CC BY
13
УДК 621.643
РАНЖУВАННЯ ГРУНТ1В ЗА НЕБЕЗПЕКОЮ ВТРАТИ НЕСН01 ЗДАТНОСТ1 ТРУБОПРОВОДАМИ НА П1ЗН1Й СТАДН ЕКСПЛУАТАЦП
Л.Я. Побережний1, А.1. Станецький2
Процеси постачання природного газу супроводжуються значними його втратами. У зв'язку з цим комплексна проблема мшМзацп втрат 1 шдвищення ефективност вико-ристання енергоноспв е вельми актуальною 1 й' виршення дасть змогу зекономити значш кошти, як можна буде спрямувати на забезпечення безперебшност1 надшност постачання газу споживачу, шдтримку належного функщонування газотранспортно! системи загалом.
Вибрано характеристичш критери та запропоновано методику ранжування грун-тш за ршнем небезпеки втрати несно! здатност тривалоексплуатованими мапстральни-ми трубопроводами. Визначено найнебезпечшш1 середовища за кожною ¡з характерис-тичних ознак та за !х сумою: МС2 - серед хлоридних та МС 5 1 МС 6 - серед хлоридно-сульфатних. Надал1 потр1бно збшьшувати базу експериментальних даних 1з метою створення комплексно! системи корозшного мошторингу мапстральних трубопровод1в.
Ключовг слова: мапстральш трубопроводи, експлуатацшна деградащя, втрата несно! здатносп, ранжування потенцшних ризиюв.
Вступ. Процеси постачання природного газу супроводжуються значними його втратами (у 2001 р. - 1,93 млрд м3). У зв'язку з цим комплексна проблема мiнiмiзацii втрат i шдвищення ефективност використання енергоносiiв е вельми актуальною i И виршення дасть змогу зекономити значнi кошти, яю можна буде спрямувати на забезпечення безперебшносп i надiйностi постачання газу споживачу, шдтримку належного функцюнування газотранспортно!" системи загалом [1]. Вважають, що поведiнка сталi трубопроводу в грунтах ана-логiчна п поведiнцi в разi повного занурення у розчини з вiдповiдним рН. При цьому переважае електрохгшчний мехашзм корозп з утворенням мжрогальва-шчних елементiв.
Мета роботи. Дослiдження деформацшно!" поведiнки цiеi сталi в умовах навантажень та впливiв, якi гштують експлуатацiйнi, дасть змогу краще ощни-ти залишковий ресурс безпечно!" експлуатацп ддачих, та ресурс роботи нових трубопроводiв, коректнiше прогнозувати експлуатацiйнi ризики та ощнити рь вень потенцшних загроз довкiллю, спричинених експлуатацiею цих технiчних об'ектiв. Важливо вивчити кшетику деформацп у корозiйних середовищах, ос-кiльки ршень пошкоджень внаслiдок синерпчно!" дИ" механiчного та корозiйного чинниюв зростае нелiнiйно.
Матерiали i методи. Об'ектом дослщжень вибрано магiстральнi трубопроводи за сталi 17ГС та 19Г на шзнш стадп експлуатацп. Для дослщження ко-розiйних процесш пiд напруженням використано комп'ютеризовану установку КН-1 [2]. Випробовування зразкiв з матерiалу труб газопроводiв на повiтрi та в рiдких робочих середовищах проведено в режим статичного та повторно-статичного навантаження чистим згином з автоматичною реестрашею прогину зразка та змши електродного потенцiалу за допомогою ЕОМ, використовуючи 24-бiтне аналого-цифрове перетворення.
1 проф. Л.Я. Побережний, д-р техн. наук - 1вано-Франк1вський НТУ нафти 1 газу;
2 викл. А.1. Станецький - 1вано-Франк1вський НТУ нафти 1 газу
Для вивчення кшетики деформацii вибрано три рiвнi номiнальних нап-ружень вiдповiдно до величини границь текучостi матерiалу трубопроводу Оо,2: 1,05 Оо,2, 1,35 о0))2 та 1,65 Оо,2, якi вiдповiдають штатним, шдвищеним штатним та позаштатним режимам роботи трубопроводу ввдповвдно та становлять 330, 420 та 510 МРа. Для коректного выявления впливу корозшного середовища на деформацiйну поведiнку сталi трубопроводу повзучiсть вивчали спочатку на повiтрi (iмiтуючи роботу трубопроводу з непошкодженим iзоляцiйним покрит-тям), а потам у модельних середовищах. Час експозицп становив 300000 хв.
