CC BY
24Предложенная методика апробирована на НПС «Грушовая» для усиления стенки резервуара.
Список литературы
1. РД 34.23.601-96 Рекомендации по ремонту и безопасной эксплуатации металлических и железобетонных резервуаров. - М.: СПО ОРГРЭС, 1998.
2. Рекомендации по восстановлению несущей способности цилиндрических резервуаров способом усиления стенки стальными кольцевыми бандажами. - Астрахань, ЦНИИЛ, 1984.
3. Рекомендации по эксплуатации резервуаров, усиленных методом постановки кольцевых бандажей. - Астрахань, ЦНИИЛ, 1984.
4. Тарасенко М. А., Сильницкий П. Ф., Тарасенко А. А. «Определение степени концентрации напряжений в стенке резервуара при наличии дефектов металлоконструкций» // Известия вузов. Нефть и газ.- Тюмень. - 2011, - №1.- С.55-58
Сведения об авторах
Тарасенко М. А., аспирант, кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.: (3452) 41-70-25
Пимнев А. Л., к.т.н., доцент, кафедра «Детали машин», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.: (3452) 20-07-90
Тарасенко А. А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Детали машин», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.: (3452) 20-07-90
Tarasenko M. A., postgraduate student, Department «Transport of hydrocarbon recourses», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 41-70-25
Pimnev A. L., candidate of Technical Sciences, associate professor, Department «Machine elements», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 20-07-90
Tarasenko A. A., doctor of Technical Sciences, Head of Department «Machine elements», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 20-07-90
УДК 622.692
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
В. А. Иванов, Н. Ю. Савченко
(Тюменский государственный нефтегазовый университет)
Ключевые слова: надежность, муфтовое соединение, полиэтиленовые трубопрводы Key word: reliability, union joint, polyethylene pipelines
В настоящее время трубопроводные системы должны эксплуатироваться с учетом приоритетных проблем XXI века - экологической безопасности и экологического мониторинга. К этим сооружениям предъявляются повышенные требования надежности, долговечности и экологической безопасности. Один из путей решения данных проблем - применение в нефтегазовой отрасли современных, ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий, к которым можно отнести использование неметаллических, в частности, полиэтиленовых армированных труб.
Полиэтиленовые трубы обладают рядом преимуществ по сравнению со стальными трубами. Несмотря на это, аварийные ситуации происходят и на полиэтиленовых газопроводах. Одна из причин - разрушение в местах соединений секций труб. Поэтому оценку конструктивной надежности соединений полиэтиленовых трубопроводов необходимо рассматривать как одну из основных задач при их проектировании.
Полиэтиленовые трубы, армированные арамидными нитями, при строительстве трубопроводных систем соединяются специальной сваркой или с помощью муфт. От правильного выбора муфты в качестве соединения трубопроводов зависит прочность, надежность и долговечность работы конструкции при ее эксплуатации.
В статье рассмотрен вопрос оценки надежности работы муфтовых соединений полиэтиленовых трубопроводов. В этом случае критерием отказа является достижение предельного состояния, которое приводит к разрушению трубопровода. За меру надежности принято не наступление ни одного из возможных предельных состояний при заданных условиях эксплуатации соединения полиэтиленового трубопровода.
Надежность работы конструкции оценивается по условию [1]:
^ ^ ^
и=их-и 2 > 0, (1)
где и - функция надежности; щ - факторы, определяющие несущую способность соединений полиэтиленового трубопровода, которые зависят от физико-механических свойств материала; щ - факторы условий работы соединений трубопровода, характеризующие воздействие нагрузок;
где ат - предел текучести, МПа; - предел прочности, МПа; ст - расчетные напряжения (МПа); - напряжения при эксплуатации, МПа.
Для использования данного метода определены прочностные характеристики соединений полиэтиленовых трубопроводов с позиции их напряженного состояния, оценен уровень напряженного состояния соединений при эксплуатации. Сопоставление этих факторов дает возможность оценить надежность соединений газораспределительных и промысловых трубопроводов, выполненных из полимерных материалов.
Учитывая случайный характер величин и1 и и2, соблюдение неравенства (1) означает надежность работы соединительной конструкции трубопровода лишь с определенной вероятностью. Величина этой вероятности является количественным показателем надежности рассматриваемой конструкции трубопровода и зависит от соотношения числовых характеристик и1 и и2, как функций многих случайных аргументов.
Фактор и1 - результаты экспериментальных исследований прочности соединений полиэтиленовых трубопроводов с помощью электромуфты [1]. Они являются результатами испытаний на разрушение, где <7разр = 27,5 МПа.
