Русский

№3/2022

Стр.

Название статьи, авторы, аннотация и ключевые слова

Прочность, надежность, долговечность

224-229

Оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода в области вмятины при изгибающей нагрузке

А. А. Игнатик a, М. А. Шенец a

a Ухтинский государственный технический университет, 169300, Россия, Ухта, ул. Первомайская, 13

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-224-229

Аннотация: Целью работы является экспериментальное определение полей напряжений трубы в области вмятины при воздействии изгибающей силы. Объект исследований – труба, выполненная из стали 14ХГС, со следующими геометрическими параметрами: наружный диаметр – 325 мм, номинальная толщина стенки – 9 мм, длина – 3 м. На трубе в зоне верхней образующей расположена вмятина длиной 240 мм, шириной 148 мм, максимальной глубиной 11,8 мм, относительной глубиной 3,6 %. Выполнен обзор литературных источников по теме статьи. Обнаружена недостаточная изученность напряженно-деформированного состояния трубы в области вмятины путем физических и натурных экспериментов с использованием тензометрии, с детальным определением полей напряжений и деформаций. В проведенном эксперименте на трубу с вмятиной действовала изгибающая нагрузка в вертикальной плоскости. С применением тензорезисторов проведены измерения кольцевых, продольных деформаций и деформаций под углом 45° к оси трубы в узлах координатной сетки, нанесенной в области дефекта. Найдены поля кольцевых, продольных напряжений и интенсивности напряжений в области вмятины. Определена наиболее нагруженная точка – в зоне наибольшей глубины дефекта.

Ключевые слова: вмятина, изгибающая сила, интенсивность напряжений, кольцевые напряжения, продольные напряжения, напряженно-деформированное состояние, лабораторный стенд

Для цитирования:
Игнатик А. А., Шенец М. А. Оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода в области вмятины при изгибающей нагрузке // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 224–229. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-224-229

Список литературы:↓

230-238

Оценка устойчивости ограждающих стен каре при аварийной разгерметизации резервуара

А. Э. Гончар a, В. Н. Слепнев a, М. А. Липленко a

a ООО «НИИ Транснефть», 117186, Россия, Москва, Севастопольский проспект, 47а

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-230-238

Аннотация: Исследования в области совершенствования системы прогнозирования аварий на территории резервуарных парков для хранения нефти и нефтепродуктов имеют несомненную значимость для решения задач по обеспечению безопасной эксплуатации объектов топливно-энергетического комплекса. В этой связи поставлена цель по разработке методики прогнозирования последствий аварий в резервуарных парках с использованием численного моделирования разрушения резервуара. В настоящей статье, отражающей один из этапов данной работы, представлена методика расчета несущей способности ограждающих стен каре при воздействии волны нефти (нефтепродуктов) вследствие разрушения резервуара. Расчеты проводятся методом конечных элементов и предусматривают определение нагрузок от гидродинамического воздействия волны прорыва на ограждающие (подпорные) стены каре. Источниками исходных данных являются проектная и рабочая документация, материалы инженерно-геологических изысканий. Разработана схема, позволяющая прогнозировать развитие аварийной ситуации в резервуарном парке и на основе оценки гидродинамических нагрузок и устойчивости ограждающей стены определять достаточность мер по локализации аварии и минимизации последствий разлива, целесообразность разработки с этой целью дополнительных мероприятий (установки контрфорсов, формирования грунтовой подсыпки).

Ключевые слова: резервуары, резервуары для хранения нефти, нефтепродуктов и нефтяных газов, резервуарный парк, разрушение резервуара, квазимгновенное разрушение, разлив нефти, ограждающая стена, промышленная безопасность опасных производственных объектов

Для цитирования:
Гончар А. Э., Слепнев В. Н., Липленко М. А. Оценка устойчивости ограждающих стен каре при аварийной разгерметизации резервуара // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 230–238. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-230-238

