Комплексная техническая диагностика магистральных газонефтепроводов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Стеклов О.И., проф., д.т.н., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

комплексная техническая диагностика магистральных газонефтепроводов

Длительная эксплуатация в сложных природно-климатических условиях и большая протяженность магистральных газонефтепроводов обусловливает актуальность совершенствования системы диагностического обслуживания и применения новых подходов к обеспечению надежной и безопасной эксплуатации объектов газотранспортной системы [1, 2, 3, 4].

(Продолжение.

Начало в № 4 за 2006 год) АКМ по сравнению с наземными методами исследования имеют следующие преимущества:

• высокая производительность и значительный объем получаемой информации;

• изучение территории с различной степенью генерализации;

• изучение объектов в разных зонах спектра электромагнитных излучений, в том числе и невидимой;

• широкое использование интер- и экстраполяции данных на основе материалов аэро- и космических съемок (АКС), что позволяет сокращать объемы наземных работ;

• изучение территории в камеральных условиях с составлением общих и специальных карт по материалам АКС;

• получение с достаточной точностью по материалам АКС количественных характеристик процессов, протекающих в трубопроводных ГТС;

• периодичность получения информации, позволяющая изучать динамику процессов трубопроводных ГТС и эволюцию окружающей среды.

Выполнение комплексных исследований состояния трубопроводных ГТС и

окружающей среды предполагает совместное применение широкого круга дистанционных и наземных методов. Основными задачами комплексирова-ния аэрокосмических и наземных методов являются:

• совместный анализ и обобщение имеющихся сведений о трубопроводной ГТС и окружающей среде;

• получение новой информации о состоянии МТ и окружающей среды на территориях трассы, расположенных между эталонными участками, на основе всесторонней обработки материалов дистанционного зондирования;

• целенаправленная переинтерпретация материалов наземных исследований с учетом информации, полученной дистанционными методами;

• получение принципиально новых результатов (например, выявление инвариантных зависимостей взаимодействия МТ с окружающей средой).

Материалы АКС могут быть эффективно использованы для оценки состояния трубопроводных ГТС и прогноза его изменения при условии, если они будут целенаправленны и удобны для практического использо-

вания, что достигается правильным решением методических проблем проведения AKC, дешифрирования и анализа их результатов. Применение АКМ в интересах диагностики трубопроводных ГТС и мониторинга окружающей среды требует привлечения квалифицированных специалистов, обладающих соответствующей подготовкой и, что особенно важно, опытом применения дистанционных методов на объектах трубопроводного транспорта. Поэтому исследования должны проводиться специализированными организациями, оснащенными необходимыми методиками и техническими средствами, располагающими опытным персоналом. С целью повышения эффективности дистанционного зондирования ЗАО «Аэрокосмический мониторинг и технологии (АМТ)» разработан метод геотехнической диагностики (ГТД) магистральных трубопроводов, базирующийся на обработке материалов аэрокосмической съемки земной поверхности. Метод оценки состояния техногенных объектов (трубопроводов), основанный на регистрации и анализе взаимного влияния компонентов геотехнической системы, называется геотехнической диагностикой.

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 5 \\ май I 2006

Экспериментальная отработка метода ГТД

осуществлена в пилотных проектах, выполненных компанией на МГ в России по согласованию с ОАО «Газпром», а также на трубопроводе, расположенном на территории Испании. В качестве исходных данных для ГТД используются в основном материалы воздушной съемки видимого и инфракрасного диапазонов. Дополнительно для решения отдельных задач привлекаются материалы ультрафиолетового диапазона, а также радиолокационной съемки. Результаты дистанционного зондирования Земли из космоса могут также использоваться для осуществления диагностики, но имеют ряд ограничений по разрешающей способности, протяженности участка и периодичности наблюдения.

Расположенные под землей техногенные и природные объекты взаимодействуют друг с другом, с объектами на поверхности, образуя устойчивые геопространственные связи. Совокупность взаимосвязанных объектов, объединенных единой почвенной средой, представляет собой геотехническую систему.

Магистральные газопроводы также являются элементами геотехнических систем, в состав которых, кроме них, входят наземные и подземные линии коммуникаций, техногенные сооружения и природные объекты (геологические явления, водотоки, раститель-

ООО НПП «Технотест-М» — ведущий производитель электронных портативных твердомеров

Твердомеры ТЭМП — традиционное качество, высокая надежность и точность измерений.

