CC BY
35защита от коррозии
Алимов с.в., петров Н.Г. ОАО «Газпром»;
в.в. семенюга, запевалов д.н. ООО «Газпром ВНИИГАЗ»; немчин ю.в. ДОАО «Оргэнергогаз; д.Б. захаров, в.и. передерий, ЗАО «Трубопроводные системы и технологии»
особенности применения электроизолирующих соединений для защиты трубопроводов от коррозии с учетом новых технических требований оао «Газпром»
По своему конструктивному исполнению электроизолирующие соединения можно разделить на несколько типов:
• вставки (муфты) электроизолирующие;
• фланцы электроизолирующие;
• катушки из неметаллической (полимерной) трубы;
• и другие.
В настоящей статье речь пойдет об электроизолирующих соединениях, в состав которых входят вставки (муфты) электроизолирующие. Нормативная документация ОАО «ГАЗПРОМ» регламентирует применение на собственных объектах электроизолирующих соединений в следующей комплектации:
• вставка (муфта) электроизолирующая;
• искроразрядник (устройство грозозащиты);
• контрольно-измерительный пункт. Вставка (муфта) электроизолирующая представляет собой неразъемную конструкцию и состоит из:
• двух металлических патрубков с соответствующими трубопроводу присоединительными размерами,соединенных между собой силовыми элементами (ис-
Электроизолирующие соединения являются элементом системы электрохимической защиты трубопроводов от коррозии и предназначены для обеспечения электрического разъединения защищаемого электрохимической защитой объекта от незащищае-мого, заземленного или имеющего собственную систему электрохимической защиты, а также электрического секционирования трубопроводов.
62 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 6 \\ июнь \ 2010
Диэлектрический изолятор
Рис.2 Конструкция вставки (муфты) электроизолирующей
Металлический патрубок
пользование болтовых и/или резьбовых соединений не допускается);
• диэлектрического изолятора, предназначенного для электрического разделения металлических патрубков;
• системы уплотнений.
К применению на объектах ОАО «ГАЗПРОМ» допускаются вставки (муфты) электроизолирующие, которые:
• имеют разрешение на применение Федеральной Службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзора);
• имеют сертификат соответствия Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирования). Условие распространяется на электроизолирующие соединения с рабочим давлением 10,0 МПа и выше;
• прошли экспертизу технических условий на соответствие «Техническим требованиям к вставкам (муфтам) электроизолирующим» и имеют разрешение, выданное в установленном ОАО «ГАЗПРОМ» порядке. Электроизолирующие соединения устанавливаются для:
• электрического разъединения основной магистрали от трубопроводов-отводов;
• ограничения протяженности (секционирования) участков ЭХЗ трубопроводов;
• разграничения участков трубопроводов с различными типами и качеством защитных покрытий;
• электрического разъединения трубопроводов от подземных сооружений предприятий, имеющих собственную систему ЭХЗ, а также на которых ЭХЗ не предусматривается;
• ограничения опасного воздействия блуждающего тока или переменного напряжения;
• электрического разъединения многониточных переходов трубопроводов через водные преграды;
• электрического разъединения обсадных колонн скважин от трубопроводов;
• электрического разъединения надземных и подземных трубопроводов;
• электрического разъединения участков трубопроводов на границах собственности, электрического разъединения скважин подземных хранилищ газа от шлейфов скважин, метанолопро-водов, ингибиторопроводов и других трубопроводов.
Проектные решения по применению электроизолирующих соединений не ограничивается вышеуказанными случаями.
Выбор типа вставки (муфты), электроизолирующей, производится проектной организацией в зависимости от конкретных условий работы трубопроводов по следующим критериям:
• по рабочему давлению;
• по допустимым механическим нагрузкам;
• по климатическому исполнению;
• по материалу трубопровода;
• по наружному диаметру и толщине стенки трубопровода;
• по составу транспортируемой среды.
В целях обеспечения надежности и безопасности работы объектов добычи,
транспортировки, подземного хранения газа специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ДОАО «Оргэнергогаз» по заданию Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром» проведен анализ данных эксплуатации изделий за последние годы, причин возникновения инцидентов вследствие нарушений их эксплуатационных характеристик. Проведенная работа позволила определить наиболее слабые места при производстве и эксплуатации изделий, повысить технические требования к этим изделиям.