Список литературы:↓

Проектирование, строительство и эксплуатация

239-249

Расчет давления сдвига вязкопластичной нефти в профильном трубопроводе

В. В. Жолобов a , В. Ю. Морецкий a, Р. Ф. Талипов a

a ООО «НИИ Транснефть», 117186, Россия, Москва, Севастопольский проспект, 47а

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-239-249

Аннотация: Пуск трубопровода после временной остановки может быть сопряжен со значительными трудностями, особенно в случае перекачки неньютоновских нефтей со сложной реологией. Это обусловлено тем, что в процессе остывания нефти (во время остановки) давление страгивания, определяемое через касательное напряжение сдвига, может превысить допустимые значения давления на линейной части трубопровода и/или допустимый напор на выходе нефтеперекачивающей станции. Как правило, при оценке распределения температуры нефти вдоль оси трубопровода пренебрегают изменением температуры в радиальном направлении. При этом учет данного параметра должен повысить точность определения касательного напряжения сдвига, давления страгивания и времени безопасной остановки трубопровода. В настоящей статье для описания начального этапа запуска остановленного «горячего» трубопровода используется гидравлическая постановка и частное решение базовой системы уравнений в виде бегущей волны одного направления. Постановка задачи включает учет радиального распределения температуры, неньютоновской реологии нефти и кинетики переходного процесса ее структурирования. В отличие от квазистатического давления сдвига, отождествляемого с минимальным давлением запуска остановленного «горячего» трубопровода, предлагается рассматривать давление в начальном сечении бегущей волны одного направления.

Ключевые слова: вязкая нефть, вязкопластичная нефть, напряжение сдвига, страгивание, пуск нефтепровода, время безопасной остановки, температура нефти, задача Коши

Для цитирования:
Жолобов В. В., Морецкий В. Ю., Талипов Р. Ф. Расчет давления сдвига вязкопластичной нефти в профильном трубопроводе // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 239–249. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-239-249

Список литературы:↓

Защита от кoррозии

250-261

Совершенствование подходов к проектированию и эксплуатации анодных заземлителей

Н. Н. Глазов a, А. В. Гончаров a, А. В. Валюшок a

a ООО «НИИ Транснефть», 117186, Россия, Москва, Севастопольский проспект, 47а

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-2-160-168

Аннотация: Анодные заземлители являются основными, наиболее ответственными и дорогостоящими элементами системы электрохимической защиты. Нормативный срок эксплуатации анодов обеспечивается в первую очередь материалами, из которых они изготовлены. С целью увеличения ресурса и надежности системы электрохимической защиты объектов магистральных трубопроводов авторами выполнен анализ критериев работоспособности анодных заземлителей, эксплуатируемых организациями системы «Транснефть», проведены натурные испытания с использованием более 30 образцов анодов различных типов и производителей, выработаны рекомендации по применению материалов и конструкций электродов анодного заземления в зависимости от условий эксплуатации. Установлено, в частности, что по соотношению эксплуатационных характеристик наиболее приемлемыми материалами для изготовления глубинных анодных заземлителей, применяемых в грунтовых условиях, являются магнетит и ферросилид. При необходимости обеспечения высокой плотности анодного тока в среде с низким удельным электрическим сопротивлением, а также в условиях повышенных экологических требований целесообразно использование анодов на основе титана с покрытием из каталитических металлов или смешанных металлических оксидов. По результатам анализа свойств материалов анодных заземлителей, эксплуатационных сведений и данных натурных испытаний актуализированы нормативные требования ПАО «Транснефть» к рассматриваемому виду продукции.

Ключевые слова: электрохимическая защита, катодная защита, анодные заземлители, аноды, магнетит, ферросилид, титановые аноды, сопротивление растеканию тока

Для цитирования:
Глазов Н. Н., Гончаров А. В., Валюшок А. В. Совершенствование подходов к проектированию и эксплуатации анодных заземлителей // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 250–261. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-250-261

Список литературы:↓

262-267

Применение покрытия из цинка для защиты внутренней поверхности магистрального нефтепровода

О. Р. Латыпов a , Д. Р. Латыпова a, Х. К. Джумабаев a, Р. Р. Тляшева a

a Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ), 450062, Россия, Уфа, ул. Космонавтов, 1

