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

совпасть, а при больших - отличаться в 2-3 раза. Модель коэффициента постели дает значения критической силы верхние, а модель жестко-пластической среды - нижние. Какие из моделей принять в тех или иных конкретных условиях, решить очень сложно.

Приняв одну из моделей, не отвечающую реальным условиям, а затем без каких-либо отклонений от проекта выполнив строительство, мы получим трубопровод, который на данно.х; участке может потерять устойчивость прямолинейной формы. Однако при проектировании и строительстве эта возможность исключалась. Применяя любую из условных моделей, мы рискуем получить изменение начального положения трубопровода.

Другой пример. Рассматривая возможность поперечных перемещений труб в болотистом грунте, можно использовать как теорию фильтрационного уплотнения грунта, так и теорию движения цилиндра в вязкой жидкости. Оба подхода достаточно условны и дают отличающиеся результаты. Следовательно, уже при проектировании допускается возможность отклонений действительного поведения трубопровода от расчетного. Большинство расчетных моделей создает определенную возможность риска в поведении трубопровода.

2. Неполные или явно ошибочные исходные данные Эта категория причин, пожалуй, не в меньшей степени, чем первая, влияет на норму риска, связанного с изменением положения труб.

Данную категорию причин можно разделить на две группы: неполные и ошибочные исходные данные, относящиеся к окружающей трубопровод среде, такие же исходные данные, относящиеся собственно к трубопроводу.

Исходные да1шые по окружающей среде: физико-Mexaini-ческие характеристики грунтов (плотность, пористость, влажность, пределы текучести и пластичности, сопротивле[1ие грунта сдвигу, угол внутреннего трения, сцепление, коэффициент постели па сжатие и на сдвиг, компрессионная кривая); естественное состояние грунта (оттаявшие, мерзлые); для мерзлых грунтов, требуется ряд допол1!ительпых характеристик, определяющих поведение грунта при действии на liero сооружений, имеющих положительную температуру.

Приведем несколько примеров, характеризующих точность исходных данных. Коэффициенты постели грунта tia сжатие kg и на сдвиг kn вообще в натурных условиях не определяются, пршшмаются некие средние значения для глинистых грунтов, супесей, песков, торфяных грунтов.

А ведь и ко, и ;fe„ -очень важные исходные характеристики, входящие в расчетные формулы как по устойчивости, так и по упругим перемещениям. Характеристики плотности, угла внутреннего трения грунта, сцепления - основные для определения

сопротивления грунта трубопроводу при неупругих продольных и поперечных перемещениях труб. Однако эти характеристики в натурных условиях определяются в лучшем случае через 100-200 м, а в расчете принимаются одинаковыми по всей длине трубопровода. Методы испытания грунтов различны. Это также дает ошибки в определениях в пределах 50-100 %.

Исходные данные по трубопроводу: геометрические характеристики и масса единицы длины готового трубопровода, соотношение между силой тяжести от этой массы и выталкивающей силой обводненного грунта, плотность транспортируемого продукта, механические характеристики материала труб, температура перекачиваемого продукта и другие данные, характеризующие собственно трубопровод.

Приведем пример, показывающий влияние точности исходных данных на изменение начального состояния трубопровода.

Так, соотношение между силой тяжести единицы длины труб тр и выталкивающей силой дв для вязких водонасыщен-ных грунтов имеет исключительное значение. Как показано в § 4.2, при 9тр/9в=1 трубопровод сохраняет начальное положение (при условии, что отсутствует продольная сжимающая сила); при 9тр/?в<1 он медленно всплывает, а при 9тр/?в>1 - погружается. Даже незначительная погрешность в определении 9тр и дв для вязких болотистых грунтов будет способствовать изменению начального положения труб.

3. Ошибки, допускаемые при проектировании

Такие ошибки трудно прогнозировать. Они могут быть в любом расчете. Причем применение ЭВМ не гарантирует от ошибок. Нужно считаться с такой возможностью и особенно внимательно проверять полученные расчетным путем данные для условий, в которых отклонения труб от начального положения недопустимы или могут привести к нежелательным последствиям.

