На главную Обратная связь Карта сайта На русском English
 
 


Публикации прошлых лет
"Потенциал" № 3-4. 1998г.

В.В.Рождественский "Формула безопасности"

Во ВИИИСТе впервые создана научно обоснованная концепция прочности трубопроводов - метод предельных состояний. Открылся путь к внедрению прогрессивных методов расчета на прочность и устойчивость в этой области проектирования.
Одним из наиболее интересных исследований стало изучение влияния овальности труб на их несущую способность. Было установлено, что благодаря пластическим свойствам стали овальность труб не оказывает влияния на несущую способность трубопроводов. Таким образом, при расчете трубопроводов отпала необходимость учитывать овальность труб и стало возможным уменьшить толщину стенок до 30%. Результаты исследований, отмеченные в 1952г. Государственной премией, имели большое теоретическое и практическое значение и явились серьезным вкладом в дальнейшее развитие теории расчета трубопроводных систем на прочность.

В 1961г. впервые в нашей стране были созданы государственные нормы по расчету трубопроводов на прочность - "Указания по расчету магистральных стальных трубопроводов для транспортирования газа, нефти и нефтепродуктов" -СН 186-61.

Пристальное внимание уделялось и трубопроводам нефтехимической и газовой промышленности, где устаревшие методы расчета трубопроводов приводили к перерасходу металла. На основе изучения действительных условий работы трубопроводов была разработана методика расчета гибкости и напряженного состояния кривых труб различной конструкции, работающих при знакопеременных циклах загружения, с учетом усталостной прочности. В 1959г. выпущены рекомендации по расчету заводских трубопроводов на прочность и "Указания по определению нагрузок, действующих на опоры трубопроводов, и допускаемые пролеты между их опорами".

В 1960 - 1965гг. были проведены теоретические и экспериментальные исследования обвязочных трубопроводов компрессорных и насосных станций. Разработанная методика расчета трубопровода на прочность с учетом температурных воздействий, рассматривавшая трубопровод как статически неопределимую систему, позволила определять усилия, передаваемые от трубопроводов на опоры и технологическое оборудование. Была составлена инструкция по расчету обвязочных трубопроводов компрессорных и насосных станций.

В это же время серьезно изучалось взаимодействие трубопроводов с грунтом, что позволило решить ряд задач, связанных с определением характера защемления трубопроводов в грунте и возможности продольных перемещений, а также с расчетом напряженного состояния компенсаторов-упоров и всего трубопровода. Был также проведен комплекс исследований взаимодействия трубопроводов с грунтом при их укладке в неустойчивые грунты - например, в районах горных разработок, и сформулированы теоретические основы расчета трубопроводов, что обеспечило резкое повышение надежности трубопроводов, прокладываемых в таких районах.

Совместно с ВНИИгазом был решен вопрос относительно глубины заложения трубопроводов. В результате теоретических и экспериментальных исследований, осуществленных на опытном газопроводе, уложенном в зоне сезонного промерзания грунтов, была доказана возможность уменьшения глубины заложения до 0,8м. Это позволило сократить земляные работы в объеме 1,5млн.м3 на 1000км строящихся газопроводов.

Перед отечественной наукой впервые в мировой практике была поставлена задача по разработке теории расчета на прочность и устойчивость газопроводных систем диаметром 1420мм при давлении 75кгс/см2, прокладываемых в различных почвенных и гидрогеологических условиях. Задача осложнялась тем, что газ, транспортируемый по трубопроводу, не охлаждается. В металле возникают значительные температурные напряжения, приводящие к потере продольной устойчивости газопроводов, особенно при укладке последних в слабо связанных грунтах. Была разработана теория расчета магистралей на продольную устойчивость и даны их конструктивные решения. Эта теория использована при разработке "Указаний по проектированию трубопроводов диаметром 1420мм2, положенных в основу расчета при проектировании.