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-262-267

Аннотация: Анализ данных мониторинга подземных трубопроводов показывает, что на внутренней поверхности трубы на пониженных участках профиля трассы происходит накопление водной фазы, вызванное расслоением эмульсии и конденсатом водяных паров. Цель исследования состоит в разработке эффективного способа защиты от коррозии внутренней поверхности подземного нефтепровода в условиях дифференциальной поляризации при расслоении водонефтяной эмульсии. Поставлены задачи по изучению развития коррозионного процесса на внутренней поверхности стенки трубы, имеющей контакт с пластовой водой и оценке принципиальной возможности использования гальванического покрытия для защиты от электрохимической коррозии. В процессе исследования применяли гравиметрический метод, прерывистый метод получения потенциостатических кривых, методы для определения рН среды, измерение разности электродных потенциалов. Показано, что возникновение разности потенциалов на поверхности металла, контактирующего с разными фазами водонефтяной эмульсии, способствует развитию гальванического элемента, причем анодный участок образуется на металлической поверхности, находящейся в пластовой воде. Взаимодействие стали 20 с цинком в пластовой воде способствует смещению электродного потенциала металла на 0,3 В в катодную область и достигает обратимых значений. В качестве метода защиты нефтепровода от внутренней коррозии рекомендовано анодное покрытие из цинка.

Ключевые слова: электрохимическая коррозия, дифференциальная поляризация, разность потенциалов, гальваническая защита

Для цитирования:
Применение покрытия из цинка для защиты внутренней поверхности магистрального нефтепровода / О. Р. Латыпов [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 262–267. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-262-267

Список литературы:↓

268-276

Исследование возможности применения датчиков напряженности магнитного поля для измерения постоянного тока в стальных трубопроводах

С. В. Савченков a, Е. В. Исупова b, Р. В. Агиней b

a АО «Гипрогазцентр», 603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Алексеевская, 26
b Ухтинский государственный технический университет, 169300, Россия, Ухта, ул. Первомайская, 13

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-268-276

Аннотация: Одним из ключевых показателей, применяемых при анализе данных систем коррозионного мониторинга, является сила тока, протекающего по стальному трубопроводу. Современные системы мониторинга используют расчет по падению напряжения, однако этот метод имеет ряд недостатков. Перспективными являются бесконтактные методы измерения тока по величине постоянного магнитного поля, однако корректная оценка при их применении затруднена в силу воздействия на измеряемую величину таких параметров, как магнитное поле Земли и намагниченность металла труб. Вклад измеряемой силы тока в напряженность магнитного поля вблизи трубопровода мал по сравнению с вкладом полей Земли и металла трубы, поэтому при определении силы тока с помощью измерения магнитного поля неизбежны ошибки, в том числе весьма существенные. Авторами поставлена цель – выполнить исследование возможности разработки датчиков постоянного тока, принцип действия которых основан на измерении напряженности постоянного магнитного поля, предложить конструктивные варианты их применения, оценить погрешность таких систем измерения. Рассмотрены основные факторы, осложняющие решение задачи. Показано, что величина тангенциальной составляющей магнитного поля существенно (более чем в четыре раза) различается на участках трубопровода, следовательно, требуется выбор места установки датчиков с проведением магнитометрических измерений. Влияние магнитного поля Земли и прочих источников однородных полей, не меняющихся во времени, можно исключить при использовании двух датчиков напряженности магнитного поля, расположенных диаметрально противоположно относительно оси трубопровода. Магнитное поле металла может меняться во времени, поэтому в работе предложен ряд способов обнаружения и учета таких изменений.

Ключевые слова: сила тока, магнитное поле Земли, магнитное поле постоянного тока, магнитное поле, постоянный ток, измерение силы тока, коррозионный мониторинг

Для цитирования:
Савченков С. В., Исупова Е. В., Агиней Р. В. Исследование возможности применения датчиков напряженности магнитного поля для измерения постоянного тока в стальных трубопроводах // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 268–276. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-268-276

Список литературы:↓

Сварка

277-283

Определение влияния механической неоднородности на напряженно-деформированное состояние сварного соединения с трещиноподобным дефектом

