WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Подземные трубопроводы газораспределительных систем сооружаются из бесшовных и сварных труб из низколегированных и малоуглеродистых сталей спокойной и полуспокойной плавки с предельным содержанием углерода не более 0,27 %, серы - не более 0,05 %, фосфора - не более 0,27 %. Эквивалент по углероду не более 0,46 %, что обеспечивает удовлетворительную свариваемость. Пределы прочности и текучести сталей трубопроводов находятся соответственно в диапазонах 255…530 МПа и 174…323 МПа. Отношение sт/sв малоуглеродистых сталей находится в диапазоне 0,50…0,65, низколегированных – в диапазоне 0,6…0,7. Относительное удлинение d сталей от 21 до 33 %. Ударная вязкость (КСV) или не регламентируется, или выше 35 Дж/см2.

Более 96 % всех подземных стальных распределительных газопроводов имеют диаметры 377 мм и менее, толщину стенки от 4 до 7 мм (рисунок 1). Рабочие давления трубопроводов для распределения природного газа не более 1,2 МПа, для транспортировки СУГ – не более 1,5 МПа.

Трубопроводы газораспределительных систем являются низконагруженными по отношению к предельному разрушающему давлению. Они обладают 10...15-кратным запасом прочности по отношению к пределу прочности применяемых сталей. Поэтому на этих трубопроводах не происходят разрушения от действия внутреннего давления (статические, усталостные, стресс-коррозионные).

Относительная протяженность, % Рисунок 1 - Распределение стальных подземных газопроводов по диаметрам (по состоянию на июль 2006 г.) Большую роль играет защита от почвенной коррозии, которая осуществляется изоляционным покрытием и катодным потенциалом. Условия эксплуатации характеризуются наличием блуждающих токов от многочисленных подземных, наземных и подземных коммуникаций, электротранспорта, электроустановок промышленных предприятий. На трубопроводах со сроком эксплуатации более 30 лет изоляционное покрытие на битумной основе по многим характеристикам (адгезии, прочности, переходному сопротивлению и др.) перестало удовлетворять нормативным требованиям.

Сроки эксплуатации подземных стальных газораспределительных трубопроводов достигают 50…55 лет. При этом сильно ограничены возможности замены изоляции, и совсем невозможно проводить внутритрубную диагностику. При обследовании, главным образом, выявляются места с повреждённой изоляцией, утечки газа, нарушения правил безопасности.

Ремонт сводится к восстановлению герметичности трубопровода и ликвидации локальных дефектов изоляции и трубы.

Вышеуказанные особенности газопроводов и условия эксплуатации напрямую определяют механизмы образования источников опасности, из которых наиболее опасны следующие:

- разгерметизация трубопровода от коррозии или механических повреждений, выход и скопление газа в ограниченном объёме помещений, образование газовоздушной смеси и взрыв;

- разрыв трубопровода по стыку под действием растягивающих и изгибающих нагрузок по разным причинам (наезд техники, размыв русла реки, оползень, землетрясение и т.д.).

Степень опасности газопроводов определяется также свойствами газа и газовоздушной смеси, образуемой при потере герметичности трубопровода. Газ обладает отравляющим действием на организм человека.

Смесь метана с воздухом взрывается, если в ней содержится 5,3…15,0 % метана.

Анализ нормативных документов по проектированию, обследованию и ремонту газораспределительных трубопроводов показал, что по некоторым важным положениям они нуждаются в существенной переработке с учётом накопленного опыта.

Методы ремонта дефектных участков трубопроводов основаны на шлифовке и сварке, но в них недостаточно внимания уделяется:

- особенностям системы газораспределения (низкие нагрузки и тонкие стенки труб);

- выбору безопасных способов, условий и режимов сварки и наплавки, сварочных материалов, контролю качества;

- безогневым методам усиления труб (без искр и сварочной дуги).

Вторая глава посвящена анализу опыта диагностики стальных подземных трубопроводов газораспределительных систем.

Правилами безопасности систем газораспределения и газопотребления (ПБ 12-529-03) предусмотрено обязательное выполнение диагностики с определением возможности и условий дальнейшей эксплуатации стальных газопроводов, прослуживших 40 лет и более. Обследование рекомендуется проводить в соответствии с Инструкцией по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов (РД 12-411-01), разработанной с участием автора настоящей работы. Несмотря на обнаруженные несовершенства, данный документ сыграл положительную роль в системе промышленной безопасности газораспределительных трубопроводов, позволил от субъективной балльной оценки технического состояния перейти к количественной оценке, основанной на расчётах. В соответствии с требованиями РД 12-411-01, диагностика газопроводов состоит из двух этапов: диагностирование без вскрытия грунта (бесшурфовое) и шурфовое диагностирование.

