Почему так важны гидродинамические расчеты для трубопроводных систем

4 0
0

Морской трубопровод – связь между нефтяными месторождениями и наземными разработками углеводородов. Прокладка трубопроводов без траншей «на дно» позволяет значительно снизить стоимость монтажа. Однако существует много критических проблем со стабильностью конструкций нижних трубопроводов. Некоторые прорывы в системе во время сильных ураганов объясняются чрезмерным перемещением из-за явления нестабильности на дне

Морской трубопровод – связь между нефтяными месторождениями и наземными разработками углеводородов. Прокладка трубопроводов без траншей «на дно» позволяет значительно снизить стоимость монтажа. Однако существует много критических проблем со стабильностью конструкций нижних трубопроводов. Некоторые прорывы в системе во время сильных ураганов объясняются чрезмерным перемещением из-за явления нестабильности на дне.

Устойчивость на дне является ключевым аспектом требований к безопасности сооружений. Трубопроводы на морском дне могут иметь большие смещения под воздействием морской среды, что может привести к нестабильности и разрушению конструкции. Повреждение трубопровода приведет к экономическим потерям и серьезным экологическим последствиям. Следовательно, для обеспечения устойчивости системы крайне важно оценить ее целостность в наихудших возможных условиях окружающей среды.

Методы анализа гидродинамики трубопроводных системы

Традиционные методики анализа устойчивости трубопроводов приводят к консервативным расчетам. Анализ динамической устойчивости более точно моделирует нелинейные характеристики подводных трубопроводов во времени и описывает реальные динамические свойства трубопровода в рабочих условиях, что часто приводит к менее строгим требованиям к стабилизации.

Трубопроводы, лежащие на морском дне, смещаются в боковом направлении под действием гидродинамических нагрузок как от волн, так и от установившихся течений. Нестабильность трубопровода приводит к повреждению системы. Очень важно обеспечить устойчивость трубопровода в наихудших возможных условиях окружающей среды.

Для анализа устойчивости на дне используются обычно три метода проектирования:

  • Метод абсолютной устойчивости обеспечивает «абсолютную статическую устойчивость» с нулевым смещением, чтобы гарантировать, что гидродинамические нагрузки, действующие на трубу, меньше сопротивления грунта. Гидродинамические нагрузки рассчитываются с использованием профиля течения и регулярного волновода.
  • Обобщенный анализ устойчивости гарантирует отсутствие разрыва для «практически стабильной» трубы, допускает небольшие смещения (примерно менее половины диаметра трубы), использует пассивное сопротивление грунта и гарантирует, что труба не расколется. Этот метод допускает некоторое смещение, ограниченное примерно половиной диаметра трубы.
  • Анализ динамической устойчивости учитывает «накопленные смещения», когда труба может вырываться из полости (и возвращаться в нее). Сопротивление грунта зависит от истории перемещений труб.

Преимущества использования динамического анализа заключаются в том, что он обеспечивает гораздо лучший способ оценки реакции трубопровода путем применения подходящих моделей гидродинамической нагрузки и взаимодействия с грунтом, а также более точно определяет необходимые требования к устойчивости для обеспечения безопасности трубопровода под действием нерегулярных волн и устойчивых колебаний.

Учет влияния случайных факторов при анализе надежности повышает безопасность добычи нефти и газа. Подход к проектированию надежности также позволяет более адекватно оценивать различные неопределенности (включая сопротивление грунта и погодные условия), относящиеся к устойчивости трубопровода.

Использование волнового уравнения Моррисона

При традиционном проектировании морских трубопроводов устойчивость сооружения на дне рассчитывается при помощи уравнения Моррисона. Согласно этой системы уравнений, трубопроводы спроектированы таким образом, чтобы удовлетворять двум условиям устойчивости: погруженный вес трубы должен быть больше подъемной силы, а горизонтальная сила трения обязана превышать объединенные силы сопротивления и инерции.

Обычно используются фиксированные гидродинамические коэффициенты (сопротивление, подъемная сила и инерция) для расчета устойчивости трубы. Однако из-за неровной топологии морского дна, между трубой и морским дном может существовать зазор. В таком случае коэффициенты силы зависят также от времени ламинарных и турбулентных характеристик пограничного слоя.

Можно сделать вывод, что уравнение Моррисона не описывает точно силы для комбинированного волнового и установившегося течения. Фактические измеренные силы значительно отличаются от сил, рассчитанных с использованием уравнения Моррисона. Хотя волновое уравнение упрощает компьютерное вычисление для целей проектирования, это очень консервативный подход, приводящий к высокой стоимости строительства морских сооружений.

Глубокое понимание гидродинамического поведения трубопроводной системы необходимо для обеспечения недорогой, безопасной и надежной системы. С помощью курса «Гидродинамические расчеты для трубопроводных систем» можно расширить понимание гидродинамического поведения трубопроводных систем и научиться самостоятельно выполнять базовый анализ нагнетания.

Знания помогут участникам избежать таких проблем, как образование гидратов и коррозии или проблем с запуском/остановкой сооружения, также рассматриваются несколько важных проблем при обеспечении бесперебойного режима потока по трубопроводу. Обучение могут пройти инженеры систем трубопроводов, руководители, консультанты, подрядчики и поставщики услуг в этой отрасли.

Поделиться

{{ count }} комментариев

Сначала интересные
Сначала новые
Подписки
Рекомендуемые статьи
Аддитивные технологии: свобода дизайна и массовая кастомизация
22.06.2021
Аддитивные технологии: свобода дизайна и массовая кастомизация
Аддитивные технологии(АТ) — это группа методов автоматизированного производства сложных трехмерных объектов на...
Как помогает промышленный интернет вещей производствам, а в чем его опасность?
22.06.2021
Как помогает промышленный интернет вещей производствам, а в чем его опасность?
Под промышленным (индустриальным) интернетом вещей (IIoT) подразумевают объединение производственных объектов...
Пандемия и удаленная работа. Как с этим справляются промышленные предприятия
14.06.2021
Пандемия и удаленная работа. Как с этим справляются промышленные предприятия
Текущая вспышка COVID-19 создала беспрецедентную ситуацию на планете. Государство старается принять ряд мер, направленных...