CC BY
170
УДК 621.644.07:620.194.22
И.В. Ряховских, А.В. Мельникова, Д.А. Мишарин, А.В. Крюков, Ю.М. Шарыгин, И.И. Губанок, К.Е. Козлов, А.В. Сахон, С.Н. Макаров
Совершенствование технологии ремонта протяженных участков магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением
ООО «Газпром трансгаз Ухта» - крупнейшее на северо-западе России газотранспортное предприятие, обеспечивающее эксплуатацию магистральных газопроводов (МГ) общей протяженностью более 15 тыс. км в однониточном исполнении, проходящих в регионах с различными природно-климатическими и геологическими условиями. Ретроспективный анализ статистических данных об аварийности линейной части (ЛЧ) МГ за период 1998-2015 гг. показал, что главной причиной разрушения газопроводов общества стали глубокие стресс-коррозионные повреждения (рис. 1).
Из-за стратегической важности МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта», входящих в состав газотранспортной системы ПАО «Газпром», начиная с 2000-х гг. ключевыми направлениями деятельности общества стали поиск и внедрение методов борьбы со стресс-коррозией. В частности, для обеспечения требуемого уровня надежности МГ, изолированных преимущественно пленочными защитными покрытиями трассового нанесения, средний срок службы которых составлял 10 лет [1], реализуются периодические мероприятия по техническому внутритрубному диагностированию (ВТД) с последующим выборочным ремонтом труб и переизоляцией наиболее поврежденных коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН) участков МГ. Анализ результатов повторных обследований участков трубопроводов после 8-12 лет эксплуатации, на которых проводились ремонтные работы, подтвердил прекращение процессов КРН на переизолированных трубах, а также невозникновение повторных аварий по причине стресс-коррозии. На сегодняшний день можно констатировать, что реализация указанных ремонтно-восстановительных мероприятий позволила в течение последних шести лет (с 2010 г. по настоящее время) избежать аварий по причине КРН при эксплуатации МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» (рис. 2).
Действующие в настоящее время требования ПАО «Газпром» к ремонту МГ запрещают оставлять в эксплуатации трубы со стресс-коррозионными повреждениями любых размеров. В то же время в результате развития средств автоматизированного и ручного контроля трубопроводов за последние три года число вырезанных труб с неглубокими стресс-коррозионными повреждениями увеличилось практически в два раза. Например, в 2015 г. в процессе капитального ремонта МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» средняя доля вырезанных труб большого диаметра, большинство из которых имели сетки мелких поверхностных стресс-коррозионных повреждений глубиной до 0,1t (где t - толщина стенки трубы, мм), составила 76 % при ранее запланированном объеме замены 10 % (табл. 1).
Ключевые слова:
ремонт,
магистральный
газопровод,
коррозионное
растрескивание
под напряжением,
переизоляция.
Keywords:
repair, gas main, stress corrosion cracking, resealing.
67,3 %
24,5 %
8,2 %
Повреждения:
■ стресс-коррозионные
■ коррозионные
■ другие
Рис. 1. Долевое распределение причин аварий на ЛЧ МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» в 1998-2015 гг.
£ 25-,
§ 20 ^
о
15-
10-
5-
22222222
Год
Рис. 2. Долевое распределение аварий по причине КРН, произошедших на МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» в 2003-2015 гг.
Статистическая обработка результатов неразрушающего контроля труб в процессе капремонта на МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» показывает, что общая доля труб с незначительными стресс-коррозионными повреждениями глубиной до 0,1/ достигает 90 % (рис. 3).
В ходе анализа результатов капремонта в период 2010-2016 гг. установлено, что для
отдельных участков трубопроводов наблюдается тенденция увеличения объемов замены труб со стресс-коррозионными повреждениями, большинство из которых имеют глубину менее 0,1/. В особенности это касается участков, где ранее был запланирован ремонт методом переизоляции. Это может быть связано с введением новых требований к ремонту труб с повреждениями стресс-коррозионного типа. Однако по результатам анализа статистики аварий и инцидентов на МГ ПАО «Газпром» стресс-коррозионные повреждения глубиной до 0,1/ не являлись причиной разрушений [2].
В работе австралийских ученых [3] экспериментально установлено, что не все стресс-коррозионные повреждения металла труб представляют непