WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Эту работу (моделирование) наиболее эффективно можно выполнить, используя возможности метода конечных элементов. Для этого разработаны алгоритм и программа «Поиск-2». Схема конечно-элементной сетки показана на рисунке 3, разрешающее уравнение имеет вид (3).

Рисунок 3 – Конечно-элементная сетка и обозначения величин - i- 1 i+ 1 i+ 2 i+ + Rм(i- 1) + Rм(i) Rм(i) + Rм(i+ 1) 2 Rиз(i) =. (3) i 1 + Rм(i) + Rм(i+ 1) 2 Rиз(i) z м(i) Rм(i) = Здесь – продольное сопротивление трубы на i-ом (D - ) i i из(i) Rиз(i) = конечном элементе длиной z; - переходное сопротив Di z ление изоляции трубы i-ого конечного элемента.

Таким образом, разработанные программы «Поиск-1» и «Поиск-2» позволяют количественно оценить состояние покрытия трубопровода и моделировать состояние электрохимической защиты при разных вариантах ремонта, разных расположениях и режимах работы установок катодной защиты.

Четвёртая глава посвящена разработке методики расчётной оценки остаточного ресурса и принятия решений по ремонту изоляционного покрытия. Методика основана на численном моделировании с помощью программы «Поиск-2», учитывает неоднородность трубопровода по геометрическим, физическим свойствам, а также по характеристикам изоляционного покрытия, использует известные законы снижения защитных свойств, позволяет варьировать начальные и граничные условия.

В качестве допустимого технического состояния изоляционного покрытия принимается состояние, при котором защитные потенциалы по всему трубопроводу удаётся поддерживать в нормативных рамках, подбирая оптимальные режимы работы установок катодной защиты. Эффективность защиты от коррозии можно повышать тремя методами: подбирая режимы работы имеющихся УКЗ, вводя в эксплуатацию дополнительные (промежуточные) УКЗ, выборочным ремонтом изоляционного покрытия.

В двух последних случаях распределение защитных потенциалов становится более равномерным, и одновременно снижаются энергозатраты.

Рассмотрен пример, в котором изучена динамика распределения защитных потенциалов на участке трубопровода с изношенным изоляционным покрытием при разных технических решениях:

а) длительной эксплуатации без ремонта;

б) использовании промежуточной УКЗ;

в) выборочном ремонте коротких участков изоляционного покрытия.

Результаты численного моделирования показаны на рисунках 4 и 5.

а) б) Рисунок 4 – Динамика распределения потенциалов в исходном состоянии (а) и после использования промежуточной УКЗ (б) Рисунок 5 – Изменение распределения потенциалов в результате выборочного ремонта изоляции (ремонт на затемнённых участках) Проанализированы существующие расчётные методы и формулы для определения конечного значения переходного сопротивления «труба - грунт» R, содержащиеся в нормативных документах и научной литераK туре. Выявлены разногласия между этими методиками, которые, возможно, стали результатом накопившихся опечаток или ошибок. Наиболее существенные несоответствия обнаружены в зависимостях R от величины K заглубления трубопровода в грунт Н.

Получено аналитическое решение задачи о растекании тока от оголённого трубопровода в грунт, которое позволило выразить конечное переходное сопротивление как RК = 0,5 D ln(100/ D), Омм2, (4) гр где D – диаметр трубы, м; – удельное сопротивление грунта, Омм.

гр Выражение (4) позволяет более точно описывать динамику изменения со временем общего переходного сопротивления «труба - грунт».

В пятой главе изложены сведения о разработке приборных комплексов нового поколения серии «Орион», предназначенных для обследования изоляционного покрытия подземных трубопроводов.

В настоящее время широко применяются приборы для электрометрических измерений на трассе (УКИ-1М, АНПИ, АНТПИ, ПОИСК, ТРОПА и др.). Они позволяют по измерениям потенциалов на поверхности земли обнаруживать места нарушения изоляции.

Всё более широкое применение получают приборы, основанные на принципах магнитометрического контроля (токовый топограф РСМ фирмы «Radiodetection», измерители концентраторов напряжений ИКН-2М и ИКН-3М, комплекс «Скиф МБС/04», высокоточные трассоискатели типа «Оникс», «C-Scan» и др.). Точность регистрации контролируемых параметров (токов) сильно зависит от множества факторов: точности позиционирования над осью трубы, пространственного положения магниточувствительных датчиков, глубины заложения трубопровода. Сложную систему электромагнитных помех создают блуждающие токи, токи электрических силовых кабелей и кабелей связи, ЛЭП, которые снижают эффективность и точность их работы. Поэтому главным недостатком вышеуказанных комплексов является невысокая степень их помехозащищенности.

