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

Далее по формуле (9.5) определяем Р(/= 10) =0,586.

Если не учитывать зависимость отказов, то вероятность безотказной работы двухниточного перехода получается

Р(/) = е ti+3> =0,805,

т. е. выше, чем надежность, подсчитанная с учетом зависимости между отказами в реальных условиях. Однако вероятность того, что за 10 лет, даже при ежегодных подводных обследованиях и ремонте размытых ниток не произойдет одновременного перехода двух ниток в аварийное состояние, очень мала.

3. Повышение работоспособности подводных переходов Как было показано вн. 1, отказ трубопровода может наступать в результате как внезапного разрушающего воздействия, так и постепенного развития дефекта, полученного в период строительства или эксплуатации.

Можно считать, что на трубопровод действует простейший поток отказов интенсивностью к, в соответствии с этим трубопровод отказывает в тот момент, когда происходит первое событие этого потока. Общий поток отказов складывается из отдельных потоков, вызванных различными причинами:

1 = КЛ-К + К + К, (9.9)

где Я,1, >.2, Я,з и Я,4-параметры потока отказов, соответственно из-за размыва трубопровода, механических повреждений трубопровода судовыми якорями и т. д., дефекта сварки и материала труб, внешней и внутренней коррозии и других причин.

Анализ аварий подводных переходов позволяет сказать, что основная их причина - это воздействие потока на размытый трубопровод.

Увеличение резервных ниток повышает не только затраты на эксплуатацию и текущий ремонт, но и опасность загрязнения водного бассейна, так как интенсивность отказов двухниточного перехода определяется из условия (9.1).

Необходимо рассмотреть возможность увеличения надежности трубопровода не путем строительства резервных ниток, а за счет увеличения затрат на повышение уровня надежности однониточного перехода. При этом следует исходить из того, что затраты на повышенпе надежности одной нитки не должны npcBbiHJaTb затрат на строительство резервной. В качестве мероприятия по повышению надежности переходов можно рассмотреть применение конструктивной схемы «труба в трубе» с заполнением межтрубного пространства цементно-песчаным раствором.

Сравним метод обычного резервирования, при котором прн аварии одной нитки иа речном переходе включается вторая нитка того же диаметра, с новым конструктивным решением, которое предусматривает строительство одной нитки, имеющей

значительно большую надежность вследствие описанных выше конструктивных особенностей.

Важнейший критерий оценки конструкции - безотказность работы в течение расчетного времени эксплуатации. Расчет показателей надежности резервированного перехода с учетом зависимости отказов приведен в предыдущем пункте.

При расчете вероятности безотказной работы двухтрубной конструкции будем считать, что восстановление трубопровода не происходит. При разрыве внутренней трубы нагрузку от давления воспринимает внешняя труба, и перекачка продолжается. Точно так же при повреждении внешней трубы трубопровод не утрачивает работоспособности.

При расчете вероятности отказа трубопровода «труба в трубе» необходимо найти произведение вероятностей

P{t) = Pi{t)P,{t),

(9.10)

где Р\ (t) - вероятность возникновения независимых отказов внешней и внутренней труб на допустимом расстоянии; Р2(0 - вероятность одновременного разрушения обеих труб.

Так как прочность трубопровода «труба в трубе» выше прочности обычного, то опасность возникновения аварии в этом случае под воздействием потока воды меньше. Кроме того, средства, которые нужно было бы затратить на резервную нитку, можно использовать на защитные мероприятия, полностью исключающие возможность отказов, вызванных воздействием потока, а также связанных с механическими повреждениями оголенного трубопровода.

Таким образом, можно исключить отказы, связанные с русловыми деформациями (Xi, Х2). Следовательно, параметр потока отказа двойного трубопровода будет

дв = 3 "

(9.11)

При определении Р\ (t) будем считать, что на протяжении расчетного времени эксплуатации подъем и ремонт как внешней, так и внутренней трубы не производится. При повреждении одной трубы частично разрушается слой бетона, однако, если вторая труба остается целой, то утечки не происходит. Авария возникает, если повреждение второй трубы произойдет иа расстоянии и от повреждения первой трубы.

Расстояния и следует задавать, исходя из скорости роста трещин в материале стенки трубы, трещиностойкости бетона и срока службы трубопровода.

При определении вероятности попадания отказа на участок длиной и можно считать, что относительная скорость уменьшения вероятности отказа с увеличением длины является постоян-

иой величиной. Вероятность отсутствия отказа на участке длиной и составляет

Ртр=е

(9.12)

где л -параметр потока отказов; Гол -срок службы трубопровода; L -длина перехода; « - допустимое расстояние между повреждениями внутренней и внешней трубы.

