Введение к работе
з
Актуальность работы
Обеспечение технической безопасности производственных объектов, связанных с транспортировкой и добычей углеводородного сырья, является одной из основных задач газотранспортных предприятий. Это объясняется тем, что средства, выделяемые на ликвидацию последствий чрезвычайных ситуаций, возникающих на линейной части трубопроводов, значительно превосходят затраты на обеспечение надежности производственных объектов.
Теория оценки работоспособности металла труб связана с именами ведущих ученых: Азметова Х.А., Гумерова А.Г., Гумерова Р.С., Зайнуллина Р.С., Иваццова О.М., Макарова Г.И., Смирнова М.А., Султанова М.Х., Чабурки-на В.Д., Черняева К.В., Ямалеева К.М. и др. Особенности эксплуатации и обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов, транспортирующих серово-дородсодержащие среды, отражены в работах ученых: Антонова В.Г., Гафаро-ва Н.А., Генделя Г.Л., Иванова СИ., Кушнаренко В.М., Макаренко В.Д., Митрофанова А.В., Перунова Б.В., Стеклова О.И. и др.
С началом применения современных средств диагностирования на линейной части трубопроводов была решена проблема обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов за счет своевременного выявления, оценки степени опасности основных видов дефектов и их ремонта.
В то же время, несмотря на то что техническое состояние металла труб линейной части находится под контролем, а на диагностирование тратятся значительные средства, остаются проблемные участки трубопроводов, для оценки технического состояния которых необходима комплексная оценка, а требования к их безопасной эксплуатации не отражены в действующих нормативных документах.
В частности, для переходов через естественные и искусственные преграды существуют нормативные документы, на основании которых проводятся диагностические обследования и выдаются рекомендации по обслуживанию и ремонту отдельных конструкций - опор воздушных переходов, кожухов, запорной арматуры, русловой части трубопроводов и т.д. При этом комплексная оценка всего перехода не проводится, и не учитывается возможное совокупное влияние факторов, которое может привести к нарушению целостности трубопровода.
При проведении экспертизы промышленной безопасности возникают проблемы, связанные с тем, что отдельные участки трубопроводов, сооружен-
ные более 30 лет назад, не соответствуют нормативным документам РД 558-97 (раздел I п.4.3.12, раздел II п. 2.2.10), СП 34-116-97 (п. 15.43, п. 15.44), СП 105-34-96 (п. 6.6), ВСН 006-89 (п. 2.11.21), а именно имеют смещение продольных швов смежных труб менее 100 мм. Анализ результатов внутритрубной дефектоскопии показал, что общее количество участков, не соответствующих требованиям нормативных документов на линейной части трубопроводов, составляет более 1000 шт. На практике это означает многолетний ремонт линейной части трубопровода с периодической остановкой и вытеснением продукта.
Серьезной проблемой при обеспечении безопасной эксплуатации трубопроводов являются несанкционированные и заглушённые врезки. Статистика показывает, что при обнаружении они имеют предаварийное состояние всех элементов, так как смонтированы неквалифицированно, с применением «подручных» средств и материалов. В то же время внеплановая остановка трубопровода и замена участка с врезкой всегда связаны с проблемой нарушения договорных поставок продукции. Поэтому необходим метод ликвидации врезок без нарушения режима транспорта продукции по трубопроводу.
Изменение состояния металла трубопроводов при длительной эксплуатации определяет необходимость оценки дефектности металла и работоспособности труб. Для вновь сооружаемых и реконструируемых трубопроводов существующие нормы дефектности металла обеспечиваются строгим соблюдением установленной технологии, в то время как для трубопроводов, отработавших боле 20 лет, вопрос о замене выявленных дефектных участков, с которыми они проработали продолжительный период, остается актуальным.
Цель работы - обеспечение безопасности эксплуатации трубопроводов с проблемными участками, транспортирующих сероводородсодержащие нефтегазовые среды, путем совершенствования конструктивных элементов трубопроводов и технологии ингибиторной защиты.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
-
Определение изменения свойств металла труб при длительной эксплуатации на Оренбургском газоконденсатном месторождении (ОНГКМ);
-
Оценка конструктивной прочности участков трубопроводов с приварными патрубками и с нерегламентированным смещением продольных швов;
3. Разработка способов повышения безопасной эксплуатации участков
трубопроводов с несанкционированными врезками;
4. Оценка интенсивности отказов и очередности ремонта проблемных участков трубопроводов.
Методы решения поставленных задач
Поставленные задачи решены с использованием информационных технологий, теорий оценки надежности и эффективности, вероятности, математической статистики. При проведении исследований использовано современное измерительное оборудование, оригинальные и стандартные методики.
