Газовая Промышленность 3.2024

Научная статья

УДК 539.41::621.643::620.19
(UDK 539.41::621.643::620.19)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ (CONSTRUCTION AND OIL-AND-GAS PIPELINES’ OPERATION)

ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ ТРУБЫ DN 800, СОДЕРЖАЩЕЙ ДЕФЕКТ ПОТЕРИ МЕТАЛЛА, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ ПЛАСТИЧНОСТИ

(ASSESSMENT OF THE STRESS STATE AND STRENGTH OF A DN 800 PIPE CONTAINING A METAL LOSS DEFECT USING A PLASTICITY MODEL)

Дефекты потери металла коррозионного происхождения уменьшают прочность трубопроводов.
Для оценки прочности любой конструкции применяется метод анализа ее напряженного состояния, в том числе в зонах повреждений. Дефекты потери металла могут иметь такие геометрические параметры, что материал трубы будет деформироваться не упруго, а упругопластически при воздействии нагрузки. Поэтому актуальна оценка напряженного состояния и прочности трубопровода с дефектом потери металла в рамках упругопластического решения задачи.
В статье рассматриваются результаты численного компьютерного моделирования напряжений дефектного трубопровода (DN 800) в программной среде Ansys. Описана методика моделирования.
Рассмотрена модель, согласующаяся с деформационной теорией пластичности, в которой связь между интенсивностью напряжений и деформаций выражается степенной функцией. Оценка напряженного состояния трубы в дефектной зоне выполняется с учетом значения интенсивности напряжений в геометрическом центре дефекта потери металла. Чтобы оценить прочность трубопровода, введены три особых его состояния: 1) переход от упругого к упругопластическому деформированию; 2) предельное состояние; 3) разрушение. Каждое из них характеризуется напряжением и давлением. Описана классификация степени опасности дефектов.
Получен график зависимости интенсивности напряжений в зоне дефекта потери металла от внутреннего давления, который включает в себя участок упругого и упругопластического деформирования. Построены графики зависимости давлений, соответствующих трем особым состояниям конструкции, от глубины дефекта. Получены эмпирические формулы для расчета предельного и разрушающего давления трубы (наружный диаметр – 820 мм, толщина стенки – от 8 до 15 мм) с одиночным дефектом потери металла (относительная глубина – до 0,8, длина и ширина – до 200 мм) при воздействии внутреннего давления.
Сопоставлены значения разрушающего и предельного давления, найденные с помощью компьютерного моделирования и методики из СТО Газпром 2–2.3–112–2007 «Методические указания по оценке работоспособности участков магистральных газопроводов с коррозионными дефектами». Определена предельная глубина дефекта потери металла при рассматриваемых в статье исходных данных.

Metal loss defects of corrosive nature reduce the strength of pipelines. To assess the strength of any structure, the method of analyzing its stress state, including that in damage zones, is used. Metal loss defects may have such geometry that being expo to a load the pipe material will deform elastoplastically rather than elastically. Therefore, the assessment of the stress state and strength of a pipeline with a metal loss defect is important when solving the problem elastoplastically.
The article discusses the results of computer based numerical simulation of the stresses of a defective pipeline (DN 800) in Ansys software. It describes the simulation technique. The article analyses a model that is consistent with the deformation plasticity theory, in which the relationship between stress and strain intensity is expressed by a power function. Assessment of the pipe stress state in the defective area considers the value of stress intensity in the geometric center of the metal loss defect. In order to assess the pipeline strength, three special pipeline states are introduced: 1) transition from elastic to elastoplastic strain; 2) limit state; 3) failure. Each of these states is characterized by stress and pressure. The defects severity classification is described.
The article presents a diagram of the stress intensity in the metal loss defect zone as a function of the pressure, which includes a section of elastic and elastoplastic strain. The diagrams of pressure dependency on the defect depth were built for three special states of the structure. Empirical formulas for calculation of ultimate and failure pressure of a pipe (outer diameter – 820 mm, wall thickness – from 8 to 15 mm) with a single metal loss defect (relative depth – up to 0.8, length and width – up to 200 mm) on exposure to internal pressure were developed.
The values of failure and ultimate pressures found through computer based simulation were compared with those obtained using the procedure from STO Gazprom 2-2.3-112–2007 “Recommended practice for assessing performance capacity of main pipeline components with corrosion defects”. The ultimate depth of metal loss defect subject to the initial data considered in the article was determined.

