Научная статья на тему 'Работоспособность электроизолирующих вставок с композитной муфтой'

Работоспособность электроизолирующих вставок с композитной муфтой Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
183
64
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАТОДНАЯ ЗАЩИТА / ВСТАВКА ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩАЯ / НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ / ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ / МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ / CATHODIC PROTECTION / ELECTRICAL INSULATING JOINT / STRESS-STRAIN STATE / LIMITING STATE / MECHANICAL TESTS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Шабанов В.А., Ляпичев Д.М., Каменский С.В., Караваев М.Р., Токарев А.Н.

Статья посвящена проблеме обеспечения прочности соединительных деталей трубопроводов, предназначенных для электрического разделения участков газопроводов - электроизолирующих вставок. Предложен системный подход к оценке их эксплуатационных характеристик на примере электроизолирующих вставок с композитной муфтой. Показано, что для оценки прочности и надежности электроизолирующих вставок необходимо проведение теоретической оценки их напряженно-деформированного состояния, лабораторных исследований механических характеристик материалов, в том числе с моделированием их старения в процессе эксплуатации, а также стендовых испытаний серийных изделий (как новых, так и после длительной эксплуатации). Приводятся результаты лабораторных и стендовых испытаний электроизолирующих вставок с композитной муфтой, свидетельствующие об обеспечении действующих нормативных требований со значительными запасами. В статье приведены результаты проверки прочности электроизолирующих вставок пробным внутренним давлением, испытаний на совместное действие внутреннего давления и крутящего момента, внутреннего давления и изгибающего момента, результаты испытаний при циклическом нагружении внутренним давлением. Подтверждено полное соответствие испытанных изделий действующим стандартам. В частности, показано, что электроизолирующие вставки с композитной муфтой, находившиеся в эксплуатации в составе надземной обвязки газораспределительных станций более семи лет, подвергавшиеся воздействию переменного во времени внутреннего давления и солнечной радиации, негативно влияющей на свойства композитов, имеют эксплуатационные характеристики, соответствующие требованиям ПАО «Газпром». Сформулированы недостатки действующей нормативной базы в отношении электроизолирующих вставок и обоснована необходимость ее совершенствования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Шабанов В.А., Ляпичев Д.М., Каменский С.В., Караваев М.Р., Токарев А.Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPERATIONAL CAPABILITY OF ELECTRICAL INSULATING JOINTS WITH COMPOSITE WRAPS

The article highlights the problem of providing necessary durability of electrical insulating joints. These pipeline joint components are designed for electrical separation of pipeline sections. A systemic approach is proposed for their performance assessment, exampled by joints with composite wrap. It is shown that to assess the durability and reliability of complex electrical insulation joints, it is essential to calculate their stress-strain state and strength, measure the mechanical data of the materials and to model its aging during the operation. Bench tests of commercial products (new and after long operation) provide valuable insight. The article provides results of laboratory and bench tests for electrical insulating joints with composite wraps: internal pressure test; joint action tests for internal pressure and torque, internal pressure and bending moment; internal pressure cyclic loading. The article confirms the full compliance of the tested items to current standards. It is particularly shown that the operational performance of electrical insulating joints with composite wraps, which have been operated over 7 years within surface connections of gas distributing stations and exposed to time variable internal pressure and solar radiation that have a negative impact on composite properties, meet the requirements of Gazprom PJSC. The article also sets out the shortcomings of the current regulatory framework related to electrical insulating joints and substantiates the need for its improvement.

