The problems relating to assessment of pipelines operated in the permafrost were analyzed and the need to resolve them was justified. Possible methods and software tools allowing the systematic approach implementation to forecasting the stress state of pipelines were presented. The strength prediction algorithm of main pipelines upon deformation due to the soil subsidence in the thawing areoles in permafrost sections was shown. The calculation of thawing and subsidence zone is based on existing rules with adaptation to underground pipelines. For operation safety control the alternative calculations of main oil pipeline durability for real conditions of the route section in the Amur region district have been executed.
pipeline, permafrost, thawing areole, pipeline subsidence, deformation zone, swag, stress-strain state, operation safety insuring, structural strength.
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.
