Расчетный анализ влияния овальности на напряженное состояние и прочность магистральных нефтепроводов
Authors: Николай Андреевич Махутов , Дмитрий Александрович Неганов , Евгений Павлович Студёнов 
Published: December 2024

Анализируются вопросы образования овальности труб и магистральных нефтепроводов на всех стадиях жизненного цикла: при изготовлении труб, строительстве и эксплуатации трубопроводных систем. Основное внимание уделено связи между параметрами изменения геометрических форм поперечного сечения с переходом от идеального кольцевого к овальному или эллиптическому. Изменяющееся при этом номинальное напряжение состояния в стенке трубопровода обусловлено изменением максимального и минимального диаметров трубопровода, определяющими характеристику овальности. Аналитические расчетные выражения для оценки изменений напряжений получены для трех нагруженных состояний трубопроводов: с кольцевым сечением при нагружении только внутренним давлением, овальным с нагружением только внутренним давлением, с кольцевым и овальным сечением при нагружении внутренним давлением и изгибом. Расчетные формулы получены по условиям статического равновесия, по нормам прочности трубопроводов атомных реакторов. По ним дана количественная оценка коэффициентов повышения расчетных напряжений при увеличении показателей овальности. Во всех случаях этот коэффициент связан с овальностью не более 10 % по закону, близкому к линейному. Показано, что при нормативно допустимой овальности менее 2 % ее влиянием на прочность можно пренебречь. Для изогнутых трубопроводов с допустимым радиусом изогнутой оси роль овальности существенно повышается, и ее ограничения не могут быть больше 4 %. Отмечена необходимость дополнительного анализа роли овальности для трубопроводов с технологическими и эксплуатационными дефектами.

The paper analyses the issues of shaping ovality in pipes and main oil pipelines at all stages of their life cycle: during pipe manufacture, construction and operation of pipeline systems. The main attention is paid to the relationship between the parameters of changes in the cross-section geometric shapes with a transition from the ideal annular section to an oval or elliptical shape. The resulted changes in the rated state stress of pipeline walls is caused by changes in the maximum and minimum diameters of the pipeline, which determine the ovality characteristic. Analytical calculation expressions to assess the stress changes are developed for three loaded pipeline states: with the annular section loaded with internal pressure only; with an oval section loaded with internal pressure only; with annular and oval sections loaded with internal pressure and bending. The developed calculation formulas for the static equilibrium conditions are based on the strength standards for nuclear reactor pipelines. For the later, a quantitative assessment is given for the design stress increase ratios after the ovality values are increased. In all cases, this coefficient is associated with the maximum ovality of 10 % according to a principle which is close to the linear law. We have demonstrated that, with a standard permissible ovality not exceeding 2 %, its effect on the strength can be neglected. For bent pipelines with a permissible curved axis radius, the role of ovality increases significantly and its limitations cannot be more than 4 %. We noted the need for further analysis of the role of ovality for pipelines with process and operational defects. Keywords: ovality, strength, stresses, pipeline, calculation scheme, stress state