Текст научной работы на тему «Работоспособность электроизолирующих вставок с композитной муфтой»

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩИХ ВСТАВОК С КОМПОЗИТНОЙ МУФТОЙ

УДК 622.691.4.07

B.А. Шабанов, АО «Газпром оргэнергогаз» (Москва, РФ),

oeg@oeg.gazprom.ru

Д.М. Ляпичев, к.т.н., АО «Газпром оргэнергогаз», oeg@oeg.gazprom.ru

C.В. Каменский, АО «Газпром оргэнергогаз», oeg@oeg.gazprom.ru М.Р. Караваев, ЗАО «Газкомпозит» (Пермь, РФ), mail@gazkompozit.ru А.Н. Токарев, ЗАО «Газкомпозит», mail@gazkompozit.ru

Статья посвящена проблеме обеспечения прочности соединительных деталей трубопроводов, предназначенных для электрического разделения участков газопроводов - электроизолирующих вставок.

Предложен системный подход к оценке их эксплуатационных характеристик на примере электроизолирующих вставок с композитной муфтой. Показано, что для оценки прочности и надежности электроизолирующих вставок необходимо проведение теоретической оценки их напряженно-деформированного состояния, лабораторных исследований механических характеристик материалов, в том числе с моделированием их старения в процессе эксплуатации, а также стендовых испытаний серийных изделий (как новых, так и после длительной эксплуатации).

Приводятся результаты лабораторных и стендовых испытаний электроизолирующих вставок с композитной муфтой, свидетельствующие об обеспечении действующих нормативных требований со значительными запасами.

В статье приведены результаты проверки прочности электроизолирующих вставок пробным внутренним давлением, испытаний на совместное действие внутреннего давления и крутящего момента, внутреннего давления и изгибающего момента, результаты испытаний при циклическом нагружении внутренним давлением. Подтверждено полное соответствие испытанных изделий действующим стандартам. В частности, показано, что электроизолирующие вставки с композитной муфтой, находившиеся в эксплуатации в составе надземной обвязки газораспределительных станций более семи лет, подвергавшиеся воздействию переменного во времени внутреннего давления и солнечной радиации, негативно влияющей на свойства композитов, имеют эксплуатационные характеристики, соответствующие требованиям ПАО «Газпром». Сформулированы недостатки действующей нормативной базы в отношении электроизолирующих вставок и обоснована необходимость ее совершенствования.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: КАТОДНАЯ ЗАЩИТА, ВСТАВКА ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩАЯ, НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ.

Для электрохимической (катодной) защиты от коррозии необходимо обеспечить электрическую изоляцию фрагментов трубопроводов. Соответствующие элементы целесообразно устанавливать на границах участков электрохимической защиты, на стыке трубопроводов с различными свойствами пассивной защиты, на границах участков, пролегаю-

щих в грунтах с разным удельным сопротивлением, и для отделения снабженных системой электрохимической защиты объектов от прочих.

В целях электрического разделения участков трубопроводов чаще всего применяют следующие соединительные детали:

- вставки электроизолирующие с композитной муфтой;

- изолирующие муфты с резьбовым соединением;

- изолирующие муфты из полиамида;

- изолирующие фланцевые соединения;

- изолирующие монолитные муфты.

Каждое из перечисленных соединений обладает своими достоинствами и недостатками. Кроме

газовая промышленность строительство и эксплуатация нефтегазопроводов

№ 9 | 790 | 2019 г.

V.A. Shabanov, Gazprom orgenergogaz JSC (Moscow, the Russian Federation), oeg@oeg.gazprom.ru

D.M. Lyapichev, PhD in engineering, Gazprom orgenergogaz JSC, oeg@oeg.gazprom.ru

S.V. Kamenskiy, Gazprom orgenergogaz JSC, oeg@oeg.gazprom.ru

M.R. Karavayev, Gazkompozit CJSC (Perm, the Russian Federation), mail@gazkompozit.ru

A.N. Tokarev, Gazkompozit CJSC, mail@gazkompozit.ru

Operational capability of electrical insulating joints with composite wraps

The article highlights the problem of providing necessary durability of electrical insulating joints. These pipeline joint components are designed for electrical separation of pipeline sections.

A systemic approach is proposed for their performance assessment, exampled by joints with composite wrap. It is shown that to assess the durability and reliability of complex electrical insulation joints, it is essential to calculate their stress-strain state and strength, measure the mechanical data of the materials and to model its aging during the operation. Bench tests of commercial products (new and after long operation) provide valuable insight.

The article provides results of laboratory and bench tests for electrical insulating joints with composite wraps: internal pressure test; joint action tests for internal pressure and torque, internal pressure and bending moment; internal pressure cyclic loading. The article confirms the full compliance of the tested items to current standards. It is particularly shown that the operational performance of electrical insulating joints with composite wraps, which have been operated over 7 years within surface connections of gas distributing stations and exposed to time variable internal pressure and solar radiation that have a negative impact on composite properties, meet the requirements of Gazprom PJSC.

The article also sets out the shortcomings of the current regulatory framework related to electrical insulating joints and substantiates the need for its improvement.

KEYWORDS: CATHODIC PROTECTION, ELECTRICAL INSULATING JOINT, STRESS-STRAIN STATE, LIMITING STATE, MECHANICAL TESTS.

Рис. 1. Внешний вид ВЭИ

Fig. 1. Appearance of EIJs (electrical

insulation joints with composite wraps)

того, существует несколько вариантов конструкций этих деталей, реализованных разными производителями.

Многообразие использующихся электроизолирующих соединений обуславливает необходимость оценки их фактических характеристик, позволяющей сделать обоснованные выводы о возможности их применения на опасных производственных объектах, к которым относятся магистральные газопроводы.

В рамках настоящей работы рассмотрены вопросы прочности и надежности одного из видов электроизолирующих соединений -вставки электроизолирующей

ш

1 - патрубки

connections

2 - стеклопластиковая муфта

glass reinforced plastic wrap

3 - манжета

cup

i - кольцо изолирующее I ring

Рис. 2. Конструктивная схема ВЭИ для труб с диаметром 0,025-1,400 м Fig. 2. EIJ structural scheme for pipes 0,025-1,400 m in diameter

с композитной муфтой (ВЭИ) (рис. 1). На этом примере показана реализация предлагаемого системного подхода к оценке характеристик электроизолирующих соединений.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Рассмотрим конструктивную схему выбранных для исследования ВЭИ (рис. 2).

В качестве материала муфты используется стеклопластик - композит на основе высокомодульного армирующего наполнителя и эпоксидного связующего как силового элемента. Стеклопластик связывает патрубки и одновременно с этим выступает в качестве электроизолятора. Предел его прочности при растяжении

Рис. 3. Стендовые испытания ВЭИ на совместное действие внутреннего давления и изгибающего момента

Fig. 3. EIJ joint action bench test for internal pressure and bending moment

составляет не менее 100-130 МПа, этот материал обладает высокими электроизолирующими характеристиками и химической стойкостью. Специальная манжета в составе ВЭИ выполняется из устойчивых к воздействию природного газа, нефти, нефтепродуктов, метанолов, технической воды и других видов транспортируемых сред эластомеров, что обеспечивает герметичность конструкции вставки.

Технология изготовления ВЭИ позволяет сформировать неразъемную конструкцию. Используемые станки реализуют метод «мокрой намотки», технологический процесс происходит в определенном температурном диапазоне при стабильных параметрах (натяжении ленты, скорости пропитки ленты и др.), благодаря чему ВЭИ приобретают необходимые эксплуатационные характеристики.

Намотка представляет собой чередование слоев силовой оболочки. Для того чтобы эксплуатационная нагрузка передавалась с патрубков на силовую оболочку муфты, последовательно наносятся двойные спиральные слои под фиксированным углом. Это необходимо ввиду отсутствия адгезии материала оболочки к материалу патрубков. Кроме того, применение такого

типа слоев позволяет распределить осевую растягивающую нагрузку между патрубками.