Обговорення результа^в. Для прийняття управлiнських ршень на газопроводах потрiбно проводити порiвияния експлуатацiйних середовищ за су-марним показником iмовiрностi розвитку небезпечних процесш (корозii, втрати несно! здатноста тощо) з подальшим iх ранжуванням. За результатами проведе-них експериментш [3-5] запропоновано ранжувати усi дослщжуваш середовища за такими характеристичними величинами:
• абсолютна величина приросту деформацп (величина втрати несно! здатноста);
• вщносна величина приросту деформацп;
• кут нахилу завершально! дiлянки криво!' деформацп.
Значення вiдповiдного характеристичного показника на повiтрi приймаемо ршним одиниц та розраховуемо за ним вщносш показники (бали) для iнших випадкгв. Потам шляхом сумування балiв за всша характеристичними показниками отримуемо юнцевий ранг для кожно! комбшацл " сталь-середо-вище-напруження" та визначаемо найнебезпечнiшi. На першому етап проводимо ранжування у групi нейтральних грунтових електролiтiв (МС1-МС6) (табл. 1). Отримаемо такi значення балш для кожного характеристичного показ-ника (табл. 2-4).
Табл. 1. Склад модельних середовищ (МС) для випробовувань
№МС Концентрацш, моль/л
№01 Ка2В04 НС1 Н2Б04
1 0,01 - - -
2 0,05 - - -
3 0,1 - - -
4 0,005 0,005 - -
5 0,025 0,025 - -
6 0,05 0,05 - -
Табл. 2. Ранжування нейтральних Грунтових електролiтiв за абсолютним
МС Сталь 17ГС Сталь 19Г
330 МПа 420МПа 510 МПа 330 МПа 420 МПа 510 МПа
1 1,41 3,14 5,49 1,41 3,07 6,1
2 1,45 3,18 6,08 1,43 3,24 6,38
3 1,48 3,29 6,14 1,54 3,43 6,86
4 1,47 3,24 6,08 1,52 3,43 7,05
5 1,47 3,47 6,24 1,56 3,62 7,81
6 1,49 3,53 6,86 1,67 3,71 8
Для поглибленого aнaлiзy оIримaниx резyльтaтiв доц1льно предстaвити ïx у грaфiчномy виглядi (рис. 1-3). Тaкий методичний пiдxiд дaсть змогу крaщого уш-очнення i спростить видшення нaйнебезпечнiшиx тип1в фунтов^ електролiтiв.
Puc. 1. Biднocнi noказнuкu pieня дефopмацiïу MC: а) 17ГС; б)19Г
Puc. 2. Biднocнi ^к^^ш pieня npupocmy дефopмацiïу MC: а) 17ГС; б) 19Г
Puc. 3. Biднocнi noказнuкu куmie нахшгу дефopмацiйнux коueuxy MC: а) 17ГС; б) 19Г
Пор1вняльний анал1з експериментальних даних у граф1чному вигляд1 по-казуе бшьшу схильшсть тривалоексплуатовано! стал1 19Г до втрати показниюв опору деформащям, особливо за р1вшв номшальних напружень 420 та 510 МПа. Для подальшого пор1вняльного анал1зу величини впливу х1м1чного складу Грунтового едектрод1ту та експлуатадшних напружень доцшьно вико-ристовувати не тшьки абсолютш показники деформаци, а й величини ц приросту у вщсотках (див. табл. 3) та ввдповвдш граф1чш залежност (див. рис. 2).