ДЕФЕКТ ПОТЕРИ МЕТАЛЛА, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ, НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРУБОПРОВОДА, ПРЕДЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА, РАЗРУШАЮЩЕЕ ДАВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА, УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛА

METAL LOSS DEFECT, SAFETY FACTOR, PIPELINE STRESS STATE, PIPELINE ULTIMATE PRESSURE, PIPELINE FAILURE PRESSURE, ELASTOPLASTIC STRAIN OF MATERIAL

А.А. Игнатик, к.т.н., ФГБОУ ВО «Ухтинский государственный технический университет» (Ухта, Россия), tolik.ignatik@yandex.ru

A.A. Ignatik, PhD in Engineering, Ukhta State Technical University (Ukhta, Russia), tolik.ignatik@yandex.ru

Вансович К.А., Аистов И.П., Нахлесткин А.А., Беселия Д.С. Анализ несущей способности магистрального трубопровода при наличии дефектов коррозионного происхождения // Омский научный вестник. 2019. № 3 (165). С. 5–10. DOI: 10.25206/1813-8225-2019-165-5-10.

Гаспарянц Р.С. Расчет на прочность и долговечность трубопроводов с коррозионными дефектами потери металла // Нефтепромысловое дело. 2008. № 1. С. 34–39.

Закирьянов М.В., Коробков Г.Е. Коррозионные дефекты газопроводов: моделирование и оценка опасности // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 4. С. 33–39.

Запевалов Д.Н. Контроль внешних коррозионных воздействий при оценке технического состояния газопроводов // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2014. № 1 (17). С. 44–48.

Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. М.: Елима, 2004. 1104 с.

Муллаянова А.Ф., Алферов А.В., Виноградов П.В. и др. Оценка прочности трубопроводов с дефектом коррозионного происхождения: сравнение конечно-элементного анализа и методик оценки разрушающего давления // Нефтегазовое дело. 2022. Т. 20, № 6. С. 135–144. DOI: 10.17122/ngdelo-2022-6-135-144.

Теплинский Ю.А., Быков И.Ю., Бирилло И.Н. и др. Оценка прочностного ресурса газопроводных труб с коррозионными повреждениями / под общ. ред. И.Ю. Быкова. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. 168 с.

Прокопенко А.Ю., Нефедов С.В. Имитационный метод прогнозирования коррозионной поврежденности магистральных газопроводов // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2015. № 2 (48). С. 11–15.

Салюков В.В., Харионовский В.В. Магистральные газопроводы. Диагностика и управление техническим состоянием. М.: Недра, 2016. 212 с.

Скуридин Н.Н. Методический подход к оценке степени коррозионной опасности участков магистральных нефтепроводов по данным внутритрубной диагностики // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012. № 4 (8). С. 99–101.

Тарасов Ю.Л., Хвесюк О.В. Оценка сроков службы трубопроводов с учетом коррозионных повреждений // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12, № 1–2. С. 536–541.

Харионовский В.В. Магистральные газопроводы. Надежность и техническое состояние. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2021. 424 с.

Быков Л.И., Рафиков С.К., Кадыров И.Р. Оценка прочности трубопровода с учетом упругопластической работы металла труб // Нефтегазовое дело. 2011. Т. 9, № 4. С. 51–55.

РД-23.040.00-КТН-011–16. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Определение прочности и долговечности труб и сварных соединений с дефектами. М.: Транснефть, 2015. 153 с.

Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. Изд. стер. М.: URSS, 2022. 560 с.

Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. 2-е изд., испр. М.: Наука, 1988. 712 с.

Хажинский Г.М. Механика мелких трещин в расчетах прочности оборудования и трубопроводов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Физматкнига, 2008. 254 с.

Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. 18-е изд. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. 542 с.

СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06–85* // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200103173 (дата обращения: 29.02.2024).

Игнатик А.А. Метод оценки прочности магистрального трубопровода, учитывающий упругопластическое деформирование // Газовая промышленность. 2023. № 2 (845). С. 74–82.

СТО Газпром 2-2.3-112–2007. Методические указания по оценке работоспособности участков магистральных газопроводов с коррозионными дефектами. М.: ИРЦ Газпром, 2007. 60 с.