М. З. Ямилев a, b, Е. А. Тигулев a, b , Т. И. Безымянников a, И. Ф. Кантемиров b, М. З. Зарипов b

a ООО «НИИ Транснефть», 117186, Россия, Москва, Севастопольский проспект, 47а
b Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ, 450062, Россия, Уфа), ул. Космонавтов, 1

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-277-283

Аннотация: Механическая и структурная неоднородность сварных соединений является следствием термодеформационного цикла сварки и в числе других факторов определяет сложное напряженно-деформированное состояние участков сварных швов. При этом существует необходимость совершенствования математической модели нагружения, учитывающей переменный угол наклона контактных плоскостей зон механической неоднородности и направление приложения внешней нагрузки. Авторами рассмотрен метод определения геометрии зон механической неоднородности сварных соединений и предложены аналитические инструменты, учитывающие влияние зон механической неоднородности на определение критической интенсивности напряжений для трещиноподобного дефекта. Сделан вывод о целесообразности количественного определения влияния механической неоднородности на несущую способность сварных соединений с трещиноподобным дефектом на основе комплексного подхода, базирующегося на результатах расчетов в рамках усовершенствованной математической модели, экспериментальных данных, а также численных методов, реализуемых специальными программными комплексами.

Ключевые слова: сварное соединение, сварной шов, расчет на прочность, механическая неоднородность, трещиноподобный дефект, напряженно-деформированное состояние, микротвердость

Для цитирования:
Определение влияния механической неоднородности на напряженно-деформированное состояние сварного соединения с трещиноподобным дефектом / М. З. Ямилев [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 277–283. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-277-283

Список литературы:↓

Энергетика и электрооборудование

284-291

Оптимальная организация процесса подогрева нефти при транспортировке по магистральным нефтепроводам

В. А. Налетов а, М. Б. Глебов a

a Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, 125047, Россия, Москва, Миусская площадь, 9

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-284-291

Аннотация: Вопросы оптимизации использования энергии, снижения эксплуатационных и операционных затрат, а также уменьшения негативного воздействия на окружающую среду при эксплуатации магистральных нефтепроводов имеют приоритетную значимость. На основе методов математического моделирования, термодинамики и общей теории систем с использованием информационного подхода представлено решение задачи по оптимальной организации процесса подогрева нефти, транспортируемой по магистральным нефтепроводам. В качестве объекта исследования выбрана система с печью конвекционного типа с рециркуляцией, в которой подогрев нефти осуществляется при невысоких температурах за счет теплоты потока рециркулирующих дымовых газов при минимальных выбросах оксидов азота, образующихся в процессе сжигания топлива. Термодинамический анализ объекта исследования показал, что система имеет низкое значение эксергетического КПД ввиду существенных потерь эксергии в подогревателе нефти. В качестве критерия организованности технологической системы был выбран информационный критерий макроэнтропии. Анализ системы на основе информационного критерия макроэнтропии, учитывающего согласованность ее элементов в соответствии с нулевым началом термодинамики, позволил сделать вывод о необходимости уменьшения кратности рециркуляции. В итоге разработано мультифункциональное решение, позволяющее совместить в одной установке подогрев нефти в более мягких условиях, чем в исходном варианте, и когенерацию, обеспечив при этом концентрацию термических оксидов азота на уровне предельно допустимых среднесуточных значений и отказавшись от использования собственного электрогенерирующего оборудования на линейных пунктах подогрева нефти.

Ключевые слова: подогрев нефти, горячая перекачка, конвекционная печь, теплоэнергетическая система, рециркуляция, эксергия, нулевое начало термодинамики, энергосбережение

Для цитирования:
Налетов В. А., Глебов М. Б. Оптимальная организация процесса подогрева нефти при транспортировке по магистральным нефтепроводам // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 284–291. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-284-291

Список литературы:↓

292-301

Анализ коэффициентов силы сопротивления движению при транспортировке нефти различными видами транспорта

Д. С. Снигерев а, М. О. Мызников b

a АО «Транснефть – Западная Сибирь», 644033, Россия, Омск, ул. Красный путь, 111, корп. 1
b Омский государственный технический университет, 644050, Россия, Омск, проспект Мира, 11

