Проанализированы проблемы оценки состояния трубопроводов, эксплуатируемых в условиях вечной мерзлоты, обоснована необходимость их решения. Представлены возможные методы и программные средства, позволяющие реализовать системный подход к прогнозированию напряженного состояния трубопроводов. Приведен алгоритм прочностного расчета магистральных трубопроводов для деформаций от просадки грунта в ореолоах оттаивания на участках вечномерзлых грунтов. Расчет зоны оттаивания и просадок основан на действующих нормах с адаптацией на подземные трубопроводы. В целях контроля обеспечения безопасности эксплуатации выполнены вариантные расчеты прочности магистрального нефтепровода для реальных условий участка трассы в районе Амурской области.
трубопровод, вечная мерзлота, ореол оттаивания, просадка трубопровода, зона деформации, прогиб, напряженно-деформированное состояние, обеспечение безопасности эксплуатации, ресурс прочности.
1. Введение
В зонах вечной мерзлоты вокруг подземного магистрального трубопровода (МТ) возникают зоны (ореолы) оттаивания, приводящие к просадкам и деформациям труб. На значительных дистанциях вдоль трассы МТ при спокойном рельефе происходит просадка трубопровода плоско-параллельным движением, не вызывающим опасности деформации. Поэтому оценка прочности МТ имеет смысл при неровностях рельефа. При этом прочность МТ можно установить по балочной схеме на основе гипотезы о равенстве прогиба величине просадки. Такой подход приводит к необходимости решения обратной задачи строительной механики - о поиске дистанции деформирования трубопровода (т.е. пролета) по прогибу при неопределенных граничных условиях.
Далее по результатам расчета зон оттаивания и просадок трубопровода на основе балочной схемы определяется расчетный диапазон деформации (пролет) с различными граничными условиями и проводится анализ прочности с выбором наиболее опасной схемы опирания. В этих целях сформирован основанный на методах [1], предназначенных для заглубленных строительных объектов, прямоугольных в плане, алгоритм, адаптированный для расчета осадок МТ при оттаивании грунта в зонах вечной мерзлоты. Просадка в процессе оттаивания рассматривается в зависимости от температуры прокачиваемого продукта в функции сжимаемости грунтов в границах нормативных параметров. Определение пролета по величине просадки и прочностной расчет выполняются по алгоритму решения уравнения продольно-поперечного изгиба упругого стержня с учетом распора от температурного перепада и давления транспортируемого продукта при различных граничных условиях и температурных данных.
Разработанные программные алгоритмы позволяют в целях обеспечения безопасности эксплуатации оперативно контролировать напряженно-деформированное состояие магистральных трубопроводов в зонах вечной мерзлоты.
2. Расчет зоны оттаивания
Зона оттаивания под МТ рассматривается как однослойная, а прокачиваемый продукт (далее - нефть) находится в положительном температурном диапазоне. Полагается, что реальные расчетные параметры ограничены предельными значениями обязательных и рекомендуемых нормативных табличных и графических функций.
