ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
На реализацию Госпрограммы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» планируется выделить более 5 трлн рублей

Министр промышленности и торговли Российской Федерации Антон Алиханов принял участие в заседании Комитета Государственной Думы Российской Федерации по промышленности и торговле, который возглавляет депутат Госдумы Владимир Гутенев. На заседании также присутствовали представители ФОИВ, госкорпораций и других Комитетов Госдумы. Заседание Комитета было посвящено обсуждению проекта федерального бюд...

По итогам января-сентября 2024 года рынок новых автомобилей в России превысил 1 млн 341 тыс. шт.

По итогам января-сентября 2024 года на территории Российской Федерации реализовано 1 341 549 новых автомобилей (до 3-х лет), что на 48% больше показателей аналогичного периода прошлого года (906 293 шт.)*. При этом рынок новых автомобилей отечественного производства превысил 585 тыс. шт., что на 29% больше показателей января-сентября 2023 года. Объём рынка в сегменте легковых автомобилей состав...

Денис Мантуров провел заседание Государственной комиссии по противодействию незаконному обороту промышленной продукции

Заседание Государственной комиссии по противодействию незаконному обороту промышленной продукции прошло под председательством первого Заместителя Председателя Правительства Российской Федерации Дениса Мантурова. В мероприятии приняли участие Министр промышленности и торговли Российской Федерации Антон Алиханов, представители Минпромторга России, других федеральных органов исполнительной власти, а ...

Правительство утвердило долгосрочную шкалу индексации утилизационного сбора на автомобильную и специализированную технику

Утверждена долгосрочная шкала индексации утилизационного сбора до 2030 года для легковых, лёгких коммерческих, грузовых автомобилей, автобусов, прицепов и полуприцепов, а также для некоторых видов дорожно-строительной техники. Постановление Правительства Российской Федерации вступит в силу с 1 октября 2024 года. Напомним, что ранее Минпромторгом России были собраны и проанализированы предложени...

Минпромторгом России утверждены изменения в Перечене продукции для параллельного импорта

Минпромторг России внес очередные изменения в перечень товаров, в отношении которых не применяются требования о защите интеллектуальных прав со стороны правообладателей (патентообладателей), и, которые были введены в оборот за пределами территории Российской Федерации. Механизм параллельного импорта действует уже более двух лет и за это время доказал свою эффективность, позволив обеспечить потр...

Строительство малой атомной станции в Якутии включено в новый президентский нацпроект

Проект строительства малой атомной станции в Усть-Янском районе Якутии стал частью национального проекта в области технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии». Атомная станция малой мощности (АСММ) с реакторной установкой Ритм-200Н, расположенная рядом с поселком Усть-Куйга, будет играть ключевую роль в развитии Арктической зоны Якутии. Завершение строительства планирует...

31 Мая 2011

Определение допустимой длины размытого участка речного подводного перехода МГ

Определение допустимой длины размытого участка речного подводного перехода МГ
Речные пoдвoдные перехoды
В даннoй рабoте на ocнoве раcчетoв НДС oценена предельная прoтяженнocть cвoбoднoгo прoлета речнoго подводного перехода для трубопровода 1220 х 12,9 мм.

А. А. Филатов, И. И. Велиюлин, А. С. Доброе (ДОАО «Оргэнергогаз»), Э.И. Велиюлин (000 «Экcиком»)

Речные подводные переходы предcтавляют cобой учаcтки магиcтральных трубопроводов, экcплуатация и обcлуживание которых проиcходят в уcловиях значительных воздейcтвий природного и техногенного характера. Природные факторы, такие как подвижки и эрозия речного дна, размыв руcла при его вертикальной и плановой деформации и др., cпоcобны cущеcтвенно изменять морфологию дна. Такие еcтественные процессы создают реальные условия для размывания подводного трубопровода даже при глубинах подводной траншеи, рассчитанных с учетом прогнозируемого предельного профиля размыва. Появлению лишенных поддержки грунта свободных пролетов подводного трубопровода способствуют также особенности взаимодействия перекачиваемого газа с телом трубопровода. В силу специфики конструкции речных подводных переходов реализуются такие механизмы взаимодействия «перекачиваемый газ - трубопровод», которые приводят к выпучиванию трубопровода [1].

Возникающие локальные свободные пролеты могут достаточно быстро развиваться вдоль трубопровода, в результате чего возможно образование пролетов значительной длины. Появление свободных пролетов большой протяженности может повлечь за собой опасные для целостности трубопроводной линии изменения НДС в локальных зонах трубопровода, особенно на краях пролета и в его середине. На НДС размытого участка перехода прямое влияние оказывают интенсивность балластировки и скорость течения речного потока.

