Файл: Исследования конструкций и технического состояния магистральных газопроводов.pdf

169
Управление техническим состоянием и целостностью газопроводов
№ 2 (44) / 2020
фитингов и запорно-регулирующей арматуры, а также применение нового критерия прочнос- ти в эксплуатации [20]. Очевидно, что в про- цессе эксплуатации на газопроводах выпол- няются работы по техническому обслужива- нию и ремонту (ТОиР). Поэтому мероприятия
ТОиР и ресурсные оценки взаимосвязаны и ис- пользуют совместные результаты. Например, на участке газопровода с дефектами, где вы- полнены ремонтные работы, срок безопасной эксплуатации определяется с учетом соот- ветствующих сроков безопасной эксплуатации отремонтированного участка согласно проек- ту газопровода. Соседние участки с допусти- мыми дефектами обследуются в плановом по- рядке, и для них оценка остаточного ресурса осуществляется с учетом отраслевых рекомен- даций
2
Исследования труб МГ
Исследования труб, обеспечивающих безопас- ную эксплуатацию и высокую пропускную
2
См. ВРД 39-1.10-043-2001. Положение о порядке продления ресурса магистральных газопроводов
ОАО «Газпром». См. также: Методика о порядке продления срока безопасной эксплуатации магистральных газопроводов ОАО «Газпром». –
М.: ВНИИГАЗ, 2005. – 58 с.
способность МГ, имеют большое значение, поэтому данная тема постоянно разрабаты- вается специалистами отрасли совместно с ме- таллургами. В последние десятилетия большое внимание уделено высокопрочным трубам, обеспечивающим высокое давление и, следова- тельно, пропускную способность современных газопроводов. При этом актуальной стала за- дача исследования протяженного разрушения труб при высоких давлениях. В мировой прак- тике в этих целях применяют критерий конт- роля распространения разрушения труб [21], выведенный по результатам многочисленных лабораторных и натурных испытаний.
Несмотря на то что с позиций экономики лучше использовать трубы категории прочнос- ти Х100 и выше, с позиций безопасности это проблематично (рис. 8). Поэтому при выборе труб для системы газопроводов Бованенково –
Ухта диметром 1420 мм и рабочим давлением
120 атм потребовалась специальная программа комплексных испытаний [22], в которую вошли стандартные заводские испытания на образцах, гидравлические испытания трубы с поверх- ностным надрезом на разрушение для оценки трещиностойкости и полигонные испытания трубных секций для оценки распространения
Рис. 7. Укрупненный алгоритм оценки сроков безопасной эксплуатации МГ
Ɍɟɯɧɢɱɟɫɤɢɨɛɨɫɧɨɜɚɧɧɵɣ ɛɚɡɨɜɵɣ ɫɪɨɤɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ±«ɥɟɬ
Ɂɚɜɟɪɲɚɸɳɢɣɩɟɪɢɨɞɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ•ɥɟɬ
Ⱥɧɚɥɢɡɧɚɞɟɠɧɨɫɬɢɢɨɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟɪɟɠɢɦɨɜɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ
ɉɪɢɧɹɬɢɟɪɟɲɟɧɢɣ
ɉɪɨɞɥɟɧɢɟɪɟɫɭɪɫɚ
ɉɟɪɢɨɞɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢɩɨɬɟɯɧɢɱɟɫɤɨɦɭɫɨɫɬɨɹɧɢɸ
ɉɪɨɞɥɟɧɢɟɪɟɫɭɪɫɚɤɩɟɪɢɨɞɭɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ«ɥɟɬ
Ʌɢɤɜɢɞɚɰɢɹ
ɧɨɜɨɟɫɬɪɨɢɬɟɥɶɫɬɜɨ
ɋɧɢɠɟɧɢɟ
ɪɚɛɨɱɟɝɨɞɚɜɥɟɧɢɹ
ɐɟɥɟɫɨɨɛɪɚɡɧɨ
ɜɨɫɫɬɚɧɨɜɥɟɧɢɟ
Ⱥɧɚɥɢɡɫɨɫɬɨɹɧɢɹɦɟɬɚɥɥɚɬɪɭɛ
ɫɜɚɪɧɵɯɫɨɟɞɢɧɟɧɢɣɮɢɬɢɧɝɨɜ
ɢɡɚɩɨɪɧɨɪɟɝɭɥɢɪɭɸɳɟɣɚɪɦɚɬɭɪɵ
ɉɪɢɦɟɧɟɧɢɟ
ɧɨɜɵɯɪɚɫɱɟɬɧɵɯ
ɤɪɢɬɟɪɢɟɜ
ɉɨɥɧɨɟ
ɨɛɫɥɟɞɨɜɚɧɢɟ
Ⱥɦɨɪɬɢɡɚɰɢɨɧɧɵɣɫɪɨɤɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ±ɝɨɞɚ

170
Научно-технический сборник
· ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
№ 2 (44) / 2020
трещины в условиях, приближенных к реаль- ным условиям эксплуатации. Также были про- думаны особые требования к трубам класса прочности К65.