Изменения технических требований, введенных в действие в ОАО «Газпром» с апреля 2010 года, касаются ужесточения требований к механическим характеристикам изделий, их стойкости к внешним нагрузкам, повышения работоспособности герметизирующего элемента конструкции. Для правильного выбора вставки (муфты) электроизолирующей по вышеуказанным критериям необходимо учитывать следующее:
1) РАБОЧЕЕ ДАВЛЕНИЕ
должно выбираться из установленного новыми техническими требованиями ряда (см. таблицу 1).
Таблица 1
КЛАСС ДАВЛЕНИЯ Р10 Р16 Р55 Р75 Р100 Р125 Р160
Рабочее давление Рраб, не более 1,0 МПа (10 кгс/см2) 1,6 МПа (16 кгс/см2) 5,4 МПа (55 кгс/см2) 7,4 МПа (75 кгс/см2) 9,8 МПа (100 кгс/см2) 12,2 МПа (125 кгс/см2) 15,7 МПа (160,0 кгс/см2)
КЛАСС ДАВЛЕНИЯ Р250 Р320 Р400 Р600 Р800 Р1000
Рабочее давление Рраб, не более 24,5 МПа (250,0 кгс/см2) 31,4 МПа (320 кгс/см2) 39,2 МПа (400 кгс/см2) 58,9 МПа (600 кгс/см2) 78,5 МПа (800 кгс/см2) 98,1 МПа (1000 кгс/см2)
защита от коррозии
2) категория вставки (муфты) электроизолирующей по допустимым механическим нагрузкам
(по новым техническим требованиям А и В) должна соответствовать расчетным силовым нагрузкам в сечении трубопровода в месте планируемого ее размещения.
Подтверждение соответствия прочности вставки (муфты) электроизолирующей выполняется заводом-изготовителем по СТО Газпром 2-2.1-249-2008 («Магистральные газопроводы») и состоит в выполнении следующих проверок:
• кольцевых напряжений;
• продольных/эквивалентных напряжений.
Условие прочности для кольцевых напряжений выполняется, если кольцевые напряжения от расчетного давления вычисляются по формуле:
и удовлетворяют условию:
где стн - кольцевое напряжение от внутреннего давления, МПа; Ра - расчетное внутреннее давление, МПа;
D - наружный диаметр, мм; ^ - толщина стенки номинальная, мм; оу - нормативный предел текучести материала, МПа;
ои - нормативный предел прочности материала, МПа;
Fy - расчетный коэффициент по пределу текучести;
Fu - расчетный коэффициент по пределу прочности.
Для вставок (муфт) электроизолирующих расчетные коэффициенты необходимо выбирать в соответствии с таблицей 9 СТО Газпром 2-2.1-249-2008 для категории участка трубопровода «В», а именно: Ру=0,50; Р„=0,43.
Проверку условий прочности для продольных/эквивалентных напряжений следует выполнять по формулам: ст^ау, если 0^0; Оес^Оу, если а^0, где ^ - продольное напряжение, МПа; оеч - эквивалентное напряжение по теории Мизеса, МПа;
ау - нормативный предел текучести материала, МПа;
Рес - расчетный коэффициент для продольных и эквивалентных напряжений.
Для вставок (муфт) электроизолирующих расчетный коэффициент Рес необходимо выбирать в соответствии с таблицей 12 СТО Газпром 2-2.1-249-2008 для категории участка трубопровода «В», а именно:
Рес=0,90 - для стадии «эксплуатация»; Feq=0,96 - для стадии «строительство»; Feq=1,00 - для стадии «гидростатические испытания».
Эквивалентное напряжение, соответствующее теории Мизеса, вычисляется по формуле:
Оес^/К'-аА+^+Зт2),
где аи - кольцевое напряжение, МПа;
- продольное напряжение, МПа; т - касательное напряжение, МПа.