Табл. 3. Ранжування нейтральних Грунтових електролiтiв за приростом
деформаци
МС Сталь 17ГС Сталь 19Г
330 МПа 420МПа 510 МПа 330 МПа 420 МПа 510 МПа
1 2,7 3,71 1,94 3,53 4,56 5,69
2 2,04 2,61 2,44 4,91 4,67 7,67
3 2,05 2,78 2,56 3,36 5,12 7,32
4 2,2 3,13 2,37 3,44 6,33 8,06
5 2,04 3,08 2,23 3,77 5,92 10,38
6 1,89 3,22 3,77 4,68 5,92 10,37
Пор1вняльний анал1з величин приросту деформаци вказуе на дуже небез-печну тенденщю. Тод1 як сталь 17ГС демонструе невисою показники вщносно! деградаци несно! здатносп, для стал1 19Г спостериаемо значш вщносш прироста, нав1ть за мшмального р1вня номшальних напружень. Така тенденц1я сввд-чить про шдвищеш ризики виникнення ушкоджень та втрати цшсносп труби, особливо в МС2 та МС6.
Для прогнозування показниюв деформаци у час1 важливим е визначення ввдносного р1вня нестащонарносп процесу за кутом нахилу завершально! дь лянки деформацшно! криво! (див. табл. 4, рис. 3). Проанал1зувавши ввдносш показники купв нахилу кривих деформаци (див. рис. 3) виявлено спiдьну для обох тривалоексплуатованих сталей тенденцiю - за мшмального рiвня номь нальних напружень у МС2, МС3 та МС4 висою показники нестацiонарностi процесу, тобто, е прихована небезпека довготривало! втрати несно! здатност з невеликою швидкктю, що ускладнюе и виявлення шд час проведения мошто-рингових заход1в.
Табл. 4. Ранжування нейтральних Грунтових електролiтiв за показником кута нахилу завершально! дтянки кривоI деформацп
МС
Сталь 17ГС
Сталь 19Г
330 МПа
420МПа
510 МПа
330 МПа
420 МПа
510 МПа
1,71
3,:
3,32
1,4
3,19
2,76
3,3
5,06
5,44
3,11
4,58
6,05
3,71
1,38
1,01
3,41
2,08
3,78
1,65
3,23
1,31
1,83
2,71
3,34
6,36
2,51
2,99
3,47
5,71
6,96
3,7
5,47
6,23
1
2
3
1
4
1
5
5
6
1нша виявлена небезпека пов'язана 1з р1зкою актив1защею небажано! деформаци у МС5 та МС6 за високих р1вшв напружень. А беручи до уваги шдви-щену локал1зацда корозшних процеав у цих середовищах [6], виникають ризи-
ки втрати стшкосл оболонки труби та спонтанного руйнування. Такий сценарiй може бути зумовлений перевантаженням труби внаслiдок локального зсуву грунту, що спричинило важку аварш трубопроводу "Уренгой-Помари-Ужго-род" у 2008 р. та, за попередтми даними, е однieю з основних причин розгер-метизацн трубопроводу "Прогрес" у 2016 р. Додавши бали характеристичних показникiв, отримаемо данi для ранжування нейтральних грунтових електроль пв за небезпекою втрати несно' здатносп тривалоексплуатованими трубопро-вiдними сталями (табл. 5, рис. 4).
Узагальнення показниюв дае змогу видiлити найнебезпечнiшi серед нейтральних грунтових електролтв середовища. Для обох дослщжуваних марок сталей це будуть МС2, МС5 та МС6. Також спостернаемо iстотно бтьший вплив експлуатацiйноí деградацн на несну здатнiсть сталi 19Г, особливо у об-ластi пiдвищених навантажень.
Табл. 5. Ранжування нейтральних Грунтових електролМв за трьома
МС Сталь 17ГС Сталь 19Г
330 МПа 420МПа 510 МПа 330 МПа 1 420 МПа 1 510 МПа
1 6,47 12,12 13,26 7,02 12,28 17,46
2 7,46 12,3 16,74 10,14 14,04 23,16
3 7,91 8,95 12,52 9,05 12,27 18,46
4 8,13 8,84 12,87 8,92 12,72 20,31
5 6,89 11,48 17,68 8,59 14,25 27,77
6 7,53 14,08 20,73 10,85 16,88 28,44
Ш - 420 МПа ■ -510 МПа
,\Ы\
>]1
ы
Модельне середовище
а)
Модельне середовище
Рис. 4. Ранжування нейтральних Грунтових електролiтiв за небезпекою втрати несно'1 здатностi матерiалом трубопроводу: а) 17ГС; б) 19Г
Однак найбтьш небезпечними для деградованих матерiалiв е ки^ сере-довища, ранжування яких за характеристичними показниками буде наступним етапом наших дослщжень. Висновки:
• За результатами хiмiчного аналiзу грунтових електролiтiв вибрано 6 модельних середовищ, якi вiдповiдають поширеним в Украш нейтральним грунтам.