На полигоне, созданном специалистами
ПАО «Газпром» и ООО «Газпром транс- газ Екатеринбург» [22], организовали усло- вия для охлаждения труб до температуры ми- нус 20 °С (требования проекта) и установи- ли систему сбора и обработки показаний дат- чиков температуры, давления, скорости дви- жения трещины. В результате испытаний про- дукции Ижорского трубного завода и компании
«Ниппон стил» (Япония) (рис. 9) подтверждена надежность высокопрочных труб и обосновано их применение в современных газопроводах.
Сложной для исследователей и на практи- ке оказалась проблема стресс-коррозии, и для ее разрешения потребовалось реализовать ком- плекс аналитических, экспериментальных и инженерных решений [5, 19]. Считается, что стресс-коррозия, или КРН, возникает, ког- да взаимодействуют несколько факторов, а именно: технология производства труб, уро- вень НДС газопровода (как правило, не ниже
0,4 от предела текучести), окружающая грун- товая среда. Ввиду масштабности проблемы в ПАО «Газпром» и ведущих компаниях
Канады и США начиная с 1990 г. существовали специальные программы, охватывавшие иссле- дования металла труб (их склонности к обра- зованию и развитию трещин), натурные обсле- дования газопроводов и разработку диагности- ческих средств обнаружения стресс-коррозии.
Специалистами ВНИИГАЗа и трубной компа- нией JFE (Япония) выполнены исследования стойкости трубных сталей к стресс-коррозии с применением различных методов испыта- ний. По итогам этих работ и ряда вытекающих из них исследований [7] разработаны соответст- вующие стандарты
1
Испытания труб для морских газопроводов
Морские газопроводы подвержены специаль- ным нагрузкам и воздействиям, поэтому на- ряду с типовыми испытаниями тру́бы про- веряются на смятие, предельный изгибаю- щий момент (проверка максимально допусти- мых деформаций при опускании трубной пле- ти с судна) и длительные коррозионные наг- рузки [23]. Особое внимание уделяется натур- ным испытаниям. Примером здесь может слу- жить сооружение газопровода «Голубой по- ток», представляющего собой уникальный проект, который был реализован в сложных условиях Черного моря: глубина на большей части трассы составляет примерно 2 км, наб- людаются высокая концентрация сероводоро- да в придонных слоях, сейсмичность отдель- ных участков дна (до 8 баллов), мутьевые пото- ки. Отличительные черты проекта: отсутствие опыта производства толстостенных труб, рас- считанных на давление газа 250 атм, и боль- шая – около 400 км – протяженность газопро- вода. Один из примеров натурных испытаний труб в условиях Черного моря дан на рис. 10, где представлены образцы труб с покрытием из полипропилена и нанесенными дефектами.
Практическое применение при сооруже- нии морских газопроводов нашли обетониро- ванные трубы. Для обоснования их надежнос- ти специалистами ВНИИГАЗа и Московского трубозаготовительного комбината реализован
Рис. 8. Контроль распространения вязкого
разрушения труб: X60…X100 – категории прочности труб по стандарту Американского института нефти (англ.American Petroleum
Institute, API)
Ɍɨɪɦɨɠɟɧɢɟɬɪɟɳɢɧɵ
ɋɨɩɪɨ
ɬɢɜ
ɥɟɧɢɟɪɚɡɪ
ɭɲɟɧɢɸ
Ɍɟɯɧɨɥɨɝɢɱɟɫɤɢɣɩɪɟɞɟɥ
ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚɬɪɭɛ
Ɋɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɢɟ
ɬɪɟɳɢɧɵ
ɄɨɥɶɰɟɜɨɟɧɚɩɪɹɠɟɧɢɟɆɉɚ
X60
X70
X80
X90
•;
300 350 400 450 500
Рис. 9. Испытания высокопрочных труб

171
Управление техническим состоянием и целостностью газопроводов
№ 2 (44) / 2020
комплекс натурных исследований, куда вош- ли испытания труб на изгиб и удар для оцен- ки целостности бетонной оболочки и на сдвиг для анализа отсутствия смещения бетона отно- сительно металлической трубы. С целью опре- деления НДС газопровода при укладке в море и допустимого радиуса упругого изгиба были выполнены испытания на изгиб трубной сек- ции длиной 60 м и диаметром 1020 мм, кото- рые показали возможность использования труб при строительстве (рис. 11).
