ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 86
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Ведение
Поддержание работоспособного состояния газопроводов в течение длительного периода времени является одной из главных задач эксплуатации и с каждым годом дается все тяжелее, ввиду общего старения газотранспортной системы России, средний возраст которой в 2015 году превысил 30 лет.
Влияние возрастного фактора на показатели надежности и безопасности газопроводов является комплексным и выражается как в возможности зарождения и устойчивого развития дефектов в результате старения и повреждения изоляционного покрытия, так и в возможности изменения механических характеристик металла труб, вследствие протекания деградационных процессов. В тоже время, влияние возрастного фактора не является изотропным, то есть в равной степени затрагивающим всю конструкцию. Оно, прежде всего, инициируется особенностями эксплуатации конкретного участка или даже зоны газопровода. По этой причине, с увеличением срока службы техническое состояние газопровода становится менее стабильным и все более зависящим именно от фактических особенностей эксплуатации.
В свою очередь, существующая аварийность газопроводов на фоне колоссальных объемов ежегодно выполняемых ремонтно-восстановительных работ свидетельствует о недостаточной эффективности применяемого сегодня комплекса организационно-технических мероприятий по обслуживанию данных объектов. Поэтому, разработка научно-методических подходов и технических средств, позволяющих в рамках проведения функционального диагностирования газопроводов получать расширенные сведения об их текущем состоянии и условиях эксплуатации, а затем использовать эту информацию при планировании и выполнении профилактических мероприятий.
Степень разработанности темы исследования.
В настоящее время большинство исследований, направленных на повышение эффективности аналитического блока в рамках сопровождения эксплуатации газопроводов (оценка технического состояния, ранжирование приоритетности выполнения ремонтов, и т. д.), имеют теоретический характер. То есть, поставленной целью служит совершенствование расчетных методик и вероятностных моделей, обрабатывающих недостаточную и не всегда достоверную исходную информацию о рассматриваемом объекте.
В свою очередь, в силу технических и методических трудностей, мало внимания уделяется практической составляющей данных работ: получению дополнительных сведений об анализируемых участках газопроводов, изучению влияния специфических факторов, характеризующих особенности их эксплуатации и т. д. Однако, даже те немногочисленные исследования, которые посвящены указанным вопросам, как правило, не носят прикладного характера – не проработанным остается вопрос использования полученных результатов в существующей системе поддержания работоспособности газопроводов.
Таким образом, накопленные экспериментальные данные и сформировавшиеся подходы к ремонтно-техническому обслуживанию газопроводов не позволяют в полной мере использовать потенциал практических методов исследования, способных вывести на качественно иной уровень эффективность выполнения рассмотренных работ.
Основные задачи исследования:
-
оценить эффективность действующей системы поддержания работоспособности газопроводов в условиях длительной эксплуатации; -
разработать комплекс способов, методических подходов и технических средств, адаптированных к конструктивным и эксплуатационным особенностям газопроводов, позволяющих выполнять неразрушающую экспресс-оценку текущего состояния металла труб и достоверное подтверждение этой оценки; -
разработать методику лабораторного моделирования процесса нагружения газопровода; -
исследовать значимые факторы, характеризующие фактические особенности эксплуатации газопроводов, и установить функциональную взаимосвязь их параметров с показателями сопротивляемости разрушению; -
повысить эффективность планирования ремонтных работ на газопроводах, за счет обработки дополнительных актуальных сведений, определяющих работоспособность анализируемых объектов; -
разработать подход к выбору оптимальных методов ремонта бывших в эксплуатации труб.
Научная новизна.
Показано, что дальнейшее значимое повышение достоверности прогнозирования работоспособности газопроводов возможно при использовании критериев микро- и макромеханики разрушения, с учетом соответствующих конструктивных и технологических особенностей. Для этой цели разработана методика лабораторного моделирования процесса нагружения газопровода, позволяющая воспроизводить объемность напряженно-деформированного состояния (НДС) труб от действия внутреннего давления, направление прикладываемых нагрузок, относительно ориентации проката, и
сохранять поврежденность, накопленную в трубах в процессе изготовления и эксплуатации.
Установлено, что нестационарное нагружение газопровода в амплитудночастотном спектре, формируемом режимом транспорта газа, приводит к развитию в трубах трещин и трещиноподобных дефектов. На основании параметров распространения трещин, определенных в ходе проведения полигонных испытаний, показано, что режим эксплуатации в качестве самостоятельного фактора способен обеспечить разрушение газопровода толщиной стенки 15,7 мм от поверхностной трещины глубиной 2 мм за период, сопоставимый с жизненным циклом объекта.
