Разрушение трубы происходит с образованием продольной трещины. Визуальный осмотр внутренней поверхности разрушенной трубы показал, что она имеет форму многогранника с шириной грани, равной шагу продольной арматуры, т.е. имеет место ярко выраженная деформация смятия полиэтиленовой
матрицы.

Для исследования напряжений в зоне контакта арматуры с полиэтиленом было использовано решение контактной задачи Герца.

Максимальное давление в зоне контакта определяется по формуле:

,

где R1 и R2 – радиусы кривизны контактирующих тел; R1 =5,9 см;  R2 = 0,15 см;

,

где Е1 и Е2 – модули упругости; Е1 = 800 МПа; Е2 = 2,1*105 МПа;

v1 и v2 – коэффициенты Пуассона; v1 = 0,4;  v2 = 0,3;

,

где g – интенсивность погонной нагрузки; p – внутреннее давление в трубе; Δ – шаг арматуры (Δ = 6 мм).

При внутреннем давлении 12 МПа получили Рmax = 118,8 МПа.

Главные напряжения в зоне контакта:

Эквивалентные напряжения по Мизесу:

Для полиэтилена низкого давления предел текучести равен 20 МПа. Полученный уровень напряжений говорит о том, что в зоне контакта происходит ме­стная пластическая деформация, результатом которой становится смятие полиэтиленовой оболочки. При внутреннем давлении р = 4 МПa σэкв = 13,7 MПa.

Контактная задача Герца описывает напряжения на границе “полиэтилен-сталь” приблизительно, так как, в данном случае, непосредственно рассматривалась только зона контакта двух элементов (полиэтиленового и стального) без учета роботы соседних элементов.

Поэтому для анализа напряженно-деформированного состояния в зонах контакта стальной арматуры с полиэтиленом была смоделирована другая сетка конечных элементов (рис. 31 и 32). Для достижения большей точности реше­ния в зонах контакта использована более мелкая сетка. Задача решалась в пло­ской постановке.

Были рассмотрены два сечения металлопластовой трубы. Сечение 1 про­ходит между двумя смежными проволоками окружной арматуры. Сечение 2 включает в себя окружную и продольную арматуру. Рассматривалась металлопластовая труба наружного диаметра 95 мм под действием внутреннего давле­ния 4.0 МПа. Был рассмотрен фрагмент трубы, включающий в себя 5 проволок продольной арматуры (d = 2.5 мм). В силу симметрии относительно вертикаль­ной оси сеткa КЭ формировалась для половины фрагмента. Для узлов, лежащих на оси симметрии, горизонтальные перемещения принимались равными кулю.

Распределение эквивалентных напряжений Мизеса 1 и 2 показано на рис. 33 и 34. Для сечения 1 напряжения в полиэтилене в окрестности узла 258 не превышают 5 МПа. Для сечения 2 в узде 258 напряжение равно 5.07 МПа. Такой уровень напряжений обеспечивает четырехкратный запас кратковременной прочности.

Как указывалось выше, наиболее наряженным элементом конструкции оказалась арматура в окружном направлении. Шаг Δ1 армирующей сетки в окружном направлении несущественно влияет на напряженно-деформированное состояние трубы и может задаваться из конструктивных соображений.

Наиболее существенное влияние оказывает шаг Δ2 арматуры в продольном
направлении. Для трубы диаметром 95 мм изменение шага сетки в продольном
направлении с 8 до 6 мм привело к понижению растягивающих напряжений в
кольцевой арматуре примерно на 20 %.

В процессе изготовления МПТ при отверждении ПНД с 70 до 20°С в трубе возникают термоупругие напряжения. В арматуре термоупругие напряжения – сжимающие, в полиэтиленовой матрице – растягивающие. От действия внутреннего давления и в арматуре и в полиэтиленовой матрице возникают растягивающие напряжения. Таким образом, наличие термоупругих  напряжений разгружает арматуру и повышает суммарные напряжения в полиэтилене. С це­лью снижения уровня напряжений в полимерной матрице и повышения работоспособности труб целесообразно в технологию изготовления внесли операцию термообработки тела трубы.