Vansovich KA, Aistov IP, Nakhlestkin АА, Beseliya DS. The analysis of bearing capacity of main pipeline in presence of corrosion defects. Omsk Scientific Bulletin [Omskiy nauchnyy vestnik]. 2019; 165(3): 5–10. https://doi.org/10.25206/1813-8225-2019-165-5-10. (In Russian)

Gasparyants RS. Calculation of the strength and service life of pipelines with corrosion metal loss defects. Oilfield Engineering [Neftepromyslovoe delo]. 2008; (1): 34–39. (In Russian)

Zakiryanov MV, Korobkov GE. Corrosion defects of gas pipelines: modelling and assessment of danger. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons [Transport i khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr’ya]. 2016; (4): 33–39. (In Russian)

Zapevalov DN. Control of external corrosion effects in assessing the technical state of gas pipelines. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin” [Nauchno-tekhnicheskii sbornik “Vesti gazovoy nauki”]. 2014; 17(1): 44–48. (In Russian)

Mazur II, Ivantsov OM. Safety of Pipeline Systems. Moscow: Elima; 2004. (In Russian)

Mullayanova AF, Alferov AV, Vinogradov PV, Valiakhmetov RI, Danilenko EB. Strength analysis of pipelines with corrosion defect: Comparison of a burst pressure assessment using finite element model and analytical methods. Petroleum Engineering [Neftegazovoe delo]. 2022; 20(6): 135–144. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2022-6-135-144. (In Russian)

Teplinskiy YuA, Bykov IYu (ed.), Birillo IN, Yakovlev AYa, Voronin VN. Assessment of the Strength Life of Gas Pipes with Corrosion Damage. Moscow: TsentrLitNefteGaz; 2008. (In Russian)

Prokopenko AU, Nefedov SV. The simulation method of forecasting the corrosion defects of trunk pipelines. Pipeline Transport: Theory and Practice [Truboprovodnyy transport: teoriya i praktika]. 2015; 48(2): 11–15. (In Russian)

Salyukov VV, Kharionovsky VV. Main Gas Pipelines. Diagnostics and Technical State Management. Moscow: Subsoil [Nedra]; 2016. (In Russian)

Skuridin NN. Methodical approach to assessing the corrosion hazard areas of pipelines according to the trunk pipeline pigging. Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation [Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov]. 2012; 8(4); 99–101. (In Russian)

Tarasov YuL, Hvesyuk OV. Estimation of pipelines life expectancy with account the corrosion defects. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences [Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk]. 2010; 12(1–2): 536–541. (In Russian)

Kharionovsky VV. Main Gas Pipelines. Reliability and Technical State. Moscow: Gazprom VNIIGAZ; 2021. (In Russian)

Bykov LI, Rafikov SK, Kadyrov IR. Pipeline strength evaluation based on elastic-plastic metal pipe strain. Petroleum Engineering. 2011; 9(4): 51–55. (In Russian)

Transneft, PJSC. RD-23.040.00-KTN-011–16 (regulatory guide). Main pipeline transportation of oil and petroleum products. Determination of strength and durability of pipes and welded joints with defects. Moscow: Transneft; 2015. (In Russian)

Birger IA, Mavlyutov RR. Strength of Materials. Moscow: URSS; 2022. (In Russian)

Rabotnov YuN. Mechanics of a Deformable Solid. 2nd ed. Moscow: Science [Nauka]; 1988. (In Russian)

Khazhinskiy GM. Mechanics of Small Cracks in Strength Calculations of Equipment and Pipelines. 2nd ed. Moscow: Fizmatkniga; 2008. (In Russian)

Feodosiev VI. Strength of Materials. 18th ed. Moscow: BMSTU; 2021. (In Russian)

Federal Agency for the Construction, Housing and Utilities. SP 36.13330.2012 (code of practice). Trunk pipelines. Revised edition of SNiP 2.05.06–85. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200103173 [Accessed: 29 February 2024]. (In Russian)

Ignatik AA. Method for assessing main pipeline strength considering elastoplastic strain. Gas Industry [Gazovaya promyshlennost’]. 2023; 845(2): 74–82. (In Russian)

OAO Gazprom (open joint stock company). STO Gazprom 2-2.3-112–2007 (company standard). Recommended practice for assessing performance capacity of main pipeline components with corrosion defects. Moscow: Gas Industry Information and Advertising Center; 2007. (In Russian)
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57