Магистерский диплом (ВКР) на тему Новая тема: «Разработка методов обеспечения работоспособности трубопроводов СПГ в условиях арктического шельфа»

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………….. 6 ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ СПГ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТИ……………………………………………………….. 8 1.1 Особые условия при проектировании морских трубопроводов в РФ…. 8 1.2 Анализ методов обеспечения работоспособности морского трубопровода……………………………………………………………… 13 ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ
ПРОДОЛЬНОЙ
УСТОЙЧИВОСТИ ТРУБОПРОВОДА В ВЕРТИКАЛЬНОЙ
ПЛОСКОСТИ……………………………………………………………………… 18 2.1 Исследование устойчивости морских трубопроводов в вертикальной плоскости…………………………………………………………………….. 18 2.2 Методологические основы оценки устойчивости морских подводных трубопроводов в вертикальной
плоскости……………………………….. 23 2.3 Вывод расчетных соотношений…………………………………………… 28 ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА УСТОЙЧИВОСТИ
ТРУБОПРОВОДА ПРОТИВ ВСПЛЫТИЯ……………………………………………………………. 33 3.1 Основные принципы нормирования условий устойчивого положения морского трубопровода (против
всплытия) …………………………….. 33 3.2 Повышение концентрации взвешенных частиц при освоении арктического
шельфа……………………………………………………… 39 3.3 Метод расчета коэффициента устойчивости положения (против всплытия) морского трубопровода ………………………………………. 43 ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И
УСТОЙЧИВОСТИ ТРУБОПРОВОДА СПГ ПРИ НАЛИЧИИ МЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ В ЗОНЕ АРКТИЧЕСКОГО
ШЕЛЬФА…………………………………………………….. 49 4.1 Расчет напряженно-деформированного состояния морского трубопровода с учетом изменения
свойств донных грунтов…………… 49 4.2 Модели взаимодействия морского трубопровода с донным грунтом при его просадке…………………………………………………………… 55 4.3 Расчет напряженно-деформированного состояния морского трубопровода на участках
возможного протаивания СММП…………… 61 4.4 Силовое взаимодействие морского трубопровода с СММП при их промерзании………………………………………………………………… 69 ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКИХ
МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК ПРИ НЕУСТАНОВИВШЕМСЯ ТЕЧЕНИИ В ТРУБОПРОВОДАХ………………………………………………………………. 78 5.1 Проблемы обнаружения утечек из морского трубопровода……………. 78 5.2 Обоснование применения аналитических методов обнаружения утечек при неустановившемся течении в
трубопроводах………………………. 83 5.3 Моделирование процессов образования и обнаружения утечек в морском трубопроводе ……………………………………………………. 88 5.4 Моделирование потока, перекачиваемого в морском трубопроводе СПГ при открытии/закрытии
задвижек…………………………….……. 94 ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………… 100 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………… 102

Введение:

Одна из самых больших проблем при
использовании морского месторождения — выбор способа транспортировки добытых
углеводородов (УВ). В настоящее время из двух наиболее популярных методов —
танкеров или трубопроводов — последний выгоден по ряду причин: морские
трубопроводы, в отличие от танкеров, позволяют беспрерывно доставлять
углеводороды на сушу независимо от погодных условий, а аварии на судах более
опасны, чем трубопроводы. При проектировании и строительстве газопроводов необходимо
учитывать условия окружающей среды, глубину моря в месте расположения
трубопровода, температуру воды и температуру почвы.

Впервые подводные
трубопроводы были построены в Мексиканском заливе в 1940 году на глубинах от 10
до 20 метров, а их длина сейчас превышает 25 тысяч метров. Км. Строительство
первых газопроводов в Северном море началось в конце 1960-х гг. В настоящее время
экспортная сеть Норвегии насчитывает более 7,8 тыс. км трубопроводов (диаметром
30-44 дюймов): Транспортная экспортная способность составляет около 350
миллионов м3. / сут. Кроме того, несколько тысяч километров малых внутренних
трубопроводов для отвода потоков из скважин. В настоящее время у России есть
внешние месторождения газа в арктическом море.

