Анализ причин разрушения элементов обвязки крановых узлов трубопроводов с применением численного моделирования

Статья в Elpub

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2021; : 90-96

Анализ причин разрушения элементов обвязки крановых узлов трубопроводов с применением численного моделирования

Савин Д. В., Жуков Д. В., Комаров Д. В., Холодков С. А., Виноградов И. С.

Аннотация

Одними из важнейших участков трубопроводных систем являются крановые узлы, предназначенные для управления потоками транспортируемого продукта. В соответствии с действующими нормами показатели прочности крановых узлов и прилегающих к ним участков характеризуются категорийностью выше, чем показатели на основной магистрали, что обусловлено потенциально более высоким напряженно-деформируемым состоянием. Магистральные газопроводы в большинстве случаев имеют подземное исполнение, а основным способом контроля их технического состояния является внутритрубное техническое диагностирование, которое не может обеспечить контроль обвязки крановых узлов. Единственным способом диагностики материала и сварных соединений на таких объектах является прямой контроль в шурфах. В статье рассмотрена возможность применения систем численного моделирования при исследовании причин разрушения тройникового соединения обвязки кранового узла. Выполненные работы позволили определить комплекс взаимодействующих нагрузок, действовавших на исследуемом объекте. Определены последовательность их возникновения, взаимодействие и вклад в произошедшее разрушение. Выявлены основные факторы, влияющие на пространственное положение обвязки и вызывающие изгибные и растягивающие напряжения. Составлена полная картина напряженно-деформированного состояния обвязки кранового узла. Результаты анализа могут быть применены при ремонте и замене участков трубопроводной обвязки или запорной арматуры подземных крановых узлов для снижения риска возникновения разрушающих нагрузок.

Список литературы

1. Бургонутдинов А.М., Юшков Б.С., Вайсман Я.И., Глушанкова И.С. Повышение надежности нефте- и газопроводных систем электрохимическим закреплением грунтов и фундаментов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2008. № 12. С. 5–7.

2. Ходжаева Г.К. Оценка риска аварийности нефтепроводных систем в аспекте геодинамических процессов. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2016. 132 с.

3. Li H., Lai Y., Wang L. et al. Review of the State of the Art: Interactions Between a Buried Pipeline and Frozen Soil // Cold Regions Science and Technology. 2019. Vol. 157. P. 171–186.

4. Foriero A., Ladanyi B. Pipe Uplift Resistance in Frozen Soil and Comparison with Measurements // Journal of Cold Regions Engineering. 1994. No. 8 (3). P. 93–111.

5. Nixon J.F., Oswell J.M. Analytical Solutions for Peak and Residual Uplift Resistance of Pipelines // Proceedings of 63rd Canadian Geotechnical Conference and 6th Canadian Permafrost Conference. Calgary, Alberta, Canada, 2010. P. 570–578.

6. Nixon J.F. Pipe Uplift Resistance Testing in Frozen Soil // Proceedings of the 7th International Conference on Permafrost. Yellowknife, Canada, 1998. Collection Nordicana No. 55. P. 821–831.

7. Liu B., Crooks J., Nixon J.F., Zhou J. Experimental Studies of Pipeline Uplift Resistance in Frozen Ground // Proceedings of the International Pipeline Conference. Calgary, Alberta, Canada, 2004. IPC2004-0133. P. 2407–2413.

8. Selvadurai A.P.S., Hu J., Konuk I. Computational Modelling of Frost Heave Induced Soil-Pipeline Interaction: I. Modelling of Frost Heave // Cold Regions Science and Technology. 1999. No. 29 (3). P. 215–228.

9. Selvadurai A.P.S., Hu J., Konuk I. Computational Modelling of Frost Heave Induced Soil-Pipeline Interaction: II. Modelling of Experiments at the Caen Test Facility // Cold Regions Science and Technology. 1999. No. 29 (3). P. 229–257.

