Комплексный технологический контроль и стресс-коррозионный мониторинг состояния МГ

7. Комплексный технологический контроль и стресс-коррозионный мониторинг состояния МГ.

Газовые магистрали должны работать безотказно длительное время, сколь агрессивна не была бы окружающая среда. Поэтому нарастающий поток аварий по причине коррозионного растрескивания под напряжением требует принятия неотложных мер по снижению аварийности подземных МГ. Их можно разделить на три группы:

· научно-исследовательские, фундаментальные и прикладные исследования природы, причин и механизма возникновения и развития КРН при рН, близком к нейтральному. В эту же группу входят методологические ра­боты, направленные на воспроизведение процесса КРН данного вида в ла­бораторных условиях и создание методов испытаний сталей на их устой­чивость, с одной стороны, и ранжирование грунтовых сред по степени опасности, с другой;

· диагностические работы, целью которых является создание концепции диагностирования, его организация и информационное обеспечение, раз­работка технических средств и регламента диагностирования состояния трубопроводов;

· ремонтные работы, обеспечивающие оценку и продление остаточного ре­сурса путем разработки методов и средств продления работоспособности дефектных участков.

Для своевременного выявления и предотвращения стресс-коррозионных повреждений необходимо опираться на комплексный технологический контроль и техническое диагностирование состояния магистральных трубопроводов на всех стадиях жизненного цикла, т.е. проектирование, строительство, эксплуатация, реконструкция или ремонт и вывод из эксплуатации.

Конечной целью комплексного мониторинга состояния газопроводов в усло­виях КРН является непрерывный контроль критических показателей факторов, определяющих вероятность возникновения отказов на всех этапах жизненного цикла МГ для принятия эффективных мер по сни­жению уровня негативного воздействия и поддержания газопроводов в работо­способном состоянии и обеспечения его надежности и экологической безопасности.

Система  комплексного коррозионного мониторинга состояния МГ в усло­виях КРН должна включать пять уровней наблюдений: инженер­ные изыскания и про­ектирование, строительство, эксплуатацию, ремонт и рекон­струкцию, вывод из эксплуатации. Она должна отражать и определять:

·   цели мониторинга;

Рекомендуемые материалы

·   ситуацию и условия, определяющие необходимость мониторинга критиче­ских показателей в процессе инженерных изысканий и их состав;

·   особенности конструктивных решений данного газопровода, требуемые для обеспечения коррозионной устойчивости, включая проектные решения по выбору трассы, материала трубы, методов и средств пассивной и активной противокорро­зионной защиты;

·   технологические требования к производству отдельных видов работ, тре­бования по контролю качества материалов и качества выполнения отдельных ви­дов работ в процессе строительства газопровода;

·   выбор оборудования для проведения диагностических обследований и их регламентов для выявления и сопоставления видов дефектов, ведущих к отказам, с видами дефектов, выявляемых средствами дефектоскопии для  оценки текущего состояния газопроводов с точки зрения их работоспособности и ремонтопригод­ности в процессе эксплуатации;

·   материалы обоснования сроков, объемов и видов технического обслу­живания, ремонтов и вывода из эксплуатации конкретных участков трубопрово­дов.          

 С учетом причин и статистики отказов, диагностику целесооб­разно осуществлять на основе физической модели устойчивости газопроводов, эксплуатирующихся в условиях воздействия коррозионно-опас­ных сред. Модель базируется на комплексной оценке условий и факторов в сис­теме З-Н-М-С с учетом проектных отклонений, технологической на­следственности материалов трубы и покрытий, напряженно-деформированного состояния конструкций, эксплуатационных факторов, их вариабельности с ис­пользованием компьютерных экспертных систем для  оценки состояния и воз­можных изменений. На основе модели сопротивляемости разрушению формиру­ется система мониторинга газопроводов, включающая базовые виды диагностики - функциональную, тестовую, модельную; меры по предупреждению и устране­нию  негативных изменений в объекте с учетом особенностей разных стадий жиз­ненного цикла газопровода.

