Методика оценки несущей способности стальной оболочки магистрального газопровода с дефектами по результатам внутритрубной дефектоскопии Конев, Алексей Вячеславович

Введение к работе

Актуальность темы диссертации.

В настоящее время природный газ стал основным продуктом не тол обеспечения энергетических потребностей человека, но и ценным химичесь сырьём для многих отраслей промышленности. Доля природного газа во всём сортименте топливно-энергетических ресурсов мира с 1985 по 1990 г. возро на 20%, а по прогнозам учёных в 2000-м году увеличится ещё на 30 - 35%.

Пропорционально этим цифрам наблюдается рост объёмов траиспо природного газа по магистральным газопроводам России.

Уже сегодня в России эксплуатируется 138,5 тыс. км магистральных зопроводов, из них диаметром 1420 мм - 50 тыс. км.

Функционирует единая система газоснабжения (ЕСГ), которая характе зуется высокой концентрацией производственных мощностей. По многоннт ным газотранспортным системам, проложенным от месторождений Западі Сибири в Европейскую часть, в едином технологическом коридоре транспор руется до 250 млрд. куб. м газа в год, а на отдельных участках трассы - до '. млр. куб. м под внутренним избыточном давлении 7,5 МПа.

Вместе с тем основные фонды газовой отрасли нашей страны: линей) часть газопроводов и компрессорные станции значительно устарели и нуждаю в реконструкции и модернизации.

По данным РАО «Газпром» объёмы ремонтно-восстановительных pai на линейной части магистральных газопроводов ( м.г. ) неуклонно растут, а в питальном ремонте нуждается треть эксплуатируемых газопроводов и около і из них требует полной замены. При этом в последние годы объёмы восстано тельных работ на м.г. становятся сопоставимыми с объёмами работ по стр> тельству новых газопроводов.

Статистический анализ аварийных ситуаций на действующих газотранспортных магистралях, выполненный по материалам расследования Главного Управления Госгазнадзора СССР Министерства газовой промышленности за период с 1962 по 1983 г., позволил получить полную реальную картину распределения среднестатистических значений отказов в процентах с выявлением причин по всем объединениям, транспортирующим природный газ по магистральным газопроводам:

Число отказов ( % )

№ Причина отказа

п\п

1 Заводской дефект труб

2 Дефект технологического оборудования
,3 Брак сварочных работ

1. Брак строительно-монтажных работ

2. Нарушение правил эксплуатации газопроводов

3. Наружная коррозия

4. Внутренняя коррозия и эрозия

5. Механические повреждения трубы

6. Нарушения правил испытания газопровода

7. Стихийные бедствия

8. Прочие

9. Всего При этом в среднем в год заменено 4539 п.м. труб, затрачено 3029 час. на

ликвидацию последствий аварий, потеряно 348 миллионов кубометров газа.

Следовательно, основная доля отказов линейной части газопроводов происходит из-за наличия дефектов в стенке стальной тонкостенной оболочки, коррозионного и эрозионного износа стали на наружной и внутренней поверхностях трубы.

В этой ситуации становится весьма актуальной и приоритетной решеї задачи по определению несущей способности и остаточного ресурса сталы оболочки магистрального газопровода с локальными или протяженными деф тами в стенке, выявленные в результате контроля её технического состоя ни помощью современных средств диагностики.

Имея полную картину напряженно-деформированного состояния ста ной оболочки в области дефекта, можно оценить её остаточный ресурс и си временно предупредить аварийную ситуацию либо путем временного снижеі избыточного внутреннего давления газа до уровня напряжений не превышакн го нормативного значения, либо путем проведения ремонтно - восстановите. ных работ на отдельных изношенных участках трассы.

