УДК 624.048

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФЕКТНОГО УЧАСТКА ГАЗОПРОВОДА

Бурков Пётр Владимирович1, Буркова Светлана Петровна2
1Национальный исследовательский Томский политехнический университет, доктор технических наук, профессор кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Томский государственный архитектурно-строительный университет, доктор технических наук, профессор кафедры общей электротехники и автоматики
2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной графики и промышленного дизайна

Аннотация
Представлены результаты построения 3D модели нефтепровода с дефектами на сварном шве при помощи компьютерного моделирования в среде Autodesk Inventor, а также сделали расчет нагрузок и напряжений в нефтепроводе и смоделировали 3D нагрузку в среде Autodesk Inventor. Выявлены наиболее слабые места и концентраторы напряжений секции с дефектом.

Ключевые слова: газопровод


COMPUTER SIMULATION OF A DEFECTIVE PIPELINE SECTION

Burkov Petr Vladimirovich1, Burkova Svetlana Petrovna2
1National Research Tomsk Polytechnic University, doktor technical sciences, professor department of transport and storage of oil and gas, Tomsk State University of Architecture and Building, doktor technical sciences, professor department of general electrical engineering and automation
2National Research Tomsk Polytechnic University, kandidat technical sciences, associate professor of engineering graphics and industrial design

Abstract
The paper presents computer simulation results of the pipeline having defects in a welded joint. Au-todesk Inventor software is used for simulation of the stress and strain state of the pipeline. Places of the possible failure and stress concentrators are predicted on the defective portion of the pipeline.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Бурков П.В., Буркова С.П. Компьютерное моделирование дефектного участка газопровода // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/08/56627 (дата обращения: 20.11.2016).

Autodesk Inventor сложная система автоматизированного проектирования, позволяющая  рассчитывать и исследовать напряженно-деформированное состояние различных трубопроводов. В [1-12] подчеркнута индивидуальность и многокомпонентность этой автоматизированной системы. В настоящей работе рассматриваются подземный магистральный газопровод «Парабель – Кузбасс I нитка», особенностью которого является около сорокалетний срок эксплуатации (с 1977 г). Данный газопровод вдоль своей трассы находится в различных грунтах со сложными климатическими условиями, оказывает сильнейшее силовое воздействие на окружающую его среду (грунт), вследствие чего происходит изменение физико-механические свойства грунта, что сопровождается движениями газопровода как в продольном, так и в поперечном направлениях.

В практике трубопроводного строительства хорошо известно, что состояние трубопровода не остается раз и навсегда таким, каким оно зафиксировано при строительстве. Весь период эксплуатации трубопровод находится в нестабилизированном состоянии, под влиянием различных факторов оно непрерывно изменяется. Все его характеристики взаимосвязаны, их связь настолько существенна, что изменение даже одной из них способно изменить и другие. Для определения действительного положения трубопровода и действующих в нем усилий в какой-то момент времени необходимо иметь основные характеристики, полностью определяющих поведение трубопровода в течение всего времени его работы В околошовной зоне трубопровода был обнаружен дефект типа «смещение». Расчеты статической прочности и допустимого срока эксплуатации (долговечности) сварных швов с дефектами проводятся в соответствии со Стандартом отрасли “Нефтепроводы магистральные. Кольцевые, продольные, спиральные швы с дефектами и трубы с расслоениями». По предварительным оценкам не существует комбинации внешних эксплуатационных нагрузок, способных вызвать наступление предельного состояния в секции.

Целью настоящего расчета является определение возможности дальнейшей эксплуатации трубопровода с дефектом данного типа путем установления значений внутренних усилий, действующих в дефектном участке, и сравнения полученных значений максимальных напряжений с расчетными сопротивлениями материала трубопровода. Значения и характер распределения напряжений в дефектном участке трубопровода предлагается определить с помощью расчета НДС модели трубопровода с дефектом методом конечных элементов в программном комплексе Autodesk Inventor.

Схема расположения дефектов на секции № 82140

Создание модели трубопровода с дефектом

Рисунок.1 Расчетная схема секции с дефектом типа «смещение»

Длина оболочки должна быть подобрана таким образом, чтобы исключить возможность влияния концевых заделок на область дефекта. Дефект типа «смещение» смоделирован в соответствии с данными замеров в ходе диагностики (Рисунок1). В общем случае следует уделить внимание на все возможные источники действующих сил на трубопровод – систему нагрузок и воздействий на на подземные газопроводы. В итоге получаем твердотелую 3D модель участка газопровода диаметром 1020 с дефектом

Результаты расчета представлены в виде графических изображений полей распределения напряжений в стенке трубопровода на рисунках 2 и 3.