Изолирующее кольцо устанавливается для предотвращения повреждения и разрушения специальной манжеты во время пусконала-дочных и диагностических работ, а именно - при прохождении в трубопроводе с ВЭИ очистных и внутри-трубных снарядов для технического диагностирования. Изолирующее кольцо совместно с торцами патрубков и стеклопластиковой муфтой создают закрытый объем для размещения манжеты, что исключает возможность проявления кессонного эффекта в материале манжеты при снижении давления в транспортируемой газовой среде. Такая система уплотнения позволяет исключить проявление взрывной декомпрессии в манжете. Изолирующее кольцо выполняется из материала, имеющего высокую стойкость к воздействию на него механических нагрузок и агрессивной среды.

Впервые ВЭИ такой конструкции были изготовлены ДОАО «Оргэнергогаз» (в настоящее время - АО «Газпром оргэнергогаз») еще в конце прошлого века [1].

На ранних этапах внедрения при производстве ВЭИ диаметром

0,3м и более использовали продольно-поперечную схему намотки с ручной выкладкой продольных слоев. В результате невозможно было достичь необходимого уровня прочности при совместном воздействии внутреннего давления и изгибающих нагрузок, и фиксировались случаи выхода из строя отдельных экземпляров изделий. Кроме того, в конструкции первых ВЭИ отсутствовало изолирующее кольцо, что приводило к возникновению дефектов в манжете при сбросе давления газовой среды.

Для устранения выявленных недостатков, одновременно с внедрением системы менеджмента качества, производитель изменил конструкцию ВЭИ,скорректировал технологию намотки стеклопластиковой муфты и перевел производство на отдельную площадку. После указанных мероприятий для проверки соответствия фактических характеристик ВЭИ, выпускаемых по новой технологии, был выполнен комплекс исследований:

- теоретическая оценка напряженно-деформированного состояния и прочности ВЭИ [2];

- лабораторные исследования механических характеристик материалов ВЭИ, в том числе с моделированием старения в процессе эксплуатации;

- стендовые испытания серийных изделий (рис. 3).

В целях обеспечения заявленных характеристик ВЭИ в широком диапазоне климатических условий при лабораторных испытаниях отдельно определили температурную зависимость максимального изгибающего напряжения и условного модуля при изгибе стеклопластика. На основании результатов ускоренных климатических испытаний применяемого стеклопластика при температурах до 105 °С было показано, что минимальный срок службы материала при критическом снижении показателей на 10 % составит 24 года.

Были выполнены следующие стендовые испытания:

- проверка прочности пробным гидравлическим давлением (Рпроб);

- испытания на совместное действие внутреннего давления (Р ) и крутящего момента (М );

4 внутр' 1 4 кр"

- испытания на совместное действие Р и изгибающего

" внутр 1

момента (М );

испытание на прочность P

внутр

(гидравлические);

- испытания на герметичность P (пневматические).

внутр 4 '

Все исследованные ВЭИ выдержали воздействующие на них нагрузки без падений давления, без образования остаточных деформаций после нагружения и без признаков разрушения. Следов нарушения сплошности стеклопластиковой муфты также обнаружено не было.

Выполнены лабораторные исследования по оценке изменения свойств используемых композитных материалов при их искусственном

старении, однако исследований по оценке фактических прочностных характеристик ВЭИ, находившихся длительное время в эксплуатации, не проводили ввиду отсутствия опыта их эксплуатации. В настоящее время это стало возможным, и соответствующие испытания проведены под руководством ПАО «Газпром» с участием представителей ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и эксплуатирующих организаций.