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-292-301

Аннотация: Рассматривается вопрос об обосновании выбора способа транспортировки нефти – трубопроводным, железнодорожным, автомобильным и водным транспортом – по территории Российской Федерации. Отмечается, что в литературе имеются публикации, посвященные анализу эффективности различных видов транспорта на основе экономических показателей, однако такая оценка имеет ряд ограничений в связи со спецификой транспортируемого продукта. Авторами предложено оценивать эффективность трубопроводного, железнодорожного, автомобильного и водного транспорта на основе единого физического показателя – коэффициента силы сопротивления движению со стороны среды. Предложен алгоритм расчета указанного параметра для магистрального трубопровода. Получены значения коэффициентов силы сопротивления трению при движении нефти для рассматриваемых видов транспорта. Показано, что наименьшие значения силы сопротивления трению при транспортировке нефти имеет водный и трубопроводный (при определенных технологических режимах) транспорт, максимальный показатель, а значит, максимальные затраты энергии на преодоление сопротивления движению среды, – у автомобильного транспорта. При проектной загрузке нефтепровода коэффициент силы сопротивления движению со стороны среды сопоставим с соответствующим показателем для железнодорожного транспорта. Представленный подход может быть использован для оценочных расчетов энергозатрат, расходуемых на доставку нефти, с целью выбора оптимального способа транспортировки углеводородов, а также обоснования целесообразности строительства и эксплуатации магистральных нефтепроводов.

Ключевые слова: транспортировка нефти, сила сопротивления, сила сопротивления движению, сила трения, энергетические затраты, удельный расход электроэнергии, энергетическая эффективность

Для цитирования:
Снигерев Д. С., Мызников М. О. Анализ коэффициентов силы сопротивления движению при транспортировке нефти различными видами транспорта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 292–301. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-292-301

Список литературы:↓

Профессиональное образование

302-312

Применение современных систем автоматизированного проектирования объектов нефтегазового комплекса в учебном процессе

А. М. Короленок а, Д. Н. Комаров a, М. Ю. Темис b, c, Н. О. Соколов а, c, В. С. Бессоновa, Е. С. Щиров а

a Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина, Ленинский проспект, 65, 119991, Москва, Россия
b ООО «П2Т Инжиниринг», Перовская, 22/2-142, 111398, Москва, Россия
c Центральный институт авиационного моторостроения имени П. И. Баранова, Авиамоторная, 2, 111116, Москва, Россия

DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-3-302-312

Аннотация: Появление, развитие и распространение в современном производстве систем автоматизированного проектирования (САПР) значительным образом изменило проектную деятельность инженера. В этой связи образовательными программами технических вузов должно быть предусмотрено обучение студентов навыкам работы в данных системах, позволяющих в том числе создавать электронные версии конструкторских и технологических документов. В настоящей работе поставлена и решена задача внедрения в учебный процесс технологии создания цифрового двойника нефтегазового объекта в рамках курсового проектирования с применением современных САПР российского производства. Создание цифрового двойника промышленного объекта реализовано в рамках курсовой работы по дисциплине «Хранилища нефти и нефтепродуктов», выполняемой студентами Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. В качестве прикладных инструментов выбраны современные отечественные САПР: Model Studio CS Трубопроводы, CADLib Модель и Архив, CPIPE. В рамках внедрения САПР в учебный процесс курсовая работа расширена за счет дополнительной части, включающей 3D-модель нефтебазы со всеми технологическими объектами и их трубной обвязкой, базу данных объекта и результаты анализа напряженно-деформированного состояния трубной обвязки. Применение современных САПР обеспечивает детализацию геометрических и расчетных моделей в соответствии с требованиями проектной и рабочей документации, позволяет студентам в рамках учебного курса осваивать основные разделы указанной документации на уровне, отвечающем запросам современного производства.

Ключевые слова: системы автоматизированного проектирования, курсовое проектирование, геометрическое моделирование, 3D-моделирование, расчет на прочность, цифровой двойник

Для цитирования:
Применение современных систем автоматизированного проектирования объектов нефтегазового комплекса в учебном процессе / А. М. Короленок [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 3. С. 302–312. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-3-302-312

Список литературы:↓