В связи с
освоением углеводородного потенциала арктического шельфа необходимость
разработки необходимого оборудования и дорогостоящих технологий из-за
относительно слабой геолого-геофизической разведки на этих участках (в сотни
раз ниже соответствующих северных показателей) Морской шельф, залив и др. В
суровых погодных условиях и в суровых ледовых условиях необходимо разработать
специальные методы напряженно-деформированного (НДС) морского трубопровода.

Таким образом, из
изложенного следует, что проблема обеспечения работоспособности морских
трубопроводов за счет разработки новых методов оценки их прочности и
устойчивости при проектировании, строительстве и эксплуатации актуальна.

Степень
разработанности темы. Исследованиям устойчивости морских трубопроводов в
вертикальной плоскости посвящены работы В.И. Черникина, Э.М. Ясина, П.П.
Бородавкина, С.И. Левина, К.Я. Капустина, М.А. Камышева, В.В. Алешина, В.Е.
Селезнева, Ю.И. Горяинова, Г.Г. Васильева. Вопросы нормирования коэффициента
надежности устойчивости положения газопроводов против всплытия  рассматривались подробно С.И. Левиным.

Предметом
исследования являются методы и алгоритмы решения задач оценки прочности,
устойчивости и контроля работоспособности морских трубопроводов при их
проектировании и эксплуатации в сложных инженерно-геологических условиях
арктического шельфа.

Целью работы
является разработка методов обеспечения работоспособности трубопроводов СПГ в
условиях арктического шельфа.

Для достижения
поставленной цели решались следующие основные задачи:

– изучить современное
состояние проектирования трубопроводов СПГ и методы обеспечения их
работоспособности;

– разработать
методы оценки продольной устойчивости трубопровода в вертикальной плоскости; – разработать
методы устойчивости трубопровода против всплытия;

– привести обоснование
прочности и устойчивости трубопровода СПГ при наличии мёрзлых грунтов в зоне арктического
шельфа;

– разработать
аналитические методы обнаружения утечек при неустановившемся течении в
трубопроводах.

Заключение:

Анализ
текущего состояния проектирования, строительства и эксплуатации подводных
трубопроводов и методов исчисления их НДС показал недостаточность данных
инженерно-геологических изысканий.

Пакет
программного обеспечения был разработан для оценки условий потери общей
устойчивости подводного трубопровода в вертикальной плоскости и для определения
объема заглубления, необходимого на морском дне для предотвращения этого.

Было
отмечено, что предложенный метод оценки общей потери устойчивости в продольной
вертикальной плоскости подводного трубопровода вместе с оценкой необходимой
глубины его установки может быть использован в практическом проектировании и
может стать основой для разработки нормативные документы.

 Был разработан метод оценки устойчивости
положения морской трубы (до спуска). При проектировании морских трубопроводов
были даны рекомендации по использованию запаса прочности в устойчивом положении
морского трубопровода перед оттоком .

Разработан
метод оценки напряженно-деформированного состояния морских трубопроводов,
учитывающий их тепловое и силовое взаимодействие с СММП, который позволяет
получить:

–
аналитические и графические зависимости прогиба подводного трубопровода,
продольных и соответствующих напряжений в его стенке при оттаивании и скорости
замерзания СМП с достаточной точностью для проектных расчетов, минимальными
временными затратами и широкой доступностью для инженеров без достаточного
профессионального опыта и высокой квалификации;

–
сравнение экстремальных напряжений с соответствующими напряжениями;

–
диапазоны температур, вызывающие неоправданные механические нагрузки на стенку
трубопровода при плавке СММП.

На
основе метода оценки напряжения-деформации для подводных трубопроводов были
разработаны программные системы, которые можно использовать для количественной
оценки воздействия замерзания и оттаивания СМП на устойчивость морских
трубопроводов.

