WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Данный пример показывает, что эффекты старения металла труб газораспределительных систем практически не требуют снижения рабочих давлений, поскольку изначально трубопроводы обладают очень большим запасом прочности.

В четвертой главе рассматриваются вопросы контроля изоляционного покрытия трубопроводов газораспределительных систем.

Подземные стальные трубопроводы имеют двойную защиту от коррозии: пассивную и активную. Роль пассивной защиты выполняет изоляционное покрытие, активной – катодный потенциал. При сильном износе изоляционного покрытия активная защита не справляется из-за больших потерь защитного тока через дефекты изоляции. Поэтому роль покрытия важна вдвойне. Контроль состояния изоляции обычно проводят электрометрическими методами. Однако при интерпретации результатов измерений и последующих оценках имеются проблемы, которые исходят из следующих особенностей газораспределительных систем.

1. Практически все распределительные газопроводы, отслужившие 40 и более лет и подлежащие комплексному обследованию, покрыты битумной изоляцией. Нормативный срок эксплуатации битумной изоляции составляет всего 15...20 лет. За 40 лет битум в значительной степени теряет защитные свойства, охрупчивается, растрескивается, отслаивается от поверхности трубы.

2. Газораспределительные трубопроводы пересекают множество дорог, подземных, наземных и воздушных коммуникаций, которые затрудняют обследование. Отдельные участки, где появились новые строения, насаждения, заборы, становятся недоступными для приборного и шурфового обследований.

3. В результате старения материалов значения всех характеристик покрытия – адгезии, переходного сопротивления, механических свойств, электрической плотности – имеют очень большие разбросы, практически от нуля, даже в пределах одного шурфа. Дисперсии этих параметров как минимум в два раза больше, чем их средние значения. Если по результатам локальных измерений (в шурфах) рассчитывать остаточный ресурс изоляционного покрытия, то получим цифры от нуля и выше – набор случайных остаточных ресурсов без определённого физического смысла. Поэтому на старых трубопроводах при оценке их состояния нецелесообразно пользоваться локальными характеристиками покрытия. Надо найти такие характеристики, которые описывают защитные свойства изоляционного покрытия на некотором конечном участке трубопровода. Длина участка может быть различной в зависимости от конкретных условий, например 100 м или 1 км.

Как известно, изоляционное покрытие должно выполнять две основные функции: максимально препятствовать доступу к поверхности трубы грунтовой воды с её солями и ионами, снизить до минимума утечку защитного тока с трубы в грунт. Доступ грунтовой воды к поверхности металла и утечка электрического тока с трубы в грунт взаимосвязаны и описываются одним и тем же механизмом – движением молекул и ионов из грунта к поверхности металла и обратно. Поэтому барьерные свойства изоляционного покрытия лучше всего характеризуются переходным сопротивлением, но не локальным, а интегральным для выбранного участка трубопровода (длиной 100 м или 1 км). Интегральное переходное сопротивление изоляции фактически вбирает в себя все локальные характеристики изоляции, но не является случайной величиной. Поэтому здесь нет таких понятий как разброс и дисперсия. Интегральное переходное сопротивление не является средним значением, а является однозначной характеристикой изоляционного покрытия на выбранном участке.

Для определения интегрального переходного сопротивления покрытия разработана математическая модель растекания тока через покрытие на конечном участке трубопровода. Согласно этой модели, распределение потенциалов j и токов J вдоль трубопровода описывается следующими выражениями:

С j = С exp(qz)+ С exp(- qz); J = g exp(qz) - С exp(- qz) ; (3) 1 2 3 l jВ -jА l (l jА -jВ) l JВ -JА С1 = ; С2 = ; С3 = ;

l2 -1 l2 -1 g (l2 -1) l (JB - l JА ) rм t С4 = ; q = ; l = exp(q l); g = p D.

g (l2 - 1) t R rм R Здесь jА, jB и JА, JB - потенциалы и токи на концах выбранного участка АВ длиной l (за точки А и В можно принять положения СКЗ);

rм – удельное сопротивление металла трубы; R – переходное сопротивление изоляции (единицы площади). Задача состоит в том, чтобы по измеренным значениям jА, jB и JА, JB определить такое значение R, которое удовлетворяет выражениям (3). Измерение потенциалов jА и jB выполняется с помощью высокоомного вольтметра, измерение токов JА и JB – с помощью бесконтактного прибора типа «Орион-1».

Выражения (3) позволяют также рассмотреть различные варианты расположения станций катодной защиты и выбрать оптимальные с точки зрения обеспечения полной защиты и минимизации энергозатрат. На рисунке 6 приведены результаты такого анализа для ряда трубопроводов при разных характеристиках изоляционного покрытия R. На графиках W – полезная мощность катодной защиты трубопровода протяжённостью 100 км;

DL – расстояние между смежными СКЗ.