для категории а
(для повышенных нагрузок)
Вставка (муфта) электроизолирующая должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать гидравлические испытания
• при совместном действии внутреннего давления, равного рабочему Рра6, и изгибающего момента, при котором суммарные продольные напряжения в патрубках электроизолирующей вставки будут составлять не менее 75% от предела текучести материала патрубка. Определение величины изгибающего момента выполнять по формуле:
М-=(0,75.от-ор).ШИзГ ; °р=ф2вн.Рраб)/ф2н^2вн);
ШизГ=1.ф4н^4вн)/(32^н);
где Мизг - величина изгибающего момента при испытании, Н.м; от - нормативный предел текучести материала основного трубопровода, Па; ор - продольные напряжения в основном трубопроводе вследствие действия внутреннего рабочего давления, Па; Wизr - момент сопротивления изгибу сечения трубопровода, м3; Рраб - рабочее давление трубопровода, Па;
- наружный диаметр трубопровода, м;
Эвн - внутренний диаметр трубопровода, м.
• при совместном действии внутреннего давления, равного рабочему Рраб, и крутящего момента, приводящего к
возникновению в патрубках электроизолирующей вставки напряжений, составляющих не менее 5% от предела текучести материала патрубка. Определение величины крутящего момента выполнять по формуле:
Мкр=0,05.ат^кр; Wкp=2.Wизr ;
где Мкр - величина крутящего момента при испытании, Н.м; от - нормативный предел текучести материала основного трубопровода, Па; Wкp - момент сопротивления кручению сечения трубопровода, м3 ; Wизr - момент сопротивления изгибу сечения трубопровода, м3 (см. формулу 3).
для категории б (на рабочее давление до 9,8 МпА)
Вставка (муфта) электроизолирующая должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать гидравлические испытания
• при совместном действии внутреннего давления, равного рабочему Рраб, и изгибающего момента, согласно таблицы 2;
• при совместном действии внутреннего давления, равного рабочему Рраб, и крутящего момента, согласно таблицы 2. Ниже приведена сравнительная таблица изгибающих и крутящих моментов при испытаниях вставки (муфты) электроизолирующей вышеуказанных категорий.
Ду - условный диаметр трубопровода;
Рраб - рабочее давление трубопровода;
Мизгэкспл - допустимая величина изгибающего момента при монтаже и эксплуатации вставки (муфты) электроизолирующей;
Мкрэкспл - допустимая величина крутящего момента при монтаже и эксплуатации вставки (муфты) электроизолирующей;
t - толщина стенки примыкающего трубопровода.
Анализ сравнительной таблицы показывает, что вставки (муфты) электроизолирующие категории А предназначены для эксплуатации в условиях повышенных механических нагрузок на изгиб и кручение. Превышение из-
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 6 \\ июнь \ 2010 Таблица 2
Ду, мм Рраб, МПа Категория Б Категория А
Мизг = 2,0Мизгэкспл, кН.м Мкр = 2,0Мкрэкспл, кН.м Мизг, кН.м Мкр, кН.м мм Марка стали примыкающего трубопровода
350 9,8 38,0 16,0 156,8 32,2 12,0 09Г2С
400 9,8 56,0 22,0 186,7 41,6 12,0 09Г2С
500 9,8 86,0 40,0 674,2 123,8 13,0 К60
700 9,8 210,0 76,0 1478,9 280,9 16,0 К60
800 9,8 310,0 110,0 1812,0 367,3 16,0 К60
1000 9,8 600,0 160,0 3773,8 743,6 21,0 К60
1200 9,8 1004,0 220,0 6040,5 1219,2 24,0 К60
1400 9,8 1552,0 290,0 8438,2 1368,4 25,8 К60
гибающих моментов при испытаниях вставок категории «А» над вставками категории «Б» составляет от 4 до 6 раз, а крутящих моментов от 2 до 4 раз (см. рис. 3 и рис. 4).
3) КЛИМАТИЧЕСКОЕ ИСПОЛНЕНИЕ
должно выбираться в зависимости от климатической зоны, в которой находится участок трубопровода. Климатическая зона выбирается в соответствии с ГОСТ 15150-69 (см. рис. 5). При этом необходимо учитывать, что вставки (муфты) электроизолирующие выпускаются климатического исполнения У1 (температура эксплуатации от минус 400С до плюс 600С) и ХЛ1 (температура эксплуатации от минус 600С до плюс 600С).