Приборы имеют сертификаты Госстандарта и ISO 9001:2000. есены по Газпрому в РД 12-411-01, по теплоэнергетике в РД 153-34.1003-01 (РТМ-1с) по которым высокой достоверностью определяют твердость, пределы прочности и текучести трубопроводов и обечаек с разной топщиной стенок.

▼ ^Предлагаем ультразвуковые дефектоскопы УД2В-П45, П46 (с функциями толщиномера и томографа), коэрцитиметр КИМ-2М, вихретоковые толщиномеры покрытий ТМ-2, ТМ-3, ТМ-4, МВП-2М

ООО НПП «Технотест-М», 115088, г. Москва, а/я 3, Тел /факс: +7 (495) 6740586. Тел.: +7 (495) 674-05-86, 675-85-68

e-mail: [email protected] www.TEcHNoTEsT.Ru

ность и т.п.), расположенные в пределах коридора. Объекты системы оказывают совокупное (синергети-ческое) влияние друг на друга. При этом некоторые воздействия на трубопроводы носят негативный характер, что может приводить к образованию дефектов.

Объекты и связывающие их процессы имеют характерные проявления на поверхности земли, которые распознаются по материалам аэрокосмического мониторинга. Исследуя эти проявления, можно делать выводы об интенсивности воздействия и состоянии интересующих компонентов системы. Источники возможного возникновения дефектов подразделяются на две основные группы: природные и техногенные. К первой группе относятся процессы, связанные с деятельностью

подземных (карсты, суффозии, подтопления) и наземных вод (абразия берегов, эрозия, сели и т. п.), а также разнообразные смещения, вызванные гравитационными и другими силами (обвалы, оползни, курумы и т.п.). Техногенными источниками дефектов являются нарушения нормативных требований проектирования и строительства, минимальных расстояний, а также нарушения режима охранной зоны.

Процесс диагностики состоит из нескольких этапов, на каждом из которых ЗАО «АМТ» используются собственные уникальные методики: техническая обработка материалов съемки; дешифрирование и интерпретация данных; тематическая обработка результатов дешифрирования с целью выделения значимой информации. Техническая обработка материалов съемки производится с целью подготовки изображения к дешифрированию (устранение геометрических и яркостных искажений, совмещение спектральных диапазонов, привязка к картооснове и т.д.). Для осуществления обработки задействуются специализированные программные комплексы обработки и трансформирования изображений, такие как ERDAS Imagine, ArcGIS, MapInfo. Собственные методики ЗАО «АМТ» определяют состав и последовательность операций обработки, необходимых для преобразования исходных данных с целью обеспечения решения конкретных поставленных задач. Основным и обязательным этапом

Таблица 1. Комплекс снарядов для внутритрубной диагностики магистральных газопроводов

Наименование внутритруб-ного снаряда Назначение, выполняемые функции

Снаряд-калибр механический Контроль проходимости трубопровода для последующих снарядов. Определение минимального проходного диаметра. Снаряд-калибр выполняется на базе одного из очистных скребков.

Очистной скребок для грубой очистки Очистка и вынос из полости трубопровода отложений большой массы.

Очистной скребок для тонкой очистки Очистка и вынос из полости трубопровода мелкодисперсионных отложений, окончательная очистка.

Очистной скребок для магнитной очистки Вынос из полости газопровода ферромагнитных отложений и мусора, магнитная подготовка металла к диагностированию.

Электронный снаряд-профилемер СК Контроль геометрии поперечного сечения труб, регистрация положения и размеров нарушений формы трубы (овальность, вмятины, гофры), определение радиусов кривизны трубопровода.

Магнитный снаряд-дефектоскоп с продольным намагничиванием ДМТ Выявление, определение положения и размеров коррозионных и механических потерь металла, трещин окружной ориентации, дефектов и несовершенств кольцевых швов.

Магнитный снаряд-дефектоскоп с поперечным намагничиванием ДМТП Выявление, определение положения и размеров аномалий металла стенки трубы, ориентированных в продольном направлении: трещины и зоны стресс-коррозионных повреждений, коррозионные потери металла, несовершенства и дефекты продольных швов.

технологического процесса является дешифрирование материалов дистанционного зондирования. Дешифрирование заключается в выявлении специальных дешифровоч-ных признаков объектов и процессов их функционирования. Каждый объект или процесс характеризуется собственным набором дешифровоч-ных признаков.

