XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

За последние годы резко возросла роль трубопроводного транспорта в российской экономике, так как темпы добычи большинства полезных ископаемых в РФ постоянно увеличиваются.

Трубопроводный транспорт является самым эффективным и перспективным видом транспорта, главной отличительной чертой которого является то, что в процессе транспортировки сырья перемещается не транспортное средство, а непосредственно само сырьё.

Принципиальное отличие трубопроводного транспорта от всех остальных состоит в том, что он является самым дешевым и крупнейшим транспорт по объёмам перевозок. По своей окупаемости и прибыльности трубопроводный транспорт стоит на первом месте.

Роль трубопроводного транспорта в системе нефтяной и газовой промышленности чрезвычайно велика, поскольку такая транспортировка является основным средством доставки сырья из удаленных мест добычи к потребителям внутри страны и за её пределами. В первую очередь это относиться к газовой отрасли, где трубопроводы являются единственным средством транспортировки (не считая сжижженных углеводных газов).

В настоящее время задача контроля технического состояния подземного трансфера вышла на первое место. Увеличение параметров – давления газа, диаметра газопроводов приводит к тому, что линейные сооружения становятся наиболее нагруженными конструкциями. Газопроводы проходят через разные геолого-климатические зоны, при этом единство требований к объектам остается – это надежная поставка газа потребителю.

В России основные месторождения газа расположены в северных районах страны, в условиях холодного климата и мерзлых грунтов, что в свою очередь обязывают к повышенным требованиям обеспечения их надежности в эксплуатации. По подземному газопроводу идёт газ с положительной температурой (после компрессорной станции), а температура окружающего грунта является отрицательной, что приводит к расщеплению мёрзлых грунтов, осадке отдельных участков, а также к дополнительным напряжениям в трубопроводе. То есть, главным фактором является взаимодействие газопровода с грунтами и оценка его устойчивости в эксплуатации. Поэтому для обеспечения надежного использования магистральных газопроводов в условиях Севера, необходимо на стадии проектирования обеспечить согласованность конструктивных решений и технологических мероприятий по транспортировке газа с реальными условиями и факторами, влияющими на трубопроводы в процессе эксплуатации.

Повреждения трубопроводов возникают в основном из-за некачественного выполнения работ при монтаже и несоблюдения правил технической эксплуатации магистральных трубопроводов. Так, неудовлетворительная защита трубопроводов от почвенной и электрохи мической коррозии приводит образованию свищей. Неправильно назначенный тип изоляционного покрытия, некачественно приготовленная мастика и несоблюдение толщины наносимого покрытия при изоляционных работах, также приводят к сквозным проржавлениям трубопровода. Нарушение технологии сварки, применение некачественных сварочных материалов (в частности электродов) приводит к разрушению сварных стыков трубопроводов. В результате циклических температурных напряжений и пульсации рабочего давления возникают усталостные трещины, которые обра-зуются в зоне технологических дефектов сварных швов (поры, непровар корня шва, шлаки и т.д.) и далее переходят на основной металл труб.

Основные дефекты возникающие в процессе эксплуатации газопроводов - это коррозия металла, эрозионный износ стенок, трещины в сварных швах и основном металле, нарушение защитных свойств изоляционных покрытий и изменение пространственного положения элементов трубопровода.

Соотношение различных дефектов определяется в основном климатическим районом расположения трубопровода, свойствами грунта (просадочностью, пучинистостью, набухаемостью и т. д.) в зоне его прокладки и наличием участков с высоким уровнем грунтовых вод.

Так, для средней полосы типичными являются отказы трубопровода, вызванные развитием коррозии. Для трубопроводов, эксплуатируемых в северных районах России - усталостное разрушение труб, обусловленное необратимым изменением механических свойств и снижением характеристик трещиностойкости сварных соединений и основного металла. Восстановление основных характеристик и работоспособности оборудования достигаются путем применения системы технического обслуживания и ремонта, т.е. комплекса взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию и порядок проведения работ по техническому обслуживанию, ремонту оборудования для заданных условий эксплуатации с целью обеспечения качества, предусмотренных в нормативных документах.

1. Внутритрубное техническое диагностирование (ВТД).

Под техническим диагностированием газопровода понимается получение и обработка информации о его техническом состоянии в целях обнаружения дефектов, которые приводят к возникновению неисправности. Целью технической диагностики является определение возможности и условий дальнейшей эксплуатации диагностируемого трубопровода, и в конечном итоге, повышение промышленной и экологической безопасности.

