image
energas.ru

Газовая промышленность № 4 2017

Ремонт и диагностика

01.04.2017 11:00 АНАЛИЗ ДЕФЕКТНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
Статья посвящена вопросам оценки степени опасности дефектных сварных соединений (ДСС), выявленных при внутритрубной дефектоскопии (ВТД). Приведена статистика идентификации в шурфах более 1000 ДСС, при этом дефекты категории «a» (максимально опасные по отчету ВТД) с достаточной точностью подтвердились. Следующая по степени опасности категория «b» содержит до 16 % дефектов категории «a», а 67 % ДСС являются бездефектными или относятся к категории «c» (минимальный уровень опасности). Предлагается в отчетах ВТД при назначении критериев опасности ДСС учитывать наличие ненормативных растягивающих или сжимающих изгибных напряжений в этой зоне.
Ключевые слова: МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД, ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ, ДЕФЕКТНОЕ СВАРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ВНУТРИТРУБНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФЕКТНОСТИ.
Открыть PDF


Повышение надежности газотранспортной системы является одной из приоритетных задач ПАО «Газпром», что обеспечивается устранением дефектов труб и сварных соединений.

Количество сварных соединений (сварных стыков) соответствует количеству труб, из которых построен магистральный трубопровод. Отказы по причине ДСС составляют около 17 % от общего числа аварий по ПАО «Газпром» [1], т. е. занимают в структуре аварийности 2е место после дефектов коррозии (стресскоррозии). По опыту ООО «Газпром трансгаз Уфа» (ГТУфа), более половины аварий (7 из 11) на магистральных газопроводах (МГ) диаметром 1420 мм произошло либо на сварных стыках, либо в околошовной зоне.

В соответствии с концепцией ПАО «Газпром» эксплуатация МГ осуществляется по техническому состоянию, заключение о котором основано преимущественно на данных диагностики [2], по результатам которой и выявляются ДСС. В настоящее время основным средством диагностики МГ является ВТД [3]. В ГТУфа на МГ диаметром 1420 мм, по которым транспортируются основные объемы магистрального газа, за 2014–2015 гг. средствами ВТД выявлено 63 699 дефектов, в том числе 2860 дефектов «аномальный шов» (4,5 % от общего числа).

Image_004.jpg

Согласно стандарту предприятия СТО Газпром трансгаз Уфа 3.31001096–2015 [4] в ГТУфа оценка потенциально опасного участка (ПОУ) осуществляется в два этапа:

  • анализ результатов ВТД, по результатам которого трубы с ДСС назначаются на идентификацию в шурфах;

  • идентификация в шурфах.

По данным ВТД выявляются трубы с ДСС, которые в зависимости от степени опасности дефекта делятся на три категории [5]:

  • «a» – дефекты, подлежащие наружному обследованию в кратчайшие сроки: трубопровод с такими аномалиями находится в предаварийном состоянии;

  • «b» – обследования в рамках плановых мероприятий: эти аномалии потенциально могут быть причиной аварии, поэтому подлежат обязательной идентификации в шурфах;

  • «c» – допустимые без проведения обследования: данные аномалии не должны привести к аварии до следующей инспекции.

  • Если перевести вышеуказанные критерии в ресурс МГ, уровень опасности ДСС должен
    означать [4]:

  • «a» – подлежит незамедлительному ремонту вырезкой, вплоть до остановки транспорта газа;

  • «b» – обследование и ремонт в рамках плановопредупредительных работ, которые проводятся 1–2 раза в год;

  • «c» – идентификация отодвигается на срок, который может быть установлен результатами следующего ВТД.

Аналитическая служба ГТУфа анализирует поступившую информацию по ДСС и назначает наиболее ПОУ на идентификацию в шурфах. Как правило, это дефекты категорий: «a», преимущественно – «b», а также выборочно «c».

1_1_2.png

При идентификации ДСС в шурфах отбраковка проводится согласно [5]. В соответствии с СТО Газпром трансгаз Уфа 3.31001096–2015 [4] устанавливаются следующие виды ремонтных работ:

  • незамедлительная вырезка, ремонт в соответствии с СТО Газпром 22.4715–2013 [6];

  • до плановопредупредительного ремонта (ППР);

  • до капитального ремонта (КР);

  • оставить без ремонта в соответствии с СТО Газпром 22.4715–2013 [6].

