автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии монтажа трубопроводов из полимерных материалов

г г

На правах рукописи

КАТКОВ ВИКТОР ЕВГЕНЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОНТАЖА ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.23.08 Технология и организация промышленного и гражданского строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 1998

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АТН РФ Агапчев В.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик АН РБ, заслуженный деятель науки и техники РФ Гумеров А.Г.

кандидат технических наук Плотников С.Б.

Ведущая организация:

Башкирский экспертный центр технической безопасности «ГАЗ»

Защита состоится 17 декабря диссертационного совета К083.09.05 техническом университете 450062, г. Уфа.

1998 года в 17.00 часов на заседании в Уфимском государственном нефтяном ул. Космонавтов, 1

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Абдуллин И.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основным направлением технического прогресса в строительстве является дальнейшая индустриализация строительных и монтажных работ на основе применения новых конструкторских и проектных решений, внедрения новых эффективных и прогрессивных видов материалов и изделий, совершенствования технологии и организации производства, а также повышения качества строительно-монтажных работ.

Важное значение в интенсификации технологии строительного производства и снижения его металлоемкости, расхода топлива и трудозатрат приобретает более широкое использование пластмассовых труб, в частности, в коммунальном водоснабжении и канализации, газовых распределительных системах, в системах технологических трубопроводов, мелиорации, а также в системах санитарно-техпическпх устройств.

В настоящее время в общем объеме потребления труб основное место занимают стальные трубы - 85%, в то время как в экономически развитых странах их доля не превышает 40...40%. Анализ эксплуатации различного рода трубопроводных систем показывает, что во многих случаях стальные трубы используются нерационально, т.е. имеют повышенную толщину стенки и, в то же время, в условиях высоких скоростей коррозии имеют низкую работоспособность," их применение не обосновывается технологическими требованиями, и они с успехом могут быть заменены на неметаллические, из которых наиболее эффективными при диаметре до 200...250 мм являются трубы из полимерных материалов: полиэтилена, полипропилена; иоливишшюрида. Международный стандарт предусматривает использование труб из полиэтилена диаметром до 2000мм.

Перспективы применения пластмассовых труб в промышленном строительстве определены рядом директивных документов, которыми предусматривается увеличение производства труб из полимерных материалов до 2000 года в 4...6 раз.

Так постановлением кабинета министров Республики Башкортостан от.01.02.98г. за № 499 всем руководителям ведомств и организаций для удешевления стоимости строительства трубопроводов в 1,5 - 2,0 раза и ускорения сроков их строительства при давлениях до 1,0 МПа рекомендовано повсеместно применять полиэтиленовые трубы.

Изготовление пластмассовых конструкций и труб, как правило, менее трудоемко и энергоемко, чем при использовании других материалов. Они с успехом заменяют трубы и конструкции из легированных сталей, драгоценных металлов, бетона и дерева, позволяя

экономить промышленно важные материалы и стали, а в ряде случаев исключить проблему зашиты от коррозии, что в 10...15 раз продлевает срок их службы по сравнению со остальными , в 8... 10 раз уменьшить массу и не менее, чем на 15...20% снизить расходы на транспорт.

Кроме того, преимуществом трубопроводов из полимерных материалов перед металлическими является их большая пропускная способность за счет меньшей шероховатости их внутренней поверхности, а трудозатраты на изготовление и монтаж трубопроводов значительно меньше, чем стальных.

Несмотря на возрастающий объем применения пластмассовых труб соединения их малоисследованы; режимы получения соединений, конструктивное оформление элементов соединения, технология их выполнения разработаны недостаточно.

Нами рассмотрены пути расширения пределов применения пластмассовых труб. Особый интерес представляет повышение несущей способности пластмассовых труб за счет армирования, в частности металлопластовых труб.

В связи с изложенным в настоящей работе с учетом анализа условий работы и -основных схем нагружения трубопроводов излагаются результаты исследования несущей способности пластмассовых труб, совершенствования технологии монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб, а также результата разработки технологии монтажа металлопластовых труб.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является разработка технологии монтажа трубопроводов из полимерных материалов в промышленном и гражданском строительстве.

ОСНОВНЫЕЗАДАЧИ РАБОТЫ:

•. Обоснование областей эффективного применения труб и путей расширения пределов рабочих и давлений.

•Экспериментальное исследование несущей способности трубопроводов из полиэтиленовых и металлопластовых труб.

•Совершенствование технологии монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб.

•Разработка технологии монтажа трубопроводов из металлопластовых труб с равнопрочными с телом трубы соединениями.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Исследована несущая способность полиэтиленовых и металлопластовых труб.

2. С целью повышения надежности системы трубопроводов из металлопластовых труб создано и испытано равнопрочное с телом трубы неразъемное соединение.

3. Разработана технология монтажа трубопроводов из метаплопластовых труб с неразъемными соединениями.

4. Усовершенствована конструкция металлопластовой трубы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

1. Систематизирован и составлен банк данных по конструкциям и эксплуатационным свойствам труб из полимерных материалов.

2. Усовершенствована и внедрена в производство технология мсптазка трубопроводов из полиэтиленовых труб.

3. Разработано равнопрочное с телом трубы неразъемное соединение металлопластовых труб.

4. Разработана и внедрена в производство технология монтажа трубопроводов из металлопластовых труб с неразъемными соединениями.

5. С учетом требуемого рабочего давления произведен расчет параметров металлопластовой трубы. Конструкция с рассчитанными параметрами внедрена в производство.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Результаты разработок легли в основу «Инструкции по применению

I

полиэтиленовых труб при сооружении трубопроводных коммуникаций» и «Инструкции но применению труб термопластовых армированных металлической сеткой при сооружении трубопроводных систем», утвержденных Госстроем Республики Башкортостан , а также ТУ 2290-001-12333095-96 «Трубы металлопластовые и соединительные детали к ним" и стандарт объединения, трубы металлопластовые , монтаж и эксплуатация трубопроводов СТО- 03-16-94. По разработанным технологиям монтажа полиэтиленовых и металлопластовых трубопроводов построены и успешно работают водо- газо- и нефтепроводы во многих НГДУ АНК «Башнефть», Объединения «Нижневартовскнефтегаз», АОЗТ «Композитнефть» (г.Пермь), а также на Северном водозаборе (г .Уфа).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения работы докладывались на конференциях молодых специалистов и . ученых УГНТУ, Всероссийской научно-практической конференции «Новые высокие технологии и проблемы реструктурирования и приватизации предприятий» (г.Екатеринбург-9.5), Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России" (г. Уфа, 1995) первом и втором

Международных конгрессах «Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности» (г.Тюмень-96, г.Москва-97). Комплекс разработок, выполненных при непосредственном участии автора, экспонировался на международных выставках «Нефть и газ» (Уфа, 1996г., 1997г., 1998г., «Строительство, Архитектура, Коммунальное хозяйство-97 и 98гг.» (г.Уфа), где в 1998г. отмечен дипломом 3 степени.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в 11 печатных работах.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных разделов, выводов и рекомендаций, включает список литературы из 80 наименований и 6 приложений, 20 рисунков и 19 таблиц. Объем работы составляет 141 страницу машинописного текста

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена актуальность темы диссертационной работы, приводятся данные о преимуществах применения труб из термопластов, показаны перспективы применения пластмассовых и металлопластовых труб в промышленном строительстве.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ систематизирован и составлен банк данных по конструкциям и эксплуатационным свойствам труб из полимерных материалов, выпускаемых как отечественной, так и зарубежной промышленностью (информативно-справочная система состоит из двух структурных единиц базы данных СБД) ТУРЕ и БД КО^Т11.