Аналитическая обработка результатов дешифрирования осуществляется с целью сопоставления совокупности де-шифровочных признаков и выявленных элементов тому или иному объекту, процессу его функционирования, техническому состоянию. В большинстве случаев анализ представляет собой сложный эвристический процесс, не поддающийся формализации. Именно поэтому он требует привлечения опытных специалистов-дешиф-ровщиков, обладаю-

щих, кроме практических навыков, теоретическими знаниями об объекте наблюдения (информационной модели). Выходная информация представляется в форме, определенной заказчиком. Это могут быть карты, фотосхемы, таблицы и аналитические отчеты. Важным условием является возможность представления данных в форматах действующих баз, например «Инфотех», а также существующих и перспективных геоинформационных систем. Метод геотехнической диагностики целесообразно использовать:

ООО «СТК ГЕОСТАР»

423822, Россия, г.Наб.Челны, пр.Чулман, 37, а/я 9 тел./факс: (8552) 399-222, 399-333 e-mail: [email protected], web: www.gstar.ru

Разработка, производство КИП и оборудования

Расходомеры: счетчики и датчики расхода жидкости (врезные, накладные) Эхолоты/ уровнемеры. Динамографы.

Установка регистрации КВУ (автоматическая). Программное обеспечение (EDW¡п, КВД-процесс ). Манометры-термометры-влагомеры. Датчики положения, скорости и натяжения. Системы технологического контроля: опрессовка ШГНУ, ЭЦН;

автоматизированный контроль призабойной зоны; контроль закачки жидкости в нагнетательные скважины/ в трубопровод; контроль состояния вибрации скважинного оборудования. Спец. техника и оборудование:

лебедки (привод гидравлический, механический, электрический); лубрикаторы;

лаборатории гидродинамических и геофизических исследований; элекгролаборатории; экологические лаборатории; лаборатории дефектоскопии. Датчики регистрации параметров для АСУ ТП

• на участках, не оборудованных камерами приема внутритрубных снарядов-дефектоскопов, протяженность которых составляет до 30% всей транспортной системы;

• на участках, оборудованных для производства ВТД, с повышенной коррозионной активностью;

• для мониторинга потенциально опасных участков линейной части МГ.

Технология ГТД является существенным дополнением традиционных методов диагностики и может стать составной частью трехуровневой системы диагностики газопроводной транспортной системы, включающей:

• внутритрубную диагностику;

• геотехническую диагностику по материалам ДЗЗ;

• наземную (инструментальную) диагностику потенциально опасных участков. Количественно экономический эффект мо-

gPLISENS

Совместное Российско - Польское предприятие ООО «АПЛИСЕНС»

129345, Россия, г. Москва, ул. Летчика Бабушкина, д. 39, корп. 3 ■ тел +7(095) 234-61-10; 368-32-41 моб. 8(095)726-34-61 www.aplisens.ru e-mail: [email protected]

1=

Производство и поставка:

Ф

\t

Преобразователи давления

И J- '

Преобразователи разности давлений

[/ С 2001 года на рынке России

Ы Гарантия качества

Короткий срок поставки (возможность поставки со склада)

Ы Высокое качество обслуживания каждого клиента

п^ Техническая поддержка в период эксплуатации

Ы Пакет технической и разрешительной Документации ~

Фиксированные цены в рублях

Гидростатические уровнемеры

Завод изготовитель в Варшаве

жет быть оценен с учетом следующих

основных факторов:

• предотвращенный ущерб от аварий и отказов (с учетом экологического ущерба);

• экономия эксплуатационных затрат на проведение ремонтных работ на ЛЧ МГ за счет выборочного ремонта и обоснованности расчета остаточного ресурса;

• выполнение выборочного ремонта участков МГ сокращает сроки проведения ремонтных работ, тем самым уменьшается вынужденный простой транспортировки газа, увеличивается объем поставок и, следовательно, растут доходы предприятия;

• повышение достоверности оценки технического состояния ЛЧ МГ обеспечивает возможность рационального планирования видов и периодичности выполнения диагностических работ.