Диагностирование без вскрытия грунта включает:

- проверку трубопровода на герметичность (газоанализатором);

- проверку работы электрохимической защиты (электрометрическими измерениями);

- проверку состояния изоляции (приборами типа УКИ-1М);

- выявление участков с аномалиями металла труб (магнитометрическими методами);

- определение коррозионной агрессивности грунта (электрическими измерениями с помощью приборов типа М-416) и наличия блуждающих токов.

Шурфовое диагностирование включает:

- измерение защитного потенциала (поляризационного и суммарного);

- определение свойств изоляционного покрытия;

- определение степени коррозионных повреждений трубопровода;

- определение качества сварных стыков;

- определение физико-механических свойств металла;

- определение напряженно-деформированного состояния (приборами «Пион-01» и «Уралец» магнитно-шумового действия).

Опыт диагностики распределительных газопроводов, прослуживших 40 лет и более, показал, что за это время произошли существенные изменения.

Изоляционное покрытие состарилось. Это выразилось в значительном снижении адгезии, растрескивании, потере электрической плотности.

Переходное сопротивление, в основном, падает, разброс значений растёт.

После 40 лет эксплуатации дисперсия переходного сопротивления в два раза превышает его среднее значение (рисунок 2).

Количество измерений, % Рисунок 2 – Разброс значений переходного сопротивления изоляционного покрытия после 40 лет эксплуатации газопроводов Металл труб претерпел изменения, но эти изменения не вывели его механические свойства за пределы нормативных требований.

Остаточный ресурс трубопроводов по динамике изменения свойств металла и роста коррозионных дефектов колеблется в пределах от нуля до 40 лет.

Остаточный ресурс изоляционного покрытия не удаётся рассчитать из-за погрешностей самой методики и из-за разброса значений переходного сопротивления изоляционного покрытия даже в пределах короткого участка трубопровода (шурфа).

Объемы требуемых ремонтных работ определяются, главным образом, неудовлетворительным состоянием изоляционного покрытия. Но технология механизированного выполнения ремонтных работ по замене изоляционного покрытия подземных трубопроводов газораспределительных систем на сегодняшний день не отработана.

Опыт обследований старых газопроводов также показал, что за 40 лет сама трасса местами сильно меняется: появляются новые дороги, коммуникации, населённые пункты, предприятия. Происходят эрозия и размыв грунта. Некоторые реки меняют свои русла. В результате появляются новые воздушные и водные переходы, не предусмотренные проектом. Для этих случаев разработана расчётная программа, позволяющая решать задачи о напряжённо-деформированном состоянии воздушных и подводных переходов трубопроводов по результатам обследования.

На нескольких примерах показано, что обследование и ремонт переходов через железные дороги затруднены, и требуются новые методы и технологии.

Опыт диагностики трубопроводов показал также, что нормативная база и приборная часть требуют дальнейшего совершенствования с учётом особенностей газораспределительных сетей.

Третья глава посвящена изучению динамики изменения свойств металла при длительной эксплуатации трубопроводов. Изучать общие закономерности невозможно, оставаясь только в рамках газораспределительных систем. Поэтому в данной главе рассматривали поведение металла труб в широких диапазонах действия рабочих давлений, внешних нагрузок, температур и других воздействий. Полученные закономерности можно использовать при оценке безопасности практически всех типов нефтегазопроводов (магистральных, промысловых, распределительных), а также оборудования и резервуаров с учётом условий их эксплуатации.

Благодаря результатам ранее проведённых исследований, а также выполненных в рамках настоящей диссертации можно считать неоспоримым фактом, что металлы труб изменяют свои свойства при длительной эксплуатации. Причём, деградационные процессы присущи как трубопроводам, испытывающим высокие напряжения, так и находящимся под относительно низким внутренним давлением.

Как показали эксперименты, при нагружении внутренним давлением, соответствующим окружным напряжениям в стенке 0,75sт, в течение 9,5 лет ударная вязкость металла снижается на 30...40 %. При меньших рабочих давлениях этот процесс также происходит. За относительно небольшое время нагружения, не превышающее 4-х лет, вся кривая зависимости ударной вязкости от температуры испытаний монотонно снижается и, в свою очередь, зависит от величины внутреннего давления (рисунок 3). При давлении 1,2 МПа уровень KCV снизился примерно на 10 % по отношению к исходному значению, при давлении 13 МПа (соответствует s = 0,8sт) – на 40…50 % при всех температурах испытаний.

КСV, Дж;/cм1 – труба в исходном состоянии;

2 – труба нагружена давлением 1,2 МПа;

3 – труба нагружена давлением 13 МПа Рисунок 3 – Температурная зависимость ударной вязкости стали при разных уровнях окружных напряжений в стенке трубы На графиках зависимости физических и механических свойств основного металла и сварного соединения трубопроводов от времени нагружения имеются два характерных интервала времени (рисунок 4). В первом интервале пластические и вязкие характеристики материалов трубопроводов мало изменяются; частота отказов остаётся относительно невысокой.

Во втором интервале происходит более существенное снижение пластических свойств, ударной вязкости и процента вязкой составляющей в изломах ударных образцов как для основного металла, так и для сварного соединения. При сроках эксплуатации более 20...25 лет значения ударной вязкости могут выйти за пределы, определённые нормативными требованиями. При этом металлы трубы и сварного соединения переходят в хрупкое состояние. Число отказов на трубопроводах заметно увеличивается.

Из множества известных характеристик металлов при определении допустимого рабочего давления используются только предел текучести и предел прочности, которые названы расчётными параметрами. При длительной эксплуатации трубопроводов расчётные параметры изменяются незначительно. Другие параметры, не участвующие в расчётах (ударная вязкость, относительное растяжение, относительное сужение при разрыве, процент вязкой составляющей в изломе, температура вязкохрупкого перехода и другие), при длительной эксплуатации трубопроводов претерпевают значительные изменения (растут или снижаются). В диссертационной работе предложен метод учёта нерасчётных характеристик металла, чувствительных к деградационным процессам, при корректировке допустимых рабочих параметров трубопроводов при длительной эксплуатации.

а) б) а) магистральные нефтепроводы (стали 17ГС, 14ХГС, 17Г1С);

б) магистральные нефтепроводы (стали 16Г2-У, 19Г), сварной шов (Св. 08А, флюс АН-60) Рисунок 4 – Зависимость механических свойств металла различных трубопроводов от продолжительности эксплуатации Например, изменение ударной вязкости металла учитывается через баланс энергий, высвобождаемой при разрушении газопровода путём роста трещины и затрачиваемой на разрыв межмолекулярных связей при этом.

Характер взаимосвязи допустимого рабочего давления Рраб и ударной вязкости описывается следующим уравнением:

Р2 p D3 Рраб p D2 Рраб раб + ln = t z. (1) 8 E t 4 Р Здесь D – диаметр трубы; t – толщина стенки; Е – модуль упругости металла; Р0 – атмосферное давление (0,1 МПа); – удельная энергия образования трещины (величина, пропорциональная ударной вязкости).

На изменение каждого из n параметров металла (ударной вязкости KCV, относительного удлинения при разрыве d, относительного сужения при разрыве y, отношения пределов текучести и прочности c = s / s, т В трещиностойкости aтр и т.д.) рекомендуется ввести n соответствующих частных коэффициентов старения (КKCV, Кd, Кy, Кc, Кa и т.д.). Поскольку эти параметры описывают состояние одного и того же металла и поэтому не являются независимыми, предлагается найти интегральный коэффициент старения металла трубопровода следующим образом:

2 2 2 2 (КKCV ) + (Кd ) + (Кy) + (Кc) + (Ka )...

К =. (2) n На рисунке 5 показан принцип построения частных коэффициентов старения металла.

а) б) Рисунок 5 – Определение коэффициентов старения по ударной вязкости (а) и относительному удлинению при разрыве (б) сталей труб Для трубопроводов газораспределительных систем предложен алгоритм расчёта допустимых рабочих давлений с учётом процессов старения металла и дефектов, обнаруженных в процессе диагностики. В качестве иллюстрации приведён пример, взятый из практики.

Газопровод диаметром D = 219 мм и толщиной стенки t = 5 мм эксплуатируется под рабочим давлением 1,2 МПа. Материал трубы - Ст 4.

Испытаниями определены временное сопротивление sВ = 382 МПа; предел текучести металла труб sт = 255 МПа; относительное удлинение при разрыве d = 25 %; относительное сужение y = 30 %; трещиностойкость металла aтр = 0,75; ударная вязкость при температуре минус 20 °С KCV-20 = 25 Дж/см2. На поверхности трубы обнаружены коррозионные язвы глубиной до 2 мм.

По нормам расчёта распределительных газопроводов, в исходном состоянии можно было допустить рабочее давление 6,89 МПа. Интегральный коэффициент старения составил 0,91. Следовательно, явления старения металла снизили допускаемое рабочее давление до уровня 6,27 МПа.

Наличие дефекта привело к дальнейшему снижению допустимого рабочего давления до уровня 3,76 МПа. Тем не менее, это выше существующего рабочего давления 1,2 МПа. Следовательно, данный газопровод может эксплуатироваться без снижения существующего рабочего давления, если будет остановлен процесс коррозии. Для этого рекомендуется провести ремонт – восстановить изоляционное покрытие на дефектных участках и следить за тем, чтобы защитный потенциал находился в пределах нормы.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»