Повышение производительности и эффективности технологии процесса проектирования и расчета опорных частей МНГС с использованием программного комплекса Ansys

Наименование поры

Изображение дефекта

Единичная пора (сферическая или удлинённая) - газовая полость, которая нарушает сплошность поверхности сварного шва.

Скопление пор - группа газовых полостей (три или более), расположенных кучно, с расстоянием между ними менее трех максимальных размеров большей из полостей.

Цепочка пор - ряд газовых пор, расположенных в линию, обычно параллельно оси сварного шва, с расстоянием между ними менее трех максимальных размеров большей из пор.

Свищ - трубчатая полость в металле сварного шва, вызванная выделением газа. Обычно свищи группируются в скопления и распределяются елочкой.

Усадочная раковина - полость, образующаяся вследствие усадки во время затвердевания.

Кратер - усадочная раковина в конце валика сварного шва, не заваренная до или во время выполнения последующих проходов.

Форма аналогичная предыдущей схеме

Твёрдые включения - твердые инородные вещества металлического или неметаллического происхождения в металле сварного шва.

Шлаковое включение (единичное компактное) - шлак, попавший в металл сварного шва.

Линейные шлаковые включения (цепочки)

Разобщенные шлаковые включения (скопления)

Флюсовое включение (единичное компактное), попавшее в металл сварного шва. Флюсовые включения также разделяются на цепочки и скопления.

Форма аналогична единичным, линейным и разобщенным шлаковым включениям

Оксидное включение, попавшее в металл сварного шва во время затвердевания

-//-

Металлическое включение - частица инородного металла, попавшая в металл сварного шва.

-//-

Несплавление и непровар в сварном шве - отсутствие соединения между металлом сварного шва и основным металлом (по разделке кромок).

Несплавление или непровар

Нарушения формы шва - отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрии соединения от установленного значения.

Наименование нарушения формы [нормы браковки]

Изображение дефекта

Подрез - углубление продольное на наружной поверхности валика сварного шва, образовавшееся при сварке.

Превышение выпуклости стыкового шва - избыток (недостаток) наплавленного металла на лицевой стороне стыкового шва сверх установленного значения.

Превышение выпуклости (вогнутости) углового шва - избыток (недостаток) наплавленного металла на лицевой стороне углового шва (на всей длине или на участке) сверх установленного значения.

Наплав - избыток наплавленного металла сварного шва, натекший на поверхность основного металла, но не сплавленный с ним. Является очагом динамичного возникновения трещин.

Линейное смещение - смещение между двумя свариваемыми элементами, при котором их поверхности располагаются параллельно, но не на требуемом уровне.

Угловое смещение - смешение между двумя свариваемыми элементами, при котором их поверхности располагаются под углом, отличающимся от требуемого.

Натек - металл сварного шва, осевший вследствие действия силы тяжести и не имеющий сплавления с соединяемой поверхностью.

натек при горизонтальном положении сварки;

натек в нижнем или потолочном положении сварки;

натек в угловом сварном шве;

Неполностью заполненная разделка - продольная непрерывная или прерывистая канавка на поверхности сварного шва из-за недостаточности присадочного металла при сварке.

Чрезмерная асимметрия углового шва - чрезмерное превышение размеров одного катета над другим.

Неравномерная ширина шва - отклонение ширины от установленного значения вдоль сварного шва.

Неровная поверхность - грубая неравномерность формы поверхности усиления шва по длине.

Возобновление - местная неровность поверхности в месте возобновления сварки.

2.3 Систематизация воздействий на МНГС, приводящих к образованию усталостных трещин

Как уже говорилось ранее, существует принципиальная разница между понятиями «нагрузка» и «воздействия». Если же вопросам влияния нагрузок, вызывающих переменные напряжения, и соответственно развитие усталостных трещин уделялось некоторое внимание, то вопросам «влияния воздействий», которые также создают различные переменные напряжения, по мнению авторов, разработаны не в полном объеме. В настоящее время применительно к морским нефтегазовым сооружениям отсутствует методика, которая позволяла бы предметно описать как природу этих воздействий, так и дать численно-аналитические зависимости влияния этих воздействий на параметры возникновения и развития усталостных трещин. Немногочисленные исследования отечественных и зарубежных авторов, изучавших эти вопросы, рассеяны по различным областям науки, а решения, предложенные ими, не могут быть легко адаптированы применительно к МНГС. Поэтому авторами ставится задача систематизировать воздействия, влияющие на развитие усталостных трещин морских нефтегазовых сооружений, и разработать математический аппарат, позволяющий определить конкретные числовые значения переменных напряжений, вызываемыми этими воздействиями, и дать заключение о степени их влияния на исследуемый процесс усталостного трещинообразования. Статистические данные об условиях эксплуатации морских нефтегазовых сооружений позволяют выделить три вида основных воздействий, влияющих на развитие усталостных трещин - коррозионное, вибрационное и температурное.

В данном проекте рассмотрим более подробно влияние переменных температурных полей.

