Евдокимова Я. Ю.
Магистрант, Национальный
исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ГАЗОПРОВОДОВ ПРИ БАЛЛАСТИРОВКЕ В
УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Напряженно-деформированное состояние
любого несущего элемента линейной части магистрального газопровода (МГ) однозначно
определяется характеристиками воздействующих на него нагрузок [1].
Проблема обеспечения устойчивости МГ на
стадиях проектирования, строительства и эксплуатации является важнейшим требующей
для своего разрешения проведения комплексных исследований, обобщения мирового и
отечественного опыта эксплуатации МГ в разнообразных условиях, анализа
созданных технических решений по методам прокладки и закрепления трубопроводов
[2].
Цель работы
Газопровод
«Майа-Табага-Чурапча-Ытык-Кюёль»
пролегает по территории, одной из характерных особенностей которой является наличие многолетней мерзлоты. Многолетнемерзлые породы в Якутии
преимущественно прерывистые по площади
и сплошные по глубине. Мощность их изменяется от нескольких до 400 м и
более, а средняя годовая температура колеблется от 0 до 6 ͦ С. Специфической
чертой региона является очень сложное пространственное сочетание таликов и
многолетнемерзлых пород [3].
В проекте предусматриваются: подземная
укладка трубопровода, полузаглубленная и наземная в обваловке на участках
трассы, сложенных подземными «погребенными льдами».
Выполнение прочностных расчетов с учетом
действительных условий работы трубопровода является одним из основных
элементов, обеспечивающих поддержание его высоконадежной работы. В этом случае
основной задачей расчета трубопровода на прочность является определение
напряженно-деформированного состояния, обусловленного нагрузками, возникающими
от внешних источников.
Участок магистрального газопровода
проходит по территории распространения многолетнемерзлых грунтов с абсолютной
минимальной температурой от – 64 до −66
Для закрепления газопровода на проектных
отметках и предотвращения всплытия на обводненных участках, в проекте, в
соответствии с требованиями СНиП 2.05.06-85*, ВСН 007-88 «Строительство
магистральных и промысловых трубопроводов. Конструкция и балластировка»,
предусмотрены следующие способы и средства балластировки: железобетонными
грузами; минеральным грунтом разработки.
Железобетонные грузы имеют
малое лобовое сопротивление и надежное сцепление (защемление) с трубопроводом,
что предохраняет газопровод от всплытия.
Трубопровод должен свободно
перемещаться под утяжелителем без разрушения
утяжелителя и изоляционного
покрытия трубопровода. Данное условие хорошо
обеспечивается с
применением балластировки газопровода минеральным грунтом.
Для определения в стенке трубы напряжений
и установления диапазона изменения численных характеристик процессов, влияющие
на деформацию, проводится расчет напряжений (на прочность), возникающих при
балластировке трубопровода в многолетнемерзлых грунтах.
Исследуется участок трубопровода со
следующими параметрами: диаметр – 400 мм, толщина стенки – 8 мм, внутреннее
давление – 5,5 МПа, марка стали – 09Г2С.
При этом принимаются допущения,
соответствующие наиболее простому из возможных вариантов взаимодействия
трубы и контактирующего с ним
балластирующего устройства: перемещения по осям Z и Y отсутствуют.
На рисунке 1 показана интерпретация
данного результата в графическом виде (кривая 1). Кривая 2 на том же рисунке
|
Рис. 1.
Распределение напряжений σ по длине L трубопровода по оси X |
Полученные и представленные на рисунке 1
результаты позволяют сделать следующие выводы: результаты, рассчитанные в
программе ANSIS и по методике,
используемой при проектировании трубопроводов, прокладываемых на
обводненных участках крайнего севера, достаточно схожи; изменение значений
напряжений, возникающих при балластировке трубопровода, не достигают величины предела текучести стали 09Г2С (350
МПа).
В условиях многолетней мерзлоты напряжения
в трубопроводе, возникающие при проявлении экзогенных процессов, близки к
значению предела текучести стали, что снижает уровень надежности магистрального
газопровода, поэтому необходимо применять балластирующие устройства, при
этом напряжения в трубопроводе в
несколько раз будет меньше значения предела текучести стали.
Литература
1.
Рудаченко А.В., Саруев А.Л. Исследования
напряженно-деформированного состояния трубопроводов. – Томск: изд. «ТПУ», 2011
г. – с. 135.
2.
П.В. Бурков, С.П. Буркова, А.В. Кузнецов. Исследование
напряженно-деформированного состояния трубопроводов в мерзлом грунте на сильно
обводненных участках // Горное машиностроение: Сборник материалов. Горный
информационно-аналитический бюллетень. – 2011. - №ОВ2. – 448с. – М.: изд.
«Горная книга». – с. 166 – 171.
3.
Заболотник С. И., Заболотник П.
С. Сезонное протаивание и промерзание
грунтов в Южной Якутии // Наука и
техника в Якутии. – Якутск, 2010 г. – №2. – с. 14-18.
4.
Айбиндер А. Б., Камерштейн А. Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. – М.: «Недра», 1982 г. –
с. 340.