Цель диссертационной работы заключается в разработке научных ось оценки несущей способности и остаточного ресурса оболочки магистральнс газопровода с дефектами в стенке по результатам диагностирования её техни' ского состояния и оптимизации системы профилактики конструкции.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решак 'ся следующие задачи:

выбор эффективных методов и технических средств поиска и опреде; ния координат и пространственной формы дефектов в стенке магистральных і зопроводов в процессе их эксплуатации;

разработка алгоритмов и программ для расчета напряженно - дефорл рованного состояния стальной оболочки газопровода в области коррозионной эрозионного износа стали при действии эксплуатационной нагрузки;

исследование механизма упругопластического разрушения сталы і оболочки газопровода в области локальных дефектов;

исследование напряженно-деформированного состояния стальной оболочки газопровода в области дефектов и определение остаточного ресурса частично изношенной конструкции;

разработка метода определения оптимальных сроков проведения ре-монтно-восстановительных работ в зависимости от величины остаточного ресурса магистрального газопровода.

Научная новизна

1. Проведен анализ эффективности современных методов и технических средств диагностирования дефектов в стенке стальной оболочки газопровода. Разработана методика обработки результатов сканирования дефектов и оценка их достоверности.

2. Разработаны алгоритмы и пакет программ на алгоритмическом языке «СИ» для расчёта несущей способности стальной оболочки в области дефекта.

3. Исследован механизм упругопластического разрушения стальной оболочки газопровода в области локальных дефектов.

4. Разработаны методы:

определения фактического межремонтного ресурса газопровода в зависимости от его реального уровня надёжности по результатам технической диагностики;

экономической оценки ущерба от возможного отказа конструкции;

оптимизации системы профилактики линейной части магистральных газопроводов.

Методологические и теоретические основы исследования:

а методы и технические средства диагностирования дефектов в стенке

стальной оболочки магистрального газопровода; о методика обработки результатов и оценки достоверности диагностирования технического состояния газопровода;

теория расчета напряженно-деформированного состояния оболочки
зопровода в области протяженных и локальных дефектов при дейсті

« эксплуатационной нафузки;

теоретические и экспериментальные методы исследования упругоп
і стического разрушения стальной оболочки газопровода в области

кального дефекта; q методика определения оптимальных сроков проведения ремонт восстановительных работ на изношенных участках трассы газопро дов по критериям надежности и стоимости с экономической ОЦЄН1 ущерба при отказе конструкции. Практическая ценность работы.

Полученные результаты исследований и рекомендаций автора исполі ваны при эксплуатации и реконструкции многониточных газотранспортных с тем Тюменской области, а также в качестве учебно-методических материале учебном процессе специальности 0908 " Проектирование, строительство и.': плуатация газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз".

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались и получилі одобрительную оценку наследующих конгрессах, симпозиумах, конференция

5. Международный симпозиум «Workshop on Pipeline Integrity», 21 мая 1996г., г.Тюмень.

6. Международный симпозиум «Магистральные нефтепроводы. Состо: ние, проблемы, перспективы», 30 октября 1997г., г.Мюнхен.

7. Всероссийская научно-практическая конференция «Тюменская нефт вчера и сегодня», 22 декабря 1997г., г.Тюмень.

4. Всероссийская научно-практическая конференция «Моделирование ехнологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа а основе современных технологий», 20 мая 1998г., г.Тюмень.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.

На защиту выносятся:

8. Результаты анализа методов и технических средств поиска и сканирования дефектов в стенке стальной оболочке магистральных газопроводов.

9. Методика обработки результатов сканирования дефектов и оценка их достоверности.

10. Численный метод расчета напряженно-деформированного состояния оболочки газопровода на участках имеющих коррозионный или эрозионный износ стали при действии эксплуатационной нагрузки.

11. Механизм упругогшастического разрушения стальной оболочки газопровода в области локального дефекта с учетом процесса декомпрессии газа.

12. Методика определения оптимальных сроков проведения ремонтно-восстановительных работ на изношенных участках трассы газопровода по критериям надежности и стоимости.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, двух приложений : текстом программ и условными обозначениями и списка литературы,

включающего 105 наименований. Она содержит 158 страниц машинописного текста, 36 рисунков и 4 таблицы.