Ф

ГАЗКОМПОЗИТ

С 1997 года ЗАО «ГАЗКОМПОЗИТ» проектирует, производит и поставляет электроизолирующие вставки для магистральных трубопроводов, транспортирующих природный газ, товарную нефть, нефтепродукты, а также промысловых, технологических и иных трубопроводов, транспортирующих сжиженные газы, ШФЛУ, воду и другие продукты, не оказывающие коррозионного действия на металл трубы для всего тип о раз мерно го ряда (диаметр от 10 до 1400 мм, рабочее давление от 1,6 до 32 МПа). Общее количество вставок, поставленных на объекты трубопроводного транспорта предприятиями АО «Газпром оргэнергогаз» и ЗАО «ГАЗКОМПОЗИТ», составляет более 9000 изделий, в том числе на объекты газотранспортной системы ПАО «Газпром», гаэонефтетранспортные системы Казахстана, Туркменистана, Узбекистана, Киргизии, Армении, Грузии, Латвии, Украины.

www.gazkompozit.ru

ЗАО «ГАЗКОМПОЗИТ»

614014, РФ, Г, Пермь, ул. Новозвягинская, д. 59

Наши

преимущества:

сжатые сроки изготовления продукции;

кастам изация предложений под требования заказчика

Тел.: +7 (342) 263-17-30 E-mail: mait@gazkompozit.ru

к

Таблица 2. Результаты первого этапа стендовых испытаний

Table 2. First staqe results of bench tests (P, , - test pressure; P - internal pressure M, - torque; M. . - bendinq moment;

^ v test ~ ' in ~ torq ^ ' bend 3 1

n - number of loading cycles)

№ Контролируемый параметр Результаты испытаний Test results Тре6ования [3]

No. Controlled variable ВЭИ № 1 ЕЫ Иэ. 1 ВЭИ № 2 ЕЫ №. 2 ВЭИ № 3 ЕЫ 3 ВЭИ № 4 ЕЫ 4 Requirements [3]

1 Ток утечки при испытании на электрическую прочность переменным током (3500 В, 50 Гц), мА Leakage current in AC voltage-withstand test (3500 V, 50 Hz), mA 0,37 0,34 0,37 0,4 < 25,0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 Электрическое сопротивление постоянному току (500 В), МОм DC resistance (500 V), MQ 891 > 2000 903 > 2000 > 0,1

3 Течь и остаточные деформации при гидравлическом испытании с выдержкой 60 мин; Рпро6 = 1,5Рра6 Leakage and residual deformations in hydraulic test with 60 min exposure; Pt t = 1,5P k test ' work отсутствуют ПС отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют no

4 Пузырьки воздуха на поверхности изделия при испытании на герметичность «пузырьковым методом»; Рпро6 = 0,6 МПа Air bubbles on the surface in bubble air leakage test; Ptest = 0,6 MPa отсутствуют па отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют no

5 Течь и остаточные деформации при циклических испытаниях при P от 1,0 МПа до 0,85-P^^, n = 40 и последующей выдержки при P = 0,85 P , в течение 30 мин ~ внутр ' проб Leakage and residual deformations in cyclic tests at P from 1.0 MPa to 0,85-P, „ n = 40, and further 30 min test exposure at Pin = 0,85Ptest отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют no

6 Течь и остаточные деформации при совместном воздействии Рра6 = 9,8 МПа и Мизг и последующей выдержки при Рра6 в течение 60 мин (рис. 4) Leakage and residual deformations in joint action test of P . = 9,8 MPa work ' and Mbend, and further 60 min exposure at PwoJfig. 4) отсутствуют, М = изг 7,8 кНм пo, М. . = ' Ьепв 7,8 к1\1^ отсутствуют, М = изг 7,8 кНм пo, М. . = ' Ьепв 7,8 к1\1^ отсутствуют, М = изг 22,4 кНм пo, М. . = Ьепв 22,4 кИ^ отсутствуют, М = изг 52,2 кНм пo, М. . = Ьепв 52,2 к1\1^ отсутствуют no