Здесь же приводятся сведения об областях возможного применения полиэтиленовых и металлопластовых труб в промышленном строительстве. Отмечается, что наиболее перспективными областями применения полиэтиленовых и металлопластовых труб являются системы водоснабжения, водоотведения, канализации, мелиорации, различного рода технологические и промышленные трубопроводы и газопроводы.

Произведена классификация труб из полимерных материалов по конструкциям, эксплуатационным характеристикам, технологии производства труб.

Отмечается, что в трубопроводных системах с повышенными рабочими давлениями (свыше 1,0 МПа) с успехом могут применяться новый тип труб -металлопластовые, представляющие собой трубы из монолитного термопластичного материала, армированные сварным сетчатым каркасом из проволоки. Выпуск металлопластовых труб освоен отечественной промышленностью, и они с успехом применяются в качестве напорных коллекторов, в химических производствах, в

водозаборных скважинах, при сооружении различного рода технологических трубопроводах при рабочих давлениях до 4.0 МПа. Здесь же обобщен опыт применения труб из термопластов . Сегодня а промышленности в длительной эксплуатации находится около 60 км полиэтиленовых трубопроводов: в системах утилизации сточных вод ( АНК «Башнефть», ПО «Укрнефть», ПО «Ставропольнефтегаз»), нефтесбора (ПО «Азнефть», ПО «Ставропольнефтегаз») н транспорта нефтяного газа (ПО Башнефть»)

Анализируя опыт эксплуатации трубопроводов из пластмасс, а также характеристики транспортируемых по ним коррозионно-активных сред можно сделать вывод , что эффективной областью их использования в промышленности являются водоснабжение и утилизация сточных вод, нефтегазосбора и транспорта газа диаметрами от 60- 500 мм.

Прекрасно себя зарекомендовала система очистки воды, смонтированная нами на Северном водозаборе г. Уфы в 1995г. из полиэтиленовых труб.

Госстроем СССР утверждена « Программа работ перехода в жилищно-гражданском строительстве на применение пластмассовых труб вместо металлических (39 августа 1985 г.)», разработаны строительные нормы (СН 478-80, СН 550-82).

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованию термоупругих напряжении в пластмассовых трубопроводах.

При монтаже и эксплуатации труб из термопластои остаточные термоупругие напряжения, возникающие в стенках труб в процессе их изготовления и представляющие собой совокупность усадочных н температурных напряжений, суммируясь с напряжениями от рабочих нагрузок, могут повысить или снизить несущую способность труб.

Установлено, что уровень остаточных термоупругих напряжений зависит от технологических условий производства труб из термопластов, в частности, от состава и структуры материала, от интенсивности охлаждения тела трубы, от содержания наполнителя, условий хранения и транспортировки, что вызывает необходимость включения во входной контроль качества поступающих труб измерение остаточных термоупругих напряжений.

Проанализированы существующие методы исследования остаточных термоупругих напряжений (метод определения внутренних напряжений по деформации разрезного кольца, метод высверливания одиночного отверстия в стенке трубы, метод «кольца -сердцевинки», основанный на регистрации релаксации внутренних напряжений в трубе после создания в ней поверхностной кольцевой канавки, акустический метод,

основанный на закономерностях распространения ультразвуковых волн).

Для определения термоупругих напряжений в полиэтиленовых трубах была использована методика, основанная на определении деформации разрезных колец в процессе перераспределения остаточлых напряжений.

В результате проведенных экспериментальных исследований по определению остаточных напряжений в полиэтиленовых трубах установлено, что внутренние елки

стенки трубы имеют пплпжитглмше, рп.стяп'аашщнс натяжен!:;:

отрицательные, сжимающие. Напряжения от рабочих нагрузок имеют положительные значения и компенсируются на внешней поверхности внутренними остаточными напряжениями.

На расстрескиванке полиэтиленовых труб главное влияние оказыиани растягивающие, положительные напряжения, поэтому вероятнее всего растрескннание трубопровода будет происходить с внутренней стороны: При этом агрессшиюси, транспортируемой среды при нормальных температурах на растрсскшшшс существенного влияния не оказывает.

Полученные экспериментально-расчетные результаты синдеюьстиуюг. что осенью остаточные напряжения имеют тот же знак, что и тангенциальные, но величине отличаются не более ± 10%.

Таким образом, для получения качественной и количественной оценки но остаточным напряжениям достаточно изучения одного вида напряжений.

Экспериментальное исследование остаточных напряжений проводилось на трубих Г1НД 225Т и ПОС с толщиной стенки 28.3 и 6.2 мм соответственно. Распределение остаточных напряжений по толщине стенок представлено на рис. I и 2.

Остаточные тангенциальные напряжения в полиэтиленовой труСе $ 110x6, 2

80 дО 40 20 0 20 ЬС 60 80

На

Бт, ю М о

Остаточные тангенциальные напряжения п полиэтиленовой трубе ^225 х 28

//лои>у рпА--п, ---- г--- . „

\ с % ^-о___ 20 \ 1 о . .

О 20 40 60 г~

ог? юМПа

Рис.2

Сжимающие напряжения не склонны вызывать растрескивание труб- кроме тою. при создании внутри трубы рабочего давления на стенках трубы возникают растягивающие напряжения, которые, суммируясь с остаточными напряжениями, .тлюг величину фактически действующих напряжений.

С учетом того, что на наружной поверхности остаточные напряжения отрицательны, а напряжения от рабочих нагрузок положительны,-' можно считан., чю фактически действующие напряжения на наружной поверхности труб не склонны^ вызывать снижение срока службы труб.

На внутренней же поверхности оба упомянутых напряжения имеют одинаковый, положительный знак, благодаря чему" они, суммируясь, создают предпосылки для чрезмерного нагруження внутреннего слоя и преждевременного выхода из о рои

полиэтиленового трубопровода.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приводятся результаты исследования несущей способности металлопласговых труб.

Стенка металлопластовой трубы (МПГ) изготавливается из композита, имеющего в качестве армирующих элементов сварной пространственный каркас из стальной проволоки и матрицу из полиэтилена низкого давления.

Для описания напряженно-деформированного состояния конструкций из композитного материала применяется весьма сложный математический аппарат.

Нами с целью прогноза характера разрушения металлопластовых труб было исследовано их напряженно-деформированное состояние методом конечных элементов.

Конечно-элементная модель конструкции металлопластовой трубы содержит 2129 конечных элементов (КЭ) и 720 узлов. Армирующая стальная сетка моделировалась трехмерными стержневыми КЭ, а полиэтиленовая заливка - толстостенными оболочечными КЭ.

Результаты исследования напряженно-деформированного состояния конструкции -- металлопластовой трубы с помощью конечно-элементной модели МПТ представлены в таблице.

Результаты исследования напряженно-деформированного состояния металлопластовой трубы, с использованием приведенной, выше модели, показали, что наиболее напряженным элементом конструкции является арматура в окружном направлении. В предположении упругой.работы арматуры при внутреннем давлении 12 МПа в средней части трубы для наиболее напряженных элементов растягивающие напряжения достигают 565 МПа. Распределение напряжений по длине трубы для средней части является практически равномерным. При таком высоком уровне растягивающих напряжений возможно разрушение арматуры в окружном направлении.