W,кВт Трубопровод 530 х 6 мм протяженностью 100 км DL, км Рисунок 6 – Энергозатраты на катодную защиту трубопроводов Результаты расчётов показывают, что путём оптимизации расположения СКЗ можно обеспечить не только полную защиту трубопроводов с изношенной изоляцией, но и снизить энергопотребление в 2...3 раза. Для каждого трубопровода существует предельное допустимое расстояние между СКЗ (на рисунке 6 отмечены темными точками). При больших расстояниях между СКЗ защитный потенциал в некоторых местах выходит за пределы минус (0,9...2,5) В при любых режимах работы СКЗ.

В пятой главе рассматриваются вопросы диагностики, оценки и восстановления трубопроводов газораспределительных систем.

На основе анализа источников опасности на газопроводах предложен следующий объём оценок по результатам диагностики:

- оценка свойств металла труб и дополнительного коэффициента надёжности на возможное старение металла;

- оценка свойств изоляционного покрытия по интегральному переходному сопротивлению;

- оценка скорости коррозии и степени опасности обнаруженных дефектов металлической составляющей трубопровода.

Контроль металла трубопроводов достаточно проводить один раз в 10 лет испытаниями образцов или методами неразрушающего контроля.

Предложена трёхуровневая диагностика изоляционного покрытия трубопроводов: 1) контроль интегрального переходного сопротивления;

2) поиск локальных дефектов изоляции; 3) шурфовые обследования. Результаты предыдущего уровня контроля определяют необходимость последующих его этапов.

Трубопроводы газораспределительных систем не приспособлены для проведения внутритрубной диагностики. Обнаружить дефекты металлической составляющей трубопровода возможно по результатам комплексного применения трёх методов, таких как:

- электрометрические измерения (приборами типа УКИ-1М, КАОДИ, АНТПИ, АНТПИ, «Поиск» и др.);

- метод магнитной локации (с помощью приборов «Орион-1», «Zond»);

- работа с газоанализатором.

Одним из характерных типов отклонений сварных стыков от проектных требований является чрезмерное усиление формы сварных швов. В связи с этим решена задача о концентрации напряжений в сварных соединениях с усилением формы шва и с резким переходом от шва к металлу трубы (рисунок 7). Решение показало, что резкий переход от шва к основному металлу (точка О) является трещиноподобным концентратором напряжений с особенностью вида K si, j = fi, j(j) при r ® 0. (4) rl Здесь r, j - полярные координаты вокруг точки О; К - коэффициент интенсивности напряжений; – параметр особенности концентратора напряжений. Параметр l зависит только от угла w, в данном случае (w = 135°) l = 0,3264. Чем ближе точка находится к вершине концентратора О, тем меньше значение r и больше значения напряжений. При r ® получаем s ® (рисунок 8).

Рисунок 7 – Расчётная модель сварного соединения и концентрация напряжений в окрестности резкого перехода от шва к основному металлу Рисунок 8 – Распределение напряжений sх в окрестности резкого перехода от шва к основному металлу Для коэффициента интенсивности напряжений получено выражение К = sн tl f (h); f = 0,3148 + 0,088 h; h = x/ t ; 0,1 h 0,5. (5) Это выражение можно использовать для сравнительной оценки степени опасности сварных соединений с различными усилениями формы.

Например, нормативными документами допускается высота шва до 30 % от толщины стенки, чему соответствует h1 = x / d = 0,3. Всё, что выше, считается недопустимым. Например, если обнаружен сварной шов с высотой усиления 50 %, то ему соответствует h2 = 0,5. Отношение коэффициентов интенсивности для этих случаев найдём, используя (5):

К2 sн dl f (h2 ) 0,3148 + 0,088 0,5 0,= = = =1,05.

К1 sн dl f (h1) 0,3148 + 0,088 0,3 0,Следовательно, во втором случае КИН выше на 5 %, а предельное состояние достигается при нагрузках на 5 % ниже, чем в первом случае.

На основе анализа известных методов ремонта трубопроводов выбраны наиболее эффективные для газораспределительных систем.

Показана эффективность установки дополнительных станций катодной защиты на участках с изношенным изоляционным покрытием, где замена изоляции затруднена.

Показано, что наиболее перспективным безогневым методом локального ремонта действующих трубопроводов является формирование на дефектном участке трубопровода композитной изоляционно-силовой оболочки (разработка ГУП «ИПТЭР»). Метод позволяет усиливать участки трубопровода с дефектами любых видов и размеров.

Предложена сборно-разборная конструкция переходов трубопроводов через дороги, основанная на разработках специалистов ООО «Баштрансгаз», исключающая электрическую экранизацию трубопровода футляром.

Основные выводы 1. На основе анализа опыта длительной эксплуатации и результатов диагностики трубопроводов системы газоснабжения установлено, что:

- снижение прочности вследствие старения металла труб и появления коррозионных дефектов компенсируется изначально большими запасами прочности газопроводов;

- наибольшую опасность представляет потеря герметичности трубопровода с выходом газа в замкнутое пространство.

2. Установлены и изучены закономерности старения металла трубопроводов газораспределительных систем. Установлено, что на графиках зависимости физических и механических свойств основного металла и сварного соединения трубопроводов от времени эксплуатации имеются два интервала. В первом интервале пластические и вязкие характеристики материалов трубопроводов практически не изменяются, частота отказов остаётся относительно невысокой. Во втором интервале происходит снижение пластичности и ударной вязкости. При сроках эксплуатации более 20...25 лет значения ударной вязкости могут выйти за пределы, определённые нормативными требованиями. При этом металл трубы и сварного соединения переходит в хрупкое состояние. Число отказов на трубопроводах заметно увеличивается.

3. После 40 лет эксплуатации газораспределительных трубопроводов изоляционное покрытие в значительной степени теряет защитные свойства, что одновременно приводит к снижению эффективности электрохимической защиты (ЭХЗ) примерно на 50 %. Разработана математическая модель системы ЭХЗ, которая позволила установить, что введением дополнительных станций катодной защиты возможно добиться полной защиты трубопровода с изношенной изоляцией и одновременно понизить суммарные энергозатраты на функционирование системы ЭХЗ. Установлено, что существует предельно допустимое расстояние между станциями катодной защиты, которое обеспечивает уровень защитных потенциалов в нормативных пределах на всём участке трубопровода. Это расстояние уменьшается с уменьшением значений переходного сопротивления изоляции, диаметра и толщины стенки трубопровода.

4. Для трубопроводов газораспределительных систем предложены методика и алгоритм расчёта допустимых рабочих давлений с учётом процессов старения металла и дефектов, обнаруженных в процессе диагностирования. Методика позволяет корректировать допустимые рабочие давления с учётом расчётных (пределы прочности и текучести) и нерасчётных характеристик металла, чувствительных к деградационным процессам, в том числе ударной вязкости, пластичности, трещиностойкости, относительных удлинения и сужения при разрыве и т.д.

Усовершенствована методика оценки остаточного ресурса газораспределительных трубопроводов по результатам обследования металла труб и определения переходного сопротивления изоляции.

5. Методом конечных элементов решена задача о распределении напряжений в окрестности сингулярных точек стыкового соединения. Получена расчётная формула для коэффициента интенсивности напряжений, которая позволила установить, что на газораспределительных трубопроводах повышение усиления шва выше нормы не вызывает падения прочности и безопасности ниже допустимого уровня.

6. Разработаны предложения по управлению безопасностью газораспределительных трубопроводов при длительной эксплуатации, основанные на усовершенствованных методах диагностики и ремонта. Предложения нашли отражение в ряде отраслевых нормативных документов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пат. 2191366 РФ, МПК G 01 N 3/30. Образец для испытаний металла цилиндрических изделий на ударный изгиб / Ю.И. Пашков, В.С. Волков, Г.И. Зубаилов и др. (РФ). - 2000126358/28; Заявлено 19.10.2000; Опубл. 19.10.2002. Бюл. 29.

2. РД 12-411-01. Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов / Г.И. Зубаилов, В.С. Волков, Ю.И. Пашков, А.Л. Шурайц и др. - М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2001. – 101 с.

3. Шурайц А.Л., Поляков В.И., Зубаилов Г.И. Апробация РД 12-411-«Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов» (Анализ и обобщение данных) // Проблемы и пути эффективного освоения и использования ресурсов природного и нефтяного газа. Матер. научн.-практ. конф. – Томск, 2002. – С. 21-26.

4. Сорокин А.А., Шурайц А.Л., Зубаилов Г.И., Ослопов Ю.А. Опыт технического диагностирования подземных газопроводов // Безопасность труда в промышленности. – 2003. - № 5. - С. 10-12.

5. СП 42-102-2004. Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб / Г.И. Зубаилов, В.С. Волков, А.Л. Шурайц и др. - М.:

ЗАО «Полимергаз», 2004. – 106 с.

6. Зубаилов Г.И., Маркушин А.Г. К определению напряжённодеформированного состояния металлопластмассовой газовой трубы высокого давления // Научно-технические проблемы совершенствования и развития системы газоэнергоснабжения: Сб. научн. тр. / СГТУ. - Саратов, 2004. – С. 24-28.

7. Методика технического диагностирования надземных газопроводов / Ю.Н. Вольнов, Р.П. Гордеева, Г.И. Зубаилов, М.С. Недлин. - Саратов: ОАО «ГИПРОНИИГАЗ», 2004. – 24 с.

8. Зубаилов Г.И., Ослопов Ю.А., Самохвалова Л.К. Нормативные требования к качеству стальных труб для газораспределительных систем // Арматуростроение. – 2005. - № 2 (34). - С. 10-13.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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