4. Преднамеренное изменение проектных решений Иногда из-за отсутствия у строителей необходимых материалов в проектные решения вносятся изменения.

Например, вместо сплошного бетонирования труб по просьбе строителей предложена замена - применить одиночные грузы или винтовые сваи. Такая замена не всегда эквивалентна.

§ 8.2. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА ПРИЧИН ИЗМЕНЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Названные в § 8.1 причины установлены в результате наблюдений проведенных при анализе работы магистральных трубопроводов в период эксплуатации и большого числа проектов. Эти наблюдения являются однозначными числовыми величинами, определенными в основном вероятностном множе-

ствс, т. е. случайными переменными, одним из основных свойств которых является то, что вероятность их появления из общего числа основного вероятностного множества

P-i (8.1)

где п - число величины определенного вида; N - общее число величии в основном вероятностном множестве.

Допустим, что по каждой из причин сделано п независимых наблюдений. Цель этих наблюдений - получение ответа на вопрос: есть ли такие величины X в серии п, которые приводят к изменению начального положения трубопровода. «Да» - означает «успех», т. е. обнаружение такой случайной величины; «пет» - «неуспех», т. е. трубопровод сохраняет неизменным начальное положение. Эта случайная переменная X, определяющая в соответствии с формулой (8.1) число «успехов» в л независимых наблюдений (опытов) с постоянной вероятностью «успеха» в каждом из наблюдений, называется биноминальной случайной переменной, функция частот которой

Рх()=С*РУЛ (8.2)

где Сп - биноминальный коэффициент; k - любое из наблюдений в серии О, \, 2 ..., п; Р- вероятность «успеха» x=k; q=\-P.

Рассмотрим основные группы причин изменения начального состояния трубопровода (см. § 8.1).

Первая группа - недостаточно обоснованные и даже неправильные предпосылки, заложенные в методы расчета. Допустим, что проведено п наблюдений изменения начального состояния. Каждое из наблюдений проанализировано с целью определения изменения трубопроводом своего начального положения по рассматриваемой причине. Пусть X - число наблюдений или анализов с положительным рещением. Если Х= = 0, то это означает, что трубопровод ни разу не изменил начального положения в п наблюдениях по этой причине; если же Хф, то необходимы более тщательное наблюдение и анализ. Эта статистическая гипотеза должна быть проверена.

Допустим далее, что, несмотря на тщательность анализов п наблюдений, давщих отрицательный ответ, вероятность того, что некоторый анализ сделан с онигбочным выводом (т. е. ответ на самом деле положительный), равна Р\.

Пусть из предшествующего опыта известно, что на данном трубопроводе, уже имеющем участки с изменением начального положения, вероятность такого изменения по первой группе причин равна Рг. Очевидно, что случайная биноминальная величина X может принимать лишь значения О, 1, 2, ..., п.

В соответствии с принятой выше статистической гипотезой имеются только две воз.можности: положительная - трубопро-

вод не изменяет начального положения и отрицательная - трубопровод изменяет начальное положение. В первом случае

Р;,() = С*Р?(1-Р,)"-*;

во втором

Рх()=С*Р2*(1-Р2)"""*.

(8.3)

(8.4)

Таким образом, формулы (8.3) и (8.4) определяют две возможные функции частной переменной X в любом множестве простых гипотез по поведению трубопровода под влиянием первой группы причин, а именно

Р=Р\-трубопровод не изменяет начального состояния;

Р = Р2 - трубопровод изменяет начальное состояние.

Необходимо испытать эти гипотезы. Будем считать испытуемой одну из гипотез, например Р = Р2. Обозначим ее И, тогда вторая гипотеза является отрицанием И, обозначим ее И.

Если хотя бы одно наблюдение покажет наличие недостаточно обоснованных предпосылок, то уверенности в сохранении начального состояния быть не может; неизменность положению может быть лишь в случае, если k = О, что приводит к отклонению испытуемой гипотезы И. Если же несмотря на такое заключение окажется, что гипотеза И - истинна, то следовательно, совершена ошибка, вероятность которой

Р(Х = 0, Я) = (1-Р,)". (8.5)

Если же гипотеза ложна, т. е. й>0, и мы ее примем, то будет coBcpniena ошибка, вероятность которой

Р(Х>0; Я) = 1 -Р (Х = 0) = 1 -(1-Pi)". (8.6)

В данном случае необходимо определить так называемую функцию мощности критической области, в пределах которой производились испытания гипотезы И. Мощность функции равна вероятности того, что критерий, иcпoльзyeмыЙJpи испытании гипотезы И, установит истинность гипотезы И.

Эта вероятность будет

р(Х = 0; 77j=(l-Pi)". (8.7)

Таким образом, формулы (8.5) и (8.7) позволяют сделать вывод о том, что при п наблюдениях только (I-P2)" участков не изменяют своего начального положения несмотря на то, что такие изменения уже происходят из-за использования недостаточно обоснованных предпосылок, и только (1-Pi)" участков не изменят своего начального положения несмотря на то, что еще ни один участок в серии п наблюдений не изменил его.

Приведем пример. Допустим, что при расчете устойчивости трубопровода на болотах использовались недостаточно обоснованные предпосылки. Наблюдения за действующими трубо-

проводами на 16 участках позволили установить, что вероятность полной потери устойчивости по указанной причине для участков, на которых еще нет никаких признаков изменения начального состояния, составляет Pi = 0,01, а для участков, на которых такие признаки выражены достаточно явно, Р2=0,3.

По формуле (8.5) находи Р(Х=0; И) = (1-0,3)16=0,0033; по формуле (8.7) Р(Х>0; Я) = (1 - 0,01)б = 0,851.

Это означает, что использование недостаточно обоснованных расчетных предпосылок гарантирует сохранение устойчивости только на 85,1 % участков, где нет никаких признаков изменения начального состояния (прямолинейности) и только на 0,33 % участках, где такие изменения уже есть, хотя бы в начальной стадии.

Оценка влияния на изменение начального состояния трубопровода причин остальных групп (неполные или явно ошибочные исходные данные, ошибки проектирования, изменение проектных решений) осуществляется аналогично описанной выше.

Определяют по результатам наблюдений вероятности Pi и Рг для соответствующих причин изменения состояния трубопровода, а затем по формулам (8.5) и (8.7) устанавливают вероятности истинности гипотез И и И для соответствующих причин.

Приведенные в данном параграфе данные позволяют сделать некоторые выводы относительно анализа причин изменения трубопроводами начальных положений, выполняемого различ-ны.ми инспекциями и эксплуатационными службами. Основной их недостаток-отсутствие четкой дифференциации причин и каких-либо гипотез состояний и их вероятностной оценки. Иначе говоря - отсутствие обоснованной системы контроля состояния трубопровода и его прогноза.

Такая система может быть организована в соответствии с методологией оценки истинности гипотез состояния трубопровода. Постепенное накапливание результатов наблюдений за действующими трубопроводами, их классификация по группам причин явится важным и достоверным материалом для оценки действительного состояния трубопровода.

§ 8.3. ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ

По данным § 8.2 можно установить, что то или иное состояние будет иметь место в действительности с определенной вероятностью. Но эта вероятность не связана со временем работы трубопровода. Между тем изменение начального состояния не всегда происходит сразу же после ввода трубопровода в эксплуатацию. . Иногда внешнее благополучное состояние продолжается несколько лет, что успокаивает службу эксплуатации. Риск перехода в новое состояние не исчез, просто еще не наступило время, когда должен обозначиться такой пере-

Рис. 8.1. Переход трубопровода в искривленное состояние с выходом на поверхность грунта

ход, при котором становится возможным визуальное его наблюдение.

Представляет большой интерес определить вероятность того, что такой переход начнется после какого-то промежутка времени Т. Это можно сделать по методике, изложенной в § 5.5.

Будем считать, что трубопровод может находиться в трех состояниях: So -начальное; Si - измененное, по визуально не фиксируемое; S2 - измененное состояние, фиксируемое визуально. Установить, что изменение уже началось, можно путем инструментального контроля или- с помощью специальных датчиков. Пример такого перехода из одного состояния в другое показан па рис. 8.1. Газопровод, уложенный в болото, с малой