«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

Оценка напряженно-деформированного состояния и прочности трехслойного образца трубы из полипропилена с трещиноподобным дефектом

УДК: 621.643.053
DOI: 10.33285/1999-6934-2023-2(134)-68-75

Авторы:

¹ Ухтинский государственный технический университет, Ухта, Россия

Ключевые слова: лабораторный стенд, моделирование, напряженно-деформированное состояние, полипропиленовая труба, предельное состояние, тензодатчик, эксперимент

Аннотация:

Альтернативой стали как материалу для труб газонефтепроводов являются полимеры (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и т. п.). Прочность полимерных труб повышается внедрением в их конструкцию армирующих слоев. Отсутствие критериев прочности и работоспособности таких труб, основанных на анализе напряженно-деформированного состояния, противодействует их распространению в транспорте углеводородов. В данной статье выполнена оценка напряженно-деформированного состояния трехслойного полипропиленового образца трубы, имеющего армированный стекловолокном средний слой, с трещиноподобным дефектом посредством физического эксперимента и численного компьютерного моделирования в среде Ansys. Представлено сравнение результатов, полученных двумя используемыми методами. Указаны причины их соответствия и отличия. В армирующем слое значения напряжений больше, чем в других. Именно он воспринимает действующие на трубу нагрузки. Предлагается метод оценки прочности исследуемых труб. Он включает в себя введение трех предельных состояний, каждому из которых соответствует предельная интенсивность напряжений и предельное давление. Также рассчитывается максимальное рабочее давление. При его сравнении с фактическим давлением на участке трубопровода проводится окончательная оценка прочности и определяется перечень мероприятий по поддержанию работоспособного состояния трубопровода. Выполнена оценка напряженно-деформированного состояния и прочности полимерной трехслойной трубы с продольными трещиноподобными дефектами при различной их глубине. Рассмотрен пример применения разработанного метода оценки прочности трубопровода с трещиноподобным дефектом.

Список литературы:

1. Бочкарева С.А., Реутов Ю.А. Исследование напряженно-деформированного состояния многослойных полимерных труб методом конечных элементов // Изв. Томского политехн. ун-та. – 2013. – Т. 322, № 2. – С. 81–84.
2. Анализ материалов, применяемых в производстве полимерных труб для строительства нефтегазопроводов / А.С. Глазков, А.А. Гарифуллин, М.А. Фассахов [и др.] // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2020. – № 5-6. – С. 40–45. – DOI: 10.24411/0131-4270-2020-6-40-45
3. Любин Е.А., Густов Д.С. Применение композитных трубопроводов в нефтегазовой промышленности // Инженер-нефтяник. – 2016. – № 1. – С. 72–78.
4. Магалиф В.Я. Технологические трубопроводы из полимерных материалов // Технологии нефти и газа. – 2012. – № 3(80). – С. 15–20.
5. Толмачев А.А., Иванов В.А. Перспективы использования стеклопластиковых и полимерно-металлических труб в нефтегазовой отрасли // Изв. вузов. Нефть и газ. – 2019. – № 6(138). – С. 132–139.
6. Транспорт углеводородного сырья по трубопроводам из полимерных и композитных материалов / М.М. Фаттахов, Р.К. Терегулов, И.А. Шаммазов [и др.]. – СПб.: Недра, 2011. – 288 с.
7. Густов Д.С. Экспериментальное исследование прочности армированных труб для транспорта газа // Территория Нефтегаз. – 2016. – № 2. – С. 88–93.
8. Оценка прочности полимерных армированных трубопроводов / А.В. Хабибуллин, А.С. Глазков, Д.А. Гулин, М.Э. Дусалимов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2017. – № 6. – С. 27–30.
9. Толмачев А.А., Иванов В.А., Майер А.В. Применение полипропиленовых утепленных армированных труб для сооружения нефтепроводов в Арктике // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 4(130). – С. 46–51. – DOI: 10.33285/1999-6934-2022-4(130)-46-51
10. Оценка надежности многослойных труб из полимерных материалов / С.А. Бочкарева, Н.Ю. Гришаева, Б.А. Люкшин [и др.] // Вестн. ПНИПУ. Механика. – 2018. – № 4. – С. 161–168. – DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.15
11. Расчет напряженно-деформированного состояния трёхслойных труб симметричной и несимметричной структуры / М.С. Абакаров, Р.И. Вишталов, Х.М. Муселемов, О.М. Устарханов // Вестн. Дагестанского гос. техн. ун-та. Технические науки. – 2019. – Т. 46, № 2. – С. 126–135. – DOI: 10.21822/2073-6185-2019-46-2-126-135
12. Polypropylene multi layer pipe lifetime assessment under realistic loading conditions / F. Arbeiter, M. Ševčík, G. Pinter [et al.] // Proc. of the 17th Plastic Pipes Conf. (PPXVII), Sept. 22–24, 2014, Chicago, Illinois, USA. – 2014. – DOI: 10.13140/RG.2.1.1162.2807
13. Нелинейная механика разрушения нефтепроводов со сквозными продольными трещинами / Н.А. Махутов, Д.А. Неганов, Е.П. Студёнов [и др.] // Нефт. хоз-во. – 2021. – № 10. – С. 122–126. – DOI: 10.24887/0028-2448-2021-10-122-126