В табл. 1 приводятся некоторые результаты идентификации в шурфах, отобранных на основе анализа данных ВТД (1й этап) из 1073 ДСС. Все трубы с ДСС не могут быть назначены на идентификацию в шурфах в силу их значительного количества и требований вышеприведенных критериев, поэтому аналитическая служба ГТУфа проводит собственный комплексный анализ их опасности. Таким образом, вопреки рекомендациям [5] на первом этапе в категории «b» было назначено на идентификацию в шурфах 96 из 129 ДСС (75 %), а в категории «с» – 34 (3,6 %).

В табл. 1 представлены:

  • дефекты плоскостные: трещины, непровары (категории опасности D и Е согласно [6]);

  • дефекты формы шва: смещение кромок, облицовки, утяжины (категория опасности F [6]);

  • другие аномалии.

Графически данные табл. 1 представлены на рис. 1 и 2.

Из табл. 1 и рис. 1 видно, что рекомендации [5] в основном выдержаны. ДСС категории «a» идентифицированы на 100 %, из них опасность подтверждена на 90 % (40 % привели к ремонту с незамедлительной остановкой транспорта газа, 50 % – к ремонту в рамках ППР), один не подтвердился (рис. 2). Это высокий процент, доказывающий, что рекомендации ВТД технически обоснованы. Тем не менее 50 % ДСС при идентификации в шурфах, направленные на ремонт сваркой, исходя из критериев ВТД [5] должны были быть отнесены к категории «b».

1_1.png

ДСС категории «b» идентифицированы на 75 %, опасность подтверждена на 33 %, из них 16 % привели к ремонту с незамедлительной остановкой транспорта газа, 17 % – к ремонту в рамках ППР, 67 % оказались бездефектными. Это, с одной стороны, приемлемый процент. Однако с другой – идентификация в шурфах более 2/3 бездефектных с учетом не назначенных на идентификацию труб привела к необоснованным затратам по шурфовке, в том числе с остановкой транспорта газа на МГ. Исходя из критериев опасности [5] 16 % должны были быть отнесены к категории «a», а 67 % – к категории «c».

Дефекты категории «c» идентифицированы в шурфах на 3,6 % ДСС, из них опасность подтверждена на 47 % (26,5 % из них привели к ремонту с незамедлительной остановкой транспорта газа, 20,5 % – к ремонту в рамках ППР, 53 % оказались бездефектными). Показатели, соизмеримые с категориями «b» и «c», повидимому, объясняются несовершенством критериев разделения ДСС на категории [5]. Экономия на шурфовках ДСС категории «b» и выявление недопустимых дефектов в категории «c» – следствие творческого подхода аналитической службы ГТУфа.

Резервы по повышению эффективности критериев ВТД [5] видятся в использовании технологии выявления ПОУ средствами ВТД, приведенными в [7, 8]. Пример выявления трещины глубиной более 80 % толщины стенки на ДСС категории «c» показывает необходимость учета изгибных напряжений на ПОУ [7]. Известно, что разрушение конструкции (трубопровода) происходит изза напряжений, превышающих нормативные значения, а дефекты лишь ускоряют процесс. Так, в работе [9] приводится пример разрушения МГ по бездефектному сварному шву изза чрезмерных напряжений. Если положение ДСС совпадает с местом максимального уровня растягивающих напряжений, при ненормативном радиусе изгиба менее 500D в рекомендациях отчетов ВТД он должен переходить в категорию «b», а при радиусе менее 250D – в категорию «a».

Дефектность сварного соединения, находящаяся в зоне сжимающих напряжений, испытывает напряжения от внутреннего давления, которые, как правило, перекрываются изгибными напряжениями, приводящими к сжатию этой области. Если положение ДСС совпадает с максимальным уровнем сжимающих напряжений при радиусе изгиба менее 500D, в рекомендациях отчетов ВТД он должен переходить в категорию «c».

В рамках переизоляции (2010–2013 гг.) ГТУфа было обследовано на наличие ДСС около 11,5 тыс. (11 410) труб диаметром 1420 мм. На этих участках, по данным ВТД, число труб с ДСС составило 367 (3,2 % от общего числа труб). По техническим условиям для трубопроводов диаметром 1400 мм контролю должны подвергаться 100 % сварных стыков, оценка проводится согласно [6], без разделения на категории «a», «b» и «c». Радиографический, ультразвуковой и визуальный контроль выявил 4159 дефектных труб, т. е. 36,5 % от общего числа труб. Столь высокий процент объясняется тем, что при переизоляции обследуется весь сварной стык, а не только область ДСС (в шурфах), а также тем, что большинство МГ построено по значительно более «мягким» нормам допуска по ДСС, действовавшим до 1988 г. (до ВСН 012–88 [10]). Основные результаты обследования сведены в табл. 2.