Разработанные с учетом этих факторов для труб трех сортаментов нормативные рекомендации по критическим длинам «провисающих» участков подводного трубопровода приведены в таблице (РД 51-3-96). В качестве критериев в РД 51-3-96 выбраны условия, при которых еще не могут возникнуть резонансные колебания трубопровода или напряжения еще не превышают расчетного сопротивления материала трубы.

В последнее время доминирует технология строительства речных подводных переходов на базе равнопроходных подземных (береговых) и подводных участков. Это предполагает в большинстве случаев применение для русловой части перехода труб большого диаметра, в частности 1220 и 1420 мм, для которых в РД 51-3-96 нет данных о критических длинах размытых участков.


Критические длины (в м) «провисающих» участков подводного трубопровода*
Критические длины (в м) «провисающих» участков подводного трубопровода

*Приведенные данные относятся к прямолинейным участкам при балластировке бетонными грузами и скорости течения реки 1 м/с.


В данной работе на основе расчетов НДС оценена предельная протяженность свободного пролета речного подводного перехода для трубопровода 1220 х 12,9 мм. Ограничивающими критериями при расчетах выбраны нормативное предельное напряжение не более 0,4 от предела текучести материала тела трубы и нормативный минимальный радиус кривизны размытого участка трубопровода. Расчеты НДС проведены для двух состояний подводного перехода - рабочего с забалластированной по действующим нормам (ВСН 010-88) подводной частью - и ремонтного при снятых на размытом участке балластирующих устройствах в целях ремонта участка трубопровода.


Расчетная схема участка трубопровода

Рис. 1. Расчетная схема участка трубопровода


На размытый участок речного подводного перехода в вертикальной плоскости действует распределенная нагрузка qна единицу длины:

где qm, gг, qиз, qоб, qф, qут, qA, qдоп - равномерно распределенные нагрузки соответственно от сил тяжести трубы, газа, изоляции, защитной обертки, футеровки, утяжелителей, архимедовой силы и дополнительной подъемной силы, связанной с разностью гидродинамических давлений над трубопроводом и под ним [2].


Размытый участок длиной Lможно представить как балку, защемленную с двух концов (рис. 1).


Данная система статически неопределима, неизвестные реакции опор и силовые факторы на концах нельзя найти из уравнений статики. Для расчета НДС можно применить метод начальных параметров [3], а уравнение изогнутой оси балки после небольших преобразований примет следующий вид:

Здесь w0, θ0, Мо, Q0 - соответственно прогиб, угол поворота, изгибающий момент и перерезывающая сила в левом сечении; Е - модуль Юнга; Jx - осевой момент инерции; х - координата вдоль недеформированной оси балки.


При условии жесткого закрепления балки по краям перемещение и угол поворота в конечных точках равны нулю. Тогда общее решение данного уравнения имеет вид:

Максимальный прогиб соответствует середине балки и является функцией длины в четвертой степени.

Входящий в это выражение осевой момент инерции Jх вычисляется по формуле из[3]:

Для вычисления напряжения σ(х) воспользуемся формулой [3]:

Здесь М(х) - изгибающий момент в сечении; Wx - осевой момент сопротивления сечения трубы. Изгибающий момент М(х) достигает на краях максимального значения Мо.

а осевой момент сопротивления вычисляется по формуле:

После подстановки выражений для Мо и Wx, получаем итоговую формулу для вычисления напряжения ?о на краях:


При нахождении допустимой длины размытого участка газопровода исходим из двух критериев:


1) радиус кривизны при изгибе не должен быть менее 2000 м (принимаем не предельно допустимый радиус кривизны 1200-1500 м, а рекомендуемый с учетом коэффициента условий работы 0,75) [4];


2) возникающее максимальное напряжение не должно превышать 0,4 от предела текучести, равного 353 МПа.

Связь между радиусом Я кривизны размытого участка, его длиной Lи изгибом wmaxможно представить выражением:

Эпюры характеристических параметров размытого участка забалластированного подводного трубопроводаЭпюры характеристических параметров размытого участка забалластированного подводного трубопроводаЭпюры характеристических параметров размытого участка забалластированного подводного трубопровода

Рис. 2. Эпюры характеристических параметров размытого участка забалластированного подводного трубопровода:

а - изгибающих моментов; б - перерезывающих сил; в – прогибов

Зависимости радиуса кривизны (/) и напряжения на краях размытого участка (2) от его длиныЗависимости радиуса кривизны (/) и напряжения на краях размытого участка (2) от его длины

Рис. 3. Зависимости радиуса кривизны (/) и напряжения на краях размытого участка (2) от его длины:

а - с утяжелителями; б - при снятых утяжелителях; 1'и 2' - соответственно радиус кривизны и критическое напряжение


Размытый участок трубопровода с утяжелителями 2-УТК-242-2.