10. Liu B., Moffitt K., Nixon J.F. et al. Numerical Studies of Pipeline Uplift Resistance in Frozen Ground // Proceedings of the International Pipeline Conference. Calgary, Alberta, Canada, 2004. IPC2004-0137. P. 2423–2428.

11. Vasseghi A., Haghshenas E., Soroushian A., Rakhshandeh M. Failure Analysis of a Natural Gas Pipeline Subjected to Landslide // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 119. A. 105009.

12. Zheng J.Y., Zhang B.J., Liu P.F., Wu L.L. Failure Analysis and Safety Evaluation of Buried Pipeline Due to Deflection of Landslide Process // Engineering Failure Analysis. 2012. Vol. 25. P. 156–168.

13. Cirimello P.G., Otegui J.L., Buise L.M. Explosion in Gas Pipeline: Witnesses’ Perceptions and Expertanalyses’ Results // Engineering Failure Analysis. 2019. Vol. 106. A. 104142.

14. Zhang S., Liu B., He J. Pipeline Deformation Monitoring Using Distributed Fiber Optical Sensor // Measurement. 2019. Vol. 133. P. 208–213.

15. Шеховцев А.В., Голубин С.И., Николаев М.Л. Новые проектно-технические решения по автоматизации и связи с применением волоконно-оптических систем геотехнического мониторинга // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2015. № 1. С. 14–20.

16. Fredj A., Dinovitzer A. Simulation of the Response of Buried Pipelines to Slope Movement Using 3D Continuum Modeling // Proceedings of the 9th International Pipeline Conference IPC2012. Calgary, Alberta, Canada, 2012. IPC2012-90437, P. 287–295.

17. Ho D., Wilbourn N., Vega A., Tache J. Safeguarding a Buried Pipeline in a Landslide Region // Pipelines 2014: From Underground to the Forefront of Innovation and Sustainability. Portland, Oregon, USA, 2014. P. 1162–1174.

18. ГОСТ 25100-2020. Грунты. Классификация [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200174302 (дата обращения 27.08.2021).

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2021; : 90-96

Analysis of the Causes of Destruction of Strapping Elements of Pipeline Block Valves Using Numerical Modelling

Savin D. V., Zhukov D. V., Komarov D. V., Kholodkov S. A., Vinogradov I. S.

Abstract

One of the most important sections of pipeline systems are the block valves for controlling the flow of the transported product. According to current standards, the strength values of the valve units and their adjacent sections are of a higher category than those of the main line, due to the potentially higher stress-strain state. Main gas pipelines in most cases are of underground design and the main way of their technical condition control is in-pipe technical diagnostics, which cannot provide control of tap junctions bundling. The only way to diagnose material and welded joints at such objects is direct inspection in pits. The paper considers an opportunity of application of numerical modelling systems at research of the reasons of destruction of the T-joint of the block valve strapping. The performed work made it possible to determine the complex of interacting loads acting at the investigated object. The sequence of their occurrence, interaction and contribution to the occurred damage have been determined. The main factors influencing the spatial position of the strapping and causing bending and tensile stresses were identified. A complete picture of the stress-strain state of the block valve strapping has been drawn up. The results of the analysis can be applied when repairing and replacing sections of piping or underground block valves to reduce the risk of destructive loads.

References

1. Burgonutdinov A.M., Yushkov B.S., Vaisman Ya.I., Glushankova I.S. Povyshenie nadezhnosti nefte- i gazoprovodnykh sistem elektrokhimicheskim zakrepleniem gruntov i fundamentov // Zashchita okruzhayushchei sredy v neftegazovom komplekse. 2008. № 12. S. 5–7.

2. Khodzhaeva G.K. Otsenka riska avariinosti nefteprovodnykh sistem v aspekte geodinamicheskikh protsessov. Nizhnevartovsk: Izd-vo Nizhnevart. gos. un-ta, 2016. 132 s.