К настоящему моменту нагрузки и воздействия от коррозии и вибраций достаточно хорошо изучены, получены уравнения, позволяющие численно оценить их величины и характер воздействия на МНГС. Однако за пределами этих исследований находится изучение влияния переменных температурных полей на надежность и безопасность эксплуатации морских нефтегазовых сооружений. Поэтому авторами ставится задача оценить степень влияния переменных температурных полей на развитие одного из самых опасных дефектов МНГС-усталостной трещины. Рассмотрим вопрос воздействия температурных полей более подробно. По мнению авторов, целесообразно выделить три класса зон температурного воздействия: 1) подводную; 2) атмосферную; 3) переменного смачивания; 4) ледового воздействия. Подводная зона характеризуется неоднородным температурным полем, обусловленными различными течениями, температуры в этой зоне колеблются от 0⁰С и выше. Атмосферная зона характеризуется колебанием температур от -65⁰С до +5… +10⁰С на Северных месторождениях и от +10⁰С до +60⁰С на месторождениях стран Персидского залива. Зона ледового воздействия в нашем случае рассматривается как глубина промерзания. Наиболее неблагоприятная с точки зрения кинетики воздействия температурных полей является зона периодического смачивания, т.к. она находится в зоне действия атмосферного температурного поля и температурного поля набегающих волновых потоков, характеризующихся высокой частотой. Помимо этого надо учитывать ежесуточное изменение температуры (температурные циклы день-ночь-день) и сезонное изменение температуры. Чередование нагрева с последующим охлаждением создает по телу конструктивных элементов МНГС значительные температурные напряжения. Опасными являются напряжения растяжения, в результате которых на поверхности конструктивных элементов МНГС возникают трещины термоусталости. Сам этот процесс можно представить следующим образом. В полуцикле нагрева по всему объему конструктивного элемента МНГС действуют постоянные сжимающие напряжения и переменное во времени температурное поле. В результате этого к моменту окончания нагрева может реализоваться пластическая деформация сжатия, распределение которой по длине конструктивного элемента МНГС описывается экспоненциальной кривой. В полуцикле охлаждения по аналогичным причинам могут возникать пластические деформации растяжения, распределение которых может быть различным. При несовпадении полей деформаций в течение полного цикла компенсации макродеформации разного знака не произойдет. Их разность в сечении образца будет иметь определенную величину. Накопление этих деформаций под действием переменного температурного поля может инициировать рост усталостных трещин до их критической величины, приводящей к разрушению конструкции. Ситуация значительно усугубляется при рассмотрении морских нефтегазопроводов, т.к. в этой ситуации помимо уже перечисленных случаев возникает третье температурное поле со стороны перекачиваемого продукта. Как правило, это поле значительно отличается от температуры окружающей среды и имеет некоторую свою величину, что обусловлено увеличением вязкости нефти и невозможностью ее транспортировки по трубопроводам ниже определенных температур или образованием газоконденсатных пробок при перекачке газа. Кроме того, температура нефти, выходящей из скважины, может доходить до 100^оС. Поэтому решение задачи о влиянии переменного температурного поля на надежность, безопасность и долговечность МНГС является актуальным и своевременным. Решение этой задачи предлагается на основе классической теории термоупругости и сводится к следующим этапам. Первым шагом является определение температурных полей, действующих в сечениях конструктивных элементов МНГС. Второй шаг заключается в определении зависимости между температурным полем и напряжением от его действия.

Температурные поля, напряжения и деформации в конструктивных элементах МНГС взаимосвязаны. Как известно из классической теории термоупругости в твердом теле перенос тепла осуществляется одной только теплопроводностью, имеющей молекулярно-атомный характер. Теплопередача на поверхности тела может происходить тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Конвективный перенос тепла осуществляется движением среды, омывающей поверхность тела. Рассматривая условия эксплуатации МНГС к конвективному переносу следует отнести как передачу тепла со стороны окружающей среды, так и со стороны потока перекачиваемого продукта (нефти или газа). Конвективный теплообмен возникает в условиях совместного протекания процессов конвективного переноса тепла и переноса тепла теплопроводностью.

Различают следующие виды теплообмена: при свободной конвекции, возникающей при естественном перемещении частиц жидкости вследствие неравномерной ее плотности, обусловленной неравномерным нагревом, что характерно для подводных течений;

При вынужденной конвекции в результате движения жидкости от различного рода воздействий (перекачка потока нефти или газа по подводному трубопроводу, волновое воздействие, атмосферные потоки и т.д.). Теплообмен при вынужденной конвекции происходит значительно более интенсивно, чем при свободной. Для конвективного теплообмена важно состояние так называемого пограничного слоя, т. е. области потока, прилегающей к поверхности обтекаемого тела, в пределах которой скорость потока резко изменяется от скорости свободного потока до скорости на поверхности тела. В тонком пограничном слое вблизи поверхности следует учитывать эффекты вязкости и теплопроводности жидкости. Течение жидкости в пограничном слое может быть ламинарное, когда ее частицы перемещаются слоями, и турбулентное, при котором эти частицы совершают пульсационные движения, приводящие к интенсивному перемешиванию слоев жидкости. Турбулентное течение возникает в результате потери устойчивости ламинарного течения. Условие перехода ламинарного течения в турбулентное определяется некоторым критическим числом Рейнольдса, которое является критерием подобия течения вязкой жидкости. Теплообмен при ламинарном течении осуществляется в основном теплопроводностью, а при турбулентном течении -- главным образом за счет переноса тепла пульсационными макроскопическими движениями жидкости.

Коэффициент теплоотдачи при турбулентном течении может быть во много раз больше, чем при ламинарном и изменяется в очень широких пределах. Для его определения используются критерии Нуссельта и Прандтля.

При течении с большой скоростью вследствие перехода кинетической энергии потока в тепловую существенно повышается температура в пограничном слое. В таком случае вместо температуры свободного потока следует рассматривать так называемую адиабатическую температуру стенки, под которой понимается температура на поверхности, когда отсутствует теплопередача в тело. Эта температура определяется по формуле:

,

где и -- соответственно температура и скорость свободного потока нефти или газа; -- коэффициент восстановления, показывающий, какая часть кинетической энергии свободного потока переходит в его теплосодержание на поверхности; удельная массовая теплоемкость нефти или газа при в зависимости от давления. Коэффициент восстановления в зависимости от состояния пограничного слоя определяется критерием Прандтля.

Как уже отмечалось ранее, механизм развития усталостных трещин от температурных воздействий во многом повторяет действия механизмов трещинообразования от коррозионных и вибрационных воздействий. При многократном повторении циклов изменения температуры создаются переменные напряжения, которые и являются источником развития усталостных трещин. Многократные цикличиские изменения температуры приводят к накоплению остаточной пластической макродеформации, распределенной некоторым образом по длине конструктивного элемента МНГС. В процессе термоциклинирования в любом случае все объемы материала циклически деформируются, но накопление локальной пластической деформации имеет место в том случае, если поля пластических деформаций в полуциклах растяжения и сжатия отличаются. При треугольном цикле поля деформаций близки по форме и по величине, поэтому остаточная пластическая деформация за цикл мала. В случае трапецеидального цикла за время выдержки образца при максимальной температуре происходит выравнивание температурного поля по его длине. В момент охлаждения поле деформаций резко изменяет форму, вследствие чего от цикла к циклу накапливается значительная пластическая деформация. Однако, независимо от причин, вызывающих явление формоизменения, при оценке долговечности необходимо учитывать влияние процессов направленного пластического деформирования в локальных зонах. Поэтому для большинства металлов и сплавов очень важным является знание напряжений и деформаций при любом цикле теплового нагружения. В случае линейного упрочнения материала, сжимающие и растягивающие напряжения после первого цикла соответственно могут быть определены так:

где л - коэффициент упрочнения,

-тепловая деформация

Напряжения при нагреве и при охлаждении при N циклов



Из этих формул видно, что повторяемость диаграмм деформирования наступает после сравнительно небольшого числа теплосмен.

Величина, характеризующая, насколько пластическая деформация сжатия отличается от пластической деформации растяжения при N циклах равна

В случае нелинейного упрочнения материала разность между пластической деформацией при нагреве и охлаждении от цикла к циклу уменьшается, скорость уменьшения зависит от способности материала к упрочнению.

Изменение физико-механических свойств материалов в результате температурного воздействия нарушает их способность к пластическому деформированию. Тепловые напряжения могут вызвать появление трещин и разрушение конструкций из различных сталей, в том числе и материала с повышенной хрупкостью. Поэтому знание зависимости трещиностойкости материала от температуры, величины и характера действия тепловых напряжений необходимо для всестороннего анализа прочности конструкции, в частности их трещиностойкости, которая определяется на основании данных из температурных задач теории трещин.

Выводы

1. Рассмотрены основные виды и формы трещин на морских нефтегазовых сооружениях.

2. Показаны механизмы роста усталостных трещин.

3. Систематизированы и обоснованы воздействия, вызывающие рост усталостных трещин, которые ранее не учитывались.

4. Разработаны предпосылки позволяющие провести численно-аналитическое моделирования влияния нагрузок и воздействий на скорость роста усталостных трещин.

трещина морской нефтегазовый напряженный

Глава 3. Определение напряженного состояния, вызванного стационарными и переменными температурными полями, воздействующими на МНГС

Как было сказано выше, в течении всего срока эксплуатации МНГС подвергаются воздействию различных температурных полей, вызывающих изменения напряженного состояния МНГС, что является задача актуальной и своевременной задачей. Следует отметить принципиальную разницу между стационарными и переменными температурными полями: стационарное температурное поле применимо к морским нефтегазопроводам и характеризуется тепловым полем перекачиваемого по морским нефтегазопроводам продукта, практически не изменяется во времени, вызывая длительные постоянные напряжения, обусловленные разницей между температурными полями внутренней и наружной стенок трубы; переменное температурное поле применимо к тем конструктивным элементам МНГС, по которым не производится перекачка нефти и газа, например опорный блок МСП, и температурное поле которых определяется лишь исходя из условий окружающей среды. Переменное температурное поле характеризуется своими частыми изменениями, и вызываемыми им переменными напряжениями.

Первым шагом, который необходимо сделать для определения величины переменных температурных напряжений, является определение температурного поля конструктивного элемента МНГС (как элемента опорного блока МСП, так и морского трубопровода). Рассмотрим задачу определения осесимметричного температурного поля конструктивного элемента МНГС, имеющего цилиндрическую форму и некоторую длину l . Между поверхностью этого элемента и окружающей средой происходит теплообмен. Предполагаем, что температура среды в некоторый момент времени равна Т_ср = const.



Рис. 3.1. Цилиндр

Эта задача описывается дифференциальным уравнением:

,

при начальном условии

и граничных условиях:

где -- коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях и соответственно; и -- коэффициенты теплоотдачи на поверхностях -- коэффициенты соответственно теплопроводности и температуропроводности материала конструктивного элемента МНГС.

Исходя из соображений, приведенных в [], решение уравнения (3.1) при начальном условии (3.2) и граничных условиях (3.3) выбираем в виде



Подставляя выражение (3.4) в уравнение (3.1) и в условия (3.2) и (3.3), получаем:

Уравнения (3.5) -- (3.7) удовлетворяются, если является решением уравнения

,

при начальном условии

,

при граничных условиях

а - решением уравнения



при начальном условии

и граничных условиях

.

Из формул (3.8) -- (3.11) видно, что функция является решением задачи о нестационарной теплопроводности длинного цилиндра

а функция -- решением задачи о нестационарной теплопроводности неограниченной пластины

Подставляя выражения для функций в решение (3.10.4) и выполняя необходимые преобразования, получаем температурное поле цилиндра конечной длины при нестационарном конвективном теплообмене между его поверхностями и окружающей средой:

,

где ,

-- корни уравнений (3.9.11) и (3.7.20); значения , определяются соответственно выражениями (3.7.24), (3.7.25) и (3.9.24).

Совершенно очевидно, что такое решение является чрезвычайно сложным. Совершенно очевидно, что изменения температуры полых цилиндрических элементов зависит от условий окружающей среды и изменяется по логарифмическому закону. Исходя из соображений, приведенных в [], и упрощая полученные выражения, перейдем к следующей форме определения температурного поля конструктивных элементов МСП:

- функция распределения температуры по сечению конструктивных элементов МНГС; и - температура на внутренней и наружной поверхности цилиндра соответственно, рассматриваемая координата, расположенная внутри сечения исследуемого конструктивного элемента МНГС, и - внутренний и наружный диаметры.

Рассмотрим опорный блок. Как уже говорилось ранее, разделим его на условные зоны: надводная, переменного смачивания, подводная. Рассмотрим надводную зону. На первый взгляд казалось бы, что температурное поле в этой зоне определяется температурой атмосферы. Однако, как показали проведенные на МСП замеры, температура конструктивных элементов МНГС сильно зависит от солнечной радиации, и их фактическая температура в вершине цикла (т.е. максимальная температура) в самый жаркий период года составляет порядка 60 градусов. Отметим, что фактическое состоянии МСП имеет многочисленные сквозные повреждения, что позволяет выполнить замеры, как с наружной, так и с внутренней поверхности конструктивных элементов МСП. Результаты этих замеров приведены в таблице 1. Произведем обработку результатов измерения по методике, изложенно в []. Рассчитаем среднее значение по формуле:

Где х - результаты измерений; n - количество измерений.

Определим дисперсию

И вычислим среднеквадратическую ошибку среднего по формуле:

Определим требуемый уровень доверительной вероятности Р. Как правило в промышленности Р принимается равным в диапазоне от 95% до 99%. Определим по таблице 0 коэффициент Стьюдента t (P, n-1) и модуль доверительного интервала по формуле:

Определим конечный результат по формуле:

Таблица 3.1. Величины t для различных значений доверительного уровня P

n-1	P=68,3%	P=95%	P=99%	P=99,73%
(1) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 50 100 200	(1.8) 1.32 1.20 1.15 1.11 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.03 1.03 1.02 1.01 1.00 1.00	(12.7) 4.70 3.18 2.78 2.57 2.45 2.37 2.31 2.26 2.23 2.13 2.09 2.04 2.01 1.98 1.97	(64) 9.9 5.8 4.6 4.0 3.7 3.5 3.4 3.2 3.2 3.0 2.8 2.8 2.7 2.6 2.6	(235) 19.2 9.2 6.6 5.5 4.9 4.5 4.3 4.1 4.0 3.6 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0
Предел	1.00	1.96	2.58	3.0

Рис. 3.2 Измерения проводились при помощи биметаллического термометра лабораторного термометра с зондом фирмы testo.

Таблица 3.2. Данные замеров максимального температурного поля поверхностных слоев МСП

	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь
Внешняя поверхность	35	45	55	60	28
Внутренняя поверхность	34	45	54	60	26,5

Приведенные данные говорят о том, что разница температурного поля между внутренней и наружной поверхностью конструктивных элементов МСП практически отсутствует. Это объясняется тем, что фактически отсутствуют резкие перепады температур, само температурное поле медленно изменяется во времени, постепенно равномерно распространяясь по всем сечениям конструктивных элементов МСП, что говорит о том что .

Проанализируем архивные данные температурного режима эксплуатации МСП и трубопровод в атмосферной зоне и построим график (рис. 3.3). Из графика следует, что максимальная температура атмосферы достигла значения 31,5 градуса Цельсия, а минимальное зафиксированное -13,5 градуса Цельсия.

Рис. 3.3. Изменение атмосферного температурного режима в районе Субботинского месторождения Черного моря.

Рассмотрим температурный режим подводной части МСП и трубопровода, после чего сведем эти данные в таблицу. Наиболее сильные колебания температур отмечаются на глубинах до 50 метров, ниже этой отметки изменения температуры практически не происходит. По данным приведенным в [], начиная с зоны глубиною от 50метров температура практически не меняется и находится в пределах +8 градусов Цельсия. И до глубины 1500метров температура находится приблизительно в пределах +9 градусов Цельсия. Это говорит о том, что с увеличением глубины влияние переменных температурных напряжений на развитие усталостных разрушений падает. Результаты их расчета будут приведены ниже. Анализируя данные, можно сказать, что температурный режим моря на глубине до 30 метров определяется в первую очередь фактором температуры атмосферного воздуха. Постепенно с увеличением глубины до 50 метров влияние этого фактора падает и температура приближается к постоянной отметке +9 градусов Цельсия.

Таблица 3.3. Данные об изменении температуры морской воды в районе Субботинского месторождения Черного моря

Горизонт м	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
0	7,7	7,2	6,8	9,2	14,1	19,8	22,8	23,8	20,8	18,7	11,7	9,5
10	7,7	7,1	6,8	9,0	12,8	18,5	21,8	23,6	20,7	18,6	11,8	9,6
20	7,7	7,0	6,7	8,4	10,2	11,9	12,2	13,6	19,2	17,9	11,6	9,6
30	7,7	7,0	6,6	7,7	7,9	7,8	8,5	9,0	9,1	12,0	10,4	9,2
50	7,6	7,4	7,3	7,6	7,4	7,3	7,4	7,6	7,2	8,0	7,6	7,8
100	8,3	8,4	8,4	8,4	8,3	8,3	8,4	8,3	8,3	8,2	8,3	8,3
200	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7	8,7
500	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9	8,9
1000	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	8,9	8,9	8,9	9,0	8,9	8,9	9,0
1500	9,0	9,0	9,1	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0	9,0

Перейдем к решению задачи определения переменных напряжений, вызванных изменением температуры. Определим напряженное состояние полого конструктивного элемента МСП, имеющего цилиндрическую форму.

Рассмотрим длинный полый цилиндр, поперечное сечение которого представляет круговое кольцо с радиусами наружной и внутренней окружностей соответственно и . В таком цилиндре при описанных выше температурных условиях эксплуатации возникает температурное поле Т (, t), сопровождаемое напряжением и деформацией. Температурное поле определяется исходя из уравнений, описанных выше. Вводя относительный радиус , дважды интегрируя уравнение

и применяя уравнение

,

находим

;

постоянные интегрирования С₁ и С₂ определяются из условий .

После определения постоянных интегрирования и подстановки их значений в выражения получаем



Где б_Т - коэффициент линейного расширения металла трубы; Е - модуль упругости материала трубы; - расчетный перепад температур, принимаемый положительным при нагревании; с-относительный радиус, определяемый из отношения координаты r к внешнему диаметру; м-коэффициент Пуассона.

Так как торцевые поверхности конструктивных элементов МСП жестко закреплены от осевого перемещения (сварные соединения), то как это показано в [], напряжениями у_r и у_и можно пренебречь, а напряжения у_z при увеличении температуры будут являться растягивающими, и сжимающими с ее понижением. Исходя из вышеприведенного определим переменное напряженное состояние по формуле:

Где - величина переменного напряжения цикла; -напряженное состояние, вызванное максимальной температурой цикла; - напряженное состояние, вызванное минимальной температурой цикла. Перейдем к практическим расчетам. Приведем некоторые характеристики сталей, используемых в конструктивных элементах МНГС (таблица 4).

Таблица 3.4. Характеристика сталей конструктивных элементов МНГС^*

Материал	Температура	Kкоэффициента теплового расширения б,10?6 1/0С	Коэффициент Пуассона, м
	-40	-30	-20	-10	0	10	20	30	40	50
	Модуль упругости Е, ГПа (104 Н/мм2)
Вст3сп5, Ст10, Ст20	20,6	20,5	20,4	20,3	20,2	20,1	20	19,9	19,8	19,7	11,5	0,28
09Г2С, 17Г1С	21,6	21,5	21,4	21,3	21,2	21,1	21	20,9	20,8	20,7	11,5	0,30

*-по данным ПНАЭ Г-7-002-86

Определим изменения напряженного состояния конструктивных элементов МСП, выполненных из различных марок стали и отличающихся диаметром и толщиной стенки, находящихся под влиянием переменного температурного поля, при изменении температуры на ДТ=5, 10, 15, 20, 25 и 30 градусов. Результаты сведем в таблицу 3.5.

Таблица 3.5. Величина переменного напряжения Ду_z возникающего в конструктивном элементе МСП от воздействия переменного температурного поля в надводной и подводной зоне в течении одного цикла, Н/мм²

Величина изменения температурного поля за цикл, ДТ0 (С)	Диапазон эксплуатационных температур конструктивных элементов МСП, Т0 (С)
	-400	-300	-200	-100	00	100	200	300	400	50
Конструктивный элемент: ш1220х12 Материал: Вст3сп5	5	11,85	11,79	11,73	11,67	11,62	11,56	11,50	11,44	11,39	11,33
	10	23,69	23,58	23,46	23,35	23,23	23,12	23,00	22,89	22,77	22,66
	15	35,54	35,36	35,19	35,02	34,85	34,67	34,50	34,33	34,16	33,98
	20	47,38	47,15	46,92	46,69	46,46	46,23	46,00	45,77	45,54	45,31
	25	59,23	58,94	58,65	58,36	58,08	57,79	57,50	57,21	56,93	56,64
	30	71,07	70,73	70,38	70,04	69,69	69,35	69,00	68,66	68,31	67,97
Конструктивный элемент: ш720х16 Материал: Вст3сп5	5	11,85	11,79	11,73	11,67	11,62	11,56	11,50	11,44	11,39	11,33
	10	23,69	23,58	23,46	23,35	23,23	23,12	23,00	22,89	22,77	22,66
	15	35,54	35,36	35,19	35,02	34,85	34,67	34,50	34,33	34,16	33,98
	20	47,38	47,15	46,92	46,69	46,46	46,23	46,00	45,77	45,54	45,31
	25	59,23	58,94	58,65	58,36	58,08	57,79	57,50	57,21	56,93	56,64
	30	71,07	70,73	70,38	70,04	69,69	69,35	69,00	68,66	68,31	67,97
Конструктивный элемент: ш530х12 Материал: 17Г1С	5	12,41	12,36	12,30	12,24	12,18	12,13	12,07	12,01	11,95	11,90
	10	24,83	24,71	24,60	24,48	24,37	24,25	24,14	24,02	23,91	23,79
	15	37,24	37,07	36,90	36,72	36,55	36,38	36,21	36,03	35,86	35,69
	20	49,65	49,42	49,19	48,96	48,73	48,50	48,27	48,04	47,81	47,58
	25	62,07	61,78	61,49	61,20	60,92	60,63	60,34	60,06	59,77	59,48
	30	74,48	74,14	73,79	73,45	73,10	72,76	72,41	72,07	71,72	71,38
Конструктивный элемент: ш426х12 Материал: 17Г1С	5	12,42	12,37	12,31	12,25	12,19	12,14	12,08	12,02	11,96	11,90
	10	24,85	24,73	24,62	24,50	24,39	24,27	24,16	24,04	23,92	23,81
	15	37,27	37,10	36,92	36,75	36,58	36,41	36,23	36,06	35,89	35,71
	20	49,69	49,46	49,23	49,00	48,77	48,54	48,31	48,08	47,85	47,62
	25	62,11	61,83	61,54	61,25	60,96	60,68	60,39	60,10	59,81	59,52
	30	74,54	74,19	73,85	73,50	73,16	72,81	72,47	72,12	71,77	71,43

Рассмотрим подводный трубопровод. Температурный режим работы такого трубопровода определяется в первую очередь температурой перекачиваемого продукта, а во вторую условиями окружающей среды (подводной и надводной) и параметрами теплоотвода в нее. Рассмотрим напряжения, возникающие в различных сечениях трубопровода и оценим величину их изменения по методике. При возникновении температурного перепада между внутренней и наружной стенками нефтегазопровода возникают радиальные напряжения - у_r, продольные -у_z и кольцевые у_и. Напряженное состояние определяется следующим образом:

Определим напряжения, возникающие в нефтепроводе выполненном из стали 09Г2С, перекачивающим нефть, и имеющим температуру на внутренней стенке трубы Т₁ и на наружной стенке трубы Т₂. Разница между температурами внутренней и наружной стенками нефтепровода определяется как ДТ= Т₁ -Т_2. В зависимости от того, какая температура будет больше на внутренней или наружной стенке нефтепровода, будут менять свой знак и направление возникающие напряжения. При положительном перепаде температур ДТ опасными являются точки на внутренней поверхности трубы. Расчеты производятся при модуле упругости Е=21,2*10⁴ Н/мм². Ставится задача оценить распределение температурных напряжений в зависимости от положения сечения нефтепровода. Результаты сведем в таблицу 3.6.

Несколько более сложным является вопрос определения кольцевых напряжений. Рассчитаем по методике

Где - коэффициент линейного расширения металла трубы; Е - модуль упругости материала трубы; - расчетный перепад температур, принимаемый положительным при нагревании; м-коэффициент Пуассона,

где принимается равным минимальному значению временного сопротивления _вр по государственным стандартам и техническим условиям на трубы; m -- коэффициент условий работы трубопровода, принимаемый равным 0,9; K₁ коэффициенты безопасности по материалу, принимаемый равным 1,55;K_н - коэффициент надежности, принимаемый равным 1.

Отсюда следует, что для стали 09Г2С

Таблица 3.6. Температурные напряжения, возникающие при перепаде температур внутренней и наружной стенок трубы, Н/мм²

Положение сечения нефтепро-вода, R	Разница температур между внутренней и наружной стенками нефтегазопровода, ДТ, 0С
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,3	1,5	1,7	1,9	2	2,5	3
	Продольные напряжения уz, Н/мм2
505	-0,18	-0,35	-0,53	-0,71	-0,89	-1,06	-1,24	-1,42	-1,59	-1,77	-1,95	-2,30	-2,66	-3,01	-3,36	-3,54	-4,43	-5,31
506	-0,16	-0,33	-0,49	-0,65	-0,82	-0,98	-1,14	-1,30	-1,47	-1,63	-1,79	-2,12	-2,45	-2,77	-3,10	-3,26	-4,08	-4,89
507	-0,15	-0,30	-0,45	-0,60	-0,75	-0,89	-1,04	-1,19	-1,34	-1,49	-1,64	-1,94	-2,24	-2,53	-2,83	-2,98	-3,73	-4,47
508	-0,13	-0,27	-0,40	-0,54	-0,67	-0,80	-0,94	-1,07	-1,21	-1,34	-1,47	-1,74	-2,01	-2,28	-2,55	-2,68	-3,35	-4,02
509	-0,12	-0,24	-0,36	-0,48	-0,60	-0,72	-0,84	-0,96	-1,08	-1,20	-1,32	-1,56	-1,80	-2,04	-2,28	-2,40	-3,00	-3,60
510	-0,11	-0,21	-0,32	-0,42	-0,53	-0,64	-0,74	-0,85	-0,95	-1,06	-1,17	-1,38	-1,59	-1,80	-2,01	-2,12	-2,65	-3,18
511	-0,09	-0,18	-0,28	-0,37	-0,46	-0,55	-0,64	-0,74	-0,83	-0,92	-1,01	-1,20	-1,38	-1,56	-1,75	-1,84	-2,30	-2,76
512	-0,08	-0,16	-0,23	-0,31	-0,39	-0,47	-0,55	-0,62	-0,70	-0,78	-0,86	-1,01	-1,17	-1,33	-1,48	-1,56	-1,95	-2,34
513	-0,06	-0,13	-0,19	-0,26	-0,32	-0,38	-0,45	-0,51	-0,58	-0,64	-0,70	-0,83	-0,96	-1,09	-1,22	-1,28	-1,60	-1,92
514	-0,05	-0,10	-0,15	-0,20	-0,25	-0,30	-0,35	-0,40	-0,45	-0,50	-0,55	-0,65	-0,75	-0,85	-0,95	-1,00	-1,25	-1,50
515	-0,04	-0,07	-0,11	-0,14	-0,18	-0,22	-0,25	-0,29	-0,32	-0,36	-0,40	-0,47	-0,54	-0,61	-0,68	-0,72	-0,90	-1,08
516	-0,02	-0,04	-0,07	-0,09	-0,11	-0,13	-0,15	-0,18	-0,20	-0,22	-0,24	-0,29	-0,33	-0,37	-0,42	-0,44	-0,55	-0,66
517	-0,01	-0,02	-0,02	-0,03	-0,04	-0,05	-0,06	-0,06	-0,07	-0,08	-0,09	-0,10	-0,12	-0,14	-0,15	-0,16	-0,20	-0,24
518	0,01	0,01	0,02	0,02	0,03	0,04	0,04	0,05	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,15	0,18
519	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	0,12	0,14	0,16	0,18	0,20	0,22	0,26	0,30	0,34	0,38	0,40	0,50	0,60
520	0,03	0,07	0,10	0,14	0,17	0,20	0,24	0,27	0,31	0,34	0,37	0,44	0,51	0,58	0,65	0,68	0,85	1,02
521	0,05	0,10	0,14	0,19	0,24	0,29	0,34	0,38	0,43	0,48	0,53	0,62	0,72	0,82	0,91	0,96	1,20	1,44
522	0,06	0,12	0,19	0,25	0,31	0,37	0,43	0,50	0,56	0,62	0,68	0,81	0,93	1,05	1,18	1,24	1,55	1,86
523	0,08	0,15	0,23	0,30	0,38	0,45	0,53	0,60	0,68	0,75	0,83	0,98	1,13	1,28	1,43	1,50	1,88	2,25
524	0,09	0,18	0,27	0,36	0,45	0,53	0,62	0,71	0,80	0,89	0,98	1,16	1,34	1,51	1,69	1,78	2,23	2,67
525	0,10	0,21	0,31	0,41	0,52	0,62	0,72	0,82	0,93	1,03	1,13	1,34	1,55	1,75	1,96	2,06	2,58	3,09
526	0,12	0,23	0,35	0,47	0,59	0,70	0,82	0,94	1,05	1,17	1,29	1,52	1,76	1,99	2,22	2,34	2,93	3,51
527	0,13	0,26	0,39	0,52	0,65	0,78	0,91	1,04	1,17	1,30	1,43	1,69	1,95	2,21	2,47	2,60	3,25	3,90
528	0,14	0,29	0,43	0,58	0,72	0,86	1,01	1,15	1,30	1,44	1,58	1,87	2,16	2,45	2,74	2,88	3,60	4,32
529	0,16	0,32	0,47	0,63	0,79	0,95	1,11	1,26	1,42	1,58	1,74	2,05	2,37	2,69	3,00	3,16	3,95	4,74
530	0,17	0,34	0,51	0,68	0,86	1,03	1,20	1,37	1,54	1,71	1,88	2,22	2,57	2,91	3,25	3,42	4,28	5,13
Кольцевые напряжения уи, Н/мм2
505	7,04	14,07	21,11	28,15	35,19	42,22	49,26	56,30	63,33	70,37	77,41	91,48	105,56	119,63	133,70	140,74	175,93	211,11
506	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
507	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
508	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
509	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
510	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
511	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
512	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
513	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
514	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
515	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
516	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
517	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
518	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
519	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
520	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
521	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
522	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
523	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
524	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
525	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,21	49,25	56,28	63,32	70,35	77,39	91,46	105,53	119,60	133,67	140,70	175,88	211,05
526	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
527	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
528	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
529	7,04	14,07	21,11	28,14	35,18	42,22	49,25	56,29	63,32	70,36	77,40	91,47	105,54	119,61	133,68	140,72	175,90	211,08
530	7,04	14,07	21,11	28,15	35,19	42,22	49,26	56,30	63,33	70,37	77,41	91,48	105,56	119,63	133,70	140,74	175,93	211,11
Радиальные напряжения уR, Н/мм2
505	0,17	0,35	0,52	0,70	0,87	1,04	1,22	1,39	1,57	1,74	1,91	2,26	2,61	2,96	3,31	3,48	4,35	5,22
506	0,17	0,33	0,50	0,66	0,83	1,00	1,16	1,33	1,49	1,66	1,83	2,16	2,49	2,82	3,15	3,32	4,15	4,98
507	0,16	0,32	0,48	0,64	0,80	0,95	1,11	1,27	1,43	1,59	1,75	2,07	2,39	2,70	3,02	3,18	3,98	4,77
508	0,15	0,30	0,45	0,60	0,76	0,91	1,06	1,21	1,36	1,51	1,66	1,96	2,27	2,57	2,87	3,02	3,78	4,53
509	0,14	0,29	0,43	0,57	0,72	0,86	1,00	1,14	1,29	1,43	1,57	1,86	2,15	2,43	2,72	2,86	3,58	4,29
510	0,14	0,27	0,41	0,54	0,68	0,82	0,95	1,09	1,22	1,36	1,50	1,77	2,04	2,31	2,58	2,72	3,40	4,08
511	0,13	0,26	0,38	0,51	0,64	0,77	0,90	1,02	1,15	1,28	1,41	1,66	1,92	2,18	2,43	2,56	3,20	3,84
512	0,12	0,24	0,36	0,48	0,61	0,73	0,85	0,97	1,09	1,21	1,33	1,57	1,82	2,06	2,30	2,42	3,03	3,63
513	0,11	0,23	0,34	0,46	0,57	0,68	0,80	0,91	1,03	1,14	1,25	1,48	1,71	1,94	2,17	2,28	2,85	3,42
514	0,11	0,21	0,32	0,43	0,54	0,64	0,75	0,86	0,96	1,07	1,18	1,39	1,61	1,82	2,03	2,14	2,68	3,21
515	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,59	0,69	0,79	0,89	0,99	1,09	1,29	1,49	1,68	1,88	1,98	2,48	2,97
516	0,09	0,18	0,28	0,37	0,46	0,55	0,64	0,74	0,83	0,92	1,01	1,20	1,38	1,56	1,75	1,84	2,30	2,76
517	0,09	0,17	0,26	0,34	0,43	0,51	0,60	0,68	0,77	0,85	0,94	1,11	1,28	1,45	1,62	1,70	2,13	2,55
518	0,08	0,16	0,23	0,31	0,39	0,47	0,55	0,62	0,70	0,78	0,86	1,01	1,17	1,33	1,48	1,56	1,95	2,34
519	0,07	0,14	0,21	0,28	0,36	0,43	0,50	0,57	0,64	0,71	0,78	0,92	1,07	1,21	1,35	1,42	1,78	2,13
520	0,07	0,13	0,20	0,26	0,33	0,39	0,46	0,52	0,59	0,65	0,72	0,85	0,98	1,11	1,24	1,30	1,63	1,95
521	0,06	0,12	0,17	0,23	0,29	0,35	0,41	0,46	0,52	0,58	0,64	0,75	0,87	0,99	1,10	1,16	1,45	1,74
522	0,05	0,10	0,15	0,20	0,26	0,31	0,36	0,41	0,46	0,51	0,56	0,66	0,77	0,87	0,97	1,02	1,28	1,53
523	0,05	0,09	0,14	0,18	0,23	0,27	0,32	0,36	0,41	0,45	0,50	0,59	0,68	0,77	0,86	0,90	1,13	1,35
524	0,04	0,08	0,11	0,15	0,19	0,23	0,27	0,30	0,34	0,38	0,42	0,49	0,57	0,65	0,72	0,76	0,95	1,14
525	0,03	0,06	0,10	0,13	0,16	0,19	0,22	0,26	0,29	0,32	0,35	0,42	0,48	0,54	0,61	0,64	0,80	0,96
526	0,03	0,05	0,08	0,10	0,13	0,15	0,18	0,20	0,23	0,25	0,28	0,33	0,38	0,43	0,48	0,50	0,63	0,75
527	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	0,11	0,13	0,15	0,17	0,19	0,21	0,25	0,29	0,32	0,36	0,38	0,48	0,57
528	0,01	0,02	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,10	0,11	0,12	0,13	0,16	0,18	0,20	0,23	0,24	0,30	0,36
529	0,01	0,01	0,02	0,02	0,03	0,04	0,04	0,05	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,15	0,18

Вывод:

1. Величина возникающих переменных температурных напряжений опорного блока МСП зависит от: характеристик материала, от температуры окружающей среды, величины изменения температурного поля за цикл. В меньшей степени зависит от диаметра и толщины стенки коснтруктивного элемента МСП

2. С понижением эксплуатационной температуры МСП увеличивается значение переменных напряжений, что объясняется увеличением модули упругости также зависящего от эксплуатационной температуры.

3. Максимальные продольные переменные напряжения, развивающиеся в МСП под воздействием переменного температурного поля в течении одного цикла, достигают порядка 70 Н/мм², в среднем же они колеблются в пределах 11-35 Н/мм²

4. Для нефтегазопроводов, при возникновении разницы температур между внутренней и наружной стенками, действуют кольцевые, продольные и радиальные напряжения, наибольшие значения из которых принимают кольцевые напряжения.

Глава 4. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта. Повышение производительности и эффективности технологии процесса проектирования и расчета опорных частей МНГС с использованием программного комплекса ANSYS

4.1 Обоснование необходимости усовершенствования процесса проектирования

Морские нефтегазовые сооружения относятся к числу опасных производственных объектов. Эти сооружения эксплуатируются в неблагоприятных условиях окружающей среды. Высокий уровень коррозионной активности морской воды, значительные уровни температурных и вибрационных воздействий и нагрузок (гидродинамических, ветровых, ледовых и др.) на конструктивные элементы МНГС - все это создает предпосылки для возникновения и развития различных аварийных ситуаций. Однако вопросам предотвращения наступления риска путем своевременного выявления опасного предельного состояния конструктивного элемента МНГС, адекватной оценки усталостных характеристик стали с учетом всех видов воздействий - всем этим вопросам, не уделяется достаточного внимания. В отраслевом стандарте, разработанном для МНГС, приведен порядок проведения оценки технического состояния морской платформы, периодичность проведения обследования, перечислены основные дефекты, влияющие на надежность эксплуатации МНГС. Однако не даны рекомендации по «предельным состояниям» дефектов, что ставит вопрос о том, какие дефекты являются допустимыми, а какие могут привести к аварийной ситуации.

В настоящее время научно-технический прогресс рассматривается как основа экономической политики, на основе которой следует обеспечивать повышение производственных характеристик, как производительность труда, качество и количество выпускаемой продукции. Технология процесса проектирования и технология производства играет решающую роль в выполнении поставленных задач. Именно прогресс технологии определяет прогресс всего производства в повышении качества и количества продукции, снижения ее себестоимости, повышения эффективности капиталовложений, производительности общественно-полезного труда.

Высокая эффективность общественного производства достигается лишь при комплексном подходе к созданию новой технологии и техники. Тогда рабочие и вспомогательные процессы, оборудование, системы управления находятся в оптимальном соответствии с технологическим уровнем и обеспечивают максимальную реализацию технологического потенциала.

В связи с устареванием методов и технологии проектирования в нефтегазовой промышленности и появлением более совершенных и производительных систем автоматизированного проектирования, на предприятиях и в проектных институтах необходимо и выгодно производить автоматизацию производства и модернизацию вычислительных комплексов.

4.2 Цель инвестиционного проекта

Целью данного проекта является усовершенствование процесса проектирования и расчетов опорных узлов и элементов морских нефтегазовых сооружений, путем модернизации систем автоматизированного проектирования с соответствующим обучением и повышением квалификации работников. В данном проекте будет осуществлена модернизация и реорганизация технологии процесса проектирования опорных узлов и элементов на стадии эскизного, рабочего и детального проектирования.

Существует ряд недостатков в «старых» способах проектирования, которые являются причиной необходимости в модернизации:

Высокая трудоемкость двухмерного черчения и проектирования (предполагается повышение трудоемкости после модернизации на 70 - 80%)

Высокие затраты времени и сил на поэтапный расчет нагрузок и напряжений в отдельных элементах конструкции и оформление отчетов, как следствие приводят к увеличению времени создания проекта.

Сложность создания разрезов и сечений при двухмерном черчении.

Отсутствие анализа частичных разрушений, в процессе эксплуатации, связанных с усталостными, вибрационными и коррозионными напряжениями.

4.3 Сущность модернизации и обоснование технико-экономической целесообразности

С целью повышения производительности процесса проектирования и устранения ряда недостатков существующего метода проектирования и расчетов опорных элементов морских нефтегазовых сооружений, проведем модернизацию процесса, путем замены ряда существующих программ, на программный комплекс «ANSYS». Будет проводится постепенная замена старых программных комплексов и старых методов проектирования и разработки на новые, будет проведена модернизация рабочих мест и обучение сотрудников. Предполагается, что затраты на изменение технологии процесса проектирования будут невелики по сравнению с НДД, по окончанию срока окупаемости, за счет увеличения производительности процесса и повышения качества выпускаемых проектов, за счет снижения времени на согласование различных вопросов и решений между разработчиками.

Процесс модернизации будем проводить в несколько этапов:

Повышение производительности вычислительной техники на рабочих местах и базах данных.

Внедрение новых программных продуктов, соответствующих современным требованиям заказчиков, требованиям качества и сложности к создаваемым проектам.

Повышение квалификации работников проектного бюро (будет проводиться параллельно с проектированием по старой технологии) с постепенным переходом на новую технологию. Создание баз данных.

Полный переход на технологию трехмерного проектирования.

ANSYS -- универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в области компьютерного инжиниринга (CAE, Computer - Aided Engineering) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование -- изготовление -- испытания». Система работает на основе геометрического ядра Parasolid.

Программная система КЭ анализа ANSYS разрабатывается американской компанией ANSYS Inc.. Компания также выпустила другие системы КЭ моделирования, в том числе DesignSpace, AI Solutions (NASTRAN, ICEM CFD); предназначенные для использования в более специфических отраслях производства.

В качестве стратегического партнёра фирма сотрудничает со многими компаниями, помогая им провести необходимые изменения. Предлагаемые фирмой ANSYS Inc. средства численного моделирования и анализа совместимы с некоторыми другими пакетами, работают на различных ОС. Программная система ANSYS сопрягается с известными CAD-системами Unigraphics, CATIA, Pro/ENGINEER, SolidEdge, SolidWorks, Autodesk Inventor и некоторыми другими.

4.4 Методология расчета эффективности инвестиционного проекта. Основные положения методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов

Инвестиционный проект - это комплекс взаимосвязанных мероприятий направленных на достижение в течение ограниченного периода времени поставленных целей при установленном бюджете.

Эти проекты разрабатываются для решения, каких либо крупномасштабных задач такие как:

­ Расширение организации

­ Модернизации технологических процессов

­ Модернизация используемого оборудования, и других задач обусловленных стратегическими планами организации

Инвестиционный проект осуществляется в несколько стадий. Прежде всего, различают разработку и реализацию проекта:

Разработка проекта - это создание модели, образа действий по достижению цели проекта, осуществление расчетов, обоснование проектных решений.

Реализация проекта - есть его практическое осуществление, превращение проектного образа в конкретную экономическую действительность, достижение заложенных в проекте целей.

Эффективность инвестиционного проекта характеризуется различными показателями, отражающими отношение затрат и результатов применительно к интересам его участников:

Показатели финансовой эффективности - учитывают финансовые последствия реализации проекта;

Показатели бюджетной эффективности - отражают финансовые последствия для бюджетов;

Показатели экономической эффективности - учитывают затраты и результаты, выходящие за пределы прямых финансовых интересов участников инвестиционного проекта и допускающие стоимостное измерение.

Экономическая эффективность определяется на уровне региона, отрасли, предприятия. Целью расчета является оценка реализуемости и эффективности проекта в процессе разработки, обоснование целесообразности участия в реализации инвестиционного проекта.

Оценка предстоящих затрат и результатов производится в пределах расчетного периода, продолжительность которого принимают с учетом:

­ Продолжительности создания, эксплуатации и времени ликвидации объекта;

­ Средневзвешенного нормативного срока жизни основного технологического оборудования;

­ Достижения заданных характеристик прибыли;

­ Требований инвестора.

При всем разнообразии инвестиционных проектов при их реализации обязательно существует временной разрыв (лаг) между началом инвестирования и временем, когда ИП начинает приносить доход.

Цикл развития инвестиционного проекта включает три фазы:

­ Прединвестиционная фаза:

­ Разрабатывается проект технико-экономического обоснования, проводятся маркетинговые исследования;

­ Выбирают поставщиков;

Ведут переговоры с потенциальными инвесторами (составляют бизнес-план, затраты этой фазы, в случае перехода к следующей, капитализируются с последующим отнесением их на себестоимость продукции через механизм амортизационных отчислений).

Инвестиционная фаза:

Начало осуществления проекта. Характеризуется большими невозвратными затратами необратимого характера (строительство, приобретение и монтаж оборудования и программных комплексов)

Эксплуатационная фаза:

Начало производства продукции;

Появление потоков денежной наличности.

В первые два периода и в начале третьего поток наличности - величина отрицательная, а по мере завершения капитального строительства и увеличения реализации продукции поток денежной наличности становится положительным.

При разработке инвестиционного проекта обязательно оценивают экологические и социальные последствия от его реализации. Оценка предстоящих затрат и результатов от реализации проекта производится в пределах расчетного периода, продолжительность которого принимается с учетом:

- Продолжительности создания, эксплуатации и времени ликвидации объекта.

- Средневзвешенного нормативного срока службы основного технологического оборудования.

- Достижения заданных характеристик прибыли.

- Требования инвестора.

4.5 Расчет эффективности инвестиционного проекта.

Таблица 4.1 Исходные данные для расчета:

Показатели	1год	2год	3год	4год	5год
Капитальные затраты, тыс. руб.	6.200	0	0	0	0
Прирост продукции по сравнению с базовым выпуском, у.е.п.	-	3	4	4	5
Цена за 1 шт., с НДС, тыс. руб.	-	3.400	3.500	3.200	4.000
Себестоимость производства единицы продукции, без учета страховых взносов, тыс. руб.	-	2.000	2.000	1.700	2.100
В том числе ФОТ ( ? 6%), тыс. руб.	-	900	900	900	900
АО в год (10%), тыс. руб.	-	600	600	600	600
Норма дисконта Е	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
НДС	18%	18%	18%	18%	18%
Налог на прибыль	20%	20%	20%	20%	20%
Страховые взносы	30%	30%	30%	30%	30%

1. Выручка от реализации.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

2. Расчет чистой выручки без учёта НДС.

;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

3. Расчет производственной себестоимости продукции.



тыс. руб.;

;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

4. Расчет полной себестоимости.

;

Так как коммерческие расходы равны нулю, то полная себестоимость равна производственной себестоимости.

;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

5. Расчет дополнительных затрат (без учета налогов).

(тыс. руб.)

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс.руб.;

тыс.руб.;

тыс. руб.

6. Прибыль от реализации.

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

7. Налог на прибыль.

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

8. Чистая прибыль.

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

9. Чистый доход.

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.;

тыс. руб.

10. Коэффициент дисконтирования.