1.2. Содержание проектной работы

В составе дипломного проекта необходимо выделить четыре блока системообразующих компонентов, в дальнейшем будущих именоваться разделами дипломного проекта.

Во введении кратко дается актуальность выбранной темы, обосновываются недостатки или неэффективность применяемого ранее проектного решения. Например, выбран дипломный проект с названием «Разработка проекта на реконструкцию опор технологических трубопроводов компрессорных станций для условий сезонного пучения грунтов». Очевидно, что актуальность работы обусловлена тем, что существующие опоры по причинам сезонного пучения грунтов не подходят для эксплуатации.

Актуальность выбранной темы обосновывается следующим образом. Технологические трубопроводы КС по сравнению с линейной частью имеют ряд важных особенностей, главные из которых:

• крайне тяжелые последствия в случае аварии на технологических трубопроводах КС;

• эксплуатация проходит в более жестких условиях: постоянная вибрационная нагрузка, знакопеременные температурные деформации, значительное число повторно-статических нагрузок (стравливание, заполнение контуров, сезонное перемещение опор и т.д.);

• низкая пригодность трубопроводов КС для диагностирования (контроля), связанная с большими материальными и трудовыми затратами, вследствие того, что трубопроводы КС являются сложной технологической системой, включающей запорную арматуру, тройники, отводы, переходники, опорные конструкции, многослойное вибро-, шумо-, изоляционное покрытие, множество сварных соединений и т.д.

СНиП 2.05.06-85 учитывает эти особенности – трубопроводы на промплощадках КС относятся к категории «В», поэтому при их проектировании закладывается повышенный запас прочности.

Однако эксплуатация в нерасчетных режимах, например, при просадках опор, коллекторов и т.д., может приводить к форсированному развитию дефектов. При просадке или разрушении опор возникают дополнительные продольные растягивающие напряжения, сконцентрированные преимущественно в нижней части труб над разрушенной опорой и в верхней части трубопровода в области рабочих опор, которые склонны к разрушению из-за выросшей на них осевой нагрузки. Кроме того, изменяется длина пролета надземного трубопровода, что в условиях вибраций от оборудования и ветровых нагрузок приводит к неконтролируемым колебаниям трубопровода. При этом часть гармоник колебаний может совпадать с частотой собственного резонанса трубопровода, что обуславливает появление скрытых дефектов, рост усталостных трещин, появляющихся в зоне трения труб об опоры и в сварных соединениях.

Мероприятия, которые реализуют службы эксплуатации трубопроводов КС (например, установка металлических подкладок под опоры или регулируемых по высоте опор) не всегда достигают требуемого эффекта, т.к., во-первых, они носят временный характер, во-вторых, нет четко установленных критериев работы опоры, которые можно контролировать во время регулирования ее высоты.

Все вышесказанное предопределяет необходимость разработки проекта на реконструкцию опор, позволяющего обеспечить постоянную и, главное, строго нормируемую реакцию при незначительном вертикальном перемещении трубопровода относительно грунта (или наоборот), тем самым гарантировать расчетный режим работы трубопровода, повысить надежность его эксплуатации и предотвратить разрушение опор. Таким образом, намечается переход от актуальности работы к постановке цели и задач.

Первым разделом дипломного проекта является «Технологическая часть». Она включает формулировку темы (с доказательствами ее актуальности) и цели проекта. В этот же раздел входит и анализ состояния вопроса (краткое описание процессов и оборудования, опыт решений по реализации поставленной в дипломном проекте цели и аналогичным проблемам), завершающийся формулировками цели проекта и определения задач, решение которых позволяют этой цели достигнуть. В технологическую часть так же включается определение исходных данных к проектированию.

Примерное наполнение раздела выглядит следующим образом:

1 Технологическая часть

1. Актуальность выбранной темы проекта

   1. Обобщение результатов оценки технического состояния опор на компрессорной станции №10 ООО «Газпром трансгаз Ухта».

   2. Виды неисправностей опор обвязки технологических трубопроводов

   3. Цель и задачи проекта

2. Известные проектные решения, применяемые на технологических трубопроводах компрессорных станций.

   1. Общие принципы выбора оптимальной конструкции опоры

   2. Типы опор

   3. Конструкции опорных частей

   4. Требования государственных и отраслевых стандартов к опорам

3. Разработка типового проекта на реконструкцию опор

   1. Расчетное обоснование местоположения опоры

   2. Расчет опоры на прочность

   3. Расчетное обоснование заглубления опоры в грунт

4. Технология производства работ

   1. Проект производства работ

1.4.1.1 Стройгенплан

1.4.1.2 Производство основных строительных работ

1.4.1.3 Потребность в машинах и механизмах. Трудовые ресурсы

1.4.1.4 Календарный план и сроки производства работ

1.4.1.5 Контроль качества работ и испытания

1.4.2 Демонтаж трубопровода

1.4.3 Установка опор

1.4.4 Монтаж трубопровода

1.4.5 Монтаж гидро- и шумо – изолирующего покрытия

В разделах 1.1.1 и 1.1.2 приводятся результаты натурных обследований опор технологических трубопроводов обвязки нагнетателей КС-10, -11, -12 и –13 ООО «Газпром трансгаз Ухта», общим количеством 1431 шт. (Здесь дается ссылка на источник информации цифрой в квадратных скобка, цифра соответствует номеру источника в библиографическом списке. Например, в библиографическом списке под позицией 14 значится: Отчет № 1925 отдела ПНМГ филиал ООО ВНИИГАЗ – Севернипигаз: Агиней Р.В., Кузьбожев А.С., Бирилло И.Н. / Разработка новой конструкции опоры надземных технологических трубопроводов компрессорных станций. - 96 с.) [14] В результате критического анализа сделан вывод о том, что свободноподвижные опоры являются наиболее массово применяющимися на ТПО нагнетателей обследованных КС: общее количество обследованных опор 1107 ед. (77,3%). Среди данного типа опор имеется наибольшее количество неисправных - 47 ед. или 4,2% от общего количества свободноподвижных опор. Основная причина неудовлетворительного состояния опор - наличие зазора между трубой и опорой, который появляется во время сезонных подвижек грунтов.

На основании критического анализа в разделе 1.1.3 сформулирована цель настоящей работы – разработать проект реконструкции опор технологических трубопроводов компрессорных станций, обеспечивающих постоянство реакции на трубопровод и гарантирующей долговременную безопасную эксплуатацию трубопровода в условиях сезонного перемещения опор.

На основе поставленной цели сформулированы задачи. Т.е. для достижения поставленной цели необходимо последовательно решить следующие задачи:

– выполнить анализ конструкций опор технологических трубопроводов, применяемых на КС ООО «Газпром трансгаз Ухта»;

– классифицировать основные типы нарушений работоспособности опор трубопроводов КС ООО «Газпром трансгаз Ухта»;

– выполнить обзор патентной литературы по направлению исследования;

– разработать типовой проект на реконструкцию опор технологических трубопроводов компрессорных станций;

– выбрать и обосновать конструкцию опоры, обеспечивающей постоянство реакции на трубопровод;

– выполнить расчетное обоснование прочности предлагаемой опорной конструкции;

– разработать технологию монтажа опоры, способа регулирования необходимой реакции на трубопровод;

– оценить экономическую эффективность предлагаемого технического решения.

В разделе 1.2 представлены известные проектные решения, применяемые на технологических трубопроводах компрессорных станций.

В разделе 1.2.1 представлены общие принципы выбора оптимальной конструкции опоры. Представлены сведения о том, что конструкция опор зависит не только от метода прокладки и прикладываемых к опорам усилий, но и от ряда других факторов, например, от материала, грунтовых и топографических условий, высоты опор, метода производства работ.

В разделе 1.2.2 приводятся типы опор, применяемые для прокладки надземных трубопроводов:

– плитные опоры – для усиления основания под трубопроводом на крайних опорах;

– свайные опоры – в слабых или вечномерзлых грунтах;

– рамные опоры и опоры на стойках – когда затруднено погружение свай, не требуется большого заглубления опор;

– опоры из блоков – на плотных грунтах с малым заглуб­лением;

– монолитные опоры из бутовой кладки, бутобетона и других материалов при наличии местных материалов, а также при разнотипности опор.

В разделе 1.2.3 приводятся типы опорных частей, с помощью которых производят крепление трубопровода к опорам:

– продольно-подвижные, допускающие перемещение трубопровода лишь вдоль его оси (скользящие, катковые, роликовые, подвесные, перемещающиеся за счет применения качающихся стоек или изгиба опор при шарнирном креплении трубопровода);

– свободноподвижные, позволяющие трубопроводу перемещаться в любом направлении в горизонтальной плоскости (скользящие, роликовые);

– неподвижные - анкерные с жестким креплением трубопровода к опоре, вращающиеся на вертикальной оси.

В разделе 1.2.4 приводятся требования ОСТ 36-146-88 «Опоры стальных технологических трубопроводов», которым руководствуются при проектировании опор трубопроводов КС.

Стандарт устанавливает классификацию, основные параметры, размеры, технические требования, комплектность, правила приемки, методы испытаний, требования к маркировке, упаковке, транспортированию, хранению опор.

В разделах 1.3 и 1.4 представлены сведения по разработке типового проекта на реконструкцию опор с расчетным обоснованием местоположения опоры, расчетом опоры на прочность, расчетным обоснованием заглубления опоры в грунт. Представлены этапы технологии производства работ. Эти разделы обычно берут из типовых проектов на реконструкцию на предприятиях, которые эксплуатируют данные объекты. Какой-либо новизны или оригинальных технических решений в данных разделах, как правило, не требуется.

Второй раздел дипломного проекта – «Специальная часть» – включает в себя оригинальное решение поставленных задач.

Начинаться раздел должен с обзора и анализа известных технических решений по реализации цели, заявленной для объекта проектирования. Сюда же обязательно необходимо включить патентный поиск по данному вопросу. Обзор и анализ необходимо заканчивать сводной таблицей по патентному поиску, выводом, о наиболее перспективном для разработки в проекте изобретении, а так же выбором и обоснованием нового проектного решения, оригинального и отражающего точку зрения автора на выбранную для дипломного проекта проблематику. Критериями для выбора проектного решения могут служить: снижение материалоемкости, трудоемкости, долговечность, надежность, технико-экономическое обоснование и т.д.

Если действительно новое решение определить не удается, автор должен обоснованно выбрать известное решение, рассмотрев весь спектр известных решений, выделив их достоинства и недостатки и отсеяв на его взгляд малоперспективные или неприменимые для поставленных условий варианты, т.е. выбрать оптимальный.

Далее, выбранное решение необходимо проработать технически: описать технологию, устройство и конструкцию оборудования, определить основные параметры и т.д. В разработку технико-технологических решений обязательным образом включается расчетное обоснование проекта. Особое внимание следует уделить расчетному обоснованию предлагаемого автором проекта решения.

Например:

В дипломном проекте «Разработка проекта на реконструкцию опор технологических трубопроводов компрессорных станций для условий сезонного пучения грунтов» повышение работоспособности опор достигается за счет применения оригинальной самокомпенсирующейся опоры.

В расчетном обосновании, кроме общепринятых для опор расчетов необходимо представить расчет параметров деталей предлагаемого устройства.

В данном случае специальная часть может выглядеть следующим образом:

2 Специальная часть

2.1 Выбор и обоснование проектного решения

2.1.1 Анализ известных технико-технологических решений

2.1.2 Патентные исследования

2.2 Разработка технико-технологических решений

2.2.3 Расчетное обоснование предлагаемого решения

2.2.3.1 Сбор нагрузок на опору

2.2.3.2 Расчет сечения компенсирующих рычагов

2.2.3.3 Проверочный расчет на прочность

2.2.3.4 Расчет основания

2.2.3.5 Выбор и обоснование материалов

2.2.3.6 Технология изготовления деталей и сборки

2.2.3.7 Технология монтажа опоры

2.2.3.8 Методика регулирования оптимальной реакции на трубопровод

Наиболее ценной в данной работе является раздел 2. В нем излагается логическая цепочка выбора и обоснования предлагаемого проектного решения. Эти данные отсутствуют в типовых проектах, их дипломник должен согласовать с научным руководителем и написать лично.

Таблица 1 – Технический уровень и тенденции развития многоступенчатого центробежного насоса

Основные тенденции развития данного вида техники и направления поиска ведущих организаций	Источники информации, подтверждающие тенденции и направления поиска	Средства реализации тенденции
		В объектах ведущих организаций	В объекте разработки
1	2	3	4
Рабочее колесо центробежного насоса	СССР В. П. Негреби, Н. В. Смунин а.с. 567852 04.01.96–05.08.97 [5]	Рабочее колесо центробежного насоса, содержащее рабочие лопасти и ведущий и покрывной диски, имеющие спрофилированные пазы на внутренних поверхностях	С целью улучшения антикавитационных качеств, рабочее колесо центробежного насоса имеет спрофилированные пазы, выполненные охватывающими входные кромки – рабочих лопастей
Центробежный насос	СССР В. Г. Савченко и др. а.с. 640042 21.03.04–30.12.04 [6]	Центробежный насос, содержащий корпус и установленное в нем рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, на наружных поверхностях которых выполнены концентричные кольцевые пазы. Недостатком данного насоса является наличие осевой силы, возникающей из-за разности давлений по обе стороны наружных поверхностей дисков рабочего колеса.	–
Рабочее колесо центробежного насоса	СССР В.М. Жаворонков, А. Н. Невоструев а.с. 870768 09.10.93–07.10.94 [7]	Рабочее колесо центробежного насоса, содержащее ведущий и ведомый диски и установленные между ними лопатки с щелевыми каналами, входные отверстия которых расположены со стороны рабочей поверхности лопаток	С целью снижения уровня вибрации и уменьшения гидродинамического шума, рабочее колесо выполнено с диффузорными каналами на входе, а их выходные отверстия расположены со стороны торцов лопаток

В разделе 2.1.1 выполнен обзор известных технико-технологических решений (способов) устранения зазоров между трубопроводом и опорой. Самым простым и очевидным способом устранения зазора между опорой и трубопроводом является вставка различных металлических профилей, в том числе регулируемых подкладок.

Однако, такое мероприятие является малоэффективным, т.к.:

• во-первых, затруднительно обеспечить требуемую (точную) реакцию опоры путем регулирования ее высоты подкладок, исходя из веса опираемой части трубопровода;

• во-вторых, не обеспечивается условие постоянства реакции опоры во время эксплуатации трубопровода: движение грунта совместно с опорой или трубопровода вызовет изменение реакции, т.е. в случае перемещения опоры вверх она увеличиться, при перемещении опоры вниз – уменьшиться (вплоть до нуля с образованием зазора).

Таким образом, логическим продолжением исследования являлся патентный поиск конструкции опоры, обеспечивающей постоянную реакцию на трубопровод независимо от расстояния между трубопроводом и опорой, а также дающей возможность регулирования этой реакции. Результаты патентного поиска представлены в разделе 2.1.2.

Патентный поиск проводят среди конструкций опор трубопроводов или длинномерных изделий по классу F16L3/00 “Опоры для трубопроводов».

Выбраны четыре опорные конструкции, по каждой из которых выполняют критический анализ, перечисляют достоинства и недостатки каждой конструкции по отношению к поставленной цели.

На основе анализа выбрано оптимальное решение по патенту РФ № 2308633 «Опора трубопровода», авторы Аленников С.Г., Алиев Т.Т., и др., опубликовано 20.10.2007 г.

Далее в разделе 2.2 разрабатывается проект на технико-технологические решения, которые позволяют применить проект на практике, начиная с расчетного обоснования деталей и узлов предлагаемой опоры и заканчивая технологией ее регулирования. Расчетное обоснование, выбор металла и типовых деталей для изготовления опоры выполняют на основе нормативно-технической документации (РД, СНИПов, ОТТ, ГОСТов, ТУ заводов – производителей и т.д.) Расчетные обоснования в данном разделе обязательны, так как подтверждают способности дипломника к самостоятельному использованию расчетного математического аппарата.

Третий и четвертый разделы называются соответственно «Экономическая часть» и «Безопасность и экологичность проекта». Подробнее об этих разделах будет изложено в главах 3 и 4 данного пособия.

Все эти блоки и входящие в них системообразующие компоненты связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя единый проект как логически связанное целое. Выполняя такой проект (как единую систему), студенты усваивают основные принципы системного подхода к инженерной работе на практике, т.е. без специального обучения и дополнительных затрат времени.