image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 3 2018

Транспортировка газа и газового конденсата

01.09.2018 11:00 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ООО «ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ УХТА»
Поддержание работоспособности магистральных газопроводов для обеспечения надежного транспорта газа – одно из основных направлений деятельности ООО «Газпром трансгаз Ухта». Оценка работоспособности и остаточного ресурса конструкционных элементов магистральных газопроводов ведется на основе нормативных документов, утвержденных ПАО «Газпром». Тем не менее остаются вопросы по адекватности существующих норм отбраковки и назначению методов ремонта конструкционных элементов магистральных газопроводов с различными дефектами. Корректировку норм отбраковки и выбор оптимальных методов ремонта конструкционных элементов магистральных газопроводов с различными дефектами целесообразно проводить по результатам полигонных и лабораторных испытаний, выполняемых в дочерних обществах ПАО «Газпром» при научно-методическом сопровождении ООО «Газпром ВНИИГАЗ». В ООО «Газпром трансгаз Ухта» предпринимаются шаги по созданию испытательного комплекса для проведения исследований и опытно-промышленной апробации материалов, техники, технологий и оборудования, применяемых на магистральных газопроводах. Планируется, что испытательный комплекс будет состоять из следующих подразделений: испытательные лаборатории в составе Инженерно-технического центра ООО «Газпром трансгаз Ухта»; испытательный полигон для проведения статических и ресурсных испытаний полномасштабных моделей конструкционных элементов магистрального газопровода; исследовательский полигон – участок магистрального газопровода с присвоением ему временного статуса «исследовательский». На временном испытательном полигоне проведены гидравлические испытания труб с дефектами коррозионного растрескивания под напряжением и вмятинами. Результаты испытаний подтвердили достаточный запас прочности и остаточный ресурс труб с рассматриваемыми дефектами. Наличие постоянного испытательного комплекса в ООО «Газпром трансгаз Ухта» позволит проводить расчетно-экспериментальную оценку работоспособности конструкционных элементов магистральных газопроводов с различными дефектами для корректировки норм их отбраковки, а также будет способствовать эффективному внедрению новых технологий.
Ключевые слова: МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД, ПОЛИГОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ, КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ, ВМЯТИНА.
Открыть PDF


В ООО «Газпром трансгаз Ухта» постоянно ведется деятельность по обеспечению работоспособности объектов газотранспортной сис-темы в процессе их эксплуатации. Оценка технического состояния и определение срока безопасной эксплуатации конструкционных элементов магистральных газопроводов (МГ) рассматриваются в качестве одного из основных направлений поддержания их работоспособности. При этом вопросы адекватности норм отбраковки и назначения методов ремонта конструкционных элементов МГ с различными дефектами представляются наиболее актуальными в условиях возрастающих возможностей диагностических организаций по их обследованию. Корректировку норм отбраковки и выбор оптимальных методов ремонта конструкционных элементов МГ с различными дефектами целесообразно осуществлять на основе экспериментальной оценки несущей способности и остаточного ресурса, определяемых по результатам полигонных и лабораторных испытаний.

 

СОЗДАНИЕ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

В последние годы в ООО «Газпром трансгаз Ухта» совместно с ООО «Газпром ВНИИГАЗ» были разработаны и испытаны несколько конструкций стальных и стеклопластиковых муфт, анкерных и полимерно-контейнерных устройств. Проведены полигонные испытания трубных плетей с различными видами дефектов на площадках Управления аварийно-восстановительных работ и Центрального аэрогидродинамического института имени проф. Н.Е. Жуковского. Результаты испытаний использованы при разработке следующих стандартов ПАО «Газпром»: СТО Газпром 2-2.2-137–2007, ч. II [1]; СТО Газпром 2-2.3-425–2010, ч. IV [2]; СТО Газпром 2-2.3-335–2009 [3].

В настоящее время встал воп-рос о создании испытательного комплекса на базе ООО «Газпром трансгаз Ухта», актуальность которого связана с необходимостью более достоверной оценки несущей способности и остаточного ресурса труб в условиях, когда из-за повышения чувствительности средств неразрушающего конт-роля, в том числе внутритрубной диагностики, возросло количество дефектов, незначительных по геометрическим размерам, но требующих устранения по действующим нормам отбраковки [4]. Кроме того, целесообразность разработки испытательного комплекса отражена в Программе повышения эффективности технического диагностирования объектов ПАО «Газпром» [5].

В связи с этим в ООО «Газпром трансгаз Ухта» начата проработка вопросов, связанных с проектированием, строительством и обустройством испытательного комплекса по экспериментальной оценке и опытно-промышленной апробации материалов, техники, технологий и оборудования, применяемых на МГ и объектах их окружения.

Испытательный комплекс, схема составных частей которого представлена на рис. 1, рассмат-ривается как основа будущего специализированного научно-внедренческого центра. В состав испытательного комплекса планируется включить лаборатории, испытательный полигон и исследовательский полигон. Данные экспериментальных работ, полученные в лабораториях и на испытательном полигоне, позволят в последующем перейти к апробации инновационных технологий на исследовательском полигоне и к их опытно-промышленному применению на объектах газотранспортной системы ПАО «Газпром».

Лаборатории рассматриваются как неотъемлемая часть испытательного комплекса ООО «Газпром трансгаз Ухта». На сегодняшний день в Инженерно-техническом центре действуют лаборатория изоляционных материалов, лаборатории неразрушающего и разрушающего контроля, в задачи которых входят: получение базовых характеристик свойств металлов и материалов; испытания различных изоляционных материалов, применяемых при строительстве и капитальном ремонте; апробация диагностических средств неразрушающего контроля (НК); обследование объектов газотранспортной системы методами НК; опытная проверка измерительных систем для НК напряженно-деформированного состояния.

Важным компонентом испытательного комплекса является испытательный полигон, представляющий собой специально отведенную территорию, на которой будут размещаться специализированные стенды.

В перечень задач, решаемых на испытательном полигоне, будут входить: выборочное испытание труб и соединительных деталей трубопроводов; опытное определение несущей способности и остаточного ресурса дефектных конструкционных элементов МГ; апробация и адаптация новых средств НК, включая калибровку внутритрубных снарядов.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Отдельные части испытательного полигона уже реализуются в ООО «Газпром трансгаз Ухта», например в 2015–2016 гг. был организован временный испытательный полигон. На специально отведенной площадке было смонтировано и установлено необходимое оборудование: трубные плети, опрессовочный агрегат, подключающие шлейфы и сис-темы мониторинга деформаций.

Программа проведения испы-таний предусматривала испыта-ния трубной плети 1420 мм с дефектами коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) и трубной плети 1220 мм с вмятинами. Общий вид плетей показан на рис. 2. Основной целью испытаний стала оценка несущей способности и остаточного срока службы труб с указанными дефектами без доступа коррозионной среды и других внешних воздействий, кроме внутреннего давления.

На разных этапах испытаний для выявления динамики и характерных особенностей развития дефектов проводили обследование трубных плетей методами НК, включающими электротензо-метрию, кривизнометрию, магнито-вихретоковую дефектоскопию, магнито-анизотропную дефектоскопию, контроль поведения и развития дефектов с фикса-цией размеров дефектов фотосъемкой. В ходе полигонных испытаний впервые в ООО «Газпром трансгаз Ухта» апробирована волоконно-оптическая система измерения деформаций.

Перед проведением полигонных испытаний по данным диспетчерской службы за пять лет выполнен ретроспективный анализ режима нагружения участков газопроводов, откуда были вырезаны трубы. На основе этих данных проведена схематизация случайного процесса нагружения трубопровода по методу выделения полных циклов в соответствии с ГОСТ 25.101–83 [6]. По результатам схематизации процесса нагружения получены эквивалентные циклы нагружения участков газопроводов с учетом коэффициента запаса по выносливости, равного 10, и консервативного подхода, предусматривающего накопление поврежденности в металле пропорционально размаху любого цикла. Таким образом, для участка МГ с трещинами КРН количество эквивалентных циклов в режиме 0 – 7,4 МПа – 0 составило 73,2 цикла в год, а для участка МГ с вмятинами – 62,9 цикла в год в режиме 0 – 5,4 МПа – 0.

В ходе полигонных испытаний трубные плети с дефектами КРН нагружались внутренним давлением ступенчато до рабочего давления с шагом 1,0 МПа и многократно в режиме 0 – 7,4 МПа – 0. На последней стадии полигонных испытаний провели подъем давления до разрушения с выдержкой при различных значениях испытательного давления, включая заводское.

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты анализа данных, полученных в ходе проведения полигонных испытаний, позволили оценить остаточный ресурс дефектных труб. Трубная плеть, состоящая из катушек с дефектами КРН, выдержала 2000 циклов многократного нагружения, что соответствует остаточному сроку службы газопровода не менее 27 лет с учетом результатов ретроспективного анализа фактического нагружения участка газопровода, из которого были вырезаны трубы.