Исследовались соединения полиэтиленовых трубопроводов с параметрами: диаметр << = 140 мм, толщина стенки = 16,5 мм [1].
Для определения фактора и2 использовали статистические данные изменения величины внутреннего давления для соединений промысловых трубопроводов с помощью электромуфты.
При эксплуатации трубопроводов для определения перепадов давления методом вероятностно-статистических значений рабочих параметров соединений армированных полиэтиленовых труб (и2) замерялось на месторождениях ООО «Когалымнефтегаз». Величина давлений в трубах изменялась от 3,5 до 5,5 МПа.
Для обоснования соответствия распределения прочностных характеристик соединений трубопроводов, как случайных величин, нормальному закону распределения вероятностей выполнена оценка этого распределения по критерию согласия Пирсона [2]. Эмпирическая плотность распределения вероятности у(п)(и2) строилась по сгруппированным выборочным данным. В соответствии с методологией [2] число интервалов группирования для представленных в работе экспериментальных данных следующее:
цц = к^2 п + 1, (2)
где п - количество замеров.
Выборочная функция распределения р(п)(и2) является непараметрической статистической оценкой теоретической функции распределения и определяется по случайной выборке и и и соотношением:
и 21, и 22,'■', и 2п
рсп)(и2) = " +"2 + ^ , (3)
п
где V; - число элементов в выборке.
Выборочная функция плотности распределения в заданной точке определялась по сгруппированным выборочным данным с помощью соотношения:
у(п)(и ) = (х) (4)
п -А
где к(х) - порядковый номер интервала группирования, накрывающего заданную точку х;
(х) - число выборочных данных, попавших в этот интервал; а = (и2 - и2 )/ ц - шири-
и2 ^
и
расч
экспл
Т
на интервала группирования; U2max - максимальное значение элементов выборки; U2min -минимальное значение.
Оценка соответствия результатов расчета напряжений при эксплуатации газопроводов
нормальному закону распределения проводилась по критерию согласия %2 Пирсона [2]. Для подсчета значений критической статистики j(n) использовалось следующее выражение:
М (vj - пр j )2
Y(n) =Z j J , (5)
j=1 пРJ
где p - значение вероятности попадания в j -й интервал группирования.
В случае, если проверяемая гипотеза о нормальности распределения совокупности полученных данных, из которой извлечена наша выборка, не противоречит имеющимся наблюдениям, критическая статистика у(п) ведет себя как %2(ц-Л-1) и не превышает 5%-ной
1
точки этого распределения % 0,05.
Представлена выборка результатов замера величин давления при эксплуатации трубопроводов (табл. 1).
Расчет окружных напряжений а (МПа) выполнен по следующему соотношению:
а =
Р(А - 2S¡) (6)
2^
где Р - внутреннее давление, МПа; (1 - наружный диаметр трубы, мм; $ - толщина стенки трубы, мм.
Таблица 1
Выборка результатов замером давления при эксплуатации трубопровода
Показатели Элементы выборки
U21 U22 U23 U24 U15 U16 U17 U18
Внутреннее давление Р, МПа 3,5 3,8 4,1 4,3 4,7 4,9 5,1 5,5
Напряжение о, МПа 11,4 11,3 13,1 14 15,1 15,7 16,9 17,8
Количество замеров, п 3 10 18 16 19 13 8 3
Вероятность, р 0,03 0,1 0,18 0,16 0,19 0,13 0,08 0,03
Для обоснования соответствия распределения эксплуатационных параметров как случайных величин нормальному закону распределения вероятностей была построена гистограмма (рисунок). Эмпирическая плотность вероятности у ) строилась по сгруппированным выборочным данным
Рисунок. Плотность распределения вероятностей напряжений:
1 - при эксплуатации соединений промысловых трубопроводов; 2 - прочностных характеристик
После подсчета числа выборочных данных у,, попавших в каждый (,-й) интервал группирования (, = 1, 2,..., ц ), с использованием формул (3) и (4) для подсчета значений и у(»)(и2), получены результаты расчетов (табл. 2).
Для построения гистограммы (графика функции у(»2)) на оси абсцисс наносятся
граничные точки интервалов с0, сь..., сц, а по оси ординат, приведенные в последнем столбце (см. табл. 2) значения функции у ) (см. рисунок).