7 Течь и остаточные деформации при совместном воздействии Рра6 = 9,8 МПа и Мкр и последующей выдержки при Рра6 в течение 60 мин (рис. 4) Leakage and residual deformations in joint action test of P . = 9,8 MPa and M , work ' torq' and further 60 min exposure at Pwokk (fig. 4) отсутствуют, М = кр 1,28 кНм пo, М = 1,28 кИ-ет отсутствуют, М = кр 1,28 кНм пo, М = 1,28 кИ-ет отсутствуют, М = кр 3,76 кНм пo, М = 3,76 кИ^ отсутствуют, Мкр = 9,03 кНм пo, М = ' torq 9,03 кИ^ отсутствуют no

8 Ток утечки при испытании на электрическую прочность переменным током (3500 В, частотой 50Гц), мА Leakage current in AC voltage-withstand test (3500 V, frequency 50 Hz), mA 0,4 0,5 0,4 0,43 < 25,0

9 Электрическое сопротивление постоянному току (500 В), МОм DC resistance (500 V), MQ 291 73 > 2000 > 2000 > 0,1

10 Дефекты при неразрушающем контроле Defects revealed in NDT отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют пo отсутствуют no

Таблица 3. Результаты второго этапа стендовых испытаний Table 3. Second stage results of bench tests

Таблица 1. Объекты исследований

Table 1. Research subjects (Pwork - working pressure)

Обозначение Symbol Условный диаметр, м DN, m Толщина стенки патрубка, м Connection wall thickness, m P б , МПа раб.тах' P k , MPa work.max'

ВЭИ № 1 EIJ No. 1 0,100 0,006

ВЭИ № 2 EIJ No. 2 0,100 0,006 9,8

ВЭИ № 3 EIJ No. 3 0,150 0,008

ВЭИ № 4 EIJ No. 4 0,200 0,010

№ Контролируемый параметр Результаты испытаний Test results Требования [3]

No. Controlled variable ВЭИ № 1 EIJ No. 1 ВЭИ № 2 EIJ No. 2 ВЭИ № 3 EIJ No. 3 ВЭИ № 4 EIJ No. 4 Requirements [3]

2.1 Течь и остаточные деформации при циклическом нагружении при P от 1,0 МПа до P с, n = 2310 ~ внутр ' " раб' Leakage and residual deformations in cyclic tests at Pin from 1,0 MPa to 0,85-P k, n = 2310 ' work' отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no

2.2 Целостность при гидравлическом испытании при P , = 2,2P , ~ проб ' раб с последующей выдержкой при Pраб в течение 30 мин Integrity in hydraulic test at P, , = 2,2P . with further 30 min test ' work exposure at P , ~ work сохранена maintain сохранена maintain сохранена maintain сохранена maintain отсутствие разрушения в течение 1 мин no destruction for 1 min

2.3 Пузырьки воздуха на поверхности изделия при испытании на герметичность «пузырьковым методом»; P^ = 0,6 МПа Air bubbles on the surface in bubble air leakage test; Ptest = 0,6 MPa отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no

2.4 Электрическое сопротивление постоянному току (500 В), МОм DC resistance (500 V), MQ 830 846 669 745 > 0,1

2.5 Ток утечки при испытании на электрическую прочность переменным током (3500 В, 50Гц), мА Leakage current in AC voltage-withstand test (3500 V, 50 Hz), mA 0,78 0,78 0,99 0,84 < 25,0

2.6 Дефекты при неразрушающем контроле Defects revealed in NDT отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no отсутствуют no

В качестве объекта исследований использовали четыре ВЭИ, находившиеся в эксплуатации в составе надземной обвязки автоматизированной газораспределительной станции «Сергиевские Минеральные Воды» и газовой распределительной

станции «ГРС-125» Сергиевского линейно-производственного управления магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Самара» с сентября 2010 г. по июль 2018 г. (табл. 1). Выбор обусловлен тем, что среди всех ВЭИ данной серии

отобранные образцы эксплуатировались в наиболее сложных условиях - были подвержены воздействию переменного во времени внутреннего давления и солнечной радиации, негативно влияющей на свойства композитов.

