WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

- изоляционное покрытие растрескивается, теряет адгезию к поверхности трубы, снижается переходное сопротивление, и как следствие, уменьшаются защитные свойства;

- со снижением переходного сопротивления и накоплением дефектов изоляции эффективность электрохимической защиты снижается, затраты электроэнергии на поддержание защитных потенциалов растут, в результате ускоряется почвенная коррозия трубопровода.

Старение изоляционного покрытия происходит более интенсивно, чем металла труб. Чтобы удерживать старение в безопасных рамках, периодически проводят комплексное обследование трубопроводов. Наиболее эффективные методы диагностики на сегодняшний день: металлической составляющей – внутритрубная диагностика, изоляционного покрытия – электрометрические измерения. По результатам диагностики проводят оценку опасности выявленных дефектов и выборочный ремонт.

Методы оценки дефектов металла труб и изоляционного покрытия существенно и принципиально отличаются друг от друга.

Любой дефект металлической составляющей при определённых нагрузках может привести к разрушению трубопровода. При этом влияние других дефектов распространяется на небольшое расстояние – не более диаметра трубы (принцип Сен-Венана). Поэтому каждый дефект рассматривают по отдельности, независимо от других.

Дефекты изоляционного покрытия влияют на трубопровод по-иному. Сам дефект изоляции ещё не приводит к разрыву трубопровода.

Он может привести только к ускорению коррозии трубы, а может и не привести, в зависимости от размеров и расположения всей остальной совокупности дефектов изоляции. Определяющую роль при этом играет эффективность электрохимической защиты, которая сама зависит от дефектности изоляционного покрытия в целом. То есть задачу оценки опасности каждого отдельного дефекта изоляционного покрытия невозможно решить по отдельности, не решая задачу в целом для всей совокупности обнаруженных дефектов и с учётом особенностей расположения и режимов работы установок катодной защиты.

Это усложняет оценку дефектов изоляции. Поэтому обычно поступают просто: считают недопустимыми такие дефекты, которые приводят к снижению переходного сопротивления ниже определённого критического значения. Однако выбор критического значения переходного сопротивления неоднозначен. Как показал анализ, результаты оценок по разным методикам могут отличаться друг от друга на порядок и более.

В качестве критерия применяют также градиент потенциала, который появляется на поверхности земли над дефектным участком изоляционного покрытия. Условно считают, что перепад потенциала более 30 мВ на базе 5 м характеризует состояние изоляционного покрытия как неудовлетворительное. Вопросы: насколько эти дефекты опасны для трубопровода и как срочно их необходимо ликвидировать – остаются нерешёнными из-за отсутствия расчётных методов.

В действительности, как показывает практика, многие трубопроводы ещё долго продолжают оставаться в эксплуатации с разными дефектами изоляционного покрытия, в том числе недопустимыми как по критерию переходного сопротивления, так и по критерию градиента потенциала.

Однако так бесконечно продолжаться не может. Наступает момент, когда без ремонта обойтись дальше будет нельзя. Потребуется составлять программы ремонтных работ с оптимизацией по объёмам и срокам, которую невозможно выполнить без соответствующих расчётных методов.

Рассмотрен ряд примеров, которые показали, что при длительной эксплуатации трубопровода наряду с общим снижением защитных свойств изоляционного покрытия появляется и усиливается со временем разброс всех свойств изоляционного покрытия, что выражается в усилении градиентов потенциалов на отдельных участках (рисунок 1). Изоляционное покрытие вдоль трассы становится неоднородным по всем характеристикам.

Их локальные значения приобретают характер случайных величин и перестают однозначно характеризовать общее состояние покрытия трубопровода в целом.

Эти же примеры показали, что имеются существенные методические проблемы изучения и оценки состояния противокоррозионной защиты трубопроводов по результатам обследований. Требуется разработать более надёжные количественные критерии качества изоляционного покрытия, развивать методы математического моделирования состояния электрохимической защиты на базе результатов диагностики с целью выработки обоснованных программ ремонта.

Рисунок 1 – Градиенты потенциалов на 12-ом км магистрального нефтепродуктопровода Набережные Челны - Альметьевск Вторая глава посвящена выбору критериев качества и методов контроля изоляционного покрытия трубопроводов в процессе длительной эксплуатации.

