Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург»

Определение работоспособности труб, содержащих дефекты и оценка их остаточного ресурса

Ягодкин В.А.

Щепинов Д.Н.

Чирков Ю.А.

Аннотация

Обеспечение работоспособности металла трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, является необходимым условием, поскольку любые их повреждения и разрушения сопряжены со значительными экономическими и экологическими последствиями. В связи с этим обеспечение работоспособности трубопроводов является приоритетной задачей для УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург». В статье рассмотрены методы определения работоспособности труб, содержащих дефекты и оценка их остаточного ресурса.

Соединительные трубопроводы неочищенного газа «промысел - завод» общей протяженностью 508 км (Рраб. = 6,6 МПа, Dy 700) введены в эксплуатацию в 1974-1978 гг. и на текущий момент находятся в работе более 30 лет. По трубопроводам на завод поступает газ, подготовленный к внутрипромысловому транспорту, но неочищенный от кислых компонентов. Наличие в транспортируемом газе сероводорода (H₂S) и сопутствующий ему диоксид углерода (СО₂) придают ей повышенные коррозионные свойства. Именно высокой коррозионной активностью H₂S и СО₂ в значительной мере обусловлены случаи повреждения и разрушения стальных трубопроводов Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ).

Газопроводы «промысел-компрессорная станция-газоперерабатывающий завод» проложены по трем коридорам: Павловскому, Дедуровскому, Западному и включены в единую газотранспортную систему, которая выполнена из труб диаметром 720 х 22 мм на участках I категории и 720 х 18 мм - на участках II категории. Трубы импортной поставки производства фирм Германии, Франции и Японии изготовлены из листовой стали с продольным сварным швом и последующей термообработкой.

До 90-х годов увеличение объема диагностических работ и привлечение специализированных организаций позволяли решить вопрос безопасной эксплуатации за счет проведения капитального ремонта со сплошной заменой участков трубопроводов. В настоящее время, с развитием современных технологий, применяется широкий круг методов и средств диагностирования трубопроводов, что позволило перейти к системе выборочного ремонта. Наиболее эффективным методом диагностики линейной части газопроводов на сегодня остается внутритрубная дефектоскопия.

Внутритрубная диагностика трубопроводов ООО «Газпром добыча Оренбург» регулярно проводится с 1990 года и на сегодняшний день проинспектировано более 1,5 тыс. км. Экспертная оценка полноты данных сканирования показала, что информация выдается практически по всей площади поверхности труб с очень малой областью неопределенности.

На соединительных трубопроводах выявлено более 30 тысяч дефектов различного типа и категорий опасности (рисунок 1).

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рисунок 1 - Дефекты, выявленные на соединительных газопроводах

Основными дефектами более 60%, по результатам ультразвуковой внутритрубной дефектоскопии, являются дефекты проката. К дефектам этой группы относятся неметаллические включения, металлургические расслоения и металлургические утонения стенки трубы.

Дефекты, которые образовались в процессе эксплуатации трубопроводов, относятся к эксплуатационным дефектам. К ним относятся коррозионные повреждения на внутренней и наружной поверхностях трубопровода, плотные отложения. Эти дефекты составляют до 30% всех выявленных дефектов. Водородные расслоения составляют не более 1%, но эти дефекты являются наиболее опасными.

Дефекты геометрии возникают вследствие механических повреждений во время транспортировки труб, проведения сварочно-монтажных работ и в результате смещения трубопровода в грунте (гофр). Участки трубопроводов с дефектами геометрии составляют до 10% от общего числа выявленных дефектов.

Несмотря на все преимущества внутритрубной диагностики, ее проведение само по себе не решает проблемы оценки технического состояния трубопроводов. Это первый этап, где выявляются дефектные участки и создается база данных, и только дальнейший анализ позволяет оценить фактическое состояние трубопровода и спрогнозировать возможность изменения дефектов во времени.

Для оценки степени потенциальной опасности и обоснованной отбраковки дефектов, выявленных при проведении диагностических работ, на предприятии ООО «Газпром добыча Оренбург» создан стенд, который предназначен для проведения гидравлических испытаний труб, сосудов, фонтанной арматуры и деталей трубопроводов на циклические и статические нагрузки с целью определения предельных характеристик металла испытываемых объектов.

