CC BY
256
УДК 614.8:622.691.4
Ю.А. Маянц, С.В. Карпов, А.С. Алихашкин, С.В. Овчаров
Назначение участков предварительных испытаний и охранных зон при проведении испытаний магистральных трубопроводов
Ключевые слова:
гидравлические испытания, охранная зона, газопровод.
Keywords:
hydraulic tests, protected zone, gas pipeline.
Во время проведения испытаний на прочность нельзя исключить разрушение трубопровода. При этом пневматические испытания трубопроводов характеризуются увеличенными размерами зон возможного поражения по сравнению с гидравлическими испытаниями. В опасных зонах запрещено пребывание людей, поэтому их границы должны охраняться круглосуточно весь период проведения испытания на прочность, начиная от подъема давления свыше 2 МПа. Опасные зоны называют охранными. Охрана границ этих зон зачастую затруднительна даже с применением современных средств контроля и сигнализации, особенно в районах пересечений с дорогами и коммуникациями, нуждающимися в постоянном и периодическом контроле и обслуживании.
За последние десятилетия в России кардинально изменились хозяйственные отношения. Поэтому подход к обеспечению безопасности претерпевает изменения. Так, если во времена существования СССР была вполне допустимой длительная остановка движения транспорта и людей по дорогам в период проведения испытаний инфраструктурного объекта, то в настоящее время такое решение в большинстве случаев повлечет за собой значительные компенсационные выплаты. Проблемы, связанные с вынужденной приостановкой хозяйственной деятельности, возникают и при наличии производственных и сельскохозяйственных объектов в границах охранных зон при испытаниях.
Рассмотрим принципы назначения границ охранных зон.
Приводимые в правилах безопасности [1] размеры охранных зон дискретизированы по двум диапазонам давлений - до 8,1 МПа и более. Проведение пневматических испытаний трубопроводов с рабочим давлением более 10 МПа этими нормами не предусматривается. В СТО Газпром 2-3.5-354-2009 [2] установлены увеличенные размеры охранных зон для газопроводов с повышенным рабочим давлением, зависящие от величины испытательного давления, что учтено при сооружении магистрального газопровода Бованенково - Ухта с рабочим давлением 11,8 МПа.
Основными видами опасных воздействий при проведении испытаний можно считать разлет грунта и фрагментов трубопровода, а также сейсмическое воздействие взрывов. Процесс разлета фрагментов при разрыве трубопровода сложен, и на сегодняшний день его четкое теоретическое обоснование отсутствует. Существуют различные модели, основанные на гипотезах, имеющих эмпирические подтверждения [3, 4]. Поэтому и нормативное обеспечение в этой области неоднозначно.
Вопросы назначения размеров опасных зон косвенно отражены в СТО Газпром 2-2.3-400-2009 [5] при рассмотрении опасных факторов при взрыве газопровода. Действие опасных факторов определяется дальностью разлета фрагментов трубопровода.
В области взрывных работ накоплен огромный статистический материал, который позволил обеспечить специалистов-взрывников эмпирическими расчетными формулами и методиками, основанными на статистических данных, например РТМ 36.9-88 [6].
На основании методик расчета разлета осколков при взрывах ВВ (химических взрывчатых веществ) в [6] приведено уравнение максимального радиуса разлета
№ 1 (17) / 2014
Управление техническим состоянием и целостностью газопроводов
89
осколков при разрыве пневматически испытываемого трубопровода, м:
*=* 4 K • (1)
где K - коэффициент сопротивляемости среды действию взрыва [7], кг/м3; b = 170 м12 - коэффициент; q - тротиловый эквивалент погонного метра трубопровода со сжатым газом, кг/м:
q =
P1nD 2 4(k - IQ
i -
Р
V Р J
(2)
2тр - энергия взрыва тротила, МДж/кг (бтр = 4,24 • 106 Дж/кг) [8]; D - внутренний диаметр трубопровода, м; к - показатель адиабаты (для воздуха к = 1,4); Р1 - начальное давление в трубопроводе, МПа; Р2 - конечное давление, МПа (Р2 = 0,1 МПа).
Гарантировать тип грунта засыпки едва ли возможно. Поэтому следует ориентироваться на минимальное значение коэффициента сопротивляемости среды действию взрыва K = 0,37 кг/мз [7].
При заполнении трубопровода водой под давлением тротиловый эквивалент сжатой воды определяется следующим образом [8], кг/м:
qw (р)
(1 - Б)nD2 2
---------Р
8AQTp ^
(3)
где A = 810 МПа; B = 0,654; p - избыточное давление в трубопроводе, МПа.
На графике (рис. 1) показаны максимальные радиусы разлета осколков при гидравлических и пневматических испытаниях трубопровода диаметром 820 мм в зависимости от давления испытаний. Там же отражены нормативные размеры охранных зон, устанавливаемые согласно [9].
Небольшое отличие расчетных и нормативных размеров охранных зон свидетельствует о том, что, вероятнее всего, принцип расчета разлета осколков при эквивалентном по энергии взрыве ВВ был взят за основу при разработке указанных правил безопасности.