Разрушение труб 1420 мм произошло при давлении 13,1 МПа, т. е. фактический коэффициент запаса составил 1,79 при проектном 1,80 по СНиП 2.05.06–85* [7] и нормативном 1,72 по СТО Газпром 2-2.3-173–2007 [8]. При этом очагом разрушения трубы стала колония продольных трещин с максимальной глубиной 32 % от толщины стенки трубы, показанная на рис. 3. Дефекты глубиной менее 15 % за все время циклических испытаний не увеличились в размерах, что подтвердили результаты мониторинга методами неразрушающего контроля и лабораторных обследований вырезанных образцов с трещинами после проведения полигонных испытаний.

Проведенные испытания плети 1420 мм показали, что трубы с неглубокими трещинами КРН обладают достаточной несущей способностью и остаточным ресурсом для эксплуатации в составе МГ при условии проведения качественной переизоляции таких труб.

Трубная плеть, состоящая из катушек двухшовных труб 1220 ×× 12 мм с вмятинами, выдержала 847 циклов многократного нагружения в режиме 0 – 5,4 МПа – 0, а первое разрушение произошло на 848-м цикле при давлении 5,4 МПа из-за раскрытия трещины по линии сплавления валика продольного шва, проходящего через вмятину глубиной 3 % от диаметра. В дальнейшем катушка трубы со сквозной трещиной была вырезана, а укороченную трубную плеть нагружали в вышеуказанном режиме, до достижения общего числа циклов, равного 1006. На последней стадии испытания выполнили подъем давления до разрушения. Разрушение трубной плети произошло при давлении 9,8 МПа вне зоны вмятин – в месте технологического дефекта. После разрушения в зонах механических и коррозионных дефектов, а также по краям вмятин были выявлены мелкие трещины. Вид образовавшихся трещин в различных местах вмятины показан на рис. 4.

Анализ результатов моделирования циклических испытаний вмятины с учетом упругопластических свойств металла трубы 1220 × 12 мм методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS [9] подтвердил высокую вероятность образования трещин по краям вмятины. Визуализация расчета методом конечных элементов с зонами повышенной вероятности трещинообразования (выделено красным) показана на рис. 5.

С учетом ретроспективного анализа нагружения участка газопровода остаточный срок службы трубы с вмятиной, по которой произошло первое разрушение, составил 13 лет. Полигонные испытания труб с вмятинами показали, что отсутствует необходимость немедленной вырезки недопустимых по действующим нормам вмятин, и они могут быть устранены в плановом порядке. В то же время результаты испытаний выявили опасные зоны вмятин (сварные швы, механические дефекты и края вмятин), на которые необходимо обращать внимание при проведении диаг-ностического обследования труб с указанными дефектами.

Третья составная часть испытательного комплекса – исследовательский полигон – будет представлять собой участок действующего газопровода с присвоением ему временного стату-са исследовательского полигона. На исследовательских полиго-нах в пределах действующих участков МГ в ближайшее время планируется провести работы по апробации: анкерных и балластирующих устройств; различных ремонтных конструкций; покрытий, предназначенных для консервации дефектов КРН; современных средств контроля напряженно-деформированного состояния МГ и других средств диагностики.

В ООО «Газпром трансгаз Ухта» имеется положительный опыт апробации инновационных решений на действующих участках МГ. С 2015 по 2016 г. были проведены следующие работы.

Опытно-промышленные испытания электродов сравнения длительного действия различных производителей проведены в Воркутинском линейном производственном управлении магистральных газопроводов (ЛПУМГ) на системе МГ «Бованенково – Ухта». В результате испытаний определены конструкции, пригодные для эксплуатации в сложных климатических условиях.

Совместно с ООО «Газпром ВНИИГАЗ» проходят испытания битумно-полимерных покрытий с ингибирующей КРН композицией ИФХАН-29, разработанной ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для консервации дефектов КРН в процессе трассовой переизоляции. Испытания проводятся в Грязовецком ЛПУМГ.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, полученные в лабораториях, на временном испытательном и исследовательских полигонах, еще раз подчеркивают актуальность дальнейшего развития всех составных частей испытательного комплекса.

Реализация всех составных частей испытательного комплекса даст возможность выполнять расчетно-экспериментальную оценку работоспособности конструкционных элементов МГ с различными дефектами, а также позволит эффективно осваивать и внедрять новые технологии. В итоге использование испытательного комплекса позволит создать базу экспериментально проверенных данных для пересмотра концепции норм отбраковки с учетом резерва прочности труб и экономической целесообразности.



← Назад к списку