Стенд позволяет создавать в испытуемом объекте статические нагрузки под давлением до 50 МПа, циклические регулируемые нагрузки с максимальной амплитудой до 25,0 МПа. При проведении испытаний осуществляется контроль напряженного состояния объекта испытаний при помощи тензометрии и акустика - эмиссионного оборудования.

В случае, если испытуемая труба выдержала все циклы нагружения осуществляется подъем давления до образования сквозного дефекта в испытываемой трубе.

На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена методика оценки предельного состояния конструкций с дефектами, выявленными по результатам ВТД. Методика позволяет проводить расчет прочности труб с дефектами.

С учетом действующих методик, нормативных документов, данных ВТД и результатов стендовых испытаний труб с дефектами основного металла и сварных соединений разработана методика оценки потенциальной опасности дефектов основного металла и сварных соединений. Внутренние дефекты, типа расслоения «приводят» к ближайшей поверхности стенки трубы по моделям приведения несплошностей к поверхностным дефектам типа потеря металла.

Предложенные модели приведения внутренних дефектов основного металла и сварных соединений трубопроводов к поверхностным дефектам типа утонение стенки трубы, позволяют дать расчетную оценку потенциальной опасности дефектов трубопроводов. При этом, разрушающее давление определяет глубина дефектного слоя по окружности трубы.

Оценку фактической нагруженности трубопровода осуществляют расчетными методами согласно действующей НД, с учетом фактической геометрии и размеров конструкций, вида и величины выявленных дефектов и вызываемой ими концентрации напряжений, а также результатов экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния и изменения физико-механических свойств металла (рисунок 2).

Рисунок 2 - Графики, ограничивающие размеры дефектов трубопроводов

безопасность металл сероводородсодержащий трубопровод

Все дефекты, выявленные в результате внутритрубной дефектоскопии, подразделяются на три категории в зависимости от природы происхождения и запаса прочности: опасные, потенциально опасные, неопасные.

На основании опыта эксплуатации трубопроводов и испытаний труб, имеющих дефекты, приняты интервалы коэффициента запаса прочности N₁ для трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды:

- для опасных дефектов N₁ 0,6·N_доп +0,4;

- для потенциально опасных 0,6·N_доп +0,4< N₁<N_доп;

- для неопасных дефектов N₁ N_доп.

Тогда, безопасность участка трубопровода с опасными, потенциально опасными и неопасными дефектами оценивается из условия:

Р_раз N₁·Р_раб, или N₁ Р_раз / Р_раб.

Опасные дефекты требуют ремонта в кратчайшие сроки. К ним относятся локальные поверхностные дефекты с остаточной толщиной стенки трубы менее 40% от толщины стенки и с запасом прочности относительно разрушающего давления менее, чем для потенциально опасных дефектов трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды.

Потенциально опасные дефекты - дефекты, не входящие в категорию опасных, однако размеры, которых превышают требования действующих НД, для этих дефектов требуется ДДК и ремонт в плановом порядке.

Неопасные не снижают несущей способности трубы и не требуют наружного обследования и ремонта. К ним относятся поверхностные аномалии металла труб, допустимые требованиями НД, а также внутренние металлургические дефекты.

Анализ результатов теоретических расчетов и гидравлических испытаний труб, имеющих дефекты - непровары в кольцевом сварном соединении, позволил уточнить формулу для определения допустимого рабочего давления в дефектном участке трубопровода.

Это позволило определять допустимое рабочее давление участка трубопровода с дефектами в кольцевом сварном соединении по формуле при коэффициенте Фолиаса более интенсивно изменяющемся и коэффициенте запаса, k_с = 1,5 пройдет ниже нанесенных дефектов.

На основании анализа результатов внутритрубной дефектоскопии ряда трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, установлены зависимости скорости коррозии от времени развития дефектов (рисунок 3).

Определение максимальной скорости коррозии на наружной и внутренней поверхностях каждого трубопровода проводилась при доверительной вероятности 0,95. При определении максимальной скорости коррозии по всем трубопроводам также использовалась доверительная вероятности 0,95. В начальный период развития поверхностных дефектов наблюдается скорость коррозии на внутренней поверхности до 0,45 мм/год на наружной поверхности до 0,39 мм/год (5 лет). Затем скорость коррозии уменьшается и достигает своего минимума: на внутренней - 0,154 мм/год; на наружной - 0,108 мм/год (25 лет).