Целый комплекс исследований был посвящен проблеме деформативности и напряженного состояния тройников, отводов и переходников, являющихся наиболее напряженными элементами трубопроводных систем. Исследования, проводимые как в упругой, так и упруго-пластической областях, дали возможность разработать теоретические основы расчета соединительных деталей на воздействие внутреннего давления и изгиба.

Впервые в отечественной науке институтом проведены исследования усталостной прочности бесшовных и сварных отводов под воздействием знакопеременных изгибных напряжений. Разработана теория расчета соединительных деталей на статическую и динамическую прочность, научно обоснованы требования к их конструктивным решениям.

В зависимости от гидрологических условий в ряде случаев надземные переходы и надземная прокладка оказываются более приемлемыми как по техноэкономическим соображениям, так и с точки зрения надежности перед доминирующей подземной прокладкой. Исследования деформативности и напряженного состояния трубопроводов проводились в статике и в условиях динамической работы. По результатам исследований разработана теория расчета надземных переходов и надземной прокладки трубопроводов, работающих в условиях самокомпенсации температурных деформаций.

ВНИИСТ впервые в мировой практике создал теоретические предпосылки научно обоснованной методики расчета на прочность трубопроводов в районах Западной Сибири и Крайнего Севера, т. е. в практически неизученных почвенно-климатических условиях.

Для выявления взаимодействия трубопроводов с вечномерзлыми грунтами, обладающими различными геокриологическими свойствами, рассматривался широкий круг вопросов, связанных с работой системы "трубопровод - окружающая среда", изучались специфические особенности районов строительства, с тем чтобы не нарушить и без того хрупкое, неустойчивое экологическое равновесие вечномерзлых грунтов. К исследованиям были подключены Институт мерзлотоведения, МГУ им. М.В. Ломоносова, Энергетический институт Сибирского отделения АН СССР. Мы научились прогнозировать взаимодействие трубопроводов с окружающей средой, учитывать изменение мерзлотно-грунтовых и гидрологических условий в районах строительства как при сооружении, так и при эксплуатации трубопроводов, что позволило грамотно проектировать трубопроводы в районах Крайнего Севера и вечно-мерзлых грунтов.

На основе трудов ВНИИСТа разработаны конструктивные решения проектов надземной, наземной открытой прокладки с компенсационными участками, подземной прокладки с частичной компенсацией продольных деформаций. Они были апробированы на моделях и опытных участках, в частности, на опытном 10-километровом участке, сооруженном из труб 1220мм, а в дальнейшем - на сооруженных магистральных газопроводах Мессояха-Норильск, Таас-Тумус-Якутск, на газопроводах диаметром 1220 и 1420мм от месторождений Севера Тюменской области в районы Урала и Центра страны.

Как объекты исследования надежности и безопасности магистральные трубопроводы представляют собой сложные технические системы, относящиеся к классу крупных систем энергетики. В 70-80-е годы получило развитие новое направление - разработка теоретических основ формирования надежности и безопасности трубопроводов. Задача бесперебойного снабжения потребителей нефтью и газом, исключающего опасные для людей и окружающей среды ситуации, заставляет обеспечить как высокую эффективность и функциональную надежность трубопроводной системы, так и безопасность эксплуатации с точки зрения сохранности окружающей среды.

Теорией длительной прочности А.А.Ильюшина, как и разрабатываемой теорией предельных процессов нагружения, учитываются прочностные свойства сталей при переменных нагрузках, температурные нагружения, агрессивность среды транспортируемых продуктов и другие факторы. Теория предельных процессов нагружения базируется на кривых усталости при симметричном нагружении. Прочность элементов при двухосном нагружении предсказывается этой теорией. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных по усталостной и повторно-статической прочности гладких образцов и образцов с концентраторами при одно- и двухчастотном нагружении показывает, что между ними существует тесная корреляционная связь в широком диапазоне чисел циклов до разрушения. Правомерность теории показана в удовлетворительном соответствии ее методов и экспериментов. Разработанная методика расчета обвязочных и технологических трубопроводов по теории предельных процессов нагружения позволяет определять долговечность основных элементов трубопроводов при длительном повторно-статическом и динамическом нагружениях.