Таблица 2
Результаты расчетов функции и плотности распределения вероятностей
, - номер интервала группировки Значение и1 сн< и2 < с.. Середина интервала П20, У1+У2+...Ух Г(п)(и2) ^п)(и2)
1 11,4<и2<12,2 11,8 3 0 0 0,04
2 12,2<и2<13,0 12,6 10 3 0,03 0,13
3 13,0<и2<13,8 13,4 18 13 0,13 0,23
4 13,8<и2<14,6 14,2 26 31 0,31 0,33
5 14,6 <и2<15,4 15,0 19 57 0,57 0,24
6 15,4<и2<16,2 15,8 13 76 0,76 0,16
7 16,2<и2<17,0 16,6 8 89 0,89 0,10
8 17,0<и2< 17,8 17,4 3 97 0,97 0,04
- и2>17,8 - - 100 1 -
Оценка соответствия результатов эксперимента нормальному закону распределения проведена по критерию согласия %2 Пирсона [2]. Для подсчета значений критической статистики у(п) использовано выражение (6). Результаты расчетов представлены в табл. 3.
Таблица 3
Оценка соответствия результатов наблюдений нормальному закону распределения
0 1 2 3 4 5 6 7 8
с, 11,4 12,2 13,0 13,8 14,6 15,4 16,2 17,0 17,8
с ] - амп -2,36 -1,75 -1,13 -0,52 0,10 0,71 1,33 1,94 2,56
^ - "мп 101 0,009 0,04 0,129 0,302 0,54 0,761 0,908 0,974 0,995
р, - 0,031 0,089 0,172 0,238 0,221 0,147 0,066 0,021
пр, - 3,1 8,9 17,2 23,8 22,1 14,7 6,6 2,1
- 3 10 18 26 19 13 8 3
(у - пр,)2 - 0,01 1,19 0,59 4,71 9,80 2,92 2,07 0,81
у - пр] )2 пр] - 0,003 0,13 0,03 0,2 0,44 0,2 0,32 0,39
Суммирование чисел, стоящих в последней строке, дает в соответствии с (6) значение критической статистики y(n) = 1,71.
В случае, если проверяемая гипотеза о нормальности распределения совокупности экспериментальных данных, из которой извлечена наша выборка, не противоречит имеющимся наблюдениям, критическая статистика у(п) должна вести себя как %2(|-q-1) (в нашем случае q - количество степеней свободы, равное двум, %2(5)) и не должна превышать 5% -ной точ-
2 2 ки этого распределения % 0,05. Определив из таблиц [2] величину % 0,05 =11,07, следует
вывод о соответствии распределения прочностных характеристик образцов как случайных
2
величин нормальному закону распределения, поскольку y(n) < % 0,05 (5).
По результатам исследований область перекрытия плотности распределения напряжений характеризует вероятность отказа (см. рисунок).
Для оценки надежности соединения полиэтиленовых трубопроводов определялся коэффициент запаса. Величина коэффициента запаса или коэффициента надежности при эксплуатации соединения трубопровода определялась по формуле
k = mU1 / mU2 , (7)
где mu и m^2 - математические ожидания показателей U1 и U2 как случайных величин.
Для соединений полиэтиленовых трубопроводов с помощью электромуфты по заданной методике коэффициент запаса равен k = 1,88.
Предложена методика оценки надежности соединения полиэтиленового трубопровода, позволяющая определить коэффициент запаса соединения.
Список литературы
1. Якубовская С.В. Теоретические основы повышения надежности полимерных газораспределительных и сборных сетей. Дис. докт. техн. наук. - Тюмень. - 2005.
2. Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Прикладная статистика в задачах и упражнениях. - М.: НИТИ, 2001. - 272 с.
Сведения об авторах
Иванов В. А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.:(3452)41-70-25, е-mail: [email protected]
Ivanov V. A., Doctor of Technical Sciences, professor, Head of Department «Construction and repairs of oil-and-gas facilities», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 41-70-25, е-mail: [email protected]
Савченко Н. Ю., младший научный сотрудник, кафедра «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и хранилищ», Тюменский государственный нефтегазовый университет, e-mail:[email protected]
Savchenko N. Yu., junior scientific worker, Department «Construction and repair of oil and gas pipelines and storage facilities», Tyumen State Oil and Gas University, e-mail:[email protected]
УДК 681.518.54/622.691.486
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ СТЕНОК МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА
А. И. Плаксин, Ю. К. Шлык
(Тюменский государственный нефтегазовый университет)
Ключевые слова: магистральный трубопровод, акустика, диагностика, спектр Key word: main pipeline, acoustics, diagnostics, spectrum
Современный мир находится в глубокой зависимости от углеводородов. Для транспортировки сырья от мест добычи до мест переработки и потребления создана разветвленная система трубопроводного транспорта [1,2]. Возрастающая с каждым годом потребность промышленности и энергетики в нефти и газе ведет к неуклонному увеличению протяженности сети магистральных трубопроводов.