Контрольный манометр Test gauge

ВЭИ в сборе с трубами, крышками, заполненными водой EIJ assembled with pipes and caps filled with water

Подключение к гидронасосу

Hydraulic pump connection

Силоизмеритель

Dynamometer

Домкрат

Jack

Рис. 4. Схема испытаний ВЭИ на совместное действие гидравлического давления, изгибающего и крутящего моментов

Fig. 4. EIJ joint action test scheme for hydraulic pressure, bending moment, and torque

Рис. 5. Вид наи6олее нагруженной части ВЭИ № 2, сохранившей несущую спосо6ность при удалении 22 слоев композитной силовой о6олочки при P е = 2,2P е

про6 ра6

Fig. 5. Appearance of the most loaded part of EIJ No. 2 that maintained resistance with 22 power winding layers removed at P „ = 2,2P ,

test work

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ

Испытания проводили в три этапа:

- оценка соответствия основных технических характеристик требованиям [3], действовавшим на момент производства тестируемых изделий;

- оценка соответствия основных технических характеристик требованиям [4], действующим в настоящее время;

- оценка фактической несущей способности ВЭИ.

Результаты первых двух этапов (табл. 2, 3) иллюстрируют, что спустя 8 лет эксплуатации ВЭИ рассматриваемой конструкции не только отвечают требованиям нормативных документов, но и имеют значительный запас прочности, обеспечивая на порядок лучшие установленных стандартом фактические электроизолирующие характеристики.

Отдельно необходимо рассмотреть результаты третьего этапа испытаний, в рамках которого ВЭИ № 1 и ВЭИ № 4, прошедшие первые два этапа, были подвергнуты циклическому нагружению до разрушения, а с ВЭИ № 2 были последовательно удалены 22 слоя силовой оболочки в наиболее нагруженной зоне (рис. 5). При этом осуществлялось нагружение Р

1 1 гвнутр

до разрушения (с промежуточным нагружением после удаления слоев).

В целях сокращения времени испытаний и для оценки несущей способности ВЭИ в условиях воздействия повышенного, циклически изменяющегося давления нагружение ВЭИ № 1 и ВЭИ № 4 проводили ступенчато с последовательным повышением максимального давления цикла каждые 105 нагружений.

В результате испытаний ВЭИ № 2 с удаленными 22 слоями силовой оболочки потеряла целостность при внутреннем давлении 23,87 МПа, превышающем рабочее давление (Р а6) в 2,43 раза. ВЭИ № 1 и ВЭИ № 4 выдержали 4237 и 4345 циклов нагружения (п) (рис. 6).

НИАТЕС

РШАМАТ рпте ее

Универсальный сварочный аппарат с функцией протоколирования

Высочайшая производительность благодаря инновационному тороидальному трансформатору с активным охлаждением.

Невероятно яркий ТЯТ-экран с высоким разрешением диагональю 4.3".

Хранение в памяти до 20 ООО протоколов сварки.

Встроенный В1ие<1оо№-интерфейс.

Функция предварительной проверки РЗДАМАТ ргеСНЕСК. л

О

30

•2 ¡£

Ш О 25

1 &

=Г oj m 20

¥ => = — — ВЭИ № 1

1 ш 15 EIJ No. 1

щ I ю L- — ВЭИ № 4

о сл р п EIJ No. 4

i i и Е 5

Щ i

s: s:

0 -

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

п

Рис. 6. Программа циклического нагружения ВЭИ Fig. 6. EIJ cyclic loading programme

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Для проверки работоспособности рассматриваемых электроизолирующих вставок выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, в том числе - оценка изменения характеристик изделия в процессе длительной эксплуатации. Очевидно, что такая схема определения фактических характеристик и других видов соединительных деталей трубопроводов перед их допуском к эксплуатации позволит снизить уровень риска аварийных отказов.

Вместе с тем необходимо отметить, что действующие нормативные документы ПАО «Газпром» применительно к электроизолирующим вставкам требуют корректировки и пересмотра.