Необходимо отметить, что иностранные компании, специализирующиеся на анализе рисков, при расчетах последствий разрывов газопроводов также используют расчетные методики для взрывов ВВ. Фактические данные не противоречат такой методике расчетов (таблица). Для сравнительного расчета принимались минимальное значение коэффициента сопротивляемости среды действию взрыва (0,37 кг/м3) и показатель адиабаты метана (1,31).
Обеспечение охраны опасных зон таких размеров чрезвычайно затруднено и требует остановки трафика и работ на территории большой протяженности на длительный период времени.
Вопрос обеспечения локальной безопасности на участках пересечений с коммуникациями и приближений к имуществу хозяйствующих субъектов не мог не решаться ранее, однако не нашел отражения в нормативной
нормативные размеры охранных зон при пневмоиспытаниях расчетный радиус разлета осколков при пневмоиспытаниях нормативные размеры охранных зон при гидроиспытаниях расчетный радиус разлета осколков при гидроиспытаниях
Рис. 1. Максимальный радиус разлета осколков при пневматических и гидравлических испытаниях трубопровода диаметром 820 мм в зависимости от давления испытаний
№ 1 (17) / 2014
90
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Параметры аварий на газопроводах
Дата аварии Место взрыва Диаметр трубопровода, мм Толщина стенки, мм Глубина до верхней образующей, м Давление, МПа Разлет осколков, м Расчетный разлет осколков, м
04.03.1965 Натчиточес, штат Луизиана, США 610 6,35 1 5,3 107 198
09.06.1974 Билетон, штат Вирджиния, США 762 7,92 4,95 91 217
15.02.1994 Берсеолл, штат Саскачеван, Канада 1067 12 1,5 8,32 125 298
23.03.1994 Эдисон, штат Нью-Джерси, США 914 17,1 3,7 6,7 244 258
15.04.1996 вблизи р. Ля Салле, штат Манитоба, Канада 864 12,7 1,3 5,0 40 231
19.08.2000 Карлсбад, штат Нью-Мексико, США 762 8,51 5,8 87 227
01.05.2003 вблизи оз. Таппс, штат Вашингтон, США 660 7,14 4,65 76 199
08.08.2003 Стек, штат Оклахома, США 660 6,35 4,96 9 203
30.07.2004 Гисленгиен, Бельгия 1000 1,7 8,0 200 286
документации. В то же время выполненный ретроспективный анализ нормативных документов по проектированию и строительству магистральных трубопроводов позволяет утверждать, что ранее участки предварительных гидравлических испытаний назначались в первую очередь для обеспечения условий локальной безопасности.
Рассмотрим вопрос обеспечения локальной безопасности при проведении предварительных гидравлических испытаний отдельных, относительно коротких участков трубопровода.
К участкам, где необходимо обеспечить локальную безопасность, относятся: участки переходов через автомобильные и железные дороги; участки приближения к имущественным объектам хозяйствующих субъектов, в том числе пересечения с коммуникациями; зоны обслуживания пересекаемых коммуникаций (например, линии правительственной связи, линии электропередач высокого напряжения (более 500 кВ)); участки вблизи строительной площадки или промысла, приближения к населенным пунктам и т.п.
Предварительные испытания, обеспечивающие безопасность, должны выполняться гидравлическим способом, а так как объем полости испытываемого участка относительно невелик, то технологически их проведение в зимний период не вызывает особенных затруднений при использовании незамерзающих жидкостей.
При реальных давлениях испытаний и диаметрах трубопроводов радиус разрушения при гидравлических испытаниях меньше величины заглубления верхней образующей трубопровода. Поэтому при гидравлических испыта-
ниях разрыв трубопровода с выбросом осколков труб и грунта из траншеи не происходит. Опасность поражения людей при гидравлических предварительных испытаниях возникает от струйного воздействия жидкости, истекающей через сквозной дефект. Однако, учитывая, что при истечении жидкости под большим давлением на определенном расстоянии от отверстия происходит мелкодисперсное распыление жидкости (рис. 2), при подземном размещении трубопровода эта опасность мала.
Следует отметить, что в соответствии с зарубежными документами [10, 11] при гидравлических испытаниях устанавливаются два радиуса опасных зон:
• для персонала со средствами индивидуальной защиты - 20 м;
• людей без средств индивидуальной защиты - 40 м.
При этом иностранные стандарты требуют строгого соблюдения мер по контролю отсутствия остаточного воздуха в полости испытываемого трубопровода.
Если давление испытаний на 10 % выше рабочего, разрыв трубопровода при рабочем давлении исключается. При предварительных испытаниях давление также должно более чем на 10 % превышать давление следующего этапа испытаний. В действующих нормативных документах обычно применяется размерный ряд давлений последовательных этапов испытаний: 1,5 - 1,25 - 1,1.
На последующем этапе испытаний предварительно испытанный участок будет безопасным. Поэтому его можно считать исключенным из длины взрывоопасного трубопровода.
№ 1 (17) / 2014
Управление техническим состоянием и целостностью газопроводов
91
Рис. 2. Разрыв плети трубопровода при проведении экспериментальной опрессовки
Разрушение при заключительных испытаниях возможно только на прилегающем к испытанному участке.