Удаление какого либо элемента моделирует возникновение концентратора напряжений в окрестности первой точки разрушения окружной арматуры. Наличие такого концентратора приводит к резкому росту напряжений (до 760 МПа) в соседних наиболее напряженных КЭ.

Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния металлопластовой трубы для рассмотренных вариантов сетки КЭ позволяет сделать вывод о том, что при внутреннем давлении, равном 12 МПа, в металлопластовой трубе может возникнуть и начать распространяться трещина в продольном направлении. ■

Для контроля полученных расчетным путем результатов и выводов было

проведено экспериментальное исследование несущей способности металлопластовых труб. Были проведены гидростатические испытания образцов металлопластовых труб из ПНД с соединениями.

Цель испытаний - установление работоспособности образцов труб с соединениями при рабочем давлении 4,0 МПа.

Образцы представляют собой металлопластовые патрубками длиной не менее 0,5 м с фланцевыми соединениями.

В процессе гидростатических испытаний образцы из ПНД диаметром 132 мм разрушались по телу патрубка при давлении до 12,0 МПа. Характер разрушения - разрыв вдоль образующей протяженностью 80-120 мм с шириной раскрытия трещин до 5 мм. При этом замечено, что в большинстве случаев место разрыва проходит вблизи законцовок и

Таблица1.

Сводная таблица средних значений напряжений в МПТ при внутреннем давлении 4 МПа.

Диаметр МПТ, мм Толщина стенки, мм Размер ячейки, мм х мм Диаметр арматуры, мм Напряжение по Мизесу в ПЭ элементах поверхности, МПа Напряжение в продольной арматуре, МПа Напряжение в окружной арматуре, оэкв, МПа 5 пр

б экв

89 10.5 6X6 2.5 0.714212 -0.13237 180.75 2.4

S9 10.5 6X6 3.0 0.504532 -0.059557 127.67 3.3

89 10.5 8x8 2.5 0.933721 -0.23781 236.25 1.8

89 10.5 8x8 3.0 0.663100 -0.10799 167.76 2.6

89 10.5 10 х 10 2.5 1.14126 -0.45901 2.89.01 1.48

89 10.5 10 х 10 3.0 0.814721 -0.21863 206.27 2.1

95 10.5 6x6 2.5 0.769539 -0.13227 194.66 2.2

95 10.5 бхб 3.0 0.543624 -0.057260 137.50 3.1

95 10.5 8x8 • 2.5 . 1.00507 -0.27118 254.31 1-7

95 10.5 8x8 3.0 0.713771 . -0.12307 180.58 2.4

95 10.5 10 х 10 2.5 1.23153 -0.44840 311.81 1.37

95 10.5 10х 10 3.0 0.879157 -0.21225 222.55 1.5

115 12.0 6x6 2.5 0.931415 -0.26904 235.67 1.8

115 12.0 6x6 3.0 0.659495 -0.11706 166.84 2.6

115 12.0 8x8 2.5 1.20952 -0.56914 307.36 1.39

115 12.0 8x8 3.0 0.861841 -0.26034 218.90 1.95

115 12.0 10 х 10 2.5 1.47755 -0.96814 375.89 1.14

115 12.0 10 х 10 3.0 1.05895 -0.45407 289.25 1.6

132 12.0 6x6 2.5 1.08445 -0.77566 274.70 1.6

132 12.0 6x8 3.0 0.768042 -0.38976 194.46 2.2

132 12.0 8x8 2.5 1.40847 -2.5616 358.48 1.19

132 12.0 8 х 8 3.0 1.00385 -1.3762 255.29 1.7

132 12.0 10 х 10 2.5 1.73090 -1.1641 438.44 0.98

132 12.0 10 X 10 3.0 1.24026 -0.60425 314.03 1.4

совпадает с линией разъема литьевой прессформы.

Гидроциклические испытания проводились по разработанной методике, предполагающей рабочие давления с запасом прочности, раьным 2,5 от гидростатических разрушающих давтений. Испытания проводились, начиная с давления 4,0 МПа в течение базового числа циклов, равного ЮООО циклов изменения давления от нуля до испытательного. По истечении базового числа циклов испытательное давление увеличивалось на 1,0 МПа и испытания проводились последовательно на нескольких уровнях пагружения до разрушения образцов.

Из трех образцов один разрушился при давлении 4,0 МПа при числе циклов 8452 в результате срыва законцовки с трубы, остальные образцы разрушались при давлении 6,0 МПа при числе циклов на этой ступени нагружения в пределах (4...9) * 10000.

Натурные испытания показали, что в результате разрушения окружной арматуры в направлении образующей трубы возникает сквозная трещина длиной 120 мм и шириной 4 мм. Таким образом прогноз о характере разрушения трубы, сделанной на основании расчетных результатов, полностью подтвердился экспериментальными данными.

Исследование напряженно-деформированного состояния МПТ показали, что шаг армирующей сетки в окружном направлении несущественно влияет на напряженно-деформированное состояние трубы и может задаваться из конструктивных соображений. Наиболее существенное влияние оказывает шаг арматуры в продольном направлении.

В процессе изготовления МПТ при охлаждении полиэтилена низкого давления с 70 до 20 С0 в трубе возникают термоупругие напряжения. В арматуре термоупругие напряжения - сжимающие, в полиэтиленовой матрице - растягивающие. От действия

внутреннего давления и в арматуре и в полиэтиленовой матрице возникают растягивающие напряжения. Таким образом, наличие термоупругих напряжений разгружает арматуру и повышает суммарные напряжения в полиэтилене. С учетом имеющихся зазоров между полиэтиленом и арматурой уровень суммарных напряжении в полиэтилене достигает 7 МПа. Это обеспечивает трехкратный запас кратковременной прочности.

Полиэтилен низкого давления как все термопласты способен к ползучести и релаксации напряжений. В течение первых двух лет эксплуатации трубопровода из МПТ следует ожидать понижения напряжений в полиэтилене за счет релаксации примерно на 10% с последующим снижением их уровня. Это позволяет прогнозировать долговечность трубопровода на уровне 20-25 лет., при условии соблюдения технологии их монтажа. Результаты испытания на растяжение элементов сварного проволочного каркаса металлопластовон трубы из малоуглеродистой конструкционной стали показали уровень предела прочности б пр = 428 МПа. Сопоставление с напряжениями в окружной арматуре (табл.) показывает, что для труб диаметром 89 и 95 мм можно использовать проволоку диаметром 2.5 мм при размерах ячейки до 10x10 им. Трубы диаметром 115 и 152 мм позволяют использовать проволоку диаметром 3 мм при размерах ячейки до 1 Ох 10 мм. При использовании проволоки диаметром 2.5 мм для трубы 115 мм размеры ячейки не должны превышать 8x8 мм, для трубы 132 мм размеры ячейки не должны превышать 6x0 мм.

С цепью снижения уровня напряжений в полимерной матрице и повышения работоспособности труб нами рекомендовано в технологию изготовления МПТ внести операцию термообработки.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены вопросы разработки технологии монтажа и эксплуатации труб из термопластов.

