линейной части трубопровода, выполнены в соответствии с проектом, то основные требования к тому или иному участку трубопровода будут определяться

уровнем, надежности по несущей способности и величиной испытательного давления.

При назначении расчетного уровня надежности магистрального трубопровода и его отдельных участков следует в качестве отправного принять уровень надежности линейной части уже построенных трубопроводов. Здесь приходится обратить еще раз внимание на такой, казалось бы, парадоксальный факт: расчетный уровень надежности построенных трубопроводов очень высок (по несущей способности). Анализ разрушений за период 1973-1978 гг. всех газопроводов показывает, что средняя вероятность разрушения на 1000 км в год составляет Рразр=0,00075, а на расчетный период эксплуатации в 30 лет Рразр=0,0225. Этн данные позволяют достоверно оценить средний уровень надежности построенных газопроводов как Р(7) =0,9775. Аналогичный анализ по нефтепроводам показывает, что они имеют несколько меньший уровень надежности. Отметим, что данные по разрушения.м получены в период эксплуатации. Чем же вызвано довольно существенное число разрушений? Анализ данных показывает, что около 60 % разрушений произошло в результате коррозии, около 35 % - из-за дефектов, не выявленных при испытаниях. Оставшиеся 5 % приходятся на стихийные бедствия, механические повреждения сельскохозяйственными машинами. Не затрагивая вопроса о борьбе с коррозией, отметим, что невыявленные дефекты (35%) целиком приходятся на неправильный подход к проблеме испытаний.

Фактически трубопроводы оказываются недостаточно испы-танны.ми. И хотя толщины стенок рассчитаны почти с полуторным запасом, невыявленные дефекты приводят к разрушению уже работающего трубопровода. В сущности разрыв при испытании- это с точки зрения повышения уровня эксплуатационной надежности положительный факт. Конечно, разрывы удлиняют сроки испытаний, осложняют их. Но испытания и проводятся для того, чтобы выявить дефектные места. При этом выясняется природа дефектов и принимаются меры против их появления.

Имея в виду сказанное, надежность низшей категории участков должна быть не менее 0,99, что выше средней надежности существующих трубопроводов. Будем считать эту категорию второй (II), имею[цей меру надежности Р(7)=0,99. Как следует из § 7.2, такой уровень надежности обеспечивается при коэффициенте запаса несущей способности т=\,3.

Все расчетные параметры такого трубопровода определяются по рекомендациям гл. 6, а испытательное давление, выявляющее все дефекты для заданной меры надежности, составляет

Рисп = 1>ЗРраб

(7.4)

Таблица 7.3

Категории участков трубопроводов

Примечай ня. [. Все стыки проверяются физическими методами контроля. 2. Производитсясплошной контроль качества изоляционных покрытий.

прн условии, ЧТО В стенке труб при испытании возникнут кольцевые напряжения а"кц = ат (от - математическое ожидание предела текучести). Высшая категория должна иметь уровень надежности не менее 0,999, т. е. Р(7) =0,999. Такой уровень обеспечивается при т=\,55, и соответственно

Рисп = 1,55Рраб

(7.5)

при условии, что при испытаниях а"кц = 0,90ат.

Таким образом, весь трубопровод будет состоять из участков двух категорий: I (высшей) и II (низшей) с соответствующими испытательными давлениями. Это позволит повысить в целом уровень надежности линейной части, упростить процесс проектирования и работу строителей по разделению участков и определению их границ.

. В табл. 7.3 приведены данные по категориям участков трубопроводов и требования к ним.

В табл. 7.4 дана спецификация участков I категории; другие участки, не вошедшие в эту таблицу, следует отнести к участкам II категории.

§ 7.4. ДЕЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ НА ИСПЫТУЕМЫЕ УЧАСТКИ

Деление трубопровода на участки, подвергаемые самостоятельному испытанию, должно проводиться с учето.м следующих основных факторов: вид перекачиваемого продукта, рельеф местности, вид испытательной среды (воздух, жидкость), расстановка отсекающей арматуры (краны, задвижки), тем-