 Рисунок.2 Распределение эквивалентных напряжений в зоне дефекта секции

 

Рисунок.3 Прогибы в дефектной секции

Полученные значения следующие: напряжение по Мизесу (min=0,00505МПа max=35,51МПа); смещение ( min=0 мм max=0,1632мм); коэффициент запаса прочности ( min=7,04бр max=15бр); основная деформация (min=-0,00000093 бр max=0,000131бр) и сравнили их  с СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Отклонений от норм выявлено не было.

Вывод и Заключения

Проведённое моделирование нестационарных процессов в сварных соединениях трубопроводов и расчет напряженно-деформированного состояния секции с дефектом показало, что Autodesk Inventor универсальная система автоматизированного проектирования, позволяет решать множество сложных задач.

Например, в моделирование сварных соединений понятно, что определено влияние неметаллических включений на изменение напряжений в металле шва сварных соединений трубопроводов. Вблизи включений, на границе раздела с матрицей, напряжения растут из-за различия физических характеристик стальной матрицы и неметаллических включений. Так же установлено, что для линейной части трубопроводов с кольцевыми швами характерно неравномерное напряженно-деформированное состояние. Максимальные значения напряжений создаются на границе перехода основного металла к усилению корня шва.

Моделирование напряженно-деформированного состояния показало нам, что конечно-элементная модель секции с дефектом металла стенки адекватна результатам внутритрубной дефектоскопии. Смещение на трубопроводе вызывает возмущения локального напряжения. Таким образом, увеличение эквивалентных напряжений в окрестности максимума глубины смещения составлял 1,4% в окрестности дефекта. Максимальное значение мембраных, касательных и эквивалентных напряжений не превышают расчетное сопротивление 35,51 МПа. Таким образом, когда рассчитанное давление внутри труб с толщиной стенки, соответствующей действительной прочности соблюдается, то мы можем говорить об отсутствии существенного влияния дефекта “смещение” на прочность и надёжность исследуемой секции трубы.


Библиографический список
  1. Алешин В.В, Кобяков В.А., Селезнев В.Б. Анализ прочности промышленных трубопроводов в ANSYS//Электронный научный журнал «САПР и Графика». – 2007. – №7.[Электронный ресурс] URL:http://www.sapr.ru/article.aspx?id=7652&iid=311 (дата обращения 19.12.2014).
  2. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Кузовников Е.В., Тарасенко Д.А. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИЕМО-РАЗДАТОЧНОГО ПАТРУБКА С ДЕФЕКТОМ С ЦЕЛЬЮ ОБОСНОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9 (7). – С. 1471-1476; .[Электронный ресурс] URL: http://www.rae.ru/fs/section=content&op=show_article.. (дата обращения: 15.12.2014).
  3. Федосеева Е.М., Ольшанская Т.В., Игнатов М.Н., Шестаков А.П. Моделирование нестационарных процессов в сварном соединении трубопровода // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2011. – №5. – С. 376-381. .[Электронный ресурс] URL: http://ogbus.ru/authors/Fedoseeva/Fedoseeva_1.pdf (дата обращения: 15.12.2014).
  4. Роль трубопроводного транспорта в развитии регионов. Под ред. Иваницкой Е.В. // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2009. № 2(14). С. 4 – 5.
  5. Гафаров Н.А., Митрофанов А.В., Гончаров А.А., Третьяк А.Я., Киченко Б.В. Анализ повреждений оборудования и трубопроводов на объектах добычи, переработки и транспорта продукции Оренбургского НГКМ // Серия «Диагностика оборудования и трубопроводов». ИРЦ Газпром. Москва, 2000. 39 с.
  6. Семин Е.Е., Тарасенко А.А. Использование программных комплексов при оценке технического состояния и проектирование ремонтов вертикальных стальных резервуаров // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – М., 2006. – № 4. – С. 84–87.
  7. Сильницкий П.Ф., Тарасенко М.А., Тарасенко А.А. Расчет фундаментного кольца резервуара с дефектами // Известия вузов «Нефть и газ». – Тюмень, 2011. – № 5. – С. 76–78.
  8. Бурков П.В., Буркова С.П., Тимофеев В.Ю., Ащеулова А.А. и Клюс О.В. Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода в условиях вечной мерзлоты Вестник Кузбасского государственного технического университета., 2013. –– №. 6., – С. 77–79.
  9. P.V. Burkov, D.Y. Chernyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc.  21 (2014) 1-5.
  10. P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
  11. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Mat.erials:  682 (2014) 216-223.
  12. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev,  Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.


Все статьи автора «Бурков Пётр Владимирович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация