ВКР (Эксплуатация магистральных газопроводов, проложенных на участке с многолетнемерзлотными грунтами, с предложением мероприятий по контролю внешнего состояния газопроводов [), страница 4

Дальнейший контроль за изолированным изделием проводят раз в 5 лет.

Стоимость данных покрытий составляет от 100 до 500 руб/м².

Если предположить использование таких защитных покрытий, к примеру, на газопроводе «Сила Сибири» имеющем максимальное давление 9,8 Мпа и диаметр 1420 мм (1,42 м), то можем просто посчитать стоимость километра при средней цене в 250 руб/м² на данное покрытие.

Для этого используем формулу длины окружности:

C = 2 R =

где С – длина окружности трубы, R – радиус трубы, D – диаметр трубы.

Затем используя формулу площади развертки цилиндра получаем:

S = C L,

где L – протяженность участка (1 км = 1000 м), S – площадь трубы, и получаем:

S = 4459 м².

Следовательно, цена километра изоляции для проекта «Сила Сибири» по средней цене стоила бы 250р.*S = 1114700 рублей/км.

Данная стоимость вполне сопоставима с ценами на обычные типы изоляции, а характеристики обычных типов покрытий имеют более низкие характеристики эксплуатации.

5.2 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ БАЛЛАСТИРОВКИ ПОДЗЕМНОГО ГАЗОПРОВОДА

Как было описано выше, в настоящее время самым применяемым материалом для балластировки являются железобетонные утяжелители. В основном П-образной формы. Но практика показала что часто это является малоэффективным и за счет пучения грунта подземные газопроводы могут всплывать. Такая проблема проявила себя в системе магистральных газопроводов на участке Ямбург – Ныда.

Однако помимо описанных мной возможностей установки термоопор на Ямале применили новую технологию. В грунт были ввинчены и забиты вмораживаемые анкерные устройства.

Они обладают незначительной материалоемкостью и высокой удерживающей силой. Надежность работы анкерных устройств определяется не только прочностью анкерной цепи, значением усилий выдергивания элементов, внедряемых в массив грунта, но и определенной мерой податливости устройства. Надежность вмораживаемых анкерных устройств существенно возросла при устройстве в анкерной цепи компенсаторов пучения различных конструкций, которые могут сохранять положение газопровода и при вертикальных сдвигах и при горизонтальных сдвигах.

Однако при оттаивании все же наблюдаются просадки газопровода, что может привести к его разрыву. К тому же данный метод весьма дорогой.

На сегодняшний момент разработана перспективная технология применения грунтозаполняемых гибких ковров из геотекстильных, в том числе нетканых синтетических материалов. Этот способ, а также грунтозаполняемые мешки из технической ткани типа КТ (контейнер текстильный) так же прошли испытания на магистральном газопроводе Ямбург-Ныда. Получив положительный эффект этот метод уже вошел в состав действующих нормативных документов и по моему мнению является наиболее подходящим, так как обеспечивает достаточную устойчивость положения газопроводов большого давления и диаметра, а также является более выгодным экономически, чем предыдущие способы балластировки. По результатам испытаний выявлено, что данные балластирующие опоры на 3-5 лет более долговечны используемых сегодня железобетонных утяжелителей.

5.3 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ ПОЛОЖЕНИЯ ГАЗОПРОВОДА

Основной метод контроля на сегодняшний день является контроль за несущей способностью основания. Происходит это в результате контроля температуры грунта и дальнейшем прогнозировании на основе геологических исследований. Данный метод очень прост и не требует особых затрат, однако он имеет большую погрешность и не позволяет достоверно определить положение газопровода до вскрытия траншеи.

Изучив системы, используемые сегодня в нефтяной промышленности, были разработаны схожие системы и для газовой промышленности. Они заключаются в контроле за просадками и всплыванием трубопровода и проходят испытание на магистральном газопроводе Сахалин-Хабаровск-Владивосток.

5.3.1 ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ВСТАВКИ

Задачи интеллектуальной вставки:

- постоянный или периодический контроль механических деформаций для последующего расчета напряжений, возникающих в стенках трубопровода при воздействии геотехнических факторов (оползни, сели, карст, подрабатываемые территории, сейсмически активные зоны);

- оценка запаса прочности трубопровода по разработанным методикам; оптимизация технического обслуживания потенциально опасных участков;

- контроль сопутствующих параметров, таких как напряжение и величина тока электрохимической защиты, температура грунта и температура трубопровода.

Интеллектуальная вставка главным образом представляет собой тензодатчик, совмещенный с компьютером и некоторыми другими датчиками в зависимости от необходимости.

Устройство интеллектуальной вставки показано на рисунке 4.

Рисунок 4 – Интеллектуальная вставка

Как видно из рисунка 4 в составе интеллектуальной вставки главное место уделено тензорезисторам, которые и измеряют изменения напряжений в трубопроводе, возникающие из-за нарушения условий залегания трубопровода в зонах геодинамической активности (к этим зонам можно отнести и многолетнемерзлые грунты из-за периодических оттаиваний и промерзаний).

Вторичные датчики позволяют оценить и другие важные параметры. Например, одним из таких параметров является величина тока электрохимической защиты (катодной защиты). Благодаря контролю над этим показателем становится возможным оценка эффективности работы катодной защиты и быстрое определение примерного участка разрыва изоляции, а соответственно и быстрое реагирование на это. Погрешность измерителя потенциала не высока:

- в режиме измерения напряжения 2% от измеряемого диапазона;

- в режиме измерения тока 5% от измеряемого диапазона.

Отправив бригаду линейно-эксплуатационной службы в данный район, они быстро смогут найти точное место повреждения.

Для измерения температуры стенки трубы применяют температурный датчик с погрешностью ±.2С°.

Процессор и усилитель сигнала позволяют обработать полученные данные и перевести их из аналогового сигнала в цифровой, а затем передать на контрольный пункт. Благодаря этому не требуется создавать большую серверную с большими вычислительными способностями на контрольном пункте интеллектуальной вставки. Каждая вставка сама просчитывает все данные и отсылает уже готовый сигнал по которому делаются выводы и принимаются соответствующие действия в ручном режиме. В данной системе используется интерфейс RS-485. Для общения системы применяется протокол MODBUS. Такая связка часто применяется для промышленных предприятий, что делает работу с данными устройствами легче.

Для защиты от повреждений все составляющие уложены в небольшом герметичном металлическом корпусе. Датчик может выдержать сейсмическую активность до 10 баллов по MSK - 64.

Располагают такие тензодатчики равномерно по трубе как показано на схеме монтажа тензодатчиков на рисунке 5. Так как максимальная погрешность определения механических напряжений в стенках трубопровода не более 10%, то обычно используется 4 датчика или 6 датчиков. Такое количество обеспечивает достаточное количество точных данных.

Одна интеллектуальная вставка может обеспечить контроль на небольшом участке. В среднем длина (L) такого участка составляет 1,2 м. Поэтому целесообразна установка интеллектуальных вставок в местах стыков труб, в местах расположения запорной арматуры, в местах поворотов трубопровода или выхода трубы на поверхность в зонах геодинамической активности.

1. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ

Похожая система уже применяется на нефтепроводах. На газопроводы такая система установлена пока только на газопровод Сахалин-Хабаровск-Владивосток.

Система позволяет вести постоянный скрытый мониторинг механической и акустической активности (вибрации) вдоль трубопровода. Она очень чувствительна и позволяет обнаружить движение людей или техники, пересечение охранной зоны, выполнение механических работ. Все это регистрируются системой в реальном времени, что позволяет оперативно принимать необходимые меры: пресекать несанкционированную активность в охранной зоне или обнаруживать нарушения или повреждения при эксплуатации трубы.

Для фиксации изменений используется рефлектометр (рисунок 6), который посылает в волокно короткие оптические импульсы и анализирует отражённый назад сигнал, называемый рефлектограммой (рисунок 7). При механической или акустической активности вблизи от кабеля, вибрация передаётся волокну, что вызывает изменения в рефлектограмме. По этим изменениям можно с высокой точностью определить место воздействия и его силу, и с определенной вероятностью сделать вывод о последствиях.

За счёт того что волоконно-оптический кабель имеет небольшие размеры, отражённые сигналы складываются когерентно: амплитуды сигналов, отражённых от разных неоднородностей и дефектов волокна, суммируются с учётом фазовых задержек. Малейшие смещения неоднородностей волокна друг относительно друга (порядка 100 нм) вызывают изменения в когерентной рефлектограмме для данного участка волокна. При этом для прочих участков волокна вид рефлектограммы не меняется. Такие незначительные на первый взгляд смещения могут возникать при микровибрации волокна, вызванной внешним механическим или акустическим воздействием. Эта особенность позволяет эффективно применять когерентный рефлектометр для контроля над внешним состоянием трубопровода.

Рисунок 6 – Рефлектометр импульсный РИ-307

Рисунок 7 – Пример рефлектограммы

Сравнивая несколько последовательных рефлектограмм друг с другом, строят график разностей (рисунок 8), по показаниям которого можно

обнаружить участок, где на кабель осуществляется внешнее воздействие или имеются изменения положения газопровода в грунте.

Рисунок 8 – График разности показателей рефлектометра

Оборудование и программное обеспечение для этой системы имеется и в России. Оно не уступает зарубежному, но повышает независимость газовой отрасли страны и значительно ниже по стоимости. Система может включать несколько оптических блоков (от 1 до 8) с серверами обработки, который обычно устанавливаются в одном месте для получения полной картинки, одно или несколько автоматизированных рабочих мест оператора, магистральные коммутаторы. К оптическому блоку подключается оптическое волокно. Получаемые данные не обрабатываются как в случаи с индивидуальной вставкой, а передаются в серверную, поскольку для таких вычислений требуются большие вычислительные мощности. Средняя дальность работы (расстояние вдоль оптического волокна, на котором возможно обнаружение события) составляет около 40 км (L), однако существенно зависит от ряда факторов (тип и состояние грунта, тип и глубина прокладки кабеля, тип события).

Система позволяет выделять воздействия в полосе частот от 3 до 200 Гц. Верхняя граница этого диапазона определяется свойствами почвы, которая не пропускает колебания, частота которых выше 200 Гц.

Укладка кабеля оптоволокна в обычных условиях происходит на глубину от 30 до 40 см. Эта глубина в таких условиях дает достаточно точную картину ситуации на протяжении всего участка. Однако как и было сказано раньше, глубина залегания кабеля зависит от свойств грунта. В условиях многолетнемерзлых грунтов следует укладывать волоконно-оптический кабель непосредственно вместе с газопроводом как показано ниже на рисунке 9.