CC BY
139МАГИСТРАЛЬНЫЕ ГАЗОПРОВОДЫ: РАЗВИТИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ РАБОТ
УДК 621.644.075
В.В. Харионовский, д.т.н., проф., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, РФ), v_Kharionovsky@maii.ru
В статье представлен краткий анализ становления и современного состояния диагностики магистральных газопроводов. Показаны развитие отечественных внутритрубных дефектоскопов и масштабы их промышленного применения, даны примеры создания наружных сканеров-дефектоскопов для использования при проведении капитального ремонта. Дана информация о стандартных и проблемных участках газопроводов с позиции использования внутритрубной дефектоскопии. Показана область применения типовых дефектоскопов в зависимости от диаметра газопровода и рабочего давления. Перечислены вопросы, возникающие при использовании современных внутритрубных средств на газопроводах, включая технические, экономические и организационные аспекты. Наряду с внутритрубной дефектоскопией предлагается использовать наземные комплексы для бесконтактной диагностики, позволяющие определять пространственное положение трубопроводов, дефекты изоляции, параметры токов и намагниченности. Показаны возможности таких средств с точки зрения производительности, охвата диагностикой газопровода в целом и проведения работ в течение года, что повышает точность обследований и дает возможность оперативно выполнить оценку надежности газопровода от промысла до потребителя. Отмечено, что применение наземных комплексов для диагностики газопроводов позволяет обследовать любые участки магистральных и технологических газопроводов при сравнительно небольших затратах. Область их использования при выполнении соответствующих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ может быть расширена, включая оценку напряженно-деформированного состояния.
Сформулирована концепция развития диагностических работ, основной целью которой является получение оперативной информации о техническом состоянии газопровода в целом и на этой основе - повышение эффективности и снижение затрат на капитальный ремонт. Предложены подходы к диагностике газопроводов, включающие принцип оперативного обследования каждого газопровода, автоматизированную обработку данных и формирование критериев приоритетности диагностических и ремонтных работ в режиме онлайн.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД, АНАЛИЗ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ РАБОТ, КОНЦЕПЦИЯ, НОВЫЙ ПОДХОД, КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ.
Диагностика магистральных газопроводов (МГ) является неотъемлемой частью работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР). При этом постановка диагностических работ в отечественной газотранспортной системе (ГТС) имеет принципиальные особенности по сравнению с европейскими газопроводами в связи с ее значительной протяженностью и эксплуатацией в регионах со сложными природно-климатическими условиями. В технологическом плане также необходимо отметить, что ГТС функционирует в едином гидравлическом режиме, значительное число транзитных газопроводов большой протяженности (3-4,5 тыс. км)
диаметром 1420 мм проходят из районов Крайнего Севера в центральную часть России и Европу. В числе особенностей конструктивных решений газопроводов следует выделить неравнопроходные участки, крутоизогнутые отводы, прямые врезки, а также обратить внимание на значительное число газопроводов-отводов (около 36 тыс. км), в том числе однони-точных. Все эти факторы, с учетом единства требований по надежности и безопасной эксплуатации ГТС, потребовали разработки концепции диагностики МГ и технических решений по ее реализации.
По-видимому, впервые цели и задачи диагностики МГ были сформулированы в работе [1].
Непосредственно концепция диагностики и ее формирование как системы были изложены в 1994 г. в Отраслевой программе «Комплексная система диагностики и технической инспекции магистральных газопроводов России», разработанной на основе анализа практического отечественного и зарубежного опыта, выполнения научно-исследовательской работы (НИР) и натурных обследований. Реализация программы позволила перейти от отдельных разноплановых работ по диагностике к комплексной инспекции в рамках отрасли, что представлено на схеме на рис. 1.
При выполнении программы диагностических работ были вы-
Kharionovsky V.V., Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Gazprom VNIIGAZ LLC (Moscow, Russian
Federation), V_Kharionovsky@mail.ru
Gas pipelines: development of diagnostic works
Short analysis of formation and modern condition of gas pipelines's diagnostics are given. The development of Russian in-tube defectoscopes and its usage scale are presented. The examples of construction of outer scanner-defectoscopes for major repair are given.