В 80-е годы выполнен комплекс теоретических разработок, анализирующих действительные условия работы элементов трубопроводов для создания уточненных методов их расчета. Оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводов была направлена на совершенствование физической и математической моделей трубопровода, как пространственной системы, состоящей из прямолинейных, упругоизогнутых участков и соединительных деталей, взаимодействующих со средой, гидрогеологические характеристики которой соответствуют условиям прокладки газопроводов в различных районах страны.

При этом физическая модель трубопровода отражает геометрическую нелинейность системы, нелинейность грунта и анкеров, как связей при конечных перемещениях.

Математическая модель использует современный метод конечных элементов. Разнообразие профиля и плана оси трубопровода, изменение его параметров и физико-механических характеристик грунта по длине, существенная нелинейность связей, геометрическая нелинейность системы обусловили применение для расчета численных методов и необходимость создания программ расчета на ПЭВМ.

В 1985г. ВНИИСТом совместно с рядом научно-исследовательских и проектных организаций переработана глава СНиП "Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования" - в развитие ранее существовавших норм.

С учетом результатов проведенных исследований, опыта проектирования, строительства и эксплуатации систем магистральных трубопроводов (имея в виду увеличение их диаметров до 1420мм, давления до 7,5МПа и связанного с этим роста температуры стенки трубы) на основе методологии расчета по предельным состояниям введен ряд новых положений для повышения надежности.

В связи с началом освоения в настоящее время месторождений полуострова Ямал, где в силу природно-климатических особенностей имеет место так называемое морозобойное растрескивание, рассмотрено его воздействие на напряженно-деформированное состояние газопроводов и даны соответствующие рекомендации.

Таким образом, учеными и специалистами ВНИИСТа на основании многолетних теоретических и экспериментальных исследований проблемы прочности, надежности и безопасности газо- и нефтепроводов разработаны оригинальные методы их расчета, заложены методы конструирования трубопроводов и даны методы расчета оптимальных параметров трубопроводов с учетом динамики их нагружения. Иначе говоря, создан научный фундамент в области прочности, надежности и безопасности трубопроводов, обеспечивающий их работоспособность и долговечность в различных условиях эксплуатации.
новости
08.04.2021

Опубликован приказ Росстандарта об утверждении национального стандарта «Трубопроводы промысловые из стеклопластиковых труб. Правила проектирования и эксплуатации», разработанного АО ВНИИСТ.

31.03.2021 Росстандарт опубликовал приказ об утверждении национального стандарта «Трубопроводы промысловые из стеклопластиковых труб. Правила проектирования и эксплуатации»
19.03.2021

Технический Форум «Обустройство нефтегазовых месторождений 2021» пройдет в Москве в феврале

2-3 июня 2021 года в отеле Холидей Инн Лесная в Москве соберутся представители ведущих компаний, чтобы обсудить современные принципы и технологии обустройства наземных и морских месторождений нефти и газа для их эффективной разработки.
16.03.2021

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ О МОШЕННИЧЕСТВЕ

Уважаемые коллеги, обращаем Ваше внимание на то, что в последнее время участились случаи неправомерного и несанкционированного использования бренда ВНИИСТ в мошеннических целях.
04.03.2021

Международный форум «Нефть и газ»

Дата проведения мероприятия: 26-30 апреля 2021 года Срок окончания подачи заявок: 28 февраля 2021 года
© 2004 — АО ВНИИСТ
Все права защищены.
всего  с  07.02.2006 : 590777
сегодня, 19.04.2021 : 328
сейчас : 1
105187, Москва, Окружной проезд, 19
Телефон: +7 (495) 135 82 01
Факс:       +7 (495) 981-43-81 /доб. 2277
E-mail: info@vniist.ru

@ Обратная связь
Youtube Linkedin Facebook Instagram