Управление техническим состоянием МГ
С увеличением сроков эксплуатации газопро- водов практически важной оказалась проблема управления их техническим состоянием [19].
Изучение этой тематики началось в веду- щих газовых компаниях ФРГ, Нидерландов,
Великобритании около 20 лет назад. Были соз- даны системы управления техническим сос- тоянием и целостностью газопроводов, в кото- рых сочетаются технические, управленческие и организационные решения, в общем виде обозначенные как PIMS (англ. pipeline integrity management system). Разработки зарубежных компаний относятся к компактным ГТС про- тяженностью 5…10 тыс. км, эксплуатируемым в сравнительно простых природно-климати- ческих условиях. Для отечественной ГТС, не имеющей мировых аналогов, потребовалось разработать оригинальную концепцию управле- ния техническим состоянием. При этом на пер- вом этапе были проведены консультации с авто- рами системы PIMS, и затем сформулированы основные цели компании ПАО «Газпром» при- менительно к российской ГТС [24], а именно:
• обеспечение надежности процесса транспортировки и хранения газа, структурной целостности и заданного уровня объектов ГТС;
• обеспечение экологической и промыш- ленной безопасности при эксплуатации объек- тов ГТС.
Концепция, разработанная специалистами
ПАО «Газпром» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ», содержала следующие рабочие разделы:
• принципы реформирования процесса управления техническим состоянием:
• целевую модель процесса управления, где описаны задачи диагностирования, анализа технического состояния и технического риска, структура показателей технического состояния и целостности и т.п.;
• методологические основы процесса;
• информационное обеспечение процесса управления техническим состоянием и целост- ностью ГТС.
Концепция предполагает решение широко- го круга задач на трех уровнях ‒ от руководства компании до структурного подразделения газо- транспортного общества. Информация об от- дельных достигнутых результатах уже обнаро- дована [25, 26].
***
Материалы статьи свидетельствуют, что на современном этапе техническое состояние отечественной ГТС отвечает международным требованиям надежности и безопасной эксп- луатации.
Перспективные задачи исследований конструкций газопроводов направлены на по- вышение работоспособности газопроводов с большими сроками эксплуатации, разра- ботку методов обеспечения устойчивости га- зопроводов нового поколения в арктической зоне и на континентальном шельфе и их диаг- ностики в сложных природно-климатических условиях, развитие методов управления техни- ческим состоянием ГТС с учетом газопроводов
Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Рис. 10. Натурные испытания элементов
труб в Черном море. Турецкий склон.
Глубина 300 м. Образцы труб с покрытиями
Рис. 11. Укладка обетонированных труб
газопровода Джубга – Лазаревское ‒ Сочи

172
Научно-технический сборник
· ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
№ 2 (44) / 2020
Список литературы
1. Ходанович И.Е. Аналитические основы проектирования и эксплуатации магистральных газопроводов / И.Е. Ходанович. –
М.: Гостоптехиздат, 1961.
2. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы / П.П. Бородавкин. –
М.: Энерджи Пресс, 2011. – 480 с.
3. Харионовский В.В. Надежность магистральных газопроводов: становление, развитие и современное состояние / В.В. Харионовский // Газовая промышленность. – 2019. – № 1. – С. 56–68.
4. Харионовский В.В. Стохастические методы в задачах для магистральных трубопроводов /
В.В. Харионовский // Известия РАН. Механика твердого тела. – 1996. – № 3. – С. 110–116.
5. Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов /
В.В. Харионовский. – М.: Недра, 2000. – 467 с.
6. Антонов В.Г. Коррозионное растрескивание под напряжением труб магистральных газопроводов: атлас / В.Г. Антонов и др.; под общ. ред. А.Б. Арабея, З. Коношински. –
М.: Наука, 2006.