The information on standard and complicated zones of gas pipelines with usage of in-tube detection is given. The usage scale of standard defectoscopes depending on pipeline's diameter and inside working pressure are shown. The list of problem questions, considering the usage of modern in-tube instruments, including technical, economical and organizational aspects is presented. The use of terrestrial complexes of non-contact diagnostics is proposed at the same time with in-tube detection. These complexes allow to define the attitude of pipelines, isolation defects, parameters of amperage and magnetization. The opportunities of these equipment are presented from the position of productivity, the diagnostics coverage of pipeline and works lasting during a year, that increases survey's accuracy and allow to efficiently give the estimation of gas pipeline's safety from gas field to customer. It is mentioned, that usage of terrestrial complexes for pipeline diagnostics allows to explore all the zones of main and technological gas pipelines with low costs. The usage area, considering corresponding research-and-development works, can be expanded including the estimation of extending reliability of gas pipeline.
The conception of diagnostic works development which main point is getting the operational information about the technical state of gas pipeline is formulated. The increase of efficiency and low costs on major repairs is based on this conception. Some methods of gas pipeline diagnostics including the method of exploration of each gas pipeline, automated data processing and formation of the priority of diagnostic and repair works on-line criterions are also proposed.
KEYWORDS: MAIN GAS PIPELINE, DIAGNOSTIC WORKS ANALYSIS, CONCEPTION, NEW APPROACH, MAJOR REPAIR.
Стадии Stages
Проектирование Design
Строительство Construction
Эксплуатация Operation
ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ Technical state of main gas pipelines
СИСТЕМА БАЗЫ ЗНАНИИ, ДАННЫХ И ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ Knowledge-based system, database system and technical and organizational measures
T
T
РАЗДЕЛ ДИАГНОСТИКИ В ПРОЕКТЕ Diagnostic section in the project
КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ПОЛОЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА, УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОСТОВ Examination of welding joints, pipeline position, organization of diagnostic stations
СИСТЕМА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИИ
■ Оценка работоспособности Performance evaluation
■ Оценка остаточного ресурса Estimation of residual resource
■ Вывод и ремонт Output and repair
■ Назначение срока следующей инспекции Scheduling of the next inspection period
СИСТЕМА ОБСЛЕДОВАНИЙ (В ЭКСПЛУАТАЦИИ)
- Коррозионные измерения (C-SCAN и др.) Corrosion measurements (C-SCAN, etc.)
Внутритрубная диагностика In-tube diagnostics Вертолетные инспекции Helicopter inspections
■ Контроль и измерения на потенциально опасных участках Monitoring and measurement in potentially hazardous areas
■ Контроль напряженного состояния
Stress state monitoring
Переиспытания
Retesting
Сбор информации по отдельным участкам
Collection of information on individual sections Профилактические мероприятия Preventive measures Контроль работоспособности Performance monitoring
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ГАЗОПРОВОДА В ЦЕЛОМ
Рис. 1. Принципиальная схема комплексной диагностики и оценки технического состояния магистральных газопроводов [1] Fig. 1. Basic diagram of complex diagnostics and assessment of technical condition of main gas pipelines [1]
явлены новые темы, касающиеся эффективности проведения диагностики, оценки работоспособности газопроводов при наличии
дефектов и определения срока службы газопроводов. Указанные задачи были в основном реализованы в Отраслевой программе
«Диагностическое обслуживание и повышение надежности магистральных газопроводов, объектов добычи и переработки газа»
Рис. 2. Магнитный дефектоскоп
диаметром 1420 мм с продольным
намагничиванием
Fig. 2. Magnetic defectoscope with
a diameter of 1420 mm with longitudinal
magnetization
Рис. 3. Наружные сканеры-дефектоскопы: а) Научно-учебный центр «Сварка и контроль» при Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана; б) ООО «Акустические контрольные системы»
Fig. 3. Outer scanner-defectoscopes: a) Welding and Control Scientific and Educational Center at the Bauman Moscow State Technical University; b) Acoustic Control Systems, Ltd.
(1998-2003 гг.), в которой в отдельном разделе было предусмотрено создание и плановое применение внутритрубной инспекции.
ВНУТРИТРУБНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ
В 2000-2003 гг. были разработаны и получили промышленное внедрение отечественные внутри-трубные магнитные дефектоскопы компаний НПО «Спецнефтегаз» и ДОАО «Оргэнергогаз», которые можно отнести к дефектоскопам первого поколения.
В настоящее время в парк дефектоскопов вошли устройства третьего поколения с использованием магнитного и ультразвукового принципа, в том числе для обнаружения стресс-коррозионных трещин. Одно из таких устройств -магнитный дефектоскоп диаметром 1420 мм с продольным намагничиванием - представлено на рис. 2. Были созданы и наружные сканеры-дефектоскопы, позволяющие выполнять диагностику труб при проведении капитального ремонта участков газопроводов (рис. 3).
Для диагностики газопроводов используется парк современных дефектоскопов, способных проводить инспекцию стандартных участков. Но возможности внутритрубной дефектоскопии (ВТД) ограниченны, основные трудности ее применения относятся к анализу проблемных участков (рис. 4).
Следует обратить внимание на представленные в нижней части
рис. 4 дефектоскопы с электромагнитно-акустической технологией (ЭМАТ) для оценки состояния защитного покрытия трубопроводов и дефектоскопы с высоким разрешением для уточнения геометрии трубы с последующим расчетом напряженно-деформированного состояния (НДС), разработанные фирмой ROSEN Group (Германия). Эти дефектоскопы расширяют область применения ВТД, но значительно удорожают диагностические обследования. В этой же компании также сформулированы рекомендации по выбору типа дефектоскопов для диагностики трубопроводов различных диаметров и величин рабочего давления, что показано на рис. 5 [2].
Отдельной составляющей в диагностике является электрометрия, направленная на оценку состояния электрохимической защиты, коррозионной активности грунтов и прогноз коррозионной опасности отдельных участков. Следует отметить многообразие электрометрических методов, включая методы переменного и постоянного тока,сопротивлений и электрохимические методы. Также в ПАО «Газпром» выполняются работы по геотехнической диагностике для контроля положения трубопроводов, состояния участков трассы, анализа возможных процессов эрозии, размывов траншеи, вертолетные обследования газопроводов с использованием лазерных и тепловизионных ком-
плексов в целях поиска утечек, видеосъемки и анализа состояния охранных зон и минимально безопасных расстояний [2].
Таким образом, в техническом плане в отрасли сложилась система комплексной диагностики МГ, позволяющая контролировать состояние ГТС.
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ
В то же время необходимо проанализировать «узкие места» и, исходя из анализа, рассмотреть концепцию развития диагностических работ с позиций повышения надежности и экономичности. Внутритрубная диагностика как основа инспекции имеет следующие принципиальные ограничения:
• около 40 % эксплуатируемых газопроводов (проблемные участки) не охвачено ВТД (рис. 4), около 36 тыс. км газопроводов-отводов не могут обследоваться методами ВТД;
• область применения стандартных ВТД ограничена диапазоном давлений не ниже 2 МПа, диаметрами и толщинами стенок (рис. 5);
• применение усовершенствованных ВТД, например ЭМАТ, относится к дорогостоящим мероприятиям (в 2-3 раза дороже стандартных ВТД).
В организационном плане недостаточно видна оперативная связь планирования диагностических и ремонтных работ. На практике по результатам диагностики
выбираются приоритетные для ремонта участки, а во времени исполнения диагностических работ имеются разрывы в год и более, что существенно снижает их эффективность.
На основе диагностических работ выявляются отдельные потенциально опасные участки, но оценка надежности газопровода в целом - от промысла до потре -бителя - не выполняется.
На транзитных газопроводах или в коридорах газопроводов инспекцию технического состояния выполняют разные исполнители с применением различных технических средств, что приводит к погрешностям как по привязке дефектов к месту измерений, так и по оценке их опасности.
Опыт показывает, что формирование и оценка результатов (технический отчет) по газопроводу в целом занимают длительное время, и этот факт не позволяет получить реальную картину технического состояния на текущий год и затрудняет планирование.