• Вибрано характеристичт критерп та запропоновано методику ранжування rpyHTÍB за рiвнем небезпеки втрати несно'1 здатностi тривалоексплуатованими мапстральними трубопроводами.
• Показано, що деградована сталь 19Г бшьш чутлива до корозшного впливу Грунтового електролiту.
• Визначено найнебезпечнiшi середовища за кожною Í3 характеристичних ознак та за ïx сумою: МС2 - серед хлоридних та МС 5 i МС 6 - серед хлоридно-суль-фатних.
• Надалi потрiбно збшьшувати базу експериментальних даних iз метою створення комплексно!' системи корозiйного мониторингу магiстральниx трубопроводiв.
Лiтература
1. Крижашвський E.I. Деградаця матер1ал1в нафтогазових об'ектав довготривало'1 експлу-атаци та шляхи забезпечення ïx працездатност / G.I. Крижашвський // Розроблення родовищ : зб. наук. праць, 2014. - С. 241-253.
2. Побережний Л.Я. Корозшно-мехашчна деградация малстральних газопровод1в / Л.Я. По-бережний, A.I. Станецький // Нафтова i газова промислов1сть : зб. наук. праць. - 2011. - № 1. - С. 36-38.
3. Побережний Л.Я. Вплив йонно'1 сили грунтового електролпу на швидкiсть корози мета-лу нафтогазопровод1в / Л.Я. Побережний, Т.Ю. Пирiг, A.I. Станецький // Фiзико-xiмiчна мехаш-ка матерiалiв : зб. наук. праць. - Спец. вип. № 8. - 2010. - Т. 2. - С. 620-624.
4. Побережний Л.Я. Методика визначення областей тдвищено!' корозшно!' активност вздовж трас пролягання магiстральниx газонафтопровод1в / Л.Я. Побережний, A.I Станецький, Т.Ю. Пирнг О.Д. Мельник // Розвщка та розроблення газових та нафтових родовищ : зб. наук. праць. - 2010. - № 4(37). - С. 118-123.
5. Побережний Л.Я. Вплив експлуатацшно!' деградаци на несучу здатшсть матерiалу мапс-тральних трубопровод1в / Л.Я. Побережний, П.О. Марущак, A.I. Станецький // Фiзико-xiмiчна механика матерiалiв : зб. наук. праць. - Спец. вип. № 9. - 2012. - Т. 2. - С. 642-646.
6. Побережний Л.Я. Полiкритерiальна оцнка корозшно!' активност середовища як елемент шдвищення надiйностi магiстральниx газопровод1в / Л.Я. Побережний, A.I. Станецький // Нафтова i газова промисловють : зб. наук. праць. - 2011. - № 2. - С. 38-40.
Надклано до редакцп 23.02.2016 р.
Побережный Л.Я., Станецкий А.И. Ранжировка почв по опасности потери несущей способности трубопроводами на поздней стадии эксплуатации
Процессы снабжения природного газа сопровождаются значительными его расходами. В связи с этим комплексная проблема минимизации потерь и повышение эффективности использования энергоносителей является весьма актуальной и ее решение позволит сэкономить значительные средства, которые можно будет направить на обеспечение бесперебойности и надежности поставок газа потребителю, поддержание надлежащего функционирования газотранспортной системы в целом. Выбраны характеристические критерии и предложена методика ранжировки почв по степени опасности потери несущей способности продолжительно эксплуатируемыми магистральными трубопроводами. Определены самые опасные среды по каждой из характеристических признаков и по их сумме: МС2 - среди хлоридных и МС 5 и МС 6 - среди хлоридно-сульфатных. В дальнейшем нужно увеличивать базу экспериментальных данных с целью создания комплексной системы коррозионного мониторинга магистральных трубопроводов.