В настоящей работе рассматривается и выносится на защиту альтернативный магнитометрии метод диагностического обследования технического состояния изоляционного покрытия подземных трубопроводов – метод магнитной локации, который реализован в комплексе «Орион».

Основное отличие метода в том, что по результатам измерения магнитных полей в нескольких точках пространства определяют местоположение их источника и его характеристики (аналогично методу радиолокации).

Определение местоположения повреждения и расчет технических параметров изоляционного покрытия основаны на локации магнитных полей контролируемых токов в зоне повреждения: тока катодной защиты I z и тока в боковом направлении I. На рисунке 6 приведены схемы распреб деления тока катодной защиты и магнитных полей в зоне повреждения изоляционного покрытия.

Рисунок 6 – Схемы распределения токов (а) и магнитных полей (б) в зоне дефекта в изоляционном покрытии трубопровода Магнитограмма локации тока катодной защиты (тестового генератора) после обследования подземного трубопровода, имеющего повреждения изоляционного покрытия, имеет вид, который представлен на рисунке 7. На графике выделены два участка (обозначены и ), где наблю1 дается падение тока. Следовательно, на этих участках имеет место потеря тока через дефекты изоляции. Далее по падению токов можно рассчитывать переходное сопротивление изоляционного покрытия по участкам.

Рисунок 7 – Магнитограмма локации токов в зоне нарушения изоляционного покрытия Использование математических аппаратных средств магнитной локации позволяет с высокой точностью определять параметры объекта, находясь в произвольной точке относительно самого объекта (например дефекта изоляционного покрытия). При этом не имеет значение ни ориентация приемной магнитной антенны, ни ее отклонение от вертикальной оси, ни расстояние между антенной и трубопроводом. Таким образом можно зафиксировать очень малые изменения трех компонент и модуля токов, находясь в непрерывном движении по оси трубопровода. Метод, технически реализованный в приборном комплексе «Орион», позволяет получить распределение интегрального сопротивления изоляции по дистанции с детализацией до 1 метра.

Основные выводы 1. Путём анализа результатов обследования магистральных трубопроводов методами электрометрических измерений и внутритрубной диагностики установлено, что их изоляционные покрытия стареют значительно быстрее, чем трубы и сварные соединения. В результате старения накапливаются дефекты изоляции, снижаются все защитные свойства, увеличиваются потери защитного тока. Все характеристики изоляционного покрытия, измеренные в локальных точках, приобретают свойства случайных чисел. Их дисперсия по дистанции со временем растёт и становится сопоставимой со средними значениями. Тем не менее, на большинстве трубопроводов удаётся поддерживать защитные потенциалы в рамках нормативных требований.

2. Методы контроля изоляционного покрытия действующих трубопроводов основаны на измерениях потенциалов (электрометрические измерения) и на математической модели распространения потенциалов в подземном трубопроводе с однородными защитными свойствами. Методическая база контроля изоляции несовершенна (содержит ряд логических ошибок и неоднозначных толкований) и не позволяет использовать результаты электрометрических измерений в расчётах оценки остаточного ресурса и оптимизации объёмов и сроков ремонта по участкам. Совершенствование методов контроля возможно за счёт построения математической модели неоднородных изоляционных покрытий и измерения токов в трубопроводе по технологии магнитной локации.

3. Разработан математический аппарат распределения защитных токов в трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием. Качество покрытия на отдельном конечном участке предложено выражать через его интегральное переходное сопротивление R. Неоднородность покрытия инт Rинт(z) описывается функцией. Разработаны методы определения параметра R на действующем трубопроводе по результатам измерений.

инт Rинт(z) 4. На основе полученной функции разработан метод численного моделирования распределения защитного тока и потенциала на трубопроводе. Метод позволяет рассматривать разные режимы работы установок катодной защиты, разные расположения их по дистанции, разные объёмы и участки ремонта изоляции. Все эти варианты реализуются путём подбора граничных условий для потенциалов (токов) и изменением функRинт(z) ции в местах предполагаемого ремонта. Для автоматизации процессов подготовки данных и выполнения расчётов разработана компьютерная программа.