Основная исходная информация для решения задач прочности и остаточного ресурса (по долговечности) хранится в базах данных (БД): «Объект», «Механизм», «Дефект», «Характеристики материала труб», «Защищенность тру­бопровода»,  «Нагрузки»,  «Условия прокладки», «Рекомендации по повышению устойчивости газопроводов».

БД «Объект». Предназначена для описания трассы трубопровода. Содержит следующие данные:

* основные конструктивные решения;

* природно-климатические условия;

* характеристики перекачиваемого продукта;

* дату укладки или ремонта трубопровода на контролируемом участке;

* характеристики трубных элементов по сертификатам;

* наименования систем магистральных газопроводов, на которых обнару­жено КРН;

* протяженность магистральных газопроводов, подвергшихся КРН;

* статистику аварийности на магистральных газопроводах по причине КРН, включая разрывы при гидропереиспытаниях;

* прямой и косвенный ущерб от каждой аварии на магистральных газопрово­дах по причине КРН, произошедшей в процессе эксплуатации;

* взаимосвязь масштабов, серьезности и статистики аварийности по причине КРН со сроками эксплуатации магистральных газопроводов, общей протя­женностью системы, типом изоляционного покрытия, процессом изготовле­ния трубы, уров­нем напряжений в стенках трубы, состоянием окружающей среды и другими факторами, способствующими возникновению КРН.

Объем информации, хранящейся в БД «Объект», зависит от количества труб­ных элементов, ремонтируемых участков, а также от участков с разной толщиной стенки и с разными диаметрами.                      

БД «Механизм» (тип КРН). В связи с тем, что понимание механизма (типа) возникновения и развития КРН является решающим в разработке эффективных мер по ее предупреждению и уменьшению, необходимо отслеживать процесс по­нимания механизма возникновения и развития КРН на магистральных газопрово­дах по следующим направлениям:

· различные виды КРН (т.е. щелочная рН или нейтральная рН), которые обна­ру­жены ли на магистральных газопроводах;

· обзор теорий возникновения и развития КРН;

·   известные факторы (механические, окружающей среды, металлургические), ко­торые приводят в возникновению и развитию КРН, и как эти факторы влияют на возникновение и развитие КРН;

·   эффективность моделей для обнаружения участков трубопроводов, подвер­жен­ных воздействию КРН, включая полевые данные, которые подтвер­ждают их эф­фективность (т.е. достоверность прогноза);

·   имеется ли граничный фактор, усиливающий или снижающий развитие КРН; критерий, используемый для определения граничного фактора; может ли быть определен такой граничный уровень; является ли он постоянным по всей протя­женности трубопроводной системы;

·   эффективность мер по уменьшению скорости развития КРН и предотвраще­нию аварий (гидравлические переиспытания; снижение рабочего давления; выбороч­ная замена труб; обследование трубопроводов в шурфах и ремонт повреждений и т.д.); обзор выполняемых исследований.

БД «Дефект». Предназначена для хранения информации, полученной в ре­зультате обследования линейной части трубопровода. Для изучения кинетики развития дефектов, исследования влияния на нее различных эксплуатационных факторов, в БД необходимо вводить следующие данные:

·   возможности внутритрубных инспекционных снарядов и других методов диаг­ностики для обнаружения продольных трещин, включая имеющиеся практиче­ские данные, которые подтверждали такие возможности;

·   ограничения в практическом применении таких средств (т.е. ограничения по размерам, пригодности к применению на трубопроводах);

·   характеристика газопроводов, подверженных КРН, которые могут пропускать такие внутритрубные средства;

* местоположение дефекта;

* тип дефекта по каталогу (классификатору);

* расчетные (по данным обследования) параметры дефекта.

Расчетные параметры дефекта (длина, глубина, ширина) определяются по данным обследования.

БД «Характеристики материала труб». Должна содержать все механические характеристики и характеристики трещиностойкости, необходимые для проведе­ния расчетов на прочность и остаточный ресурс (по долговечности). Информация должна задаваться на основании сертификатных данных, отражающих фактиче­ские характеристики материала или по справочным данным. В случае задания справочных данных в расчете дополнительно должно учитываться влияние сле­дующих факторов:

* изменение механических характеристик металла труб и характеристик трещи­ностойкости от срока эксплуатации трубопровода (старение);

* изменение свойств под напряжением;

* изменение свойств материала под воздействием агрессивных сред.