В первой части этой главы рассмотрены вопросы совершенствования технологии монтажа полиэтиленовых трубопроводов.

Полиэтиленовые трубы, используемые при монтаже трубопроводов, имеют повышенную гибкость и термический' коэффициент линейного расширения, превышающий такой коэффициент у стальных труб в 25 раз и составляющий ориентировочно 0,00221 / С Учитывая особенности полиэтиленовых труб следует помнить, что в результате воздействия температурных факторов в трубопроводах возникают значительные осевые удлинения. С изменением температуры изменяется и длина трубопровода, что приводит к возникновению значительных осевых растяги-

вающих напряжений.

Для «гашения» возникающих усилий в условиях прокладки в траншее на сплошное дно полиэтиленовые трубопроводы нами рекомендовано прокладывать в виде «змейки», т.к. их осевые удлинения вследствие повышенной гибкости могут не передаваться на компенсаторы.

Предложен расчет геометрических параметров дуги, трубопровода, изогнутого в виде змейки.

Пусть при укладке трубопровода на длине L образовано п полуволн. Тогда уравнение изогнутой оси трубопровода можно записать как:

V (z) = С sin (К Z), где К= л л / L. Длина хорды одной половины а = L / п.

Длина некоторой плоской кривой, )равненне которой задано в декартовых координатах: S = N l+(v'z)2'dz ;

о

Подставляя выражение V (г), получим:

S = f VT7c3К2 cos2 (KZ)2 dz; о

Полученный интеграл берем численно по методу Гуасса. Сделаем подстановку: Z=a(l+5)/2; dz = ad4/2; Z = 0;4 = a; Z = -l;£=l; S=.a/2 i F©d5=a/2IW, Fi ; Здесь Fß) = V 1+C2K2 cos2 [(К а (1 + с)/2]';

W, - весовые коэффициенты,

F I - значения подинтегральной функции в точках интегрирования:

,- точки интегрирования; га - число точек интегрирования.

При rn = 3,W, = W3=5/9, W2 = 8/9, = , = 0 .774597, 52 = 0 Учитывая, что К а = it , из (1) получим:

S =а/18 [ 5 лП+С2 К2 cos2 ( 0.1127 те )'+ 8 + 5+ ^Гl+CJK.2cos2 ( 0. 8873 it) ]'

Будем считать, что продольная деформация е распределена равномерно по длине трубопровода. Ее значение при Л Т = 100 С0 равно:

е =ДЬ/Ь=аЬ Д Т/I = а ДТ; где а-термический коэффициент линейного расширения,

а = 0.00022- 0. 0004

е%= а ЛТ 100%;

в % = (0.0002 - 0.0004) 10 ООО = 2.2 - 4.1 % ;

Полагаем продольную деформацию равной 3%. Тогда б = 1.03а и с учсюм (2) получим: V к С2 К2 0.8798'= 1. 054 .

Из полученного выражения определяется необходимая ширина траншеи или эстакады ПОД трубопровод. Допустимые радиуСМ уируГши алиби при миншжс н уклада трубопровода в зависимости от температуры окружающего воздуха определяются из зависимости, приведенной на рис. 3

Зависимость отношения радиуса упругого изгиба трубопровода к наружному диаметру трубы от температуры окружающего воздуха при монтаже и

укладке трубопроводов

ы

¿о

-20 -Ю- 0 Ло +30 ' Т,°С

Рис.3

Во второй части четвертой главы рассмотрены вопросы, связанные с технологией монтажа металлопластовых труб.

В настоящее время выпуск МПТ освоен на АООТ «Стройпластполимер» г.Екатеринбург и в п.Семилетка НГДУ «Чекмагушнефть» (Республика Башкортостан).

Существующие ранее резьбовые соединения МПТ по прочности и герметичности были значительно ниже прочности тела трубы.

В связи с этим Уфимским государственным нефтяным техническим университетом совместно с институтом проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР г. Уфа) разработано и запатентовано равнопрочное с телом трубы сварное соединение, которому

предшествовал расчет геометрических параметров конструкции соединения из условия равнопрочности трубы и соединения.

Согласно разработанной технологии при монтаже трубопроводов из метаплопластовых труб со сварными соединениями трубы между собой и соединительными деталями соединяются путем контактной сварки полиэтиленовых законцовок труб с последующей установкой на место сварки стальной гильзы и упоров (вкладышей), соединяемых между собой а^гонодуговой сна^кой.

Укладку металлопластового трубопровода в траншею следует производить не ранее, чем через 2 часа после завершения работ по сварке.

В процессе эксплуатации трубопроводы из МПТ подвержены различным нагрузкам, воздействиям и механическим повреждениям. При этом часто выявляются ошибки проектирования и монтажа трубопроводов, некачественное изготовление груб и соединительных деталей, а также случайные механические повреждения, что требует ремонта трубопроводов из МПТ.

В связи с " технологической сложностью ремонта непосредственно металлопластовой трубы, ремонт трубопровода осуществляется путем замены дефектных труб. Замена производится из аварийного запаса труб и соединительных деталей.

Металлические части сварного соединения срезаются газорезкой, при этом не забывая об охлаждении.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приводится технике- экономическая оценка применения труб из термопластов.

Эффективность замены труб из традиционных материалов пластмассовыми обусловлена следующими преимуществами последних:

- высокая коррозионная стойкость (только от коррозии ежегодно выходит из строя 10-12% общего объема производства стальных труб);

- долговечность (срок их службы составляет 50 лет, а стальных в большинстве случаев-10-12 лет);

- значительно меньшее гидравлическое сопротивление, сохраняющееся в течение всего срока службы постоянным;

- легкость (в 6-8 раз легче стальных);

- простота монтажа;

- значительно меньшие затраты общественного , труда на строительство и эксплуатацию (по данным СКВ ВНИИмонтажспецстроя, затраты труда монтажных организаций при замене труб из углеродистых сталей пластмассовыми снижаются в

среднем в 2 раза, а яз нержавеющих сталей - в 3-4 раза; по данным ГипроНИИгаза, экономия трудовых затрат при замене 1 км стального газопровода диаметром 57-219 мм с толщиной стенки 3-6 мм полиэтиленовыми на стадии строительства составляет 150-390 чсл.-ч соответственно.

Очевидно, что применение стальных труб небольшого диаметра при давлениях порядка 1 МПа крайне нежелательно. Строительство подземных трубопроводов низкого давления из пластмассовых труб позволит ежегодно экономить около 250 тыс. т металлических труб, снизить трудовые затраты и получить экономический эффект более 70-80 млн. руб. Из 1 т стальных труб диаметром 100 мм можно сварить трубопровод длиной 75-80 м, а из 1 т полиэтиленовых - трубопровод длиной 1 км.

При оценке экономической эффективности применения пластмассовых труб взамен металлических важло учитывать экономию, получаемую не только в процессе производства труб, но и в сфере эксплуатации. Часто эффект при эксплуатации не учитывается, что искажает данные о реальной эффективности применения пластмассовых труб.