Внутритрубная диагностика [1-4]

В качестве базовых для определения

фактического технического состояния МТ используются методы внутритрубной диагностики. Внутритрубная диагностика (внутритрубная инспекция) — комплекс технологических операций, реализуемых путем пропуска внутри трубопровода специальных устройств (внутри-трубных снарядов). Внутритрубная диагностика позволяет проводить обследование линейной части трубопроводов на всем ее протяжении, выявлять различного типа несовершенства и дефекты металла, являющиеся потенциальными причинами аварий и отказов. Несовершенства и дефекты, выявляемые при внутритрубной инспекции, можно разделить на следующие два класса: (1) нарушения (несовершенства) формы поперечного сечения; (2) дефекты и несовершенства металла стенки трубы и сварных соединений. К несовершенствам формы поперечного сечения относятся вмятины (местное изменение формы, возникающее вследствие внешнего воздействия), гофры (поперечные складки на поверхности трубы, образующиеся при

изгибе или продольном сжатии труб), овальность трубы (эллиптическая форма поперечного сечения) — как результат внешнего воздействия. Тенденция к образованию нарушений формы труб на магистральных трубопроводах растет с использованием тонкостенных труб большого диаметра, изготовленных из высокопрочных сталей, но обладающих пониженным коэффициентом жесткости. Ко второму классу относятся особенности металла, образовавшиеся при изготовлении труб, их транспортировке, строительстве и эксплуатации трубопровода. Это металлургические дефекты (расслоения, закаты), механические повреждения (царапины, задиры), дефекты сварных швов (поры, включения, подрезы, несовершенства формы). В этот класс также входят разнообразные эксплуатационные повреждения металла: потери металла из-за коррозии (общая и питтинговая коррозия, каверны), эрозии, а также трещиноподобные дефекты (трещины коррозионно-механической усталости

и стресс-коррозии). Наиболее опасными при эксплуатации магистральных трубопроводов являются продольные трещины и протяженные стресс-коррозионные повреждения. Наибольшей чувствительностью и разрешающей способностью по отношению к различного рода дефектам обладает ультразвуковой метод дефектоскопии. Ультразвуковой снаряд-дефектоскоп оснащен набором датчиков для излучения и приема ультразвуковых колебаний. Излученный датчиком сигнал отражается сначала от внутренней поверхности трубы, а затем от наружной поверхности или неоднородности внутри стенки. Время прихода первого отраженного сигнала определяет расстояние между датчиком и внутренней поверхностью стенки трубы, время прихода второго — толщину стенки трубы или положение внутренней неоднородности. Ультразвуковые снаряды-дефектоскопы должны пропускаться в жидкой акустической среде, поэтому используются главным образом при диагностических обследованиях нефтепроводов. Опыт ОАО «Диаскан» по диагностике магистральных нефтепроводов показывает, что ультразвуковые диагностические снаряды «ULtraScan WM» и «ULtraScan CD» обеспечивают высокую точность измерений толщины стенки трубопровода и определения размеров дефектов. Снаряд «ULtraScan WM» использует ультразвуковые датчики с радиальным направлением распространения волн. Снаряд выявляет коррозионные и механические потери металла на наружной и внутренней поверхностях, различного рода объемные несплошности, а также расслоения в металле трубы. Снаряд «ULtraScan CD» использует датчики, направляющие ультразвуковые сигналы под углом 45 градусов, и применяется для выявления и определения размеров трещиноподобных дефектов осевой ориентации: трещи-

ны стресс-коррозионного происхождения, дефекты в продольных сварных швах и основном металле. Магнитные снаряды-дефектоскопы для контроля состояния металла используют принцип регистрации рассеяния магнитного потока. При движении снаряда мощные магниты с помощью стальных щеток, касающихся стенок, намагничивают участок трубы до состояния насыщения. Особенность металла стенки трубы вызывает локальное искажение конфигурации магнитного поля, которое фиксируется электромагнитными датчиками и записывается в информационный блок. Записанная информация затем интерпретируется для определения типа и геометрических размеров такой особенности. К недостаткам магнитного метода относят меньшую чувствительность к поверхностным дефектам глубиной менее 10 % толщины стенки трубы, внутренним дефектам стенки (включения, расслоения), а также остаточное магнитное поле на трубопроводе, возникающее после обследования. Магнитные снаряды-дефектоскопы, пропускаемые в потоке транспортируемой среды, применяются при обследовании газопроводов и несколько реже — при обследовании нефтепроводов. Магнитные снаряды-дефектоскопы с продольным намагничиванием способны выявлять коррозионно-механичес-кие дефекты металла, отклонения формы поперечного сечения, кольцевые (и спиральные) сварные швы, а также элементы обустройства трубопровода (запорная арматура, отводы, тройники, пригрузы, защитные патроны на переходах). Такие дефектоскопы высокого разрешения выпускаются как зарубежными, так и отечественными фирмами (НПО «Спецнефтегаз»). Начиная с конца 90-х годов появились дефектоскопы с поперечным намагничиванием (включая дефектоскопы серии ДМТП НПО «Спецнефте-

газ»), которые применяются для выявления продольных трещин и стресс-коррозионных дефектов на магистральных газопроводах. Перспективна разработка нового поколения снарядов-дефектоскопов, сочетающих ультразвуковые и магнитные принципы.

