ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 131
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
4 ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЕКТА
Вероятность безотказной работы ГЗ согласно ГОСТ 53480 является вероятность выполнения объектом или системой требуемой функции в заданный интервал времени.
В качестве исходной информации для определения показателей надежности в данном проекте используем опытные данные полученные в процессе лабораторных испытаний ПАО «Газпром» стандартных труб марки ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО ГОСТ 31447-2012 и высокопрочных труб, использованных при строительстве ГЗ «Сила Сибири».
Анализ основных причин выхода из строя трубопровода показывает, что возникновение отказов связано с зарождением различных дефектов стенок трубы, развитие которых под действием внешних факторов приводит к потере герметичности и утечкам транспортируемой газовой среды.
Зарождение таких дефектов провоцируется развитием явлений старения металла труб, сопровождающихся существенным изменением их механических характеристик. При развитии этих процессов в низко углеродистых нелегированных или малолегированных сталях наблюдается небольшое повышение предела прочности (временного сопротивления разрыву) при значительном росте предела текучести, что существенно уменьшает запас прочности стали. Одновременно наблюдается уменьшение общего относительно го удлинения (δ), равномерного удлинения (δр), относительного сужения (ψ), что характеризует увеличение склонности стали к хрупкому разрушению и представляет основную опасность деформационного старения. Для подземных трубопроводов на фоне процессов старения наблюдается развитие процессов коррозии. Высокая плотность дислокаций и уровень микронапряжений, возникающие у сталей, бывших в эксплуатации, усугубляют их склонность к коррозии.
Согласно РД 12-411-01, деградационные изменения свойств металла труб оцениваются отношением предела текучести к пределу прочности. Именно эта характеристика была выбрана в качестве показателя технического состояния трубопровода. Допустимые значения отношения σТ/ σВ не должны превышать 0,9.
Оценка изменения механических свойств металла труб, изготовленны-хиз низкоуглеродистых нелегированных сталей, в процессе старения была осуществлена по методике, приведенной вРД 12-411-01. Зависимость изменения основных механических характеристик металла труб от времени экс-плуатации газопровода без учета прочих факторов определяется по формуле:
где: σТ0/ σВ0 – начальные значения прочностных свойств металла труб, МПа;
t – время эксплуатации, год;
с, е, α, в – коэффициенты.
Рост отношения предела текучести к пределу прочности металла труб в результате старения приводит к снижению вероятности безотказной работы, которая может быть определена следующим образом.
где φ(t), φ0 – значения отношения предела прочности к пределу текучести металла труб в исходном состоянии и через заданное время эксплуатации t.
Полученные значения механических свойств и вероятности безотказной работы для рассматриваемых труб в процессе лабораторных исследований ПАО «Газпром», представлены в таблице 4.9.
Таблица 4.9 - Значения показателей пластичности и вероятности безотказной работы труб с разным сроком службы
| | Срок эксплуатации, лет | ||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| труба марки ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО ГОСТ 31447-2012 | |||||
| Отношение предела прочности к пределу текучести | 0,596685 | 0,599614 | 0,611587 | 0,632075 | 0,660461 |
| Вероятность безотказной работы | 1 | 0,995091 | 0,965025 | 0,93069 | 0,853115 |
| труба высокопрочная класса прочности Х120 | |||||
| Отношение предела прочности к пределу текучести | 0,634204 | 0,64145 | 0,653004 | 0,665139 | 0,682021 |
| Вероятность безотказной работы | 1 | 1 | 0,991096 | 0,97044 | 0,957374 |
Согласно данным таблицы 4.9 проектная труба обладает большей степенью вероятности безотказной работы, чем традиционно применяемая труба.
Старение металла труб наряду с увеличением склонности к образованию различных дефектов стенки трубы сопровождается изменением коррозионной стойкости, что приводит к
увеличению количества коррозионных дефектов, возникающих в металле стенки трубы с увеличением срока службы трубопровода. Экспериментальные образцы вышеуказанных труб, подвергались искусственному старению в лабораторных условиях согласно ГОСТ 7268-82 с различной степенью предварительной деформации и испытывались в солевом растворе течение 432 часов. В ходе проведения данного эксперимента было установлено что увеличение степени деформации металла приводит к возрастанию скорости коррозии вследствие повышения неравновесности структуры стали.
В ходе проведения данного эксперимента были получены следующие данные:
Таблица 4.10 - Значения скорости коррозии и вероятности безотказной работы труб с разным сроком службы
| Характеристика | Срок эксплуатации, лет. | ||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
| Скорость коррозии | 0,087 | 0,09129 | 0,09566 | 0,1 | 0,10433 |
| Нормируемая вероятность безотказной работы по коррозионному фактору | 1 | 0,95 | 0,9 | 0,85 | 0,80 |
| труба марки ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО ГОСТ 31447-2012 | |||||
| Вероятность безотказной работы труб по факторам старения и коррозии металла | 1 | 0,946 | 0,878 | 0,80 | 0,715 |
| труба высокопрочная класса прочности Х120 | |||||
| Вероятность безотказной работы труб по факторам старения и коррозии металла | 1 | 0,976 | 0,945 | 0,846 | 0,738 |
Анализ полученных данных показывает, что сталь традиционно применяемых труб более склонна к появлению коррозионных дефектов, чем сталь двухфазная ферритно-бейнитная.
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ
Исходя из современных развитий в области строительно-монтажных, ремонтных работ и применении современных эксплуатационных материалов трубопроводные магистральные системы поддерживают высокий срок службы. Однако и у данных систем есть свои уязвимые места – химическая и электрическая коррозия которые с течением срока эксплуатации приводят к возникновению различных дефектов и как правило повышают риск возникновения аварий.
Существующая отечественная и зарубежная практика строительства и эксплуатации трубопроводов подтверждает, что классическая стальная трубопроводные системы наиболее безопасны для здоровья человека, а процессы их деградации (химическая или электрическая коррозия) достаточно изучены и решаемы. Однако — у этих конструкционных материалов трубопроводов есть свои, всем известные «уязвимые места».
Современный магистральный ГЗ из низколегированных сталей с внутренним и внешним гальваническим покрытием, а также качественной внешней изоляцией, нанесенной в заводских условиях, имеет срок службы порядка 35-45 лет без проведения ремонтных работ.
Как правило исходя из высокого качества применяемых материалов основным фактором является их стоимость. В данном разделе проекта произведем сравнение стоимости труб и производственных работ исходя из справочных данных ПАО «Газпром» за период 2019г.
В таблице 5.11 – Представлены основные оценочные характеристики труб ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО и высокопрочной трубе Х120.
Таблица 5.11 - Оценочные характеристики труб
| Характеристики | Высокопрочная труба Х120 | Труба ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО | Преимущества высокопрочной трубы Х120 |
| Срок службы, лет | 35-40 | 15-20 | Срок службы труб Х120 в 2 раза больше чем у стальных труб. |
| Скорость общей коррозии, морская вода, мм/год | 0,01-0,06 | 0,1-0,8 | Трубы из Х120- готового продукта с внутренним и внешним покрытием стойким к коррозии и внешней изоляции выполненных заводским методом. Стальные трубы требуют нанесения дополнительной изоляции, в том числе в полевых условиях, следовательно, и дополнительных затрат |
| Кочичество аварий на 100км труб. | Не выявлено в виду непродолжительного срока эксплуатации | 46 | Предположительно согласно расчетам вероятности безотказной работы, в 2 раза ниже. |
| Электрохимическая коррозия | мало подвержены | подвержены | Трубопровод из Х120 не требует установки дорогостоящей системы катодной защиты. Стоимость системы- примерно 1,5 миллиона руб. на 1 км трубопровода. |
| Газопроницаемость стенок | малопроницаемые | проницаемые | Малая проницаемость кислорода в металл труб предотвращает преждевременную коррозию и увеличивает общий срок службы трубопроводной системы. |
| Внутренние нарастания | мало подвержены | подвержены | Трубы Х120 обеспечивают наилучшие гидравлические свойства трубы чем традиционные и следовательно - энергосбережение. |
В таблице 5.12 представлены сравнительные параметры стоимости труб
Таблица 5.12 - Сравнение стоимости труб Х120 и ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО диаметром 1020мм.
| Параметры | Высокопрочная труба Х120 | Труба ХЛ-2-1020х10-К52-ОТО |
| Цена за 1 п/м трубы без НДС, руб. | 14 651,00р. | 13 244,49р. |
| Нанесение гальванического покрытия (заводским способом) | Не требуется | 2 278,81р. |
| Нанесение внешней изоляции из полимер-композиционных материалов за 1п/м трубы без НДС, руб | Не требуется | 1 110,00р. |
| Итого | 14 651,00р | 16 633,31р. |
| ВЫВОД: цена 1 п/м трубы Х120 на 13,53 % меньше, чем стальной трубы с учетом нанесения антикоррозионной изоляции. | ||
| Стоимость устройства электрохимической защиты 1 п/м трубопровода, руб. | не требуется | 1 500,00р |
| Итого | 14 651,00р | 18 133,31р |
| ВЫВОД: цена 1 п/м трубы Х120 на 23,77% меньше, чем цена стальной трубы с учетом дополнительных расходов на антикоррозионную изоляцию и электрохимическую защиту трубы | ||
Как видно из данной таблицы стоимость высокопрочных труб Х120 дешевле на 23,77% что позволяет уже на данном этапе в разы снизить экономические затраты.
Далее произведем сравнение технологии производства работ, на основании справочных данных ПАО «Газпром», по замене участка трубопровода на традиционно применяемые трубы по ГОСТ 31447-2012 и высокопрочных труб Х120 диаметром 1020 мм. с учетом требований нормативной документации СНиП 3.02.01-87; СП 40-108-2006; СП 40-102-2000 и ТЭРами Челябинской области.
В вид того что трубы Х120 обладают достаточно высокой прочностью и деформационной стойкостью требования к устройству траншей под них ниже чем к обычным трубам.
Высокая прочность данных труб при строительстве ГЗ может производиться без необходимости подготовки мягкого песчаного основания под трубопровод с последующей засыпки его песком, трамбовки и только потом основным грунтом, так же соответственно при снижении трудоемкости земляных работ снижаются работы по вывозу основного грунта. Соответственно финансовые затраты по производству работ становиться на порядок ниже.