Экономия энергозатрат при эксплуатации пластмассовых трубопроводов по сравнению с металлическими связана с отложениями на внутренних поверхностях стальных и чу1унных трубопроводов, которые вызывают дополнительные затраты электроэнергии. Благодаря гладкой внутренней поверхности потери напора в пластмассовых трубах оказываются на 30% ниже, чем в стальных и чугунных трубах, следовательно, пропускная способность пластмассовых трубопроводов на 15-18% больше, чем стальных такого же условного прохода. Учитывая склонность стальных труб к коррозии и зарастанию стенок, подсчитано, что при равных диаметрах пропускная способность пластмассового трубопровода на 20-25 % больше, чем стального Экспериментально установлено, что пропускная способность полимерных труб данного диаметра примерно соответствует пропускной способности стальной трубы следующего по номиналу большего диаметра

Эффективность применения полимерных труб во многом определяется технологичностью и надежностью их соединения: Стыки - наиболее ответственный, трудоемкий и дорогой элемент трубопровода. На 1 км технологических трубопроводов приходится до 100 стыков, что ставит проблему экономичности трубопроводных соединений в разряд наиболее важных.

При надежном контроле за строительством и при условии эксплуатации пластмассовой трубопроводной системы в соответствии с проектными установками срок

ее службы практически будет неограниченным.

Опытное внедрение разработок автора - система очистки Северного водозабора из полиэтиленовых труб (г. Уфа) и полиэтиленовый газопровод протяженностью 7. км (дЯарказы Ермекеовского района) позволило получить по сравнению со стальными трубами экономлю 5 тыс. рублей на 1 км в ценах 1991 г . а также строительство опытного трубопровода из металлоппастовых труб протяженностью 6.5 км (НГДУ «Краснохолмскнефть») позволило получить экономический эффект 8606 тыс. рублей на 1 км в ценах 1995г., что подтверждается справкой о внедрении. Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов разработок в Республике Башкортостан составляет 500 тыс. рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана расчетная модель для оценки напряжений в монтируемом полиэтиленовом трубопроводе при укладке трубы в траншею и при засыпке ее грунтом. Предлагается расчет геометрических параметров дуги укладываемого трубопровода из полиэтилена, изогнутого в виде <амейки».

2. Выполнены экспериментальные работы по оценке остаточных термоупругнх напряжении в полиэтиленовых трубах и даны рекомендации по учету этих напряжений при укладке трубопровода и его эксплуатации.

3. Даны рекомендации по совершенствованию технологии монтажа полиэтиленовых трубопроводов ( Инструкция по применению полиэтиленовых труб при сооружении трубопроводных коммуникаций, Уфа, 1994 г утверждена Госстроем РБ . Руководство по технологии монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб на нефтепромыслах РД 39- 0147103 - 331- 93, Уфа 1994)

4. Разработана конечноэлементная модель металлопластовой трубы (МПТ), при помощи которой было исследовано напряженно- деформированное состояние МПТ при рабочем давлении и приведены численные исследования на ЭВМ. Результаты исследования показали:

- наиболее напряженным, элементом конструкции является арматура в окружном направлении;

- шаг армирующей сетки в окружном направлении несущественно влияет на напряженно-деформированное состояние труб и может задаваться из конструкционных соображений. Наиболее существенное влияние оказывает шаг арматуры в продольном направлении.

5. . Результаты исследований металлопластовых трубопроводов позволили

получить рекомендации по совершенствованию конструкции металлопласговых труб, по прогнозированию их работоспособности и способствовали развитию промышленного производства МПТ в Башкирии и более широкому внедрению, в том числе и в отрасли гражданского и промышленного строительства. По результатам работы даны предложения по расширению области применения полиэтиленовых и металлопластовых труб в Министерство строительства и жилищной политики РБ.

6. Разработана и внедрена в производство технология монтажа трубопроводов из металлопластовых труб, а также равнопрочное с телом трубы неразъемное соединение МПТ.( Стандарт объединения. Трубы металлопластовые , монтаж и эксплуатации трубопроводов. СТО 03-16-94, Уфа , АНК «Башнефть», 1995 г.), Трубы МПТ и соединительные детали к ним. ТУ 2290- 001-12333095-96, г. Екатеринбург, 1996 т.)

7. Полученные в результате исследований рекомендации по монтажу полиэтиленовых трубопроводов позволят повысить качество стыковки труб, повысить надежность монтируемых трубопроводов с учетом мер по уменьшению остаточных напряжений в трубах, увеличить производительность монтажа трубопроводов.

8. Опытное внедрение разработок автора - система очистки северного водозабора из ПЭ труб (г. Уфа) и ПЭ газопровод протяженностью 7 км (д.Тарказы Ермекеевского р-на) позволило получить по сравнению со стальными трубами экономию 5 т.р. на 1 км р ценах 1991г., а также строительство опытного трубопровода из МПТ протяженностью 6.5 км (НГДУ «Краснохолмскнефть») позволило получить экономический эффект 8856 т.р. на ! км в ценах 1995г., что подтверждено справкой о внедрении.

9. Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов работы в Республике Башкортостан составит 500 т.р. в год.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Катков В.Е., Кургаева Н.В., Лгапчев В.И. Полиэтиленовые трубопроводы в строительстве // Материалы научно-технической конференции студентов, аспирантов и мрлодых ученых: Тез. докл. -Уфа: Уфимск. гос. нефт. техн. универ-т. 1995. -с.103.

2. Агапчев В.И., Виденеева Н.Г., Винофадов Д.А., Катков В.Е., Пермяков Н.Г. Применение металлопластовых труб // Проблемы нефтегазового комплекса России: Тез. докл. Всеросс. научи.-техн. конф. -Уфа. 1995. -с.123.

3. Агапчев В.И.. Видеиеева Н.Г., Катков В.Е., Шганев С.Л., Пермяков Н.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния металлопластовых труб

// Проблемы нефтегазового комплекса России: Тез.докл. Всеросс. научн.-техн. конф. -Уфа. 1995.-с.124.

4. Агапчев В.И., Пермяков HP.. Виноградов ДА, Катков В.Е. Пластмассовые трубы и их работоспособность в условиях нефтегазопромыслов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. научн. тр. -Уфа: ИПТЭР, 1995. -с.39-42.

5. Агапчев В..И., Катков В.Е., Штанев C.J1-, Виноградов Д.А., Пермяков Н.Г. Конечнозлементная модель металлопластовой трубы // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. научи, тр. - Уфа: ИПТЭР, 1995.-c.Hl-l 13.

6. Агапчст Т.В.. Васильева О Г., Виноградов ДА., Катков В.Е. Разработка соединений и соединительных деталей для трубопроводов из металлопластовых труб // Материалы ХХХХУП -й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Тез. докл. т. I - Уфа; УГНТУ, 1956,- с.63-64.

7. Агапчев В.И., Катков В.Е, Штанев СЛ, Пермяков Н.Г., Тухтеев P.M. Пластмассовые и металлопластовые трубопроводы в гражданском строительстве // Материалы международного научно-технического семинара при 3-й международной специализированной выставке «Строительства, Архитектура, Коммунальное хозяйетва-97». -Уфа: УГНТУ, 1997-C.29.