7. Арабей А.Б. Влияние особенностей технологии производства труб на стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением в процессе эксплуатации магистральных газопроводов / А.Б. Арабей,
Т.С. Есиев, И.В. Ряховских и др. // Газовая промышленность. – 2012. – № 2 (673). –
С. 52–54.
8. Методические рекомендации по оценке работоспособности трубопроводов с дефектами овализации. – М.: Газпром ВНИИГАЗ, 1996. –
34 с.
9. Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с поверхностными повреждениями. – М.: Газпром ВНИИГАЗ,
1996. – 20 с.
10. Рекомендации по оценке работоспособности подводных переходов газопроводов при размывах дна. – М.: Газпром ВНИИГАЗ,
1995. – 40 с.
11. Методика расчета технологических трубопроводов компрессорных станций. –
М.: ВНИИГАЗ, 1987. – 94 с.
12. Рекомендации по оценке несущей способности участков газопроводов в непроектном положении. – М.: ВНИИГАЗ, 1986. – 53 с.
13. Методические рекомендации по натурным измерениям напряженного состояния магистральных газопроводов. – М.: ВНИИГАЗ,
1985. – 43 с.
14. Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов. – М.: ИРЦ Газпром, 1997. –
126 с.
15. Проблемы надежности газопроводных конструкций: сб. научн. трудов. –
М.:ВНИИГАЗ, 1991. – 169 с.
16. Вопросы надежности газопроводных конструкций: сб. научн. трудов. –
М.: ВНИИГАЗ, 1993. – 110 с.
17. Надежность и диагностика газопроводных конструкций: сб. научн. трудов. – М.: Газпром
ВНИИГАЗ, 1996. – 200 с.
18. Методика оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов. –
М.: ВНИИГАЗ, 1992. – 53 с.
19. Салюков В.В. Магистральные газопроводы. Диагностика и управление техническим состоянием / В.В. Салюков,
В.В. Харионовский. – М.: Недра, 2016. – 213 с.
20. Харионовский В.В. Работоспособность газопроводов с большими сроками эксплуатации / В.В. Харионовский // Газовая промышленность. – 2017. – № 5. – С. 56–61.
21. Кнауф Г. Подход группы EPRG по предотвращению протяженного вязкого разрушения в газопроводных трубах / Г. Кнауф,
Д. Демофонти // Наука и техника в газовой промышленности. – 2009. – № 1. – С. 10–16.
22. Созонов П.М. Экспериментальные возможности и результаты работы опытного полигона ООО «Газпром трансгаз
Екатеринбург» по проведению полигонных пневматических испытаний / П.М. Созонов,
С.В. Трапезников // Наука и техника в газовой промышленности. – 2009. – № 1. – С. 88–91.
23. Харионовский В.В. Морские газопроводы.
Исследования и практические решения /
В.В. Харионовский. – М.: Газпром ВНИИГАЗ,
2019. – 256 с.
24. Информационно-управляющая система транспортировки газа и газового конденсата
(ИУСТ) ПАО «Газпром». – https://www.primegroup.ru/projects/
pao-gazprom-4/
25. Недзвецкий М.Ю. Перспективные направления развития Системы управления техническим состоянием и целостностью объектов газотранспортной системы / М.Ю. Недзвецкий,
Р.Р. Кантюков, С.В. Нефедов и др. // Тезисы докладов 8-й Междунар. научн.-тех. конф.
«Газотранспортные системы: настоящее и будущее». – М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2019. –
С. 7–8. – http://vesti-gas.ru/sites/default/fi les/
attachments/gts-2019-ru.pdf

173
Управление техническим состоянием и целостностью газопроводов
№ 2 (44) / 2020
26. Трапезников С.В. Организация процессов управления техническим состоянием и целостностью объектов МГ ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» / С.В. Трапезников,
К.В. Постаутов // Тезисы докладов
Gas transportation system: studies of construction and technical status of gas mains
V.V. Kharionovskiy
Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd no. 5537, Razvilka village, Leninskiy district,
Moscow Region, 142717, Russian Federation
E-mail: v_kharionovsky@mail.ru
Abstract. Author highlights studies of technical status of the trunk gas pipeline constructions, and adduces correspondent practical observations. He shows that to provide reliable operation of a gas transmitting system a complex of analytic, experimental and ground studies is needed. It must include analysis of technical status, development and application of the diagnostic methods and instruments, assessment of lifespan and resource for the constructively differing pipeline segments with potentially dangerous damages, creation of a system for control of technical status of transport facilities. There are the examples of the experiments and ground tests of the ultra- strength pipes, including the cases of the Far North and marine aquatories. Basing on the named testes few modern gas pipelines have been designed.
