Разработка методики прогнозирования изменения температурных полей и тепловой осадки нефтепровода на участках с многолетнемерзлыми грунтами Маленов А. А. аспирант кафедры Ои. Ф ННГАСУ
Основные причины возникновения аварий на магистральных трубопроводах (данные 2008 года) Наиболее распространенная причина возникновения аварий на магистральных трубопроводах (34, 7%) – внешние воздействия в виде деформаций массива грунта, окружающего трубопровод и природных катаклизмов.
Особенности эксплуатации магистральных трубопроводов в вечной мерзлоте При эксплуатации магистральных трубопроводов в условиях вечной мерзлоты, в особенности при подземной прокладке в сильнольдистых многолетнемерзлых грунтах в результате техногенных геокриологических процессов, связанных с оттаиванием мерзлых грунтов, возникают значительные горизонтальные и вертикальные деформации трубопроводов, приводящие к появлению напряженных участков.
Методика прогнозирования тепловой осадки трубопровода Для своевременного принятия мер по предотвращению возникновения недопустимых деформаций трубопровода при прокладке его в вечномерзлых грунтах необходима методика, позволяющая спрогнозировать тепловые осадки и деформации окружающего трубопровод грунтового массива и, как следствие, самого трубопровода. В рамках данного вопроса следует решить следующие задачи: n n n Анализ изменения температурных полей в массиве грунта в результате действия отепляющего эффекта трубопровода. Определение физических характеристик грунтовых элементов в зависимости от их температурного режима. Определение осадок и деформаций окружающего трубопровод грунтового массива с использованием полученных характеристик грунтовых элементов.
Методика анализа изменения температурных полей в массиве грунта В сложной среде, которой является грунт, перенос тепла осуществляется всеми видами теплообмена: кондуктивным, конвективным и лучистым. В данной задаче с целью упрощения лучистый теплообмен не учитывается Учитываемые виды теплообмена в грунте Кондуктивный (уравнение Фурье) Конвективный при фильтрации воды (уравнение Фурье-Кирхгофа)
Использование программного комплекса DAM-3 D для анализа изменения температурных полей в массиве грунта Для определения температурных полей в массиве грунта наиболее перспективным является использование программного комплекса DAM-3 D. Исходными данными для расчета являются трехмерная твердотельная модель исследуемого участка и теплофизические характеристики грунтов. Программный комплекс позволяет: n проанализировать температурно-фильтрационный режим массива грунта; n оценить динамику развития температурно-фильтрационного процесса; n рассмотреть различные сценарии эксплуатации замораживающей системы.
Результаты анализа изменения температурных полей в массиве грунта В результате расчетов для заданных сечений строятся температурные профили.
Определение физических характеристик грунтовых элементов в зависимости от их температурного режима Для определения тепловых осадки и деформаций окружающего трубопровод грунтового массива требуется определить зависимость некоторых физических характеристик грунтов от температуры: Модуль упругости Сцепление Угол внутреннего трения Eref сref к. Н/м 2 Нахождение данных зависимостей является одной из основных задач, требующих скорейшего решения для реализации методики. Найденные физические характеристики грунтов используются для формирования массива грунтовых элементов.
Определение осадок и деформаций окружающего трубопровод грунтового массива с использованием полученных характеристик грунтовых элементов Для расчета осадок и деформаций грунтового массива наиболее перспективным является использование программы Plaxis. Программа Plaxis предназначена для расчетов напряженнодеформированного состояния комплексных геотехнических систем методом конечных элементов в условиях плоской и осесимметричной задачи.
Выбор модели грунта Программа Plaxis включает в свой состав несколько моделей грунта: Модели грунта программы Plaxis Модель Кулона-Мора Модель упрочняющегося грунта Модель ползучести слабого грунта Для решения задачи определения осадок и деформаций грунтового массива была выбрана модель Кулона-Мора. Выбор данной модели обусловлен набором характеристик грунта, требующихся для расчета. Модель Кулона-Мора – упругопластическая модель, содержащая 5 основных параметров: E и ν – параметры упругости грунта, с и φ – параметры прочности грунта, ψ – угол дилатансии.
Результаты определения осадок и деформаций грунтового массива
Выводы Предложенная методика прогнозирования изменения температурных полей и тепловой осадки нефтепровода на участках с многолетнемерзлыми грунтами позволяет производить оперативное прогнозирование тепловой осадки трубопровода в процессе его проектирования и эксплуатации с учетом изменения режимов его работы.
Скачать презентацию Разработка методики прогнозирования изменения температурных полей и тепловой
653b168d716ab58263dc4f0abb4ebff4.ppt