8. Катков В.Е., Тимофеев В.А., Тимофеев А.А., Васильев Г.И. Конструктивно - технологические решения в технике склеивания при сооружении и ремонте трубопроводных систем // Нефть и газ; Межвуз.сб. научн. тр.-Уфа: УГНТУ, 1998 с.139-140

9. Агапчев В.И., Виноградов Д.А., Катков В.Е., Пермяков Н.Г., Тухтеев P.M. Новые типы пластмассовых труб в нефтегазовой промышленности // Материалы международного научно-технического семинара «Проблемы нефтегазовой отрасли» - Уфа: УГНТУ, 1998,-с.24-25. ■

10. Агапчев В.И., Виноградов Д.А., Катков В.Е., Штанев В.Е., Пермяков Н.Г., Работоспособность пластмассовых труб в условиях нефтегазопромыслов и моделирования их напряженно-деформированного / / Нефть и газ; Межвуз. сб. научн. тр. Уфа: УГНТУ, 1997,-с.123 - 125. . --11. Агапчев В.И., Видинсева Н.Г., Катков В.Е., Пермяков Н.Г., Виноградов Д.А.

Применение труб из термопластов в системах водоснабжения и канализации / / Сб. научн. тр. Архитектурно-строительного факультета.. - Уфа: УГНТУ, 1997.- с.56 - 60.

ВВЕДЕНИЕ

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ БАНКА ДАННЫХ ПО КОНСТРУКЦИЯМ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ ТРУБ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. База данных "TYPE".

1.2. База данных "KONSTR".

1.3. Изучение областей возможного применения полиэтиленовых и металлопластовых труб в строительстве.

1.3.1. Системы водоснабжения и канализации,

1.3.2. Система промышленных трубопроводов ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОУПРУГИХ НАПРЯЖЕНИЙ.В.ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДАХ.

2.1. Способы определения остаточных"-термоупругих напряжений

2.2. Результаты экспериментального определения термоупругих напряжений в трубах из полиэтилена. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОПЛАСТОВЫХ ТРУБ.

3.1. Анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния конструкций из композитных материалов.

3.2. Моделирование напряженно-деформированного состояния металлопластовой трубы.

3.3. Гидростатические и гидроциклические испытания образцов труб с соединениями.

3.4.Усоверженствание конструкции МПТ и прогнозирование и работоспособности.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОНТншА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ.

4.1. Систематизация технолгии процесса стыковой сварки полиэтиленовых труб и ее контроля

4.2. Совершенствование технологии монтажа полиэтиленовых трубопроводов.

4.3. Разработка технологии монтана металлопластовых труб

4.3.1, Традиционные методы стыковой сварки.

4.3.2. Разработка нового неразъемного соединения и технология его осуществления.

5, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ТРУБ ИЗ ТЕРМО- 92 ПЛАСТОВ. и Л. Технико-экономическое обоснование опытного внедрения 92 работы.

5,2. Технико-экономическая оценка применения труб из термопластов.

Основным направлением технического прогресса в строительстве является дальнейшая индустриализация строительных и монтажных работ на основе применения новых конструкторских и проектных решений, внедрения более эффективных и прогрессивных видов материалов и изделий, совершенствования технологии и организации производства, а также повышения качества строительно-монтажных работ»

Значительное снижение расхода металла, топлива и трудозатрат может быть достигнуто в результате более широкого использования пластмассовых труб, в частности в коммунальном водоснабжении и канализации, газовых распределительных сетях, В настоящее время в общем объеме потребления труб основное место занимают стальные трубы - 85%, в то время как в экономически развитых странах их доля не превышает 40-45%. Анализ эксплуатации трубопроводных систем показывает, что во многих случаях стальные трубы используются нерационально, их применение не обосновывается технологическими требованиями, и они могут быть заменены на неметаллические, из которых наиболее эффективными при диаметре до 200-250 мм являются трубы из полимерных материалов: полиэтилена, полипропилена, поливи-нилхлорида.

Перспективы применения пластмассовых труб в промышленном строительстве определены рядом директивных документов, которыми предусмотрено увеличение производства труб из полимерных материалов до 2000 года в 4-6 раз.

В перспективе следует ожидать, что дальнейшее развитие производства труб из полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида в России в области гражданского и промышленного строительства, будет происходить в направлении возрастания диаметров труб, расширения их диапазона по рабочему давлению и освоения труб новых конструкций, На эту тенденцию указывает мировой опыт производства и использования труб» Так международный стандарт Д50Н 161 и основанные на нем национальные стандарты (например, ФРГ, Норвегии, Финляндии) предусматривают использование труб из ПНД диаметрами до 2000 мм. В последнее время отдельные зарубежные фирмы предлагают программу труб, включающую трубы из полимерных материалов различных конструкций и соединительных деталей к ним диаметрами до 4000 мм.

Изготовление пластмассовых конструкций и труб, как правило. менее трудоемко и энергоемко, чем из других материалов. Они с успехом заменяют трубы и конструкции из легированных сталей, драгоценных металлов, бетона и дерева, позволял экономить промышленно важные материалы и стали, а в ряде случаев исключить проблему защиты от коррозии, что в 10-15 раз продлевает срок их службы по сравнению со стальными, в 8-10 раз уменьшить массу и не менее чем на 15-20% снизить расходы на транспорт.

Благодаря высокой коррозионной стойкости пластмассовых трубопроводов значительно повышается срок их службы в агрессивных средах. Так, например, при транспортировке 10'/. серной кислоты трубопровод из стали марки К18Н1ОТ выходит из строя через 1 год эксплуатации, трубопровод из полиэтилена - через 4 года, из винипласта -через 15 лет [11.

Кроме того, преимуществом трубопроводов из полимерных материалов перед металлическими является их большая пропускная способность, так как внутренняя поверхность большинства пластмассовых трубопроводов имеет меньшую шероховатость по сравнению со стальными. Так, при прочих равных условиях, пропускная способность пластмассового трубопровода диаметром 90 мм такая же, как стального диаметром 125 мм.

Пластмассовые трубы легко поддаются механической обработке, легко свариваются и склеиваются. Трудозатраты на изготовление и монтаж таких трубопроводов значительно ниже, чем стальных. Так, трудоемкость наиболее массовых операций - резки и сварки пластмассовых труб в 2-3 раза ниже, чем стальных. Трудозатраты на изготовление и монтаж полиэтиленовых или пропиленовых трубопроводов в 3-4 раза ниже, чем изготовление и монтаж трубопроводов из нержавеющей стали.

Производство и применение пластмассовых труб во всех странах непрерывно растет, и специалисты считают, что такая тенденция сохранится в будущем, Из множества видов термопластов преимущественное применение для производства труб получили полиолефины и неп-ластифицированный поливинилхлорид.

Напорная труба является типичным примером использования термопластов в качестве конструкционного материала. Срок службы трубопроводов, например систем подачи и распределения воды, составляет десятки лет и должен быть соизмерим с долговечностью зданий и сооружений, Успех такого применения предопределяется спецификой механических свойств полимерных материалов и труб из них. При этом в первую очередь имеется в виду ярко выраженная температурно-вре-менная зависимость механических свойств термопластов и возникающая в связи с этим проблема длительной прочности, ползучести и релаксации напряжений,

В связи с этим в диссертации с учетом современного представления о длительной прочности и ползучести полимерных материалов и анализа условий работы и основных схем нагружения трубопроводов излагаются вопросы несущей способности пластмассовых труб и разработка технологии их монтажа.

Главным качественным показателем напорных труб и соединений является их несущая способность, поэтому контроль качества элементов трубопровода в конечном счете свидится к оценке их несущей способности. Несущая способность пластмассовой трубы определяется двумя характеристиками: длительной прочностью и деформацией ползучести. В зависимости от конкретных условий нагружения трубопровода и природы полимера определяющим является один из указанных показателей. В работе сформулированы принципы и критерии и описаны методы контроля качества труб и соединений.