Разброс грунта и фрагментов оболочки трубы, определяющий опасную зону для людей и надземных объектов, не должен достигать участка, на котором должна обеспечиваться безопасность.
В случае наличия в охранной зоне испытываемого трубопровода объектов, на которых необходимо обеспечить условия локальной безопасности, при проектировании следует предусмотреть участки предварительных гидравлических испытаний. Вокруг объектов, где должна быть обеспечена безопасность, необходимо построить эквидистанты величиной R, равной максимальному радиусу разлета фрагментов трубопровода при испытаниях (рис. 3).
Пересечения этих эквидистант с трубопроводом будут являться границами участков, на которых должны планироваться предварительные гидравлические испытания. В этих местах должна предусматриваться повышенная категория участка трубопровода, позволяющая
проводить испытания давлением, более чем на 10 % превышающим давление следующего этапа испытания на прочность.
На рис. 4 показано назначение длин категорированных участков на переходах МГ через железные дороги. Для обеспечения безостановочного трафика по пересекаемой трубопроводом дороге испытания необходимо проводить в нижеизложенном порядке.
Сначала проводится предварительное гидравлическое испытание участка I категории, который имеет протяженность до 40 м от осей крайних путей, на давление не менее 1,5 Рраб.
Затем назначается второй участок гидравлических предварительных испытаний, от концов которого невозможен долет осколков до железнодорожных путей. Этот участок определяется на основании СНиП 2-05.06-85* для железных дорог и автодорог I и II категорий как участок подземного газопровода категории II и испытывается гидравлически на давление не менее 1,25 Рраб. И лишь после этого можно проводить общее пневматическое испытание трубопровода на давление 1,1 Рраб.
Испытываемый Здания,предприятия, Участкипредварительных
трубопровод объекты хозяйствующих субъектов испытаний
Рис. 3. Принцип назначения участков предварительных испытаний, обеспечивающий необходимые размеры охранных зон (R) при проведении заключительных испытаний
№ 1 (17) / 2014
92
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Участок II категории
200 м для Ду 800-1000 225 м для Ду 1000-1200 250 м для Ду 1200-1400
Участок I категории
Участок II категории
Рис. 4. Назначение длин категорированных участков на переходах МГ через железные
дороги общей сети:
R (охранная зона пневмоиспытаний) - 250 м для трубопроводов Ду 800-1400;
R (охранная зона гидроиспытаний) - 150 м для трубопроводов Ду 800-1400 (ПБ 08-624-03)
Предварительные гидравлические испытания участков трубопровода, где должна обеспечиваться безопасность, необходимо проводить с условием обеспечения отсутствия воздуха в участке.
Для обеспечения условий локальной безопасности при испытаниях трубопровода необходимо назначать участки для предварительных гидравлических испытаний, которые должны проводиться при удалении воздуха из полости участка.
Предварительные гидравлические испытания отдельных участков трубопровода позволя-
ют на этапе проектирования установить границы охранных зон при испытаниях трубопровода таким образом, чтобы исключить остановку трафика на пересекаемых трубопроводом дорогах, обеспечить непрерывное обслуживание коммуникаций, не останавливать работы на сооружениях хозяйствующих субъектов.
Указанные требования следует внести в нормативные документы по обеспечению безопасности, проектированию и испытаниям. Это позволит обеспечить повышение безопасности при испытаниях и существенное снижение издержек при их проведении.
Список литературы
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной
и газовой промышленности» (введ. приказом Ростехнадзора РФ от 12.03.2013 г. № 101).
2. СТО Газпром 2-3.5-354-2009. Порядок проведения испытаний магистральных газопроводов в различных природно-климатических условиях. - М.: Газпром экспо, 2010.
3. Селезнев В.Е. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем /
В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, ГС. Клишин. - М.: Едиториал УРСС, 2002. - 448 с.
4. Бейкер У Взрывные явления. Оценка и последствия: в 2-х кн. / У Бейкер, П. Кокс и др. - М.: Мир, 1986.
5. СТО Газпром 2-2.3-400-2009. Методика анализа риска для опасных производственных объектов газодобывающих предприятий ОАО «Газпром». - М.: Газпром экспо, 2010.
6. РТМ 36.9-88. Руководство по проектированию и производству взрывных работ при реконструкции промышленных предприятий и гражданских сооружений. - М.: Минмонтажспецстрой СССР, 1988.
7. Эпов Б. А. Основы взрывного дела /
Б.А. Эпов. - М.: Воениздат, 1974.
8. Шагов Ю.В. Взрывчатые вещества и пороха / Ю.В. Шагов. - М.: Воениздат, 1976.
9. Правила техники безопасности при строительстве магистральных стальных трубопроводов (утв. Министерством строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности СССР 11.08.1981 г.).
10. General Specification GS EP PLR 501 «Hydrostatic testing of pipelines» (Total).
11. Проект «Сахалин-П», Проект производства работ «Гидроиспытание трубопровода» 5600-С-90-84-Р-1011-00.
№ 1 (17) / 2014