Теоретически
обоснованы аналитические зависимости, описывающие переходные гидродинамические
процессы после протечек морского трубопровода, позволяющие:

–
необходимо исследовать влияние длины морского трубопровода на характеристики
потока (скорость и давление), характеристики перекачиваемой среды и утечки,
необходимые для достижения установившегося состояния;

–
моделировать поток на основе уравнений разрежения волны скорости и давления в
зависимости от их типа, который определяет их тип при закрытии / открытии
запорной и регулирующей арматуры.

На
основе метода анализа для удаленной онлайн-оценки утечек в морских
трубопроводах был разработан программный пакет на основе уравнений разбавления
для моделирования потока перекачиваемой среды в морских трубопроводах в случае
утечек. скорость и давление волн и определение свойств в зависимости от
различных параметров потока.

На
основе результатов экономической оценки ущерба, достигнутого при герметизации
морского газопровода, было показано, что методы, разработанные для повышения
безопасности и минимизации ущерба в условиях, когда недостаточно данных из
инженерно-геологических исследований, основанных на технологическом развитии и
инвестиционной целесообразности исследования следует использовать для
оптимизации технических решений. степень возможных аварий.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТРУБОПРОВОДОВ СПГ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТИ 1.1 Особые условия при проектировании морских
трубопроводов в РФ Проект
должен обеспечивать эффективность подводных трубопроводов с учетом повышенных
требований, определяющих конкретные условия: достаточно агрессивная морская
среда, подводное положение, воздействие морских волн, ветра и течений,
сейсмичность, сложный рельеф дна, ограниченная подготовка трассы и управление,
сложности обслуживания и ремонта, стандартные и т.д.

Сообщалось о
геологических процессах и явлениях, требующих исследования (геологические
угрозы): землетрясения, разжижение почвы, нестабильность морского дна, потоки
мутности, эрозия, проседание почвы, выемка грунта, рост морских отложений,
песчаные волны, коренная порода, накопление отложений, глубокая депрессия. При
проектировании морских трубопроводных систем необходимо учитывать геологические
участки и явления, такие как слабопрочные грунты, подвижные песчаные волны,
валунные поля, геологоразведочные процессы, коралловые утесы, балки
(закругленные углубления на дне). В районах, где активность геологических
процессов возросла, рекомендуется оценивать активность грязевых вулканов и
склонов, сейсмическую опасность, сейсмогенные движения по разломам, устойчивость
откосов, характеристики стока обломков и их опасность для трубопроводов.

Переход
магистрального газопровода Ямал-Европа через Байдарацкую губу.

По результатам
технико-экологического исследования акватории Байдарацкой губы и мониторинга
существующих газопроводов с 2011 г. по настоящее время в соответствии с
соглашениями между ООО «Газпром ВНИИГ АЗ» и ПАО «Газпром» «Оценка льда и
влияние литодинамики на морскую добычу и транспортировку газа» с учетом
изменения времени »(2010-2012 гг.), ООО« Газпром трансгаз Ухта »« ледовая и
литодинамика в наземных газотранспортных системах подводного газопровода с
превышением его эксплуатации с учетом изменения времени »(2014 — 2017 гг.),
уникальный получены гидрометеорологические данные. Одним из условий
строительства и эксплуатации газопровода Ямал-Европа через залив Баярацкая
является сложная и непредсказуемая ледовая обстановка.

Еще одна
особенность — наличие дрейфующих кубиков льда в относительно мелководной
Байдарацкой губе. Большие ледяные шарики касаются нижней поверхности, оставляя
на ней глубокие бороздки. Это явление, известное как противообледенительная
обработка, представляет высокий потенциальный риск даже для трубопроводов,
проложенных в заполненной траншеи. Глубина канавок может увеличиваться до 0,8
метра и более, при этом ледяные канавки покрывают практически всю поверхность основания.
С геологической точки зрения следует обратить внимание на сложное строение
верхнего слоя почвы и прибрежных поверхностных слоев, в котором промерзание
почвы, сезонное промерзание и сезонное таяние почвы различаются (рисунок 1.1).
[7]