Keywords: gas transportation system,trunk gas pipeline, design reliability, operational capacity, defect, diagnostics of technical status, assessment of lifespan and resource.
References
1. KHODANOVICH,
I.Ye.
Analytic principals for design and application of gas mains [Analiticheskiye osnovy proyektirovaniya i ekspluatatsii magistralnykh gazoprovodov]. Moscow: Gostoptekhizdat, 1961. (Russ.).
2. BORODAVKIN,
P.P.
Buried trunk gas pipelines [Podzemnyye magistralnyye truboprovody]. Moscow: Energy
Press, 2011. (Russ.).
3. KHARIONOVSKIY, V.V. Reliability of main gas pipelines: formation, development and modern situation [Nadezhnost magistralnykh gazoprovodov: stanovleniye, razvitiye i sovremennoye sostoyaniye].
Gazovaya Promyshlennost, 2019, no. 1, pp. 56–68. ISSN 0016-5581. (Russ.).
4. KHARIONOVSKIY, V.V. Stochastic methods in problems concerned with trunk gas pipelines
[Stokhasticheskiye metody v zadachakh dlya magistralnykh gazoprovodov]. Izvestiya Rossiyskoy Akademii
Nauk. Mekhanika Tverdogo Tela, 1996, no. 3, pp. 110–116. ISSN 0572-3299. (Russ.).
5. KHARIONOVSKIY,
V.V.
Reliability and resource of pipeline structures [Nadezhnost i resurs konstruktsiy gazoprovodov]. Moscow: Nedra, 2000. (Russ.).
6. ANTONOV, V.G., et al. Stress corrosion cracking of main gas pipelines [Korrozionnoye rastreskivaniye pod napryazheniyem trub magistralnykh gazoprovodov]: atlas. ARABEY, A.B., Z. KNOSHINSKI (eds.). Moscow:
Nauka, 2006. (Russ.).
7. ARABEY, A.B., T.S. YESIYEV, I.V. RYAKHOVSKIKH, et al. Effect of pipe production technology on pipe resistance to stress corrosion during operation of trunk gas pipelines [Vliyaniye osobennostey tekhnologii proizvodstva trub na stoykost k korrozionnomy rastreskivaniyu pod napryazheniyem v protsesse ekspluatatsii magistralnykh gazoprovodov]. Gazovaya Promyshlennost. 2012, no. 2, pp. 52–54. ISSN 0016-5581. (Russ.).
8. Guidelines on assesment of working capacity for pipelines with ovalling defects [Metodicheskiye rekomendatsii po otsenke rabotosposobnosti truboprovodov s defektami ovalizatsii]. Moscow: Gazprom VNIIGAZ, 1996.
(Russ.).
9. Recommendations on assessment of working capacity for pipeline sections with surface damages
[Rekomendatsii po otsenke rabotosposobnosti uchastkov gazoprovodov s poverkhnostnymi povrezhdeniyami].
Moscow: Gazprom VNIIGAZ, 1996. (Russ.).
10. Recommendations on assessment of working capacity for submerged pipeline crossings in case of bed
erosion [Rekomendatsii po otsenke rabotosposobnosti podvodnykh perekhodov gazoprovodov pri razmyvakh dna]. Moscow: Gazprom VNIIGAZ, 1995. (Russ.).
11. Calculation procedure for designing process pipelines of compressor plants [Metodika rascheta tekhnologicheskikh truboprovodov kompressornykh stantsiy]. Moscow: VNIIGAZ, 1987. (Russ.).
12. Recommendations on assessment of load bearing capacity for pipelines sections beyond design
[Rekomendatsii po otsenke nesushchey sposobnosti uchastkov gazoprovodov v neproektnom polozhenii].
Moscow: VNIIGAZ, 1986. (Russ.).
8-й Междунар. научн.-тех. конф.
«Газотранспортные системы: настоящее и будущее». – М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2019. –
С. 11. – http://vesti-gas.ru/sites/default/fi les/
attachments/gts-2019-ru.pdf