Материалы для сооружения линейной части магистральных трубопроводов

Трубопроводный транспорт является одним из самых экономичных способов передачи жидких газообразных продуктов на дальние расстояния с минимальными потерями продукта в процессе доставки его потребителям. Современные магистральные трубопроводы – исключительно протяжённые металлические сооружения. Протяжённость некоторых газопроводов превышает 4 тыс. км Они пересекают страну с севера на юг и с востока на запад. Условия эксплуатации магистральных трубопроводов очень специфичны вследствие следующих факторов:

1.Эксплуатация металла труб осуществляется на большой протяжённости в резко отличающихся природно-климатических условиях – от вечной мерзлоты в северных районах до пустынь и полупустынь в южных. Этими же условиями определяется широкий диапазон типов и механических характеристик грунтов, в которых проложен трубопровод, возможность возникновения в металле труб пластических деформаций при пересечении разнообразных естественных препятствий – водных преград, болот, гор, оврагов и др.

2. На металл труб оказывает влияние химический состав грунтов, степень обводнённости грунтов, защемление трубы, которая подвержена всплытию.

3.Металл труб работает в широком диапазоне температур – от 40-60ºC в летний период до – 15ºC в зимний, а в северных климатических зонах на участках подземной прокладки минимальная температура эксплуатации может быть значительно ниже.

4.Металл труб в течение амортизационного срока (свыше 30 лет) практически постоянно работает в условиях двухосного напряжённого состояния с различными, зависящим от многих факторов, отношением напряжений в кольцевом и продольном направлениях. Кроме того, металл нефтепроводов испытывает малоцикловые нагрузки, которые в отдельных случаях могут вызывать напряжения, достигающие предела текучести.

5.В металле трубопроводов практически неизбежно наличие концентраторов напряжения – задирав, царапин, ориентированных вдоль образующей трубы. Они могут быть заводского, транспортного и строительного происхождения. Действие концентраторов напряжений усиливается в местах отклонения трубы от цилиндрической формы из-за овальности сечений и наличия вмятин

Наиболее опасным для работы труб является сочетание в одном сечении вмятины и задира или наличие задира на малой оси овального сечения труб. Анализ обстоятельств многих разрушений труб на трассе показывает, что подавляющее число разрушений происходило по верхней или нижней образующей, т.е. по малому диаметру овального сечения труб, уложенных в грунте, поскольку именно так ориентировано сечение труб газопровода, уложенного в траншею и засыпанного грунтом.

6.Газопроводы аккумулируют большое количество упругой энергии сжатого газа, вследствие чего в них могут возникать протяжённые вязкие и хрупкие разрушения, происходящие в условиях высоких динамических нагрузок.

7.Большая энергетическая мощность магистральных газопроводов, обеспечивающих сырьём или энергией крупные предприятия и целые промышленные районы, требует стабильной поставки продуктов потребителю. Металл трубопроводов практически невозможно подвергнуть профилактическому осмотру и провести предупредительный ремонт. Возможен только капитальный ремонт трубопроводов с остановкой их на длительный срок в обстоятельствах, оправдывающих такую остановку.

Поэтому, несмотря на кажуюшуюся простоту конструкции и расчётной схемы, трубопровод является сложным, дорогостоящим, исключительно металлоемким и ответственным сооружением. Прочность магистральных трубопроводов, его эксплуатационная надёжность определяются в первую очередь силовыми факторами, свойствами и качеством труб. Для магистральных трубопроводов основными нагрузками являются внутреннее давление и продольные усилия, вызванные температурным перепадом в линейной части трубопровода вследствие различия температурных условий строительства и эксплуатации. Нормы и правила расчёта, необходимые формулы и коэффициенты принимаются согласно СНиП 2.05.06-85^*.

Достаточно точному расчёту поддаются только кольцевые напряжения, а продольные напряжения и устойчивость трубопровода определяются не только влиянием температуры, но и условиями взаимодействия трубопровода с грунтом, наличием пригрузов, опор, компенсаторов и др. Большинство разрушений было обусловлено недостаточным сопротивлением стали труб зарождению трещин, потерей продольной устойчивости при температурных воздействиях, поперечным изломом труб при просадке грунта, коррозийными повреждениями, отклонением действительных условий нагружения от расчётных в конструкциях подводных переходов в условиях весенних паводков. Поэтому эксплуатационная надёжность трубопроводов обеспечивается путём предупреждения разрушений, проведения внутритрубной диагностики и мониторинга нагружений.

Разрушения трубопроводов по их происхождению можно разделить на два типа:

-разрушения при предпусковых испытаниях, связанные с дефектами труб, их повреждением в процессе транспортировки и строительства;

-разрушения в условиях эксплуатации, происходящие из-за почвенной коррозии, дефектов проектирования и выполнения строительно-монтажных работ, нарушений режимов эксплуатации и в меньшей степени из-за скрытых дефектов труб.

Разрушения в основном металле чаще происходят в сталях с недостаточными вязкими свойствами. Такие разрушения характерны для труб диаметром 720-122 мм, изготовленных из низколегированных горячекатаных и нормализованных сталей.

С ростом числа построенных газонефтепроводов повышенной мощности диаметром 1020-1220мм из низколегированных нормализованных сталей заметно увеличилось число длинных разрывов на газопроводах и разрушений труб по сварным соединениям на нефтепроводах. Такой характер разрушений в газонефтепроводах связан в одних случаях с увеличением запаса упругой энергии сжатого газа, в других – с недостаточными свойствами сварных соединений наличием циклических нагрузок.

В мощных газопроводах диаметром 1420мм при рабочем давлении 7,5МПа из сталей контролируемой прокатки, свойства которых полностью удовлетворяли требованиям СНиП 2.05.06-85*, число разрушений по дефектам труб незначительно, хотя таких газопроводов построено и введено в эксплуатацию более 20тыс.км.

Проведённый анализ показывает, что при обеспечении требуемых свойств металла и качества труб можно практически полностью исключить разрушения, не связанные с коррозийными повреждениями.

Рис.4.1.Трубы, разложенные вдоль бровки траншеи для сварки в нитку