Результаты испытания на растяжение элементов сварного проволочного каркаса металлопластовой трубы из малоуглеродистой конструкционной стали показали уровень предела текучести σт = 310 МПа. Сопоставление с напряжениями в стальной арматуре (табл. 111) показывает, что для труб диаметром 89 и 95 мм можно использовать проволоку диаметром 2,5 мм при размерах ячейки до 8 х 8 мм. Трубы диаметром 115 и 132 мм позволяют использовал проволоку диаметром 3 мм при размерах ячейки до 8 x 8 мм. При использовании проволоки диаметром 2,5 мм для трубы диаметром 115 мм размеры ячейки не должны превышать  6 х 6 мм, для трубы диаметром 132 мм размеры ячейки не должны превышать 6 x 6 мм.

Проведен расчет геометрических параметров полиэтиленовой законцовки металлопластовой трубы.

Определение длины законцовки из термопласта.

Расчет ведется на срез по границе "законцовка – тело трубы".

Подставив эти значения, получим:

откуда:

где h – шаг расположения продольных проволок;

       δ – толщина стенки трубы.

Расчет длины законцовки из условия равенства прочности тела трубы на разрыв и прочности точечной сварки проволок между собой.

Подставив эти значения, получим:

По результатам расчета принимается наибольшая величина длины законцовок.

Определениe толщины законцовок.

Расчет ведется на смятие выступа полиэтиленовой законцовки.

Подставив значения, получим:

Решая это квадратное уравнение, получим значение толщины законцовки и ее наружного диаметра.

7. РАСЧЕТ ПРОЫСЛОВОГО ТРУБОПРОВОДА ИЗ СТАЛЬНЫХ ТУБ И ТРУБОПРОВОДА ИЗ ГПМТ

Исходные данные:

Внутренний диаметр dвн = 190 мм;

длина трубопровода L = 2000 м;

часовая пропускная способность Qч = 200 м3/ч;

плотность перекачиваемой нефти ρ = 870 кг/м3;

кмнематическая вязкость нефти vt = 0.994*10-4 м2/с.

7.1. Расчет трубопровода из стальных труб

Секундный расход нефти в трубопроводе:

Средняя скорость нефти в трубопроводе:

Режим движения потока в трубопроводе характеризуется числом Рейнольдса:

,

получаем режим движения нефти в трубопроводе – турбулентный.

Для определения зоны трения необходимо определить переходные числа Рейнольдса:

,

где ε = Kэ/d – относительная шероховатость труб, выраженная через эквивалентную шероховатость Kэ и диаметр.

зона смешанного трения:

Коэффициент гидравлического сопротивления в этом случае определяется по формуле Альтшуля:

Потери напора на трение  в трубе круглого сечения определяют по формуле Дарси-Вейсбаха:

,

если перевести полученный результат в потери давления, то получим:

7.2. Расчет трубопровода из ГПМТ

Эквивалентная шероховатость ГПМТ примерно на 30 % ниже, чем у стальных труб, и составляет Кэ = 0,3.

Тогда:

получаем зону гидравлически гладких труб:

Коэффициент гидравлического сопротивления в этом случае определяется по формуле Блазиуса:

Тогда потери напора на трение:

,

если перевести полученный результат в потери давления, то получим:

Следовательно, можно сделать вывод о том, что при применении ГПМТ вместо стальных труб  за счет меньшей эквивалентной шероховатости труб уменьшается коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода, а также уменьшаются потери напора на трение, что положительно влияет на весь процесс перекачки.

8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

В процессе строительства, ремонта, эксплуатации промысловых трубопроводов происходит образование отходов.

Токсичные отходы в виде нефтешламов образуются при зачистке резервуаров, сепараторов и других емкостей, используемых при подготовке нефти. Нефтешламы состоят в основном из тяжелых фракций нефти (асфальтенов, парафинов, масел, смол), сорбированных на частицах песка и глины, продуктов коррозии, отложений минеральных солей, воды.