Научная новизна результатов работы
-
Установлено, что водородные расслоения сталей при длительной (более 25 лет) эксплуатации труб, транспортирующих сероводородсодержащие среды, образуются не только в областях расположения сульфидных включений, но и вблизи частиц корунда А1203, расположенных преимущественно в центральной части стенки металла труб. Исследованиями тонкой структуры сталей труб выявлена деградация структуры перлита - дробление цементитных частиц и увеличение плотности дислокаций. Критический размер включений в стали, выше которого они становятся заведомо опасными, для условий статических испытаний - более 20 мкм.
-
Определены напряженно-деформированное состояние (НДС) и конструктивная прочность предложенных защитных конструкций. В области защитной конструкции с усиливающей накладкой напряжения не превышают сред-ние напряжения в металле трубы. Все испытуемые трубы выдержали программу циклического нагружения давлением и разрушились при давлении, превышающем рабочее более чем в 2,73 раза.
3. Предложен алгоритм определения интенсивности отказов проблемных
участков трубопроводов на основе балльной оценки факторов влияния на их
техническое состояние с учетом особенностей эксплуатации трубопроводов
ОНГКМ.
На защиту выносятся:
- результаты исследования изменения структурно-физического состояния
металла участков трубопроводов при длительной эксплуатации в условиях воз
действия сероводородсодержащих сред;
- результаты оценки конструктивной прочности и напряженно-
деформированного состояния участков трубопроводов со смещением продоль
ных швов менее 100 мм, вырезанных из действующих трубопроводов, и защит
ных конструкций для ликвидации несанкционированных и заглушённых врезок;
6 - результаты приемочных стендовых испытаний трубной отечественной
продукции;
. - алгоритм оценки технического состояния проблемных участков трубопроводов и приведения их в соответствие с требованиями нормативных документов.
Практическая ценность результатов работы
-
Разработаны технологии ингибирования и введена в действие «Временная технологическая карта ингибиторной защиты газопроводов неочищенного газа» с целью максимального ограничения воздействия среды на изменение структурно-физического состояния металла элементов трубопроводов при длительной эксплуатации и обеспечения необходимого уровня безопасной эксплуатации трубопроводов ОНГКМ.
-
Предложена методика оценки интенсивности отказов и очередности ремонта проблемных участков трубопроводов. Для автоматизированного определения интенсивности отказов потенциально опасньк участков трубопроводов разработан программный модуль «Intensivnost ТР» (Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2011619298 от 05.12.2011 года «Программа для автоматизированного расчета интенсивности отказов проблемных участков трубопроводов и комплексной оценки их технического состояния»).
-
Результаты исследований участков трубопроводов со смещением продольных швов смежных труб менее 100 мм вошли в СТО Газпром 0-03-22-2008 «Стандарт организации по технической и безопасной эксплуатации газопроводов неочищенного сероводородсодержащего газа и конденсатопроводов нестабильного конденсата».
-
Разработаны защитные конструкции для ликвидации несанкционированных и заглушённых врезок на трубопроводах до плановой остановки и проведения ремонтных работ. Защитные конструкции применяются в ООО «Газпром добыча Оренбург».
-
Предложена технология сварки штуцерных соединений без термообработки на газопроводах, транспортирующих сероводородсодержащий газ.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты работы докладывались на V международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбургский государственный университет, Оренбург, 2008 г.), VII международной научно-технической конференции «Диагностика оборудо-
вания и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (ООО «Газпром добыча Оренбург», Оренбург, 2008 г.), Ш научно-технической конференции «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (ООО «ВолгоУралНИПИгаз», Оренбург, 2009 г., V научно-технической конференции «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (ООО «ВолгоУралНИПИгаз», Оренбург, 2011 г.).
Разработанная дополнительная классификация категорий переходов трубопроводов через искусственные и естественные преграды при оценке интенсивности отказов участков трубопроводов и результаты исследования возможности эксплуатации участки трубопроводов со смещением продольных швов менее 100 мм вошли в СТО 0-03-22-2008, разработанный ООО «ВНИИгаз», АНО «Технопарк ОГУ», ООО «Газпром добыча Оренбург». Программный модуль «Intensivnost ТР» апробирован и используется при продлении срока эксплуатации трубопроводов ООО «Газпром добыча Оренбург».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 научных трудах, в том числе в 6 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 102 наименования, двух приложений. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 38 таблиц.
Автор выражает благодарность профессору ОГУ, д.т.н. Кушнаренко В.М. за помощь в проведении исследований и обсуждении результатов работы.
