Анализ напряженно-деформированного состояния и безопасности эксплуатации участков трубопроводов с коническим переходником

Abstract

Актуальность. Особенности геометрических характеристик конического переходника в системе трубопроводов нефтегазовой отрасли при условии действия внутреннего давления приводят к возникновению достаточно высоких напряжений в сечениях соединения переходника с трубопроводом, в ряде случаев превышающие нормативные значения. Это обуславливает необходимость проведения анализа влияния геометрических характеристик трубопровода и конического переходника, внутреннего давления на уровень напряженно-деформированного состояния сооружения и разработки рекомендаций по обеспечению безопасности эксплуатации трубопроводов с коническим переходником. Цель исследования: оценка влияния параметров конструкции конического переходника на уровень механических напряжений в трубопроводе и разработка рекомендаций по обеспечению прочности и безопасности участков трубопровода с коническим переходником. Объект: участок трубопровода с коническим переходником. Методы: теоретические исследования напряженно-деформированного состояния и безопасности эксплуатации участков трубопровода с коническим переходником в условиях действия внутреннего давления. Результаты. Выполнена оценка влияния геометрических характеристик труб и конического переходника на уровень напряжений и безопасность эксплуатации трубопровода в условиях действия внутреннего давления. Предложены рекомендации по повышению безопасности участков трубопроводов с коническим переходником. Выводы. Наличие конических переходников приводит к повышению уровня механических напряжений в стенке трубопровода до 3,3 раза в реальных условиях эксплуатации трубопроводных систем нефтегазовой отрасли. На уровень механических напряжений существенное влияние оказывают отношения толщин стенок трубопровода и конического переходника, угол наклона образующей переходника и давление в полости трубопровода. Повышение запаса прочности и безопасности эксплуатации участков трубопроводов с коническим переходником может быть достигнуто соединением переходника с трубопроводом через прямые вставки, принимая стенки переходника и вставки равными по толщине и обеспечивая при этом запасы прочности трубопровода и переходника на одном уровне.

The relevance. The features of conical adapter geometric characteristics in oil and gas industry pipeline system under the condition of internal pressure action lead to the appearance of sufficiently high stresses in the sections of connection of an adapter with a pipeline, in some cases exceeding the normative values. This makes it necessary to analyze the influence of the geometric characteristics of the pipeline and the conical adapter, the internal pressure on the level of strained/deformed state of the structure, and develop a proposal for recommendations on ensuring the safety of operation of pipelines with a conical adapter. The main aim of the research is the evaluation of the effect of the conical adapter design parameters on the level of mechanical stresses in the pipeline and the development of recommendations for ensuring the strength and safety of pipeline sections with a conical adapter. Object of the research is the section of the pipeline with a conical adapter. Methods of the research are the theoretical studies of the stress-strain state and exploitation safety of pipeline sections with a conical adapter under conditions of internal pressure. Results. The authors have evaluated the effect of the geometric characteristics of the pipes and the conical adapter on the stress level and the exploitation safety of the pipeline under the effect of internal pressure and proposed the recommendations for improving the safety of sections of pipelines with a conical adapter. Conclusions. The presence of conical adapters results in increasing level of pipeline wall mechanical stresses up to 3,3 times in the real operating conditions of oil and gas pipeline systems industry. The level of mechanical stresses is significantly influenced by the ratio of the thickness of the walls of the pipeline and the conical adapter, generatrix adapter inclination angle and the pipeline cavity pressure. Increasing the safety margin and safety of operation of pipeline sections with a tapered adapter can be achieved by connecting the adapter with the pipeline through straight inserts, taking the walls of the adapter and inserts equal in thickness, while ensuring the strength of the pipeline and the adapter at the same level.