По результатам выполнения комплексных экспериментальных исследований установлен характер влияния энергии упругой деформации газопровода на его сопротивляемость разрушению, функционально описываемый полученной
Эмпирической зависимостью
,где
- удельнаяэнергия упругой деформации газопровода, МДж/м; КW – коэффициент падения трещиностойкости труб. Корректность данного выражения подтверждена на различных типах трубных сталей в диапазоне эксплуатационных нагрузок газопроводов: для стали Х70 при нагрузке, эквивалентной внутреннему давлению в 7,4 МПа; для стали 17Г1С при нагрузке, эквивалентной внутреннему давлению в 5,4 МПа. Разработан способ и не имеющий аналогов переносной диагностический комплекс, успешно апробированные на трубных сталях различного класса прочности (Ст3сп5, 17Г1С и Х70), позволяющие на основании сравнительного анализа представительного массива значений микротвердости поверхности трубы до и после эксплуатации качественно оценить протекание в металле таких процессов, как упрочнение, образование микротрещин, старение. Для подтверждения результатов экспресс-диагностики предложен новый способ испытаний на ударный изгиб, обеспечивающий повышенную чувствительность работы разрушения к состоянию приповерхностных слоев металла труб, наиболее подверженных различным деградационным явлениям.
Разработана расчетно-экспериментальная модель обработки данных функционального диагностирования газопроводов. Реализованные в модели алгоритмы позволяют определить актуальные количественные характеристики условий эксплуатации участка газопровода, используемые для совершенствования методических подходов к планированию ремонтных работ: общая загруженность,
характер нестационарного нагружения, уровень запасенной энергии упругой деформации, текущее состояние металла труб.
Показано, что сопротивляемость разрушению сварных соединений, полученных при ремонте труб, в значительной степени зависит от состояния металла в зоне сварки и не зависит от типа ремонтируемого дефекта. Экспериментально определено, что критериями ремонтопригодности газопровода с применением сварочных технологий являются отсутствие в дефектной зоне микротрещин и следов протекания процесса старения, поскольку они приводят к падению циклической трещиностойкости отремонтированного участка трубы в среднем на 25 ÷ 65%.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Полученные результаты исследований позволяют при оценке технического состояния, планировании и выполнении профилактических мероприятий на газопроводах использовать расширенные достоверные сведения о фактических условиях их эксплуатации, что способствует повышению научно-технического уровня и эффективности проведения данных работ.
Разработанная методика планирования на газопроводах ремонтных работ легла в основу профильных нормативных документов ОАО «Оргэнергогаз» и ПАО «Газпром» и использована при формировании программ капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов (ЛЧ МГ). Ежегодный экономический эффект от ее применения превышает 500 млн. рублей.
Способ неразрушающей экспресс-оценки состояния металла и диагностический комплекс для его реализации использованы АО «Краснодаргазстрой» при подготовке труб к повторному применению с целью повышения качества продукции, для чего разработан соответствующий нормативный документ.
Методика лабораторного моделирования процесса нагружения газопровода, а также способ проведения испытаний металла труб на ударный изгиб приняты к внедрению в ООО «Газпром ВНИИГАЗ».
Практическая значимость основных результатов диссертационной работы подтверждается актами об опытно-промышленном внедрении.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость результатов работы.
В первой главе представлены результаты анализа технического состояния газопроводов Единой Системы Газоснабжения (ЕСГ) и оценки существующей в ПАО «Газпром» организационно-технической системы поддержания их работоспособности.
Для обеспечения надежности и безопасности газотранспортной сети России, являющейся самой протяженной в мире, ежегодно реализуются масштабные программы по экспертизе, диагностике, капитальному ремонту и реконструкции газопроводов. Так, в частности, за период с 2004 по 2015 год было отремонтировано более 20 000 км, а внутритрубная диагностика (ВТД) и электрометрия проведены более чем на 200 000 км газопроводов.
Тем не менее, несмотря на колоссальные объемы выполняемых профилактических мероприятий, аварийность на газопроводах, хоть и имела в последнее время положительную динамику, продолжает оставаться значительной.
Анализ статистической информации позволил заключить, что одной из фундаментальных причин, определяющих недостаточную эффективность существующей системы поддержания работоспособности газопроводов, является их возраст: по данным на 2015 год доля газопроводов ЕСГ старше 30 лет достигла половины, и за предшествующие 5 лет на них произошло около 75% аварий.
Для понимания того, насколько возрастной фактор усложняет задачу обеспечения безаварийной эксплуатации газопроводов, были проведены экспериментально-аналитические исследования, заключавшиеся в оценке достоверности и практической эффективности методики определения прочности труб, содержащих дефекты, используемой в ПАО «Газпром».
На первом этапе выполнялись полигонные испытания плети, сваренной из труб аварийного запаса стали 10Г2ФБ, Ду 1000 мм, δ = 13,5 мм. На плеть наносились отдельные и взаимодействующие дефекты потери металла разного размера. В результате статического нагружения разрушение плети произошло в зоне продольной вышлифовки, расположенной в группе из двух взаимодействующих дефектов (длиной в горизонтальной проекции 100 и 300 мм, глубиной 7 мм и расстоянием между ними 60 мм), при давлении Рр = 11,77 МПа (рис. 1).
Аналитически разрушающее давление плети от объединенного дефекта определялось согласно выражению:
(1.1)Где
-коэффициент; 
(1.2)Соо
тветственно длина и глубина объединенного дефекта, мм;