БД «Нагрузки». Предназначена для хранения информации, характеризующей нагружение трубопровода при эксплуатации. Должно быть обеспечено задание, хранение и учет в расчетах:

*  давления перекачки, динамики флуктуаций;

*  температурных перепадов (температуры замыкания и транспортируемого про­дукта);

*  реакции грунтов;

*  любых других внешних нагрузок, которые оказывают влияние на напряженно-деформированное состояние маги­стрального газопровода.

БД «Условия прокладки». Содержит информацию, характеризующую усло­вия взаимодействия трубопровода с грунтом:

* тип грунта по трассе;

* ионный состав;

* микробиологическая активность;

* удельное сопротивление грунта [Ом×м];

* рН грунта;

* модуль деформации грунта основания, [кг/см²];

* модуль деформации грунта засыпки, [кг/см²];

* глубина заложения трубопровода до верхней образующей, [см];

* коэффициент Пуассона грунта;

* коэффициент касательного сопротивления грунта, [кг/см²];

* предельное сопротивление грунта основания, [кг/см²];

* предельное сопротивление грунта засыпки, [кг/см²];

* предельное сопротивление грунта продольным переме­ще­ниям, [кг/см²].

БД «Защищенность трубопровода». Содержит информацию, характеризую­щую степень защиты трубопровода (состояние изоляции и катодной защиты по трассе трубопровода):

· характеристики работы активных средств антикоррозионной защиты;

· тип и состояние изоляции трубопровода.

БД «Рекомендации по повышению устойчивости газопроводов»:

· эффективность различных типов покрытий для предотвращения КРН;

· возможные изменения окружающей среды, которые уменьшают чувстви­тель­ность трубопровода к КРН (грунт, топография, электрохимическое ок­ружение, микробиологическая активность и т.д.);

· рекомендации по мониторингу металлургических характеристик, которые влияют на возникновение и развитие КРН;

· рекомендации по технологии изготовления труб, которые должны контро­лиро­ваться для предупреждения КРН;

· технологические схемы строительства, обеспечивающая предотвращение КРН;

· режимы эксплуатации, обеспечивающие предотвращение КРН (величины рабо­чих давлений, изменения величин давления / напряжения в стенках труб, рабо­чая температура стенок труб, уровень катодной поляризации и т.д.);

· параметры гидравлических переиспытаний: уровень напряжений в стенках труб, продолжительность переиспытаний, периодичность переиспытаний и др.;

· размеры дефектов, которые могут выдержать переиспытания;

· ограничение эксплуатационных режимов (напряжений стенок, рабочей тем­пе­ратуры стенок труб, изменения величин давления, уровня катодной поля­риза­ции);

Люди также интересуются этой лекцией: 1.11 Каменная архитектура Древней Руси.

· методы ремонта (вышлифовка, замена покрытия, применение муфт, вырезка поврежденного КРН участка трубы и др.), технические данные, подтвер­ждаю­щие применимость таких методов ремонта, критерий для выбора того или иного метода ремонта;

· технологические требования при замене поврежденного КРН участка трубы (материал трубы, толщина стенки, тип покрытия, технология производства ра­бот, методы контроля и т.д.);

· методика обоснования приоритетов выбора опасных участков трубопрово­дов, которые должны быть выбраны для первоочередной замены (сближе­ние с жи­лыми строениями, с авто- и железными дорогами, местами массо­вого нахожде­ния людей, чувствительными регионами окружающей среды и т.д.);

· критерий определения протяженности трубопровода для замены, его обос­нова­ние и технические данные, предупреждающие возможность примене­ния такого критерия;

· факторы, которые должны приниматься во внимание при определении кри­те­рия определения протяженности (безопасность, ущерб собственности, воздейст­вие на окружающую среду).

Эти меры должны быть направлены на повышение надежности эксплуатации действующей системы газопроводов и обеспечение стойкости к КРН строящихся и реконструируемых газопроводов, т.е. выявление и ликвидацию стресс-коррозионных дефектов.