Проведение работ по техническому диагностированию газопроводов осуществляется организациями, имеющими в своем составе квалифицированный персонал и аттестованную лабораторию неразрушающего контроля, владеющими необходимым оборудованием для проведения указанных работ. Потеря работоспособности трубопровода – результат постепенного накопления повреждений, которые достигнув определённого значения начинают препятствовать нормальной эксплуатации.

Разнообразие методов и средств неразрушающего контроля и расчетных методик оценки ресурсных показателей, позволяет в настоящее время своевременно выявлять и оценивать степень опасности различных дефектов газопроводов. Своевременное планирование и выполнение диагностических и ремонтных мероприятий позволяет минимизировать риски возникновения нештатных ситуаций на объектах газотранспортной системы.

2. Активная защита газопроводов.

Нагрузки (силовые и деформационные) и воздействия на газопровод имеют широкий спектр, но главная причина разрушения стальных подземных коммуникаций – это коррозия. Разгерметизация трубопроводов происходит во многих случаях из-за их коррозионного разрушения, вызываемого появлением разрывов, трещин и каверн.

Коррозия - разъедание, разрушение поверхности труб в результате химического или электрохимического воздействия внешней среды. Под коррозией понимается самопроизвольно протекающее химическое взаимодействие металла со средой, приводящее к изменению свойств этого металла.

Из этого определения следует, что коррозионный процесс протекает самопроизвольно, то есть без получения энергии извне, в его основе заложено химическое взаимодействие металла со средой.

Коррозия подземного стального трубопровода зависит от большого количества факторов, связанных с грунтовыми и климатическими условиями, особенностями трассы и условиями эксплуатации. К таким факторам относятся:

• влажность грунта;

• химический состав грунта;

• кислотность грунтового электролита;

• структура грунта;

• температура транспортируемого газа.

Наиболее серьезной проблемой для металлических трубопроводов являются наличие блуждающих токов в грунте. Возникновение блуждающих токов в подземных металлических сооружениях связано с работой электрифицированного транспорта и электрических устройств, использующих землю в качестве токопровода. Источниками таких токов являются линии электрифицированных железных дорог, трамваев, линии электропередачи, установки катодной защиты.

Активные способы защиты трубопроводов от коррозии предусматривают создание такого электрического тока, в котором весь металл трубопровода, несмотря на неоднородность его включений, становится катодом, а анодом является дополнительно размещенный в грунте металл.

К активным методам защиты относят катодную, протекторную защиту и электрический дренаж.

Катодная защита – это защита объекта от почвенной коррозии, в которой необходимо вызвать катодную реакцию и не допустить анодную. При этом искусственно создают отрицательный потенциал на защищаемом объекте, т. е. переводят весь защищаемый участок газопровода в катодную зону.

Для этого размещают в почве анодные электроды и подключают внешний источник тока: минус к объекту защиты, а плюс – к анодным электродам. Ток идёт по цепи: анодный электрод – почвенный электролит – объект защиты от коррозии (металлический объект будет катодом, а дополнительный электрод – анодом). Разрушаться будет только анодный электрод (анодным заземлением). Анодные электроды делают из инертного, мало-растворимого материала (чугун, графит) и периодически меняют.

Таким образом, при катодной защите возникает замкнутый контур электрического тока, который течет от положительного полюса источника питания по изолированному кабелю к анодному заземлению. От анодного заземления ток растекается по грунту и попадает на защищаемый газопровод, далее он течет по газопроводу, а от него по изолированному кабелю возвращается к отрицательному полюсу источника питания.

Главными характеристиками установок катодной защиты являются сила тока и длина защитной зоны, число и типа анодных заземлителей, протяженность дренажных линий.

Протекторная защита – защита, при которой участок газопровода превращается в катод не за счет источника питания, а за счет использования протектора. Между газопроводом и протектором устанавливается электрический контакт. В образованной гальванической паре коррозирует протектор (анод), а газопровод (катод) защищается от коррозии. Протектор при стекании с него тока будет разрушаться, защищая газопровод. В качестве протектора используют металл с более отрицательным потенциалом, чем у железа (цинк, магний, алюминий и их сплавы).

Зона действия протекторной установки приблизительно 70 м. Главное назначение протекторных установок – дополнение к дренажной или катодной защите на удаленных газопроводах для полного снятия положительных потенциалов.

