Анализ цикличности работы линейной части магистрального трубопровода

Для обоснования выбора циклических режимов испытания модельных образцов, соответ­ствующих фактическим режимам эксплуатации участка МГ с которого отбирались образцы, был проанализирован спектр колебаний давления на двадцати пяти километровом участке маги­стрального газопровода.

Рисунок 2.14 - Полный спектр колебаний давления на рассматриваемом участке

МГ

Анализ выделенных циклов показал, что за рассматриваемый период эксплуатации, уча­сток 18 раз испытал нагрузку и разгрузку с максимальным отклонением амплитуды колебаний от среднего значения давления Рсред. В диапазоне 17-35 %. Для выделенных колебаний давления на участке МГ были рассчитаны параметры циклического процесса, которые представлены в таб­лице 2.3.

Таблица 2.3 - Параметры циклического процесса изменения давления на рассматриваемом

участке МГ

Для исследования характера колебаний давления внутри циклов с наибольшим периодом колебания в полном спектре колебаний давления на участке МГ был выделен интервал протя­жённостью T, внутри которого анализировались верхний и нижний полупериоды (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 - Анализ верхнего и нижнего полупериода колебаний

В верхнем и нижнем полупериоде колебания выделены циклы с наибольшими отклонени­ями амплитуды от среднеарифметического значения Рсред равными 2-11 % от рабочего давления Рраб. (рисунок 2.16). Выполнено сопоставление спектров нижнего и верхнего полупериода коле­баний давления (рисунок 2.16), а также произведен расчет параметров циклических процессов изменения давления в каждом полупериоде, результаты показаны в таблице 2.4.

Рисунок 2.16 - Сопоставление спектров нижнего и верхнего полупериода

Таблица 2.4 - Параметры циклических процессов колебаний верхнего и нижнего полупе-

риода

* R - отношение минимальной к максимальной нагрузке в цикле.

По результатам анализа режимов эксплуатации указанного участка МГ установлено, что в течение одного года он испытывает относительно среднеарифметического значения давления Рсред= 5,84 МПа следующее количество циклов перепада давления:

- 30 пульсационных с амплитудой в диапазоне 2-11 % от Рраб.;

- 2 значительных цикла с амплитудой в диапазоне 17-35 % от Рраб.

Для проведения испытаний модельных образцов выбран наиболее консервативный режим нагружения, моделирующий работу МГ в течение 20 лет эксплуатации в реальных условиях. Ин­тервал изменения нагрузки для выбранного режима нагружения лежит в интервале от 1,1 МПа до максимально разрешенного на участке МГ рабочего давления P=7,4 МПа, что соответствует σ с коэффициентом асимметрии цикла R=0,15.

Общее количество циклов для выбранного режима рассчитано как произведение общего количества всех типов циклов, испытываемых МГ за год на планируемый интервал эксплуатации равный 20 годам. Был реализован режим нагружения модельных образцов со ступенчатым изме­нением нагрузки каждые 640 циклов.

Для образцов, вырезанных из подключающего шлейфа КС также проводились замеры ра­бочего давления. Обычно шлейфы построены из труб диаметром 1000 мм, с толщиной стенки 12 - 14 мм, а эксплуатируются в диапазоне давления 6,5 - 7,5 МПа, что обусловливает более высокое значение механических напряжений в стенке трубопровода, чем в трубах линейной части.

Как в процессе нормальной эксплуатации, так и при изменении рабочего режима, сброс и набор давления в трубопроводе шлейфа стараются осуществлять плавно, поэтому считается, что выходные шлейфы эксплуатируются в условиях, близких к условиям статической нагрузки. Но отмечается также, что «горячие участки», такие как шлейфы, подвержены сильному влиянию термоциклических процессов, причиной которых является постоянное изменение температуры и давления газа, приводящее к изменениям температуры поверхности трубы и переменным напря­жениям, действующее внутри ее стенки [74].

Режим работы реального шлейфа КС, на котором было выявлено КРН, был визуализиро­ван в виде графиков динамики основных параметров работы, зафиксированных через штатную систему управления стацией непрерывно в течении 10 суток. Фиксировались значения темпера­туры окружающей среды, температуры и давления транспортируемого газа в трубопроводе.

Естественный перепад температуры окружающей среды (день/ночь) в течении одних су­ток составлял около 20 градусов. Графики изменения значений температуры и давления газа в выходном шлейфе, сопоставленные графиком изменения температуры окружающей среды (ри­сунок 2.17), позволяют сделать вывод о том, что постоянные колебания температуры транспор­тируемого газа являются причиной неконтролируемых колебаний давления в выходных шлей­фах.

Температура транспортируемого газа меняется в пределах 34,4 - 36,2 ⁰С. При этом значе­ния давления меняются постоянно. За 10 наблюдаемых дней абсолютный перепад давления со­ставил почти 1 МПа (7,12-6,15 МПа), при этом ежедневно значение давления менялось в среднем на 0,221 МПа. Также наблюдались и более резкие перепады за менее продолжительный времен­ной отрезок (перепад до 0,45 МПа менее чем за 12 часов в четвертый день наблюдения).

Рисунок 2.17 - График основных параметров работы КС за 10 дней

Давление перекачиваемой среды (6,5-7,5 МПа) в сочетании с постоянной пульсацией (по­рядка 0,2-0,3 МПа в день) создают постоянный высокий уровень механических напряжений с переменной составляющей в стенке трубы. Если в стенке есть острый концентратор, то он может

являться источником растрескивания. Станция эксплуатируется уже более 30 лет. Такой режим работы на протяжении продолжительного времени может стать фактором развития усталостных разрушений в выходном трубопроводе. Насколько возможно разрушение газопровода из-за экс­плуатационных нагрузок, при отсутствии воздействия коррозионной среды, было проверено экс­периментально на лабораторной установке, описанной ниже.

2.2