После 25 лет эксплуатации скорость коррозии увеличивается, и при 30-летней эксплуатации трубопроводов скорость коррозии в дефектах на внутренней поверхности труб достигает 0,167 мм/год, а на наружной поверхности труб - 0,124 мм/год, при доверительной вероятности 0,95. Увеличение скорости коррозии в дефектах может быть связано на наружной поверхности труб со старением и нарушением изоляции, а на внутренней - с увеличением до 100% влажности в период падающей добычи.

Годы

Рисунок 3 - Оценка скорости коррозии трубопроводов

Уточнение максимальных скоростей коррозии позволило наиболее точно определить остаточный ресурс дефектных участков трубопроводов, обосновать объемы и сроки проведения ремонта при обеспечении необходимого уровня работоспособности металла трубопроводов ОНГКМ.

Опыт работы с результатами внутритрубной инспекции и выявленными дефектами позволил разработать и применять оценку работоспособности металла трубопроводов с металлургическими и эксплуатационными дефектами по схеме представленной на рисунке 4.

На первом этапе проводится обработка базы данных, идентификация дефектов металла трубопровода и определение их геометрических размеров. По сформированной базе данных и предыдущих результатов ВТД определяется скорость а_max развития дефектов.

В соответствии с разработанной методикой устанавливаются размеры дефектного слоя металла по моделям приведения, и проводится расчет разрушающего давления Р_раз и коэффициента запаса прочности N₁ = Р_раз / Р_раб. По полученным значениям коэффициентов запаса прочности оценивается потенциальная опасность дефектов металла трубопровода. Неопасные дефекты допускаются к дальнейшей эксплуатации с занесением в базу данных для сравнения с последующими результатами ВТД.

Опасные и потенциально опасные дефектные участки трубопровода обследуются в шурфах методами наружного контроля для уточнения размеров дефектов и твердости металла. Причем опасные дефекты обследуются в кратчайшие сроки, а потенциально опасные дефекты в плановом порядке.

При подтверждении типа дефектов и их геометрических размеров, опасные дефекты вырезаются, а для потенциально опасных дефектов проводится прогнозирование работоспособности металла трубопроводов. При остаточном ресурсе до 1 года проводится внеплановый ремонт дефектного участка трубопровода. При остаточном ресурсе до 5 лет, дефектные участки ремонтируются в плановом порядке. При остаточном ресурсе более 5 лет, дефектные участки допускаются к подконтрольной эксплуатации.

По результатам ремонтных работ отбираются образцы труб с наиболее характерными опасными и потенциально опасными дефектами для проведения натурных гидравлических испытаний. Результаты натурных испытаний позволяют уточнить разрушающее давление и потенциальную опасность вырезанных участков трубопровода.

Рисунок 4 - Оценка работоспособности металла трубопроводов с металлургическими и эксплуатационными дефектами

По данным натурных испытаний определена работоспособность основного металла труб и сварных соединений, содержащих металлургические и эксплуатационные дефекты. Металлургические дефекты типа неметаллических включений и расслоений не влияют на работоспособность труб. Эксплуатационные дефекты - водородные расслоения и дефекты сварных соединений - снижают работоспособность металла труб в зависимости от вида и геометрических размеров дефекта.

На основании анализа результатов внутритрубной диагностики ряда трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, установлены зависимости изменения максимальной скорости коррозии а_max от времени развития дефектов при доверительной вероятности 0,95. Уточнение максимальных скоростей коррозии позволило наиболее точно определить остаточный ресурс дефектных участков трубопроводов, обосновать объемы и сроки проведения ремонта при обеспечении необходимого уровня работоспособности металла трубопроводов ОНГКМ.

Анализ технического состояния, безопасности и работоспособности на длительную перспективу газопроводов ОНГКМ, выполненный на основании многолетних диагностических данных, показывает, что их техническое состояние находится в удовлетворительном состоянии и соответствует требованиям «Закона о промышленной безопасности» и других действующих НТД.

Размещено на allbest.ru