Нефтезагрязненный грунт образуется в результате аварийных ситуаций (разливов и утечек нефти)

Промасленная ветошь образуется при обслуживании оборудования, ремонтных и других работах, пробоотборе.

Лом и отходы черных металлов образуются в результате списания и ремонта обору­дования, подземного и капитального ремонта скважин, капитального и текущего ремон­та трубопроводов:

Промасленная ветошь сжигается на установке;

Лом и отходы черных металлов - на площадках временного хранения металлолома.

8.1. Меры безопасности

8.1.1. При изготовлении, монтаже и эксплуатации трубопроводов из ГПМТ должны соблюдаться правила безопасности и охраны труда, установленные РД 08-200-98 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» и СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве».

8.1.2.Трубы из полиэтилена относят к 4 классу опасности по ГОСТ 12.1.005. Трубы относят к группе «горючие» по ГОСТ 12.1.044, температура воспламенения не ниже 300°С.

Средства пожаротушения: распыленная вода, двуокись углерода, пена, огнетушащий порошок ПФ, песок, кошма. Тушить пожар необходимо в противогазах марки В по ГОСТ 12.4.121.

8.1.3. В условиях хранения и эксплуатации трубы из полиэтилена не выделяют в окружающую среду токсичных веществ, взрывобезопасны и не оказывают при непосредственном контакте вредного воздействия на организм человека, работа с ними не требует специальных средств индивидуальной защиты.

8.1.4. Безопасность технологического процесса при производстве труб должна соответствовать ГОСТ 12.3.030.

8.1.5. Всякого рода ремонтные работы производить при полностью снятом давлении.

8.1.6. Начинать гидравлические испытания (поднятие давления) следует после заполнения полости трубы водой при полностью вытесненном воздухе.

8.1.7. Для контроля давления должен применяться предварительно проверенный и опломбированный манометр с диаметром корпуса не менее 150 мм и шкалой на номинальное давление не менее 4/3 от испытательного. Класс точности манометра должен быть не ниже 1,5 по ГОСТ 2405.

8.2. Охрана окружающей природной среды

Концепция экологической защиты окружающей среды при строительстве и эксплуатации системы нефтесбора предусматривает прямую деятельность по охране всех компонентов природной среды: атмосферы, гидрологической системы, грунта, рельефа, ландшафта, фауны и флоры.

8.2.1. Охрана почвенно-растительного комплекса.

Основной ущерб почвам, растительности и животному миру при эксплуатации систем трубопроводного транспорта нефти и пластовых вод причиняется в результате воздействия следующих факторов:

- химического загрязнения местности нефтепродуктами и минерализованными водами (солями);

- механического разрушения почв и уничтожения произрастающей растительности при прохождении тяжелой строительной техники и проведении траншее-устроительных и планировочных работ;

- подтопления и заболачивания прилегающих покрытых лесом территорий в результате перегораживания линий почвенно-грунтового (поверхностного) стока воды трассами наземных участков трубопроводов. В нормальном режиме эксплуатации трубопроводов воздействие указанных факторов минимально и связано с проведением профилактических работ по ревизии, диагностике и периодическому испытанию трубопроводов.

Основными природоохранными мероприятиями являются:

- сбор загрязнителей в дренажную емкость с последующим вывозом собранного нефтешлама в шламонакопитель.

При строительстве новых участков, капитальном и текущем ремонтах трубопроводов оказывается достаточно существенное воздействие на почвенно-растительный ком­плекс, что связано с проведением строительно-монтажных работ (проезд техники, прокладка траншей, устройство насыпей), демонтажем (или консервацией) изношенных и гидроиспытаниями вновь прокладываемых участков трубопроводов.