4) МАТЕРИАЛ ПАТРУБКОВ
Для оценки правильности выбора материала патрубков вставки (муфты) электроизолирующей необходимо учитывать.
• свариваемость материала патрубка с материалом основного трубопровода (см. табл. 3), при этом эквивалент углерода металла определяется по формулам:
Мп Сг+Мо+У Си+Ж ; СЕии=С+^ + ^ + ;
_ 51 Сг+Мп+Си № Мо V „ СЕРст=С+™+-„„—+,„+„,-+.,л+5В ;
30
20
60 15 10
Эквивалент углерода СЕРст определяется при содержании углерода в основном металле не более 0,12%; • соответствие прочности материала патрубка прочности материала основного трубопровода. В тех случаях, когда основной металл трубопровода и патрубка вставки (муфты) электроизолирующей имеет разные значения временного сопротивления, то для обеспечения равнопрочности монтажных соединений необходимо соблюдать условие:
где С, Мп, Сг, Мо, V, Си, N1, Si, В - массовые доли, %, углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, меди, никеля, кремния, бора в основном металле.
^вэи^ и вэи
где ^эи, ^ - толщина стенки вставки (муфты) электроизолирующей и тол-
Рис.3 Диаграмма «изгибающий момент - условный диаметр Рис.4 Диаграмма «крутящий момент - условный диаметр трубопровода» трубопровода»
защита от коррозии
Рис. 5 Схема размещения зоны холодного климата на территории Российской Федерации
Таблица 3
Класс прочности труб СЕ1Ш, не более СЕРст, не более
К65 0,45 0,23
К60 0,45 0,23
К56 0,43 0,23
К54 0,43 0,21
К52 0,43 0,21
К50 0,41 0,21
К48 0,41 0,21
К42 0,41 0,21
щина стенки трубопровода соответственно, мм;
° и вэи , °и - нормативный предел прочности (временное сопротивление) вставки (муфты) электроизолирующей и трубопровода соответственно, МПа;
• соответствие значений ударной вязкости материала патрубка значениям,указанным в нормативной документации ОАО «Газпром» при температуре минус 400С для климатической зоны У1 и минус 600С для климатической зоны ХЛ1;
Рис. 6 Схема подсоединения контрольно-измерительного пункта к вставке (муфте) электроизолирующей
• способности материала к эксплуатации в течение всего расчетного срока в контакте с транспортируемым продуктом.
5) НАРУЖНЫЙ ДИАМЕТР И ТОЛЩИНА ПАТРУБКОВ
вставки (муфты) электроизолирующей должны соответствовать трубопроводу, если иное не требуется, исходя из условий обеспечения прочности.
6) СОСТАВ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ СРЕДЫ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ
• для оценки соответствия выбора материалов вставки (муфты) электроизолирующей, находящихся в непосредственном контакте с ней в процессе эксплуатации;
• для оценки необходимости применения внутренних электроизоляционных покрытий в случае транспортирования электропроводящего продукта.
7) ИСКРОРАЗРЯДНИК
Искроразрядник применяется для исключения возможности повреждения электроизолирующих соединений от грозовых разрядов. Искроразрядник должен иметь следующие технические характеристики:
• уровень напряжения защиты при импульсе 1,2/50: ир(1,2/50) « 2500 В;
• номинальный разрядный ток с формой волны 8/20: 1п(8/20)»75 кА;
• импульсный ток с формой волны 10/350: 11"тр(10/350)>50 кА;
• заряд: Qs25 А.с.
Искроразрядник должен иметь сертификат соответствия ГОСТ Р 51992-2002 и быть изготовленным во взрывозащи-щенном исполнении.
8)КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ
Контрольно-измерительные пункты применяются для обеспечения возможности контроля эффективности и регулирования электроизолирующих характеристик соединений. Контрольно-измерительный пункт должен быть оснащен блоком совместной защиты с регулировочным реостатом.
На рисунке 6 приведена схема подсоединения контрольно-измерительного пункта к вставке (муфте) электроизолирующей.