Ключевые слова: магистральные трубопроводы, эксплуатационная деградация, потеря несущей способности, ранжировка потенциальных рисков.
Poberezhny L.Ya., Stanetsky A.I. Ranking of Soil in Danger Loss of Carrying Capacityof the Pipeline at the Late Exploitation Stage
Processes of natural gas supplies are accompanied with its costs. In connection with this complex problem of minimizing losses and improving energy efficiency is highly relevant and its solution will help save a lot of money that can be directed to ensure continuity and reliability of gas supplies to consumers, support the proper functioning of the gas transport system as a whole. Characteristic criteria are selected. The methods of ranking the level of danger of soil loss bearing capacity of long term exploited pipelines are proposed. We defined dangerous environment for each of the characteristic signs and the following sum: ME2 of chloride and ME 5 and ME 6 of chloride sulphate. There is a further need to increase the base of experimental data to create a comprehensive system of corrosion monitoring of pipelines.
Keywords: pipelines, operational degradation, loss of load capacity, ranking the potential risks.
УДК 656.13
АНАЛ13 ЧИННИК1В ВПЛИВУ НА ТРИВАЛ1СТБ СЛ1ДУВАННЯ ПОЖЕЖНОГО АВТОМОБ1ЛЯ ДО М1СЦЯ ВИКЛИКУ
1.В. Паснак1, О.В. Придатко2, А.Ф. Гаврилюк3, А.В. Колесткова4, Ю.В. Гангур5
Обгрунтовано потребу дослщжень поведшки пожежного автомобшя у систе]ш "водш - автомобшь - дорога - середовище" з метою зменшення тривалост його сщду-вання до мюця виклику. Виокремлено основш чинники впливу на трившпиъ слщуван-ня пожежного автомобшя до мюця виклику. Отримано залежност впливу чинниюв на тривалiсть слщування пожежного автомобшя до мiсця виклику, та, як наслщок, впливу цих чинникiв на площу пожежi. Обгрунтовано доцшьшсть розроблення та вдосконален-ня наявних математичних моделей руху пожежного автомобщя iз врахуванням його поведшки у системi "водш - автомобшь - дорога - середовище".
Ключов1 слова: тривалкть слщування, вшьний розвиток пожежi, вулично-дорож-ня мережа, маршрут слiдування, водiй - автомобшь - дорога - середовище.
Постановка проблеми. Одшею i3 ключових проблем у царинi пожежно! безпеки е зменшення тривалостi вiльного розвитку пожеж1 Це, своею чергою, дасть змогу зменшити збитки, якi завдасть пожежа. Аналiз складникiв трива-лост вiльного розвитку пожежi свiдчить, що в бiльшостi випадкiв його левову частку займае слiдування пожежно-рятувальних шдроздшв до мiсця виклику. Тому сьогодш вкрай актуальною е проблема пошуку заходiв для зменшення тривалостi слщування пожежниюв до мiсця виклику. Передумовою для цього мае бути аналiз чинникiв, якi впливають на тривалкть слiдування пожежного автомобiля до мкця виклику.
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй. Варто зазначити, що окресле-ну проблему дослiдило багато вчених. Однак у вiдомих наукових роботах [1-4] вкрай мало уваги придшено аналiзу впливу чинникiв на тривалкть слщування пожежного автомобiля, зокрема його взаемодда у системi "водiй - автомобшь -дорога - середовище". Частково це питання розглянуто у робот [5].
1 доц. 1.В. Паснак, канд. техн. наук - Львгвський ДУ безпеки життедшльност1;
2 доц. О.В. Придатко, канд. техн. наук - Льв1вський ДУ безпеки життедшльнот;
3 викл. А.Ф. Гаврилюк, канд. техн. наук - Льв1вський ДУ безпеки жнттедшльнот;
4 курсант А.В. Колеснкова - Львгвський ДУ безпеки життедшльнот;
5 курсант Ю.В. Гангур - Льв1вський ДУ безпеки життедшльнот