Особенностью этапа эксплуатации, как отмечалось выше, является старение. Интенсивность старения определяется многими факторами: исходными свойствами изоляционных материалов, физико-химическими и механическими свойствами грунта, технологическими особенностями процесса нанесения изоляции (технологической дисциплиной), температурносиловыми воздействиями, параметрами электрохимической защиты (высокие потенциалы приводят к катодному отслаиванию покрытия). Факторы, влияющие на старение изоляционного покрытия, действуют неодинаково вдоль трубопровода. Поэтому интенсивность старения изоляционного покрытия по длине трубопровода различна. В результате все величины, характеризующие защитные свойства, становятся разными, приобретают свойства случайных чисел и функций. Разброс этих случайных величин со временем растёт и становится в 2...3 раза больше их средних значений (рисунок 2). При этом локальные свойства изоляционного покрытия (адгезия, переходное сопротивление) перестают характеризовать защитные свойства изоляционного покрытия не только трубопровода в целом, но даже его небольших участков. Так возникает проблема выбора и правильного использования критериев качества изоляции на этапе длительной эксплуатации трубопроводов.

Рисунок 2 – Разброс значений переходного сопротивления изоляционного покрытия на битумной основе усиленного и весьма усиленного типов после 40 лет эксплуатации (по данным Сираева А.Г.).

Рассмотренные примеры показывают, что во многих случаях потеря переходного сопротивления на некоторых локальных участках трубопровода ниже установленных пределов (ниже 1000 Омм2) и наличие градиентов потенциалов на поверхности земли над трубопроводом выше допустимого уровня (более 30 мВ на 5 м) не являются достаточным основанием считать, что защита от коррозии исчезла. Даже в таких случаях система электрохимической защиты продолжает поддерживать необходимые защитные потенциалы.

Анализируя характеристики изоляционных покрытий действующих трубопроводов, приходим к выводу, что целесообразно рассматривать две отдельные группы критериев качества:

1) для этапов проектирования и строительства трубопровода и его участков, приемки законченных строительством объектов в эксплуатацию;

2) для этапов эксплуатации, включая диагностику, оценку состояния и остаточного ресурса, экспертизу безопасности трубопровода.

Если применить критерии первой группы к этапам второй группы, то практически всегда получаем несоответствие изоляционных покрытий этим критериям. Об этом свидетельствуют практически все результаты обследований действующих трубопроводов методами электрометрических измерений.

При изучении состояния изоляционного покрытия трубопровода, находящегося в эксплуатации, целесообразно разбить его на конечные участки и описывать состояние этих участков с помощью интегральных характеристик. В качестве интегрального показателя качества может служить интегральное переходное сопротивление изоляции на данном конеч~ ном участке (Омм2). Этот показатель имеет следующие особенности.

из 1. Все локальные дефекты изоляционного покрытия на выбранном конечном участке отражаются на интегральном переходном сопротивлении. Поэтому интегральное переходное сопротивление является комплексным показателем состояния изоляционного покрытия на выбранном участке.

2. Учитывая, что магистральные нефтепродуктопроводы имеют пассивную и активную защиту от почвенной коррозии, интегральное переходное сопротивление одновременно может служить характеристикой как пассивной, так и активной защиты трубопровода.

3. Определение интегрального переходного сопротивления изоляции основано на электрометрических измерениях, в том числе периодически выполняемых службами антикоррозионной защиты, и не требует трудоёмких шурфовых обследований трубопровода.

Разбивку трубопровода на конечные участки целесообразно провести исходя из следующих соображений и требований:

- каждый конечный участок будет характеризоваться общим значени ем интегрального переходного сопротивления ~. Поэтому произ i тяжённость конечных участков L должна быть в пределах от 10 м до 1 км;

- в пределах каждого выбранного конечного участка изоляционное покрытие и внешние факторы должны быть приблизительно однородными (равномерность распределения защитных потенциалов, токов, однородность грунтов, отсутствие отводов или электрических перемычек с соседними подземными сооружениями);

- конечными участками следует также считать переходы через авто- и железные дороги, подводные переходы, участки в защитных футлярах, труднодоступные участки, поскольку они находятся в особых условиях.

Существуют два направления развития диагностики изоляционных покрытий, основанные на измерениях потенциалов и на измерениях токов.

На измерениях потенциалов основаны хорошо известные в настоящее время приборы типа «УКИ-1М» и их модификации. Они позволяют производить измерения потенциалов и их градиентов на поверхности земли. Однако из курса физики известно, что абсолютное значение потенциала прибором измерить невозможно. Можно измерить только относительное значение (разность потенциалов), когда за «ноль» принимается какаято другая базовая точка. В качестве такого «ноля» выбирают либо сам трубопровод в определённой точке, либо другую точку на поверхности земли.