Число отказов для двух труб различно. Можно, например, предположить, что на внутреннюю трубу не будет действовать внешняя коррозия. Внешняя труба может иметь дефекты в результате повреждения грунтом при прокладке на большую глубппу. С другой стороны, внешняя труба не будет подвергаться постоянной нагрузке от давления. Поэтому для первой трубы

(9.13)

где Pi тр - вероятность отказа первой трубы; тр - параметр потока отказов первой трубы.

Вероятность отказа второй (внутренней) трубы

\трсл"

/2тр= 1

где Ягтр - параметр потока отказов второй трубы. Вероятность отказа перехода

Pi (t) = РхтрРатр-

(9.14)

(9.15)

Таким образом, можно определить вероятность отказов в течение заданного времени для обоих вариантов трубопровода в одинаковых условиях. Так как для нового варианта конструкции исключаются основные причины, приводящие к авариям, и вероятность одновременного повреждения труб очень мала, то вероятность безотказной работы трубопровода «труба в трубе», как показывают расчеты, оказывается выше, чем при обычном резервировании.

§ 9.3. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ТРУБОПРОВОД ПОТОКА

Труба, расположенная в траншее, на дие или вблизи дна реки подвергается силовому воздействию потока, основные со-ставляюшис которого показаны па рис. 9.8.

1. Статические составляющие скоростного потока при симметричном обтекании

Г.З 5

г.в. 6 г.в.

± t

77777

77777777; "V.

Рис. 9.8. Составляющие силового воздействия потока на трубу, расположенную:

а - выше дна; б - на дне; в - в траншее

Сила лобового сопротивления при расстоянии от дна до трубы SDyi

P = 0,5CpvW„; (9.16) подъемная сила s<;Dh

Py = 0,5CypvW„, (9.17)

где Сх и Су - коэффициенты соответственно лобового сопротивления и подъемной силы; эти коэффициенты зависят от числа Рейнольдса

Re=.

(9.18)

а также шероховатости поверхности труб. Здесь v - средняя скорость набегающего на трубу потока; - наружный диаметр труб; V - кинематическая вязкость.

Исследования, выполненные рядом авторов, позволяют дать следующие рекомендации.

Коэффициент лобового сопротивления Сх для трубы с гладкой поверхностью определяется по графику (рис. 9.9); для футерованных деревянными рейками или бетонированных труб при RelQs Сх=1,2; при 105<Re<10 Сх=1,0.

Коэффициент подъемной силы Су зависит не только от Re и шероховатости, но и от расстояния от дна до трубы. Проведенные исследования показывают, что при s = 0 Cj/ = 0,6; при 0<s/Dul Су принимается по графику (рис. 9.10, а).

to" 2 3 5 7 310 г J t5 673W 2 J дбП Рнс. 9.9. График зависимости от Re

Р 0,2 0, 0,6 0,8

3 2 I О

1.3 h,

12 i.! ,0

О 0,2 O.i 0.S 0.S

Рнс. 9.10. Графики зависимостей:

а - Cys.C уо от s/Dh; б - h/D„ от А,; в - А, от Fr; су « <уо- коэффициенты подъемной силы для трубы, расположенной соответственно на расстоянии s от дна рекп н на ее дне ; ft, - коэффициент, учитывающий влнянпс h/D„ (где Л - расстояние от поверхности воды до трубы); к, - коэффициент, учитывающий параметр

Рис. 9. потока

11. Распределение скоростей в траншее

-а,/ О ;гзoн.т/вl)н

Рис. 9.12. Графики для определения Гдон. т/Удоо.

/ -m-l; -m = 0,5; III - m=.Q; IV - "1 = 2.5; m - заложение откосов траншеи;

-глубина траншеи; b - ее ширина по дну

При расположении трубы вблизи поверхности потока

C, = hhC, (9.19)

где ft] и 2 - коэффициенты, принимаемые по графикам (рис. 9.10,6, в).

2. Статические составляющие скоростного потока при расположении трубы в траншее

Эти составляющие определяются по формулам (9.16) и (9.17), в которых Сх, Су я V принимаются с учетом изменения характеристик потока в траншеях. Выполненные опыты позволяют дать следующие рекомендации.

Скорость потока в траншее иа глубине у (рис. 9.11) определяется из уравнения

f (у) ~ у яп, л 0,9удо„

-Рд.п.т Л У у

- дон.т V Йт /

(9,20)

где и (г/)-скорость на глубине у; Одо„ -скорость потока на подходе к траншее; Удо„. т - скорость потока у дна траншеи. Зависимость (9.20) дает распределение скорости по оси траншеи, как показано на рнс. 9.11.

Для определения Удон т .можно воспользоваться графиком (рис. 9.12).

Коэффициенты С и Су определяются по найденным значениям скорости потока.

3. Гидродинамические составл.чющие скоростного потока Трубопровод, обтекаемый потоком, подвергается не только статическому, но и гидродинамическому воздействиям.