Строительные нормы СН 83–60 [11] допускали локальные непровары до 20 % толщины стенки, смещение кромок – до 30 %. Это означает, что значительная часть сварных швов с допустимыми по старым нормам дефектами, не разрушившихся в начальные годы эксплуатации изза непроектных нагрузок, находятся в настоящее время в эксплуатации. Не в последнюю очередь по этой причине большинство стыковых соединений (около 100 %) при переизоляции было «переварено».

Из табл. 2 видно, что технические возможности ВТД позволяют выявлять около 7 % ДСС. Необходимо отметить, что ЗАО «НПЦ «ВТД» за последнее время добилось значительных успехов, выявляя не только дефекты коррозионного растрескивания под напряжением (продольного и поперечного), но и ПОУ с ненормативными напряжениями [1, 7, 8, 12]. Тем не менее вышеприведенные материалы показывают, что, с одной стороны, отчет ВТД включает значительный процент бездефектных ДСС, но с другой (материалы переизоляции) – не выявляет большинство дефектов по критериям СТО Газпром 22.4715–2013 [6]. 

Выводы

1. Показано влияние дефектности сварных соединений на МГ: аварии по этой причине в ПАО «Газпром» составляют 17 %, а в ГТУфа – более половины (64 % в зоне ДСС).

2. Основным (прямым) способом выявления дефектов в настоящее время является ВТД. Анализ критериев оценки опасности, проведенный на примере более 1000 (1073) ДСС, выявленных ВТД, с идентификацией в шурфах, показал, что:

  • критерий категории «a», установленный для наиболее опасных ДСС, с достаточной точностью подтверждается;

  • ДСС с критериями категории «b» до 16 % содержат дефекты категории «a», а более 2/3 (67 %) их являются бездефектными или относятся к категории «c».

3. Считаем, что при назначении критериев опасности ДСС в отчетах ВТД необходимо учитывать наличие ненормативных растягивающих или сжимающих изгибных напряжений в исследуемой зоне.

4. Анализ материалов инспекции 11 417 труб диаметром 1420 мм, проведенный по результатам переизоляции, показал, что ВТД не выявляет значительное количество ДСС по современным критериям отбраковки [6].


Таблица 1. Результаты идентификации в шурфах ДСС

Категория

Оценочный балл

Число аномальных швов по ВТД, шт.

Число обследованных швов,
шт.

Смещение кромок, шт.

Подтверждение смещения кромок, шт.

Непровар/утяжина, шт.

Подтверждение «непровар/утяжина», шт.

Дефект облицовки, шт.

Подтверждение дефекта облицовки, шт.

Смещение кромок/непровар,
шт.

Подтверждение смещения кромок/непровара, шт.

Трещина, шт.

Подтверждение трещины, шт.

Другие аномалии, шт.

Подтверждение других аномалий, шт.

Ремонт сваркой, шт.

Замена катушки, шт.

Шлифовка, шт.

% ремонта

a

10

10

4

4

1

1

3

3

1

1

1

5

4

90,0

b

129

96

60

41

17

11

3

3

6

5

3

1

7

5

21

21

1

44,8

c

934

34

1

1

5

4

6

6

1

21

20

7

9

47,1

*

2

1

1

1

1

2

100,0

Итого

1073

142

61

42

27

20

10

10

10

8

4

1

30

27

33

36

1

49,3

Примечание. В разряд годных отнесены трубы с ДСС: а) с неподтвердившимися дефектами; б) ремонт которых может быть осуществлен в рамках КР; в) которые могут быть оставлены без ремонта.

* Выявленные дефекты, кроме данных ВТД.


Таблица 2. Сводные данные ДСС по данным переизоляции

Наименование газопровода

Участок,
км

Число
труб

Число дефектов ВТД

Число дефектов переизоляции

«Челябинск – Петровск»

364–389

2174

97

849

389–403

1194

103

282

431–456

2233

57

849

1900–1914

1229

31

178

1942–1969

2379

61

1216

«Уренгой – Новопсков»

1944–1969

2201

18

785

Итого

11 410

367

4159



← Назад к списку