СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ИЗГИБА ТРУБОПРОВОДА
METHOD OF DETERMINING ACTUAL BENDING STRESSES OF A PIPELINE

Изобретение относится к области мониторинга трубопроводных систем, эксплуатируемых в сложных климатических условиях, в частности, к способам оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов надземной и подземной прокладки в условиях вечной мерзлоты по значению и направлению радиуса изгиба трубопровода при проведении обследований, ремонте трубопровода, а также для оценки эффективности компенсирующих мероприятий и ремонта на участке с ненормативным напряженно-деформированным состоянием.
Известен способ инструментальных измерений радиуса изгиба трубопровода внутритрубным инспекционным прибором (далее - ВИЛ). Данный способ имеет ограничения измеряемых радиусов изгиба при углах поворота трубопровода менее 1° и длине изгиба трубопровода менее 5 м. Под указанные ограничения попадают участки трубопровода длиной менее 5 м, трубопроводы с изгибом менее 1°.
Известен геодезический метод определения деформаций в трубопроводах объектов магистральных нефтепроводов, который предполагает использование в качестве основных инструментов: нивелира и нивелирной рейки.
Работа с данными инструментами имеет следующие недостатки:
- большая трудоемкость и невысокая точность, связанные с определением (построением) упругой линии деформированного трубопровода по данным геодезической съемки;
- невозможность измерения прогиба трубопровода в плоскости, отличной от вертикальной;
- шаг измерения от 3 до 5 м вдоль секции;
- необходимость одновременной работы двух человек.
Известен метрический метод измерения радиуса изгиба трубопроводов, основанный на использовании специализированных инструментов:
- линейка поверочная длиной L=2000÷3000 мм по ГОСТ 8026-92;
- штангенглубиномер по ГОСТ 162-90 или штангенциркуль с глубиномером по ГОСТ 166-89.
Метод применяется для определения в полевых условиях радиуса изгиба на линейной части магистральных нефтепроводов без снятия с секций антикоррозионного покрытия. Определение радиуса изгиба осуществляется путем измерения стрелы прогиба секции на хорде определенной длины, определяемой длиной поверочной линейки, и последующего расчета. В измерении стрелы прогиба должны участвовать три человека, двое производят установку линейки поверочной, третий проводит измерения. На коротких участках трубопровода (менее 2 м) величина прогиба, подлежащая измерению, может составлять до 2 мм, из-за этого неровности покрытий трубопровода могут быть идентифицированы как изгиб трубопровода, а результаты измерений не соответствовать фактическому радиусу изгиба.
Задачей заявленного изобретения является оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода для сравнения с установленными проектно-технической документацией допустимыми напряжениями и для разработки мероприятий, обеспечивающих дальнейшую безопасную эксплуатацию трубопровода (ремонт, изменение планово-высотного положения участка трубопровода, мероприятия, направленные на снижение негативного влияния внешней среды на планово-высотное положение трубопровода).
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении качества и достоверности определения фактических напряжений изгиба трубопровода для определения сроков безаварийной работы трубопроводов надземной и подземной прокладки или разработки мероприятий, обеспечивающих дальнейшую безопасную эксплуатацию трубопровода.
Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что способ определения фактических напряжений изгиба трубопровода содержит этапы, на которых:
- выбирают по меньшей мере две точки установки сканирующего устройства, расположенные по разные стороны от трубопровода;
- устанавливают по меньшей мере 2 марки на верхнюю образующую по краям измеряемого участка трубопровода и по меньшей мере 2 марки на грунт в прямой видимости от точек сканирования;
- осуществляют разметку участка трубопровода для идентификации начала и окончания участка;
- сканируют поверхность трубопровода по меньшей мере с двух точек сканирования, расположенных по разные стороны от трубопровода;
- копируют результаты сканирования со сканирующего устройства с помощью кабеля или электронного носителя информации и передают на ЭВМ для обработки;
- обрабатывают данные лазерного сканирования, определяют расчетную оценку изгибных напряжений трубопровода и направления изгиба;
- определяют поперечное сечение трубопровода по минимальному радиусу изгиба, в котором действуют максимальные изгибные напряжения.
2
При этом, сканирование поверхности трубопровода осуществляют с плотностью не менее 5 точек на см.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 и фиг. 2 изображены схемы котлована с трубопроводом, места установки сканирующего устройства и места установки марок.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - трубопровод;
2 - котлован;
3 - марка;
4 - сканирующее устройство.
Ниже приводится пример осуществления способа определения фактических напряжений изгиба трубопровода подземной прокладки.
Для использования способа требуется организовать доступ сканирующего устройства 4 к измеряемой поверхности трубопровода 1 в прямой видимости (фиг. 1).
В качестве сканирующего устройства 4 может быть использован лазерный сканер.