Для такого случая рассчитанная по формуле (1) некомпенсированная нагрузка на единицу длины составляет 0,3 кН/м и направлена вверх. Опорные расчеты проведены для принятой длины размытого участка L = 25 м. На рис. 2 представлены результаты расчетов характеристических параметров, проведенных в программной среде MATLAB, которая использовалась для аналогичных расчетов и для второго рассмотренного случая.


Для определения критической протяженности размытого участка по двум принятым критериям в программной среде MathCAD построены зависимости ?o(L) и R (L) (рис. 3, а). Из рисунка видно, что критический радиус кривизны трубопровода достигается при длине размытого участка 375 м, а максимально допустимое напряжение соответствует длине размытого участка 290 м.


Размытый участок трубопровода при снятых утяжелителях.


Такая ситуация возможна при необходимости ремонта участка трубопровода, а также при срыве утяжелителей водным потоком. Направленная вверх некомпенсированная нагрузка в этом случае составляет 10,5 кН/м, и соответствующие эпюры характеристических параметров для него представлены на рис. 4.


Зависимости ?0(L) и R (L), аналогичные представленным на рис. 3, а, приведены на рис. 3, б. Для рассматриваемого случая критический радиус кривизны трубопровода достигается при длине размытого участка 63 м, а максимально допустимое напряжение - при длине 49 м.


Так как величина предела текучести является более точным и строгим критерием допустимых напряжений в трубопроводе, в качестве предельно допустимых протяженностей свободных пролетов речных подводных переходов следует рекомендовать длину L < 290 м (для забалластированных утяжелителями 2-УТК-24-2) и L< 49 м (в случае отсутствия утяжелителей по какой-либо причине).

Эпюры характеристических параметров размытого участка подводного трубопровода без балластирующих устройствЭпюры характеристических параметров размытого участка подводного трубопровода без балластирующих устройствЭпюры характеристических параметров размытого участка подводного трубопровода без балластирующих устройств

Рис. 4. Эпюры характеристических параметров размытого участка подводного трубопровода без балластирующих устройств:

а - изгибающих моментов; б - перерезывающих сил; в – прогибов

Такое значение предельно допустимой протяженности свободных пролетов оказалось несколько неожиданным. Однако в практике работы подводных переходов на широких и глубоких реках известны случаи достаточно протяженных участков размыва. Так, приведенная в [5] динамика размыва резервной нитки газопровода Ямбург - Елец I через р. Обь показала последовательное во времени образование двух участков размыва длиной около 165 м каждый. При этом трубопровод не претерпевал чрезмерных напряжений, приводящих к необходимости ремонта. Вместе с тем в рассмотренном случае отмечалось повышение отметок верха трубопровода примерно в середине размытого участка. В [5] это связывалось с недостаточностью балластировки, проведенной по нормативным требованиям. Если повысить интенсивность балластировки за счет сближения утяжелителей, то можно избежать повышения положения размытого участка трубопровода в вертикальной плоскости. Но такая балластировка дает меньшую (с учетом подъемных сил) некомпенсированную поперечную нагрузку на трубопровод, и тогда предельно допустимая протяженность размытого участка, рассчитанная по данной методике, окажется еще больше. Поэтому следует принять во внимание, что полученные в данной работе результаты относятся только к случаю балластировки речного подводного перехода утяжелителями 2-УТК-24-2 по нормативным требованиям ВСН 010-88 с учетом дополнительной подъемной силы, возникающей из-за разности гидродинамических давлений в потоках над размытым трубопроводом и под ним.


Для более полного решения задачи определения предельно допустимой длины размытого участка речного подводного перехода необходимо рассмотреть еще два ограничивающих фактора - допустимые продольные напряжения и напряжения, вызываемые гидродинамическим давлением на размытый трубопровод со стороны водного потока.


Список литературы


1. Велиюлин И. И. Унификация технологических и конструкционных параметров подводного перехода МГ/ И.И. Велиюлин, В.А. Поляков, Э.И. Велиюлин и др. // Газовая промышленность. - 2009. - № 9. -С. 63-65.

2. Алимов С.В. Расчет плавучести магистральных газопроводов на речных подводных переходах /С.В. Алимов, И.И. Велиюлин, Э.И. Велиюлин и др.//Газовая промышленность. - 2009. - № 2. - С. 33-36.

3. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев; [Отв. ред. Г.С. Писаренко]. - 2-е изд., перераб. и доп. -Киев: НауковаДумка, 1988.-352с. А.МазурИ.И., ИванцовО.М. Безопасность трубопроводных систем. -М.: Елима, 2004. - 1097 с.

5. Алимов С. В. К вопросу о плавучести магистральных газопроводов в условиях речных потоков /С.В. Алимов, С.А. Ермолаев, И.И. Велиюлин и др. -IV Международная конференция «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов». - Геленджик, 2008. -С.265-271.



Статья опубликована в журнале "Газовая промышленность" №10 за 2010г.

Кол-во просмотров: 17519
Яндекс.Метрика