С целью предотвращения или минимизации возможного ущерба окружающей природной среде от проведения указанных видов работ, помимо выполнения обязательного комплекса инженерно-технических, технологических и организационных мероприятий должны выполняться следующие специальные природоохранные мероприятия и правила:

- строгое соблюдение технологии проведения земляных работ, использование технологических схем производства работ, машин и механизмов, наносящих наименьший ущерб поверхности почвы и растительной среды. Слив отработанных горюче-смазочных мате­риалов в местах базирования строительной техники только в предназначенные для этого емкости, неукоснительное соблюдение правил пожарной безопасности при производстве строительных работ в лесных массивах, в бытовых и административных помещениях, выполнение рекультивации земель в ходе и сразу после окончания строительства

- сбор рабочей среды, отложений и грязи, промывочной жидкости от опорожняемых участков труб в шламонакопитель, с последующей закачкой отстоявшейся жидкой фазы в систему нефтесбора или вывозом на очистные сооружения УПН, либо сбросом в водные объекты;

- проведение огневых работ на промысловых трубопроводах (особенно в засушливый период) в строгом соответствии с действующими "Правилами пожарной безопасности при проведении сварочных и других огневых работ на объектах народного хозяйства" и "Правилами пожарной безопасности в нефтяной промышленности";

- вывоз демонтированных труб (или их участков) на временные площадки хранения;

- контроль и поддержание в исправном состоянии существующих водопропускных сооружений, устанавливаемых в местах перегораживания поверхностного стока воды, их дополнительное устройство в местах существенного подтопления прилегающих территорий, ранее не наблюдавшегося;

- контроль за возможным размывом и укрепление берегов (посевом трав, посадкой деревьев, бетонированием и др. способами) на переходах через реки и ручьи с целью предотвращения их водной эрозии;

- проведение работ по демонтажу, капитальному ремонту и строительству новых трубопроводов только в границах предварительно оформляемого в соответствии с действующими требованиями земельного отвода;

- осуществление крупных строительно-монтажных работ на трассах трубопроводов по возможности в период с устойчивым снежным покровом с целью максимального сохранения почвенно-растительного покрова;

- перед началом работ по строительству новой трассы и проведению ремонтных работ необходимо снимать и хранить в валках плодородный слой почвы, при рекультивации возвращать на трассу;

- проведение рекультивации в соответствии с требованиями действующего Регламента на приемку земель, временно используемых при разведке, обустройстве и эксплуатации нефтяных месторождений всех земель, нарушаемых при проведении ремонтных и строительных работ на трассах трубопроводов, включающей в себя очистку территорий от порубочных и строительных остатков, создание плодородного слоя почвы и устойчивого растительного покрова (травяного, кустарничкового или древесного);

- использование древесины, вырубленной на отведенной территории, для нужд строительства;

- ликвидация порубочных остатков (сучья, ветви) сжиганием с соблюдением пожарной безопасности или захоронением в специально отведенных траншеях в местах рубки, так как захламленность резко усиливает пожароопасность территории;

- выполнение строительных работ строго в полосе отвода, что предотвратит механическое нарушение растительности и почвенного покрова на прилегающих участках;

- недопущение бесконтрольных рубок леса на территории месторождения; избежание вырубки кедровников, которые являются ценными лесными угодьями;

- осуществление движения транспорта исключительно по имеющимся автодорогам.

Для сокращения эрозионных процессов на склонах не допускается разработка грунта.

При аварийном режиме эксплуатации происходит наиболее значимое по своим масштабам и глубине нарушения почвенно-растительного покрова отрицательное воздействие на природную среду. Это связанно с попаданием на рельеф в массовых количествах нефти и пластовых вод. Основными причинами являются:

- порывы эксплуатируемых трубопроводов;

- аварийные опорожнения внутриплощадочных трубопроводов при остановках скважин; неплотности фланцевых соединений на трубопроводах.

Как правило, положение усугубляется отсутствием (либо несвоевременностью и недостаточностью) действенных мер по оперативной локализации мест аварийных разливов нефти и пластовых вод на минимально возможной площади, а также мер по максимальному сбору и/или нейтрализации последних.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6