В настоящее время в технико-экономическом плане внутри-трубная диагностика достигла своего предела. В связи с этим наряду с ВТД необходимо рассмотреть перспективные диагностические работы с использованием наземных средств.
НАЗЕМНЫЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ
В настоящее время в нефтегазовой отрасли имеется ряд современных наземных комплексов для бесконтактной диагностики трубопроводов с поверхности земли, позволяющих выявлять дефекты изоляционного покрытия, пространственное положение, параметры токов и намагниченности. В числе таких приборов можно отметить отечественные приборные комплексы «Орион», КМД-01М, М1, магнитометры, измерители концентраторов напряжений.
Среди зарубежных средств получил распространение комплекс, использующий метод измерения
ВНУТРИТРУБНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ In-tube detection of main gas pipelines
ТИПОВЫЕ УЧАСТКИ
• Наличие камер запуска-приема очистного устройства
• Постоянный диаметр по всему участку
• Равнопроходная трубная арматура
• Радиус поворотов ^
ВИДЫ ОБСЛЕДОВАНИЙ:
Types of surveys:
• профилеметрия;
• profile logging
• дефектоскопия магнитными снарядами
• detection with magnetic defectoscopes
ПРОБЛЕМНЫЕ УЧАСТКИ
• Отсутствие камер запуска-приема очистного устройства
• Неравнопроходные диаметры
• Радиус поворотов
• Наличие прямых врезок
• Подводные переходы
• Низкое давление
• Морские газопроводы
ВИДЫ ОБСЛЕДОВАНИЙ:
Types of surveys:
• профилеметрия;
• profile logging
• дефектоскопия магнитными снарядами
• detection with magnetic defectoscopes
СНАРЯДЫ СТАНДАРТНОГО ИСПОЛНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ СТАНДАРТНЫЕ ИЛИ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СНАРЯДЫ
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ:
Additional survey:
• обследование снарядами с ЭМАТ для определения состояния изоляционного покрытия
• inspection with defectoscopes with electromagnetic acoustic technology to determine the condition of the insulation coating
• обследование снарядами с ЭМАТ для выявления стресс-коррозионных трещин
• inspection with defectoscopes with electromagnetic acoustic technology to detect the stress corrosion cracks
• планово-высотное определение положения газопровода геометрическими снарядами повышенной точности с последующими расчетами НДС
• compilation survey of the gas pipeline position by geometric defectoscopes of high resolution with subsequent calculations of the strain-stress state
Рис. 4. Типовые и проблемные участки для внутритрубной дефектоскопии [2] Fig. 4. Standard and complicated zones for in-tube detection [2]
5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0
ВТД комбинированными инспекционными снарядами In-tube detection with combined inspection defectoscopes
ВТД стандартными снарядами/стандартными снарядами с незначительной модификацией
ВТД специальными снарядами In-tube detection with special defectoscopes Возможность проведения ВТД зависит от дополнительных факторов Possibilty of carrying out the in-tube detection depends on additional factors ВТД в газообразных средах не проводится In-tube detection is not carried out in fluid
100 150 200 250 300 400 450 500 600 700 800 1000
Диаметр, мм Diameter, mm
Рис. 5. Рекомендации по выбору области применения ВТД [2]
Fig. 5. Recommendations for the selection of the field of application for in-tube
detection [2]
градиента напряжения постоянного тока (метод DCVG), который позволяет достаточно точно выявлять повреждения изоляции и ранжировать их по степени опасности, при этом комплекс имеет высокую производительность - до 10-12 км в день.
В последние годы в нефтяной отрасли и, частично, в ПАО «Газпром» применяется высокоскоростной метод дистанционной магнитной локации, разработанный отечественными специалистами в компании ООО НПП «Техносфера-МЛ» (Зеленоград, Россия) [3]. Этот ме -тод на базе автоматизированного комплекса «Орион-3» позволяет в одном приборе за один проход с высокой точностью и скоростью обследования производить автоматический сбор данных о состоянии изоляционного покрытия, пространственном положении трубопровода и имеет низкие за -траты.