Анализ результатов внутритрубной диагностики производится в 2 этапа. На первом этапе осуществляется экспресс-анализ на трассе трубопровода с помощью специализированных компьютерных программ обработки данных. При экспресс-анализе проверяются режимы работы инспекционного снаряда (профилемера, дефектоскопа), оценивается качество записанной информации, формируется и выдается для эксплуатирующей организации информация о наиболее крупных (опасных) обнаруженных дефектах. В случае выявления некачественной записи информации (нарушение режима работы аппаратных средств) производится повторный пропуск снаряда. Основной объем работ по анализу диагностической информации приходится на второй этап. На втором этапе с помощью автоматизированной программной и ручной обработки данных диагностики выдается детальная информация о каждом выявленном дефекте основного металла и сварных соединений и всех зарегистрированных элементов обустройства трубопровода. Программное обеспечение реализует автоматизированные процедуры идентификации, определения размеров, создания базы данных выявленных аномалий и особенностей. Базовые сроки и рекомендации по определению периодичности проведения внутритрубной диагностики определены в документах ОАО «Газпром» и «АК «Транснефть» РД 153-39-029-98, где устанавливается следующий порядок назначения сроков внутритрубной диагностики. Первое диагностическое обследование проводится при

БЫСТРОСМЕННЫЕ СУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Предназначены для комлекгования пунктов замера расхода газа на магистральных и технологических трубопроводах. Изготавливаются следующих типоразмеров:

Dy 80,100,150, 200, 300, 350, 400, 500, 700

на давление 7,5 МПа и 16 МПа

ОАО «Электростальский завод тяжелого машиностроения»

Россия, 144005, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, 19

Тел. (495) 702-97-57, 702-94-' (49657) 7-75-09, 7-75-30

lii.iiiiif iii'iflUli

вводе трубопровода в эксплуатацию для фиксации его первоначального состояния. Повторное обследование проводится через 3-5 лет после начала эксплуатации для оценки изменений параметров особенностей стенки трубы и прогнозирования их дальнейшего развития. Последующие периодические внутритрубные обследования проводятся с временными интервалами 3-6 лет. Сроки проведения инспекций планируются на основании результатов предыдущих внутри-трубных инспекций, результатов оценки работоспособности и остаточного ресурса, прогноза развития дефектов в соответствии с выявленными механизмами повреждения металла и эксплуатационной нагруженностью. Контроль, диагностика и обследование участков трубопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-коррозия), проводятся по специально разрабатываемому регламенту. К настоящему времени проведено диагностирование всех контролепри-

годных нефтепроводов. С 1991 года обследовано 71 тыс. км магистральных газопроводов, в том числе 75 % снарядами НПО «Спецне-фтегаз» при плановом обследовании в 2005 году ~16 тыс. км. Применение внутритрубной диагностики и своевременного планово-предупредительного ремонта потенциально опасных участков позволило существенно снизить аварийность магистральных трубопроводов. Например, интенсивность отказов газопроводов на 1000 км/в год снизилась с 0,26 в 1998 году до 0,10 в 2005 году. Важной характеристикой МТ является их контролепригодность для ВТД. Термин «контролепригодность» определяет требования к конструктивному и технологическому исполнению магистрального трубопровода, необходимые для проведения диагностики внутритрубными снарядами. Минимальные необходимые условия контролепригодности трубопроводов определены в разделе «Конструктивные требования к трубопроводам»

СНиП 2.05.06-85* и заключаются в следующем. На трубопроводах должны быть предусмотрены узлы (камеры) запуска и приема внутритрубных снарядов, оборудованные сигнальными приборами, регистрирующими прохождение снарядов. Линейная часть трубопровода в пределах одного инспектируемого участка должна иметь постоянный внутренний диаметр. Минимальный радиус изгиба трубопровода из условия прохождения внутритрубных снарядов должен составлять не менее пяти его диаметров Дн. Запорная и предохранительная арматура должна быть равнопроходной с линейной частью трубопровода и иметь сигнализацию открытого и закрытого положения задвижек. При проектировании узлов ответвлений от основного трубопровода должны предусматриваться проектные решения (заградительные решетки), исключающие возможность попадания внутритруб-ного снаряда в такое ответвление.

(Продолжение в следующем номере)