Допускается проектировать протекторную защиту в качестве резервной в системах катодно-протекторной защиты. Установку протекторов следует предусматривать в местах с минимальным удельным сопротивлением грунта и ниже уровня его промерзания не менее чем на 1 м.

Близкое размещение протекторов может привести к повреждению изоляционного покрытия солями растворяющегося протектора. Поэтому расстояние от протектора до защищаемого изделия обычно 3 - 7 м.

Электродренаж - метод заключается в отводе токов, попавших на газопровод, обратно к источнику. Отвод осуществляют через изолированный проводник, соединяющий газопровод с рельсом электрифицированного транспорта или минусовой шиной тяговой подстанции. При отводе тока из газопровода по проводнику прекращается выход ионов металла в грунт и тем самым прекращается электрическая коррозия газопровода. Зона защиты одной дренажной установки составляет около 5 км.

Электрические дренажи следует устанавливать в местах пересечения и сближения железных дорог с трубопроводами.

При значительных расстояниях между трубопроводом и рельсами (более 1,5-2,0 км) при дренажной защите возрастает длина дренажного кабеля и требуется увеличение его сечения, что экономически нецелесообразно. В таких случаях для защиты от коррозии блуждающими токами следует проектировать установку катодной защиты.

3. Пассивная защита газопроводов.

Пассивный способ защиты предусматривает изоляцию наружной поверхности трубы от контакта с грунтовыми водами и от блуждающих электрических токов. Защита осуществляется с помощью противокоррозионных диэлектрических покрытий, обладающих водонепроницаемостью, прочным сцеплением с металлом, механической прочностью.

Существует немало способов защиты от коррозии и самый оптимальный из них – это создание не корродирующего металла (т.е. получение особых сплавов, в состав которых входят хром, никель, молибден, титан и другие компоненты). Так называемое легирование. Но цена таких материалов выше и технология создания таких сплавов трудоемка.

Для изоляции подземного стального газопровода применяют экструдированный полиэтилен (полимерное покрытие усиленного типа), экструдированный полипропилен (чуть тоньше экструдированного полиэтилена), полимерные липкие ленты из поливинилхлорида и т.д. Все ленты влагоустойчивы, обладают высокими диэлектрическими свойствами, хорошо противостоят различным растворителям, т.е. имеют высокие защитные свойства.

Так же для защиты стальных подземных трубопроводов делают обработку изделий специальными растворами (пассиваторами), в результате чего на поверхности металла образуется слой малорастворимых солей металла.

Нанесение защитного покрытия может осуществляться как в трассовых, так и в заводских условиях.

Ингибирование — способ, при котором скорость коррозии снижается, если в агрессивную среду ввести соединения, значительно замедляющие коррозионный процесс (ингибируемые бумаги и пленки).

Таким образом, чтобы увеличить эффективность работы подземных распределительных газовых сетей, требуется комплексный анализ мероприятий по их оптимизации и надежной эксплуатации, поскольку существует множество вариантов решения проблемы и необходимо проведение исследований для выбора оптимальных решений.

Действующие газопроводы являются объектом повышенной опасности, требующие непрерывного и тщательного контроля со стороны эксплуатирующей организации. Чтобы свести к минимуму все инциденты и аварии, нужно обеспечить надежность трубопровода, которая достигается за счёт своевременного технического обслуживания и ремонта трубопроводов квалифицированными специалистами служб.

Для поддержания рабочих параметров газопровода используют совместную активную и пассивную защиту, которая входит в список обязательных мероприятий по обеспечению надежности трубопроводов. На всем протяжении эксплуатируемого газопровода, согласно проекту, ведётся исполнительная документация и документация по диагностике отказов, для своевременного анализа и принятия решений по ремонту газопроводов.

Литература

Р.А. Алиев, В.Д. Белоусов, А.Г. Немудров и др. - М.: Недра, 1988 г. Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учебник для вузов.

Коррозия и защита металлов : [учеб.- метод. пособие] / [О. В. Ярославцева, Т. Н. Останина, В. М. Рудой, И. Б. Мурашова; научн. ред. А. Б. Даринцева ]; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. Ун-та, 2015.- 90 с.

Харионовский В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях. – М.: Недра, 1990. – 195с.

Инструкция по внутри­трубной инспекции трубопроводных систем РД-51-2-97. – М., ИРЦ Газпром, 1997

В.В. Клюев Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 2005. - 656 с.

Код для цитирования: Скопировать