Отсюда следуют недостатки данного подхода:

- погрешности измерений вносятся от двух точек измерения одновременно. Поэтому суммарная погрешность измерений может быть значительной на фоне малых полезных сигналов;

- потенциалы на поверхности земли не участвуют непосредственно в расчётных формулах оценки состояния изоляционного покрытия;

- имеет место влияние других источников и стоков тока на распределение потенциалов земли.

Использование токов в диагностике имеет значительные преимущества по сравнению с потенциалами. Поэтому перспективным направлением совершенствования диагностики изоляционного покрытия подземных трубопроводов является создание приборов, измеряющих токи в трубопроводе, например с применением технологии магнитной локации. Результаты измерений данным методом можно напрямую использовать в качестве исходных данных в расчётных формулах.

Третья глава посвящена математическому моделированию распределения потенциалов и токов в трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием.

Анализ нормативных документов и научной литературы по распределению потенциалов и токов в подземном трубопроводе показал, что в них приняты следующие упрощающие предположения:

1) трубопровод однородный по всей длине (постоянные диаметр, толщина стенки, переходное сопротивление изоляционного покрытия, удельное сопротивление грунта);

2) трубопровод находится под действием одного источника тока;

3) в трубопроводе нет локальных источников и стоков тока в виде дефектов изоляции, перемычек, электрических контактов с другими токоведущими элементами.

Фактически на действующих трубопроводах эти условия не соблюдаются. Поэтому пересмотрен математический аппарат с учётом вышеуказанных особенностей (старения, неоднородности и др.).

В пределах каждого конечного участка для потенциалов, токов в трубе J и токов через изоляционное покрытие j получены формулы = C1 exp(qz) + C2 exp(- qz) ;

J = D {- С1 exp(qz) + C2 exp(- dz)} ;

~ (1) м из D j = {С1 exp(qz) + C2 exp(- dz)}, ~ из ~ где z – координата по оси трубы; q = /( ) ; D, – наружный диам из метр и толщина стенки трубы; – удельное сопротивление металла трум бы; ~из – интегральное переходное сопротивление изоляции на данном конечном участке. За точку отсчёта потенциала принят потенциал земли на бесконечности. Неопределённые коэффициенты C и C можно найти, 1 используя дополнительные условия. В качестве дополнительных условий могут быть использованы измеренные значения потенциалов, токов J или j в некоторых точках, включая граничные точки или любые промежуточные точки данного конечного участка.

При переходе от одного конечного участка к другому все параметры выражений (1) меняются. Непрерывность сохраняется только в зависи-мо (z) J(z) стях и.

Таким образом, выражения (1) позволяют описать распределение потенциалов и токов на всех конечных участках обследованного подземного ~ трубопровода при известных переходных сопротивлениях. Эти же из уравнения можно использовать для решения обратной задачи – определе~ ния переходных сопротивлений изоляции по измеренным значениям из потенциалов и токов в отдельных точках трубопровода. Для этого разработаны алгоритм и программа «Поиск-1», которые имеют следующие особенности:

- в пределах каждого конечного участка необходимо выполнить не менее трёх измерений потенциалов и (или) токов (для определения трёх параметров: С, С, ~из );

1 - если измеренных значений больше трёх, то «включается» метод наименьших квадратов по формуле {( - )2 + (Jрасчет (n) - Jизмер (n) )2 + (jрасчет (m) - jизмер (m) )2} = min расчет (i) измер (i). (2) i,n.m Смысл формулы (2) в том, чтобы отклонение измеренных и расчётных значений было наименьшим.

После определения значений ~из на всех выделенных конечных участках получим количественную картину о состоянии изоляции в целом по трубопроводу на момент обследования. По этой картине можно выделить наиболее изношенные участки, где переходное сопротивление ниже принятого документами допустимого уровня, и планировать ремонт. Но при этом пока остаются без ответа следующие практически важные вопросы:

• Что будет, если не все рекомендованные к ремонту участки будут отремонтированы в текущем году, в следующем году и т.д. • Можно ли поддерживать нормативные защитные потенциалы на трубопроводе с таким изоляционным покрытием Какие должны быть режимы работы установок катодной защиты (УКЗ) • Сколько времени можно поддерживать потенциалы Каков остаточный ресурс покрытия • Оптимально ли расположены установки катодной защиты с учётом фактического состояния изоляции Вопросы можно продолжить. Но ответов не будет, пока не составим математическую модель растекания токов в трубопроводе c неоднородным изоляционным покрытием.

Pages:     | 1 || 3 |






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