ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ УСТРАНЕНИИ ДЕФЕКТА НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

INVESTIGATION OF THE EFFECTIVENESS OF REPAIR STRUCTURES IN ELIMINATING DEFECTS IN MAIN PIPELINES

Vasily Pirozhenko

master's student, Department of Machinery, Apparatus of Chemical and Food Production, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

Svetlana Vasilevskaya

candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Department of Machinery and Apparatus of Chemical and Food Industries, Orenburg State University,

Russian, Orenburg

АННОТАЦИЯ

 Данное исследование фокусируется на оценке эффективности ремонтных конструкций при устранении дефектов на магистральных трубопроводах, играющих важную роль в обеспечении энергетической безопасности и экономического развития. Анализируя разнообразные типы дефектов и методы ремонта, исследование предоставляет глубокое понимание взаимосвязей между дефектами, ремонтными конструкциями и долгосрочной надежностью трубопроводов. Рекомендации, вытекающие из результатов, направлены на оптимизацию процессов обслуживания и обеспечение устойчивости инфраструктуры.

ABSTRACT

This study focuses on evaluating the effectiveness of repair structures in eliminating defects in main pipelines, which play an important role in ensuring energy security and economic development. By analyzing various types of defects and repair methods, the study provides a deep understanding of the relationships between defects, repair structures and long-term reliability of pipelines. The recommendations resulting from the results are aimed at optimizing maintenance processes and ensuring the sustainability of the infrastructure.

Ключевые слова: магистральные трубопроводы, дефекты, ремонтные конструкции, эффективность, долгосрочная надежность.

Keywords: main pipelines, defects, repair structures, efficiency, long-term reliability.

В современном обществе магистральные трубопроводы играют ключевую роль в обеспечении энергетической безопасности и экономического развития. Однако, несмотря на их важность, они подвержены различным видам дефектов, которые могут привести к серьезным последствиям, включая утечки, аварии и потерю материальных ресурсов. В данном контексте, вопрос эффективности применения ремонтных конструкций при устранении дефектов на магистральных трубопроводах становится актуальным и стратегически значимым.

Понимание механизмов возникновения дефектов и выбор оптимальных методов их устранения являются неотъемлемой частью обеспечения надежности трубопроводной инфраструктуры. В данном исследовании мы сосредотачиваем внимание на роли и эффективности применения различных ремонтных конструкций при устранении дефектов. Исследование включает анализ разнообразных типов дефектов, таких как коррозия, трещины, износ, и оценивает, насколько эффективными являются различные методы ремонта в каждом конкретном случае. При этом рассматриваются технологии, используемые при ремонте, и их влияние на долгосрочную надежность трубопроводов.

Целью данного исследования является разработка рекомендаций по выбору оптимальных стратегий ремонта, учитывая разнообразие условий эксплуатации и типов дефектов. Результаты этого исследования могут быть использованы как инструмент для принятия обоснованных решений в области обслуживания и ремонта магистральных трубопроводов, с целью обеспечения их надежной и безопасной эксплуатации. Таким образом, изучение эффективности применения ремонтных конструкций на магистральных трубопроводах не только имеет академическую значимость, но и представляет практическую важность для обеспечения устойчивости и надежности инфраструктуры, играющей ключевую роль в энергетическом и экономическом развитии общества.

Дефекты могут образовываться и развиваться на всех этапах жизненного цикла трубопровода: при производстве труб, на этапе строительно-монтажных работ и при эксплуатации [1]. Соответственно, надежность трубопровода должна формироваться при проектировании, закладываться при строительстве и поддерживаться при эксплуатации. В целом по статистике отказов [2], аварий в составе причин, вызывающих нарушение герметичности трубопровода, преобладают дефекты СМР и низкое качество изготовления труб (рисунок 1).

Рисунок 1. Доли дефектов трубопровода

Среди ремонтных технологий существуют методы ремонта с использованием муфтовых конструкций, на которые возлагается задача остановить развитие дефектов трубопровода с повышением несущей способности дефектного участка до уровня, обеспечивающего дальнейшую надежную и безопасную эксплуатацию трубопровода. Применение муфтовых технологий ремонта трубопроводов должно решать следующие задачи: - обеспечение герметичности полости трубопровода для сквозных дефектов стенки; - остановка развития дефектов от воздействия окружающей среды и нагрузок; - повышение несущей способности стенки трубы с дефектом, снижение факторов концентрации напряжений, увеличение ресурса прочности [2].

В результате анализа существующих источников построена классификация по ремонту трубопроводов с применением муфт. Она представлена в виде блок-схемы трех уровней (рисунок 2).

Рисунок 2. Классификация конструктивно-технологических решений по ремонту трубопроводов с применением муфт

Рассмотрим по одной конструкции муфт из вышеперечисленных групп.

За рубежом широкое применение получил метод бандажирования трубопроводов по принципу часовой пружины – Clock Spring (рисунок 3).

Рисунок 3. Муфта типа Clock Spring 1 – трубопровод; 2 – дефект; 3 – лента; 4 – клеевой состав

Манжета представляет собой полосу высокопрочного композитного материала на основе однонаправленного специального стекловолокна с матричной памятью свертывания [3]. В рабочем положении она похожа на свернутую часовую пружину (clock spring – часовая пружина).

Рисунок 4. Композиционная муфта

Муфты, устанавливаемые с гарантированным заполнением зазора армирующим составом, характеризуются тем, что между трубой и муфтой при монтаже устанавливается определенный зазор - до 40 мм, если в кольцевое пространство закачивается композит, и до 100 мм - цементно-песчаный раствор (рис. 4). Известна технология установки муфт с композитом, разработанная британской газовой корпорацией "British Gas", основанная на использовании стальных муфт, в которых кольцевой зазор между муфтой и трубой заполняется композитным составом, отверждающимся до требуемого состояния в течение суток [4]. Метод ремонта позволяет устранять практически все виды дефектов нефтепроводов в широком диапазоне изменения их геометрических параметров: различные виды коррозионных дефектов, вмятины, трещины, расслоения, риски и их сочетания.

В сварных обжимных стальных муфтах решаются задачи упрочнения и герметизации дефектов, когда приварка муфт кольцевыми швами к рабочему трубопроводу осуществляется практически без зазора между муфтой и трубопроводом. Герметичная сварная обжимная муфта (рис. 5) устанавливается при наличии дефектов глубиной более 80-90 % толщины стенки по основному металлу трубы и должна выдерживать рабочее давление и при наличии сквозных дефектов стенки трубопровода.

Рисунок 5. Эскиз герметичной приварной обжимной ремонтной муфты 1 – кольца муфты; 2 – внутренняя муфта; 3 – наружные муфты

Рассмотрены постановка, решение задач и примеры, направленные на получение основного результата в виде коэффициента усиления, обеспечиваемого муфтовыми конструкциями. Влияние зазора на эффективность усиления трубопровода обжимной муфтой рассмотрим на конкретном примере, приняв следующие исходные данные: наружный диаметр трубопровода D_H = 1,02 м; толщина стенки трубы δ = 0,014 м; толщина муфты δ_M = 0,014 м [5].

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что чем меньше зазор между муфтой и трубой и ниже уровень внутреннего давления в трубопроводе, тем выше эффективность обжимной ремонтной усиливающей конструкции.

В настоящем исследовании мы глубоко исследовали эффективность применения ремонтных конструкций при устранении дефектов на магистральных трубопроводах, представляющих важную часть инфраструктуры, обеспечивающей энергетическую безопасность и стабильное экономическое развитие. Полученные результаты представляют собой ценный вклад в область обслуживания и ремонта трубопроводов, отражая сложную динамику взаимосвязей между дефектами, методами ремонта и долгосрочной надежностью.

В ходе исследования были проанализированы различные типы дефектов, начиная от коррозии и трещин до износа, с учетом их воздействия на структурную целостность трубопроводов. Мы детально рассмотрели разнообразные методы ремонта, включая сварку, замену участков труб, использование композитных материалов и технологии безвредного контроля. Оценка эффективности этих методов была проведена на основе критериев, таких как прочность, долговечность и стойкость к повторным дефектам.

Одним из ключевых выводов исследования является необходимость индивидуализированного подхода к выбору методов ремонта в зависимости от конкретных условий эксплуатации и характеристик дефектов. Успешное внедрение ремонтных конструкций требует глубокого понимания факторов, влияющих на интегритет трубопроводов, и тщательного анализа технологий ремонта, с учетом их применимости к конкретным сценариям.

Однако, следует отметить, что несмотря на многообразие доступных методов, существует определенная неопределенность и риски, связанные с эффективностью ремонтных конструкций в долгосрочной перспективе. Поэтому необходима дополнительная работа в области разработки инновационных технологий ремонта и усовершенствования существующих методов.

Исходя из проведенного анализа, предлагается создание комплексных рекомендаций для принятия обоснованных решений по выбору методов ремонта, которые учитывают разнообразие условий и типов дефектов. Такой подход позволит оптимизировать процессы обслуживания трубопроводов, повысить их надежность и снизить риски возможных аварийных ситуаций.

В итоге, данное исследование не только расширяет наше понимание механизмов устранения дефектов на магистральных трубопроводах, но и предоставляет практические рекомендации для инженеров, управляющих и обслуживающих трубопроводную инфраструктуру. Внедрение этих рекомендаций может содействовать повышению эффективности ремонта и обеспечению стойкости магистральных трубопроводов в условиях изменяющейся технологической и экологической среды.

Список литературы:

1. Харисов р. Р. Исследование эффективности применения современных ремонтных конструкций в системе магистральных нефтепроводов //ББК 30+ 22.1 Т38. – 2023. – С. 26.
2. Харлампьев Х. К. Повышение надежности магистрального нефтепровода при устранении дефекта методом установки ремонтной конструкции. – 2022.
3. Ганиев р. Р., немтин в. Г., чайка и. А. Анализ методов ремонта полевых магистральных трубопроводов //Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации. – 2020. – №. 1. – С. 88-97.
4. Пастаева А. К. Исследование эффективности технологии ремонта нефтепроводов с применением полимерных композитных материалов. – 2022.
5. Михайлов И. И. и др. Применение резьбовых чопиков при ремонте магистральных трубопроводов //Безопасность труда в промышленности. – 2020. – №. 3. – С. 65-70.