Несмотря на возрастающий объем применения пластмассовых труб, с о е д и н е н и я и х м а л о и с с л е д о в а. н ы: ре ж и м ы п о л у ч е н и я с о е д и н е н и й, конструктивное оформление элементов соединений, технология их выполнения разработаны недостаточно. Этим объясняется подробное изложение в диссертации материала по стыковым соединениям.

Рассматриваются пути расширения пределов применения пластмассовых труб по температуре и давлению. Особый интерес представляет повышение несущей способности пластмассовой трубы за счет ее армирования, Анализируется влияние температурного и временного факторов на взаимодействие полимерной матрицы с армирующим каркасом ме-таллопластовой трубы.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является разработка технологии сооружения трубопроводов из полимерных материалов в промышленном и гражданском строительстве.

ОСНОВНЫМИ ЗАДАЧАМИ исследований явились:

1. Обоснование областей эффективного применения труб и путей расширения пределов рабочих температур и давлений:

2, Усовершенствование технологии монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб.

- б

3. Экспериментальное исследование несущей способности трубопроводов из полиэтиленовых и металлопластовых труб,

4, Разработка технологии монтажа трубопроводов из металлопластовых труб с равнопрочными с телом трубы соединениями.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Исследована несущая способность полиэтиленовых и металлопластовых труб.

2, С целью повышения надежности системы трубопроводов из металлопластовых труб создано равнопрочное с телом трубы неразъемное соединение.

3. Разработана технология монтажа трубопроводов из металлопластовых труб с неразъемными соединениями,

4, Оптимизирована конструкция металлопластовой трубы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

1. Систематизирован и составлен банк данных по конструкциям и зк с п л у а т а ц и о н н ы м с войства м труб и з п о л и м ерны х матер и а л о в.

2. Усовершенствована и внедрена в производство технология монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб,

3. Разработана и внедрена в производство технология монтажа трубопроводов из металлопластовых труб с неразъемными соединениями

4. С учетом требуемого рабочего давления произведен расчет опт и м а л ь но й к о нстру к ц и и м е т а л л о п л а с т о в о й трубы. К о н с т ру к ц и я с ра с ч и-танными параметрами внедрена в производство.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Результаты разработки легли в основу "Инструкции по применению полиэтиленовых труб при сооружении трубопроводных коммуникаций" и "Инструкции по применению труб термопластовых армированных металлической сеткой при сооружении трубопроводных систем", утвержденных Госстроем РБ, а также ТУ 2248-96 "Трубы метадлопластовые и соединительные детали к ним" и РД по монтажу трубопроводов из МПТ.

По разработанным технологиям монтажа полиэтиленовых и металлопластовых трубопроводов построены и успешно работают газо- и нефтепроводы во многих НГДУ АНК "Башнефть", а также Объединения "Нижневаптовскнефтегаз". АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения работы докладывались на конференциях молодых специалистов и ученых УГНТУ, Всероссийской научно-практической конференции "Новые высокие технологии и проблемы реструктури 7 ривания и приватизации предприятий" (г.Екатепинбург-95 ), Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России", первом Международном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности" (г.Тюмень-96). Комплекс разработок, выполненных при непосредственном участии автора, экспонировался на международной выставке "Нефть и газ" (Уфа, апрель 1996г. ).

ПУБЛИКАЦИИ, Основные положения диссертации изложены в 18 печатных работах.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ,

Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных разделов, выводов и рекомендаций; включает список литературы из 80 наименований и 6 приложений, 20 рисунков и 19 таблиц. Объем работы составляет 141 страниц машинописного текста.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1, Разработана, расчетная модель для оценки напряжений в монтируемом полиэтиленовом трубопроводе при укладке трубы в траншею и при засыпке ее грунтом. Предлагается расчет геометрических параметров дуги укладываемого трубопровода из полиэтилена, изогнутого в виде "змейки",

2, Выполнены экспериментальные работы по оценке остаточных термоупругих напряжений в полиэтиленовых трубах и даны рекомендации по учету этих напряжений пои укладке трубопровода и его эксплуатации ,

3, Даны рекомендации по совершенствованию технологии монтажа полиэтиленовых трубопроводов,

4, Разработана конечноэлементная модель металлопластовой трубы СМПТ), при помощи которой было исследовано напряженно-деформированное состояние МПТ при рабочем давлении и проведены численные исследования на ЭВМ * Результаты исследования показали:

- наиболее напряженным элементом конструкции является арматура в окружном направлении:

- шаг армирующей сетки в окружном направлении несущественно влияет на напряженно-деформированное состояние труб и может задаваться из конструкционных соображений. Наиболее существенное влияние оказывает шаг арматуры в продольном направлении.

5, Разработана и внедрена в производство технология монтажа трубопроводов из металлопластовых труб, а также равнопрочное с телом трубы неразъемное соединение МПТ, По результатам разработки соединения получен патент,

6, Полученные в результате исследований рекомендации по монтажу полиэтиленовых трубопроводов позволят повысить качество стыковки труб, повысить надежность монтируемых трубопроводов с учетом мер по уменьшению остаточных напряжений в трубах, увеличить производительность монтажа трубопроводов,

7, Результаты исследований металлопластовых трубопроводов позволили получить рекомендации по усовершенствованию конструкции металлопластовых труб, по прогнозированию их работоспособности и способствовали развитю промышленного производства МПТ в Башкирии и более широкому внедрени МПТ в том числе и в отрасли гражданского и про

- 100 мышленного строительства. По результатам работы даны предложения по расширению применения полиэтиленовых и металлопластовых труб в Министерство строительства и жилищной политики РБ,

8, Опытное внедрение разработок автора - система очистки северного водозабора из ПЭ труб С г,Нфа) и ПЭ газопровод протяженностью 7 км СдЛарказы Ермекеевского р-на) позволило получить по сравнению со стальными трубами экономию о т.п. на 1 км в ценах 1991 г., а также строительство опытного трубопровода из МПТ протяженностью 6.5 км (НГДУ "Краснохолмскнефть") позволило получить экономический эффект 8856 т.п. на 1 км в ценах 1995 г., что подтверждено справкой о внедрении,

9. Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов работы в Республике Башкортостан составит 500 т.р. в год.

1. Лобанов Л.М., Касаткин B.C., Пивторак В.А., Андрушенко С.Г, Определение остаточных напряжений методом голографической интерферометр и и с и с п о л ь з о в а н и е м о д н о й г о л о г ра мм ы. // Докл. АН СССР.•! О О "7 М 7 С К Т

2. X О и J , II ü . — J J { — J О i L. .

3. Рассоха A.A. Исследование технологических остаточных напряжен и й м е т о да м и г о л о г ра фи ч е с к о й и с п е к л.-и нтерфером е т р и ч е с к о й диагностики.// Проблемы прочности, 1983, N 1.- 111-115 с.

4. Джонсон К, Механика контактного взаимодействия, М,: Мир, 1989,- 510 с,

5. Винокуров В.А,, Григоряну Г.А. Сварочные деформации напряжения. М.: Машиностроение, 1984,- 280 с.

6. Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х. Методы акустического контроля металлов. / Под ред. Алешина Н.П. М.: Машиностроение, 1989,- 456 с.