Например, количество циклов нагружения при проведении испытаний, указанное во Временных технических требованиях [4], не соответствует результатам мониторинга изменения давления при эксплуатации площадных объектов [5-7].

Действующие требования к характеристикам статической прочности электроизолирующих соединений не направлены на обеспечение

принципа равнопрочности всех элементов газопровода.

Известно, что в процессе эксплуатации газопроводов могут возникать нагрузки, которые приводят к переходу металла труб и соединительных деталей трубопроводов в пластическую область диаграммы деформирования, где уровень действующих напряжений выше предела текучести. Действующие стандарты не содержат требований к обеспечению прочности ВЭИ при таких нагрузках. Это может

привести к применению на потенциально опасных участках газопроводов соединений,которые разрушатся при возникновении повышенных нагрузок.

В связи с вышесказанным пересмотр категорий прочности электроизолирующих соединений, а также выделение в отдельную категорию вставок, обеспечивающих прочность при напряжениях до предела прочности основного металла труб газопроводов, представляется целесообразным. ■

ЛИТЕРАТУРА

1. Усошин В.А., Семенюга В.В., Фомин Б.Я. и др. Композитные электроизолирующие вставки для трубопроводов // Газовая промышленность. 1998. № 11. С. 30-31.

2. Сарбаев Б.С., Семенюга В.В., Усошин В.А., Фомин Б.Я. Расчет напряжений и деформаций в композитной электроизолирующей вставке для трубопроводов // Конструкции из композитных материалов. 2005. № 1, С. 3-16.

3. Временные технические требования к вставкам (муфтам) электроизолирующим. ОАО ГАЗПРОМ, 2006 [Электронный ресурс]. Режим доступа: ограниченный.

4. Временные технические требования к вставкам (муфтам) электроизолирующим. Департамент по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром», 2010 [Электронный ресурс]. Режим доступа: ограниченный.

5. Ляпичев Д.М. Оценка влияния напряженного состояния подземных газопроводов на их стойкость к коррозионному растрескиванию: дис. ... к.т.н. Москва, 2015. 146 с.

6. Ляпичев Д.М., Адмакин М.М., Романов С.В. и др. Анализ результатов опытно-промышленной эксплуатации системы мониторинга технического состояния зданий, сооружений технологического оборудования и трубопроводов компрессорной станции // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, 2019, № 2 (110), С. 54-58.

7. Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. Новосибирск: Наука, 2005. 516 с.

REFERENCES

(1) Usoshin VA, Semenyuga VV, Fomin BYa, et al. Composite electrical insulating joints for pipelines. Gas Industry = Gazovaya promyshlennost'. 1998; (11): 30-31. (In Russian)

(2) Sarbaev BS, Semenyuga VV, Usoshin VA, Fomin BYa. Stress and strain calculation of the composite insulating insertion for the pipeline. Composite materials constructions = Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov. 2005; (1): 3-16. (In Russian)

(3) OAO Gazprom. Interim technical requirements for electrical insulation joints (wraps). [Access restricted]. (In Russian)

(4) OAO Gazprom. Interim technical requirements for electrical insulation joints (wraps). Department of gas transportation, underground storage and use at OAO Gazprom. [Access restricted]. (In Russian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(5) Lyapichev DM. Assessing the impact of the underground gas pipelines' stress states on their corrosion cracking resistance. PhD thesis. National University of Oil and Gas «Gubkin University»; 2015. (In Russian)

(6) Lyapichev DM, Admakin MM, Romanov SV, et al. Analysis of pilot operation results for integrity monitoring system for buildings, constructions, technological equipment, and compressor station pipelines. Equipment and Technology for Oil and Gas Complex = Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2019; 110(2): 54-58. (In Russian)

(7) Makhutov NA, Permyakov VN. Safe Operation Life of Vessels and Pipelines. Novosibirsk: Nauka; 2005. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.