Для трубопровода 1 подземной прокладки требуется разработка котлована 2 и очистка поверхности секции от грунта, при необходимости поверхность трубопровода 1 промывается водой.
По обе стороны от участка трубопровода 1 расчищают площадки для установки сканирующего устройства 4 таким образом, чтобы была прямая видимость сканируемой поверхности трубопровода 1.
Охват сканируемой (видимой) поверхности трубопровода 1 должен быть более 180°. Только при этом условии гарантируется определение плоскости изгиба участка трубопровода 1. Это достигается при сканировании не менее чем с двух точек сканирования, расположенных по разные стороны от трубопровода 1 на расстоянии от 3 (в направлении, перпендикулярном к поверхности трубопровода 1) до 10 метров (в направлениях к началу и окончанию сканируемого участка трубопровода 1). При этом обеспечивается сканирование участка трубопровода 1 длиной до 18 метров.
По меньшей мере две марки 3 устанавливают на верхнюю образующую по краям измеряемого участка трубопровода 1 и по меньшей мере две марки 3 на грунт в прямой видимости от точек сканирования.
Не менее трех марок 3, используемых при сканировании со смежных точек сканирования, не должны быть расположены на одной оси, иначе результаты сканирования, выполненные со смежных точек сканирования, невозможно будет совместить с требуемой точностью.
Для сканирования участков трубопровода 1 более 18 метров требуется повторение описанной схемы мест установки сканирующего устройства с шагом до 15 метров вдоль трубопровода 1 (фиг. 2). Для обеспечения непрерывности облака точек лазерного отражения вдоль трубопровода 1 при каждом сканировании со смежных точек сканирования должны использоваться одни и те же марки 3 без изменений их местоположения. При этом должно обеспечиваться условие расположения не менее трех марок 3, используемых при совмещении результатов сканирования, не на одной оси.
Начало участка трубопровода 1 относительно течения транспортируемого продукта помечают с использованием подручных предметов размером не менее 3×3×3 см, хорошо различимых в облаке точек лазерного отражения (результатах сканирования). При сканировании в цвете (при записи координат точек лазерного отражения и цвета) допускается указывать направление течения транспортируемого продукта и начало измеряемого участка трубопровода 1 мелом или краской.
Допускается применение способа на трубопроводах с лакокрасочным, антикоррозионным покрытием заводского или трассового нанесения.
2
С выбранных мест установки сканирующего устройства 4 осуществляют лазерное сканирование поверхности трубопровода 1 с плотностью не менее 5 точек на см.
При использовании одного сканирующего устройства 4 сканирование осуществляют последовательно, перемещая сканирующее устройство 4 на выбранные точки сканирования. При этом марки 3 не должны изменять свое местоположение до окончания сканирования со смежных точек сканирования для обеспечения точности совмещения (сшивки) результатов сканирования в одно облако точек лазерного отражения.
Результаты сканирования, записывают на внутреннюю память сканирующего устройства 4 с помощью кабеля или внешнего накопителя данных считывают посредством подключения сканирующего устройства 4 к ЭВМ, либо для передачи результатов используют электронный носитель информации.
После совмещения облаков ТЛО (далее - точки лазерного отражения), полученных с выбранных точек сканирования, в единое облако ТЛО, в программном обеспечении автоматически выполняется построение графиков радиуса изгиба всей поверхности секции, определяется сечение трубопровода 1 с минимальным радиусом изгиба и направление изгиба трубопровода 1.
Зная диаметр трубопровода 1, толщину и материал стенки трубопровода 1, полученный минимальный радиус изгиба вычисляют максимальные изгибные напряжения трубопровода 1.
Значения полученных радиусов упругого изгиба используются для принятия решения о дальнейшей эксплуатации трубопровода 1, либо пересчитываются в расчетные изгибные напряжения по формуле (1).
где D - диаметр трубопровода, Е - модуль Юнга материала трубопровода, R - радиус изгиба трубопровода.
По минимальному радиусу изгиба определяют поперечное сечение трубопровода 1, в котором действуют максимальные изгибные напряжения.
Изгибные напряжения трубопровода 1 сравнивают с установленными проектно-технической документацией допустимыми напряжениями и определяют сроки безаварийной работы трубопроводов. В случае необходимости разрабатывают мероприятия, обеспечивающих дальнейшую безопасную эксплуатацию трубопровода (ремонт, изменение планово-высотного положения участка трубопровода, мероприятия, направленные на снижение негативного влияния внешней среды на планово-высотное положение трубопровода).
Заявленный способ позволяет при проведении ремонтных работ и компенсирующих мероприятий оперативно выполнить оценку фактического напряженно-деформированного состояния трубопровода для принятия решения о необходимости дальнейших ремонтных работ или определению сроков дальнейшей эксплуатации.