5. В качестве критерия технического состояния изоляционного покрытия трубопровода в целом предложена возможность обеспечения защитными потенциалами в рамках нормативных требований. За остаточный ресурс изоляционного покрытия принимается время, в течение которого сохраняется эта возможность с учётом динамики старения покрытия.

6. Разработаны приборный комплекс и методика обследования изоляционного покрытия действующего трубопровода на основе технологии магнитной локации. Метод и приборный комплекс позволяют в режиме реального времени наблюдать и записывать в файл токи, протекающие в трубопроводе и уходящие через изоляционное покрытие в грунт. Получаемые результаты позволяют в полной мере реализовать вышеуказанный математический аппарат. Испытания и практическая работа на действующих трубопроводах показали, что данный метод и приборный комплекс обладают рядом существенных преимуществ по сравнению со всеми известными до настоящего времени и отвечают современным требованиям диагностики.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих научных трудах:

1. Иваненков В.В., Гумеров К.М., Зубаилов Г.И. Диагностика изоляционного покрытия трубопроводов // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ. конф. 22 мая 2007 г. – Уфа, 2007. – С. 102-104.

2. Григорашвили Ю.Е., Гумеров К.М., Стицей Ю.В., Иваненков В.В.

Метод магнитной локации для оценки состояния изоляционного покрытия трубопроводов // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.практ. конф. 22 мая 2007 г. – Уфа, 2007. – С. 157-159.

3. Григорашвили Ю.Е., Гумеров К.М., Стицей Ю.В., Иваненков В.В.

Алгоритм расчета сопротивления изоляционного покрытия в методе магнитной локации // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.практ. конф. 22 мая 2007 г. – Уфа, 2007. – С. 256-258.

4. Григорашвили Ю.Е., Гумеров К.М., Стицей Ю.В., Иваненков В.В.

Физические основы метода магнитной локации при оценке состояния изоляционного покрытия // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер.

научн.-практ. конф. 22 мая 2007 г. – Уфа, 2007. – С. 259-260.

5. Султанов М.Х., Иваненков В.В. Формирование процедуры дистанционной магнитной локации подземных стальных трубопроводов // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ. конф. мая 2007 г. – Уфа, 2007. – С. 377-378.

6. Иваненков В.В., Семиков С.А., Гиззатуллин Р.Р. Оценка изоляционного покрытия трубопровода по интегральному переходному сопротивлению // Роль науки в развитии топливно-энергетического комплекса. Матер. научн.-практ. конф. 24 октября 2007 г. - Уфа, 2007. – С. 96-98.

7. Иваненков В.В., Зубаилов Г.И., Гиззатуллин Р.Р. Моделирование распределения токов и потенциалов в подземном трубопроводе // Нефтегазовый сервис – ключ к рациональному использованию энергоресурсов.

Матер. научн.-практ. конф. 14-15 ноября 2007 г. - Уфа, 2007. – С. 156-158.

8. Иваненков В.В., Гиззатуллин Р.Р. Оценка сопротивления стеканию защитного тока в грунт на трубопроводах со стареющим изоляционным покрытием // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ.

конф. 21 мая 2008 г. – Уфа, 2008. – С. 98-100.

9. Иваненков В.В. Метод магнитной локации и диагностический комплекс «Орион-1М» // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер.

научн.-практ. конф. 21 мая 2008 г. – Уфа, 2008. – С. 110 - 112.

10. Иваненков В.В. Моделирование ЭХЗ методом конечных элементов // Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ. конф. мая 2008 г. – Уфа, 2008. – С. 241 - 242.

11. Иваненков В.В., Гиззатуллин Р.Р., Гумеров К.М. Моделирование работы ЭХЗ методом конечных элементов // Нефтегазовое дело. – 2008. - Т. 6. - № 2. http://www.ogbus.ru/autors/Ivanenkov/ Ivanenkov_1.pdf.

12. Иваненков В.В., Гумеров К.М. Методика оценки качества изоляционного покрытия подземных стальных трубопроводов // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – Уфа, 2008. - № 3 (73). – С. 39-46.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати _._.2008 г. Бумага писчая.

Заказ №. Тираж 100 экз.

Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр.Октября, 144/3.

Pages:     | 1 | 2 ||






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