7. Гуща. О.И., Махорт Ф.Г., Чернооченко A.A. Применение акус-тоупругости объемных и поверхностных волн для определения напряжений, // Технология остаточных напряжений. Матер. 3 Всес. симпозиума, М., 1988,- 134-141 с.

8. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение. 1988.- 272 с.

9. Амбарцумян С.А. Общая теория анизотропных оболочек. М.: Наука, 1974,- 446 с.

10. Алфутов H.A. Зиновьев П,А., Попов Б,Г, Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М,: Машиностроение, 1984,- 446 с.

11. Болотин В.В., Новичков Ш,Н, Механика многослойных конструкций, М,: Машиностроение, 1980,- 375 с.

12. Ганеева М,С, Основные нелинейные соотношения уточненной теории многослойных ортотропных нетонких оболочек. // Статика и динамика, оболочек 1 977. Вып. 8,- 19-31 с.

13. Дудченко A.A., Лурье С.А., Образцов И.Ф. Анизотропные многослойные пластины и одолочки. /7 Итоги науки и техники: сер. механика деформируемого твердого тела, т. 15. М.: ВИНИТИ, 1983.— 3-68 с,

14. Елпатьевский А.Н., Васильев В.В. Прочность цилиндрических конструкций из армированных материалов. М.: Машиностроение, 1972,- 108 с,

15. Королев В.И. Слоистые анизотропные пластины и оболочки из армированных пластмасс. М.: Машиностроение, 1905,- 272 с.

16. Пластинки и оболочки из стеклопластиков. / В.Л.Башанов, И. И.Гольденблат, В. Р. .Копнив и др.; М.: Высшая школа, 1970,- 407 с,

17. Родионова В,А. Теория тонких анизотропных оболочек с учетом поперечных сдвигов и обжатия. Л.: ЛГУ, 1983,- 116 с.

18. Тарнопольский И.М., Розе А.В. Особенности расчета деталей из армированных пластмасс. Рига: Зинатне, 1969,- 274 с.

19. Тетере Г.А. Пластины и оболочки из полимерных и композиционных материалов. Обзор. // Механика полимеров, 1977, N 4 -486-492 с.

20. Стриковский Л.Л., Стриковская Г.Г. Пути улучшения качества и эксплуатационных свойств металлопластовых труб. /'/ Сб. Строительство в атомной промышленности, 1984, N 1, ДСП.

21. Агапчев В.И., Катков В.Е., Штанев С.Л., Виноградов Д. А., Пермяков Н.Г. Конечнозлементная модель металлопластовой трубы. // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: сб. научных трудов ИПТЗР, Уфа 1995,

22. Тиме Г., Кауфхольд Р., Лаутеншлегер П. Сварка пластмасс. -М.: Стройиздат, 1 987.- 120 с.

23. Руководство по технологии монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб на нефтегазопромыслах. / ротапринт ВНИИСПТнефти,1. П О Л 1 с г.1 ич , ьЗ С ,

24. Басов Н.И., Любартович В.А., Любартович С.А. Контроль качества полимерных материалов. М.: Химия, 1990.- 58 с.

25. Кайгородов Г.К., Логинов B.C. Полиэтиленовые подземные га„ т, . m т . ц . .) n Q 4 ? qd О и и е Lc ! и . — J i , . П8 » иа , i j J i , — JO С,б, Металлополимерные материалы и изделиялого M,I Химия, 1979.- 105 с.

26. Зайцев К,И. Контактная сварка пластмасс в строительстве. -М.: Стройиздат, 1982.- 60 с.

27. Логинов B.C. Строительство газопроводов из неметаллических труб. М.: Стройиздат, 1978.- 151 с.

28. Инструкция по эксплуатации и ремонту полиэтиленовых газопроводов. Саратов: ротапринт Гипрониигаз, 1987.- 21 с.

29. Аксенова. Г.В., Кашковская Е.А. Контроль качества сварных соединений труб из полиэтилена по характеру разрушения при осевом растяжении. // Автоматическая сварка, 1980, N2,- 51-63 с.

30. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на. языке Бейсик для персональных ЭВМ. // Справочник. М.: Наука,4 поп "> л >"> пi j .| .j , — li и с

31. Ехлаков C.B. Расчет параметров полиэтиленовых трубопроводов, прокладываемых в виде "змейки". // Пластические массы, 1988, N2.- 54 с.

32. Виноградов Ю.Г., Орлов К,С., Попова Л.А. Материаловедение для монтажников внутренних санитарно-технических систем, оборудования и машинистов строительных машин. М.: Высшая школа, 1987.64 с.

33. Сладков A.B. Проектирование и строительство наружных сетей водоснабжения и канализации из плластмассовых труб. -М.: Стройиздат, 188.- 208 с.

34. ГОСТ 18599-83 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия.

35. ГОСТ 24157-80 Трубы из пластмасс. Метод определения стойк'пгттл пли ППГТПаНнПМ янптпрннрм пяп прнмм

36. ANSI/ASTM D2992-77 Obtaining hypostatic design basis for reinforced, thermosetting resin pipe and fittings.

37. API Specification for line pipe, polyethylene line pipe.

38. ГОСТ 25,601-80 Методы механических испытаний композиционны х м а т е риа л о в с п о л и м ернои м а т ри ц е и iко м п о з и т о в j

39. Агапчев В.И., Виденеева Н.Г., Катков В.Е., Пермяков Н.Г. Технология применения и технические средства для монтажа металлоп-ластовых труб. // Новые высокие технологии: тез. докладов Всероссийской научно-технической конференции, Екатеринбург 1995.

40. Агапчев В.И,, Пермяков Н.Г., Виноградов Д.А,, Катков В.Е. Пластмассовые трубы и их работоспособность в условиях нефтегазоп-ромыслов. /7 Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: сб. научных трудов ИПТЗР, Уфа 1995.

41. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов. /' под ред. А.Н.Шестопала и В.С.Ромейко /7 Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1985,- 231 с.

42. Шмелева И.А., Тарпинский В.Д., Иейнкин М.З. и др. Свароч-но-монтажные работы при строительстве трубопроводов.' // Справочник. М,: Недра, 1990,- 142 с,

43. Давыдов 10. С., Воронина. М.П., Гольянова Е.С., Евтушенкова Н.Н., Шапиро Г.И. Химическая стойкость труб из термопластов. Каталог, Черкассы, 1981.

44. ТУ 2248-96 Трубы металлопластовые и соединительные детали к ним.

45. НПЦ 1.00.000 ТО Стенд для гидравлических испытаний металлопласт овых труб с законцовками.

46. СНиП 3.05,04-85 Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации.

47. СН 478-80 Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб.

48. Агапчев В.И., Виденеева Н.Г., Виноградов Д.А,, Катков В.Е, Пев м я ко в Н.Г. П р и м е не ни е мет а л л о п л а с т о в ы х труб . // Проблемы нефтегазового комплекса России: тез. докладов Всероссийской научно-технической конференции, Уфа. 1995.

49. Пермяков Н.Г., Веклова Л.И., Шматова М.Ф. Эффективность применения пластмассовых труб. // Методы и средства эффективной эксплуатации трубопроводов. // труды ВНИИСПТнефть 1990 г.- 100с.

50. Пермяков Н.Г. и д.р. Способ муфтового соединения труб. Патент РФ Н 2111397, БИ Н 14 от 20.05.98 г.