Анализ технических характеристик указанных приборных комплексов показывает, что их возможности при соответствующей доработке могут быть расширены, в том числе включая зарубежный метод DCVG, а также оценку НДС участков газопроводов с коррозионными дефектами. Несколько бригад за рабочий сезон одним типом комплекса могут выполнить обследование транзитного газопровода и выдать результаты о техническом состоянии газопровода в целом с высокой точностью и низкими, по сравнению с ВТД, затратами. При этом с применением наземных комплексов можно обследовать фактически любые участки газопроводов, перемыч-
ки, подводные и автомобильные и железнодорожные переходы газопроводов, а также газопроводы-отводы.
В целях оптимизации диагностических работ следует провести сравнительные испытания современных наземных комплексов для выявления мобильного автоматизированного комплекса, отвечающего требованиям точности, скорости обследований, перечня измерительных параметров.
В итоге сочетание использования наземных комплексов с ВТД при централизованном планировании дает возможность на новом уровне оценить работоспособность МГ.
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ РАБОТ
Концепция развития диагностических работ направлена на совершенствование проведения диагностики, уровня ее планирования и снижение затрат при выполнении инспекции и капитального ремонта. Основной целью концепции является получение знаний о надежности каждого газопровода в целом - от промысла до потребителя - и обеспечение оперативной информацией о техническом состоянии газопроводов для планирования ремонтных работ.
Для реализации концепции следует применить новый подход к диагностическим работам, а именно:
• осуществлять планирование работ на основе принципа обследования газопровода в целом за один сезон с применением скоростных наземных комплексов
и использованием стандартных ВТД (там, где это возможно);
• выявить области работ назем -ных средств и ВТД для конкретных газопроводов и составить реестр диагностических работ в рамках ГТС;
• обеспечить на основе автома -тизированной обработки данных в этот же сезон оперативную связь диагностики и планирования ремонтных работ;
• сформулировать критерии приоритетности проведения диагностических и ремонтных работ, исходя из того, что обоснование и планирование этих работ должно выполняться на основе принципа оперативности (в режиме онлайн) и комплексного анализа.
Выполнение указанных работ позволит охватить диагностикой все магистральные и технологические газопроводы, газопроводы-отводы и различные проблемные участки, что, в свою очередь, даст возможность усовершенствовать систему управления техническим состоянием и целостностью ГТС.
Таким образом,разработка новой концепции диагностических работ на МГ позволит сформиро -вать оперативную и экономичную систему контроля технического состояния, в которой акцент сделан на оценке надежности и без -опасности транзитных газопроводов и коридоров в целом - от промысла до потребителя. При этом в режиме реального времени обеспечивается эффективная база для проведения ремонта, что в итоге создает условия для оптимизации режимов транспорта газа. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Харионовский В.В. Диагностика газопроводов: цели и задачи // Газовая промышленность. 1991. № 5. С. 31-33.
2. Салюков В.В., Харионовский В.В. Магистральные газопроводы. Диагностика и управление техническим состоянием. М.: Недра, 2016. 213 с.
3. Методика оценки состояния защитных покрытий капитально отремонтированных, законченных строительством или реконструкцией трубопроводов с применением диагностического комплекса «Орион-3М». М., 2011. 50 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://asgink.ru/userfiles/file/Files_trash/Metodika_Orion-3M.PDF (дата обращения: 06.02.2018).
REFERENCES
1. Kharionovsky V.V. Diagnostics of Gas Pipelines: Goals and Objectives. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry, 1991, No. 5, P. 31-33. (In Russian)
2. Salyukov V.V., Kharionovsky V.V. Main Gas Pipelines. Diagnostics and Management of Technical State. Moscow, Nedra, 2016, 213 p. (In Russian)
3. Methodology for Estimation of the Condition of Protective Coatings of Overhauled, Completed Construction or Reconstruction of Pipelines Using
the Orion-3M Diagnostic Complex. Moscow, 2011, 50 p. [Electronic source]. Access mode: http://asgink.ru/userfiles/file/Files_trash/Metodika_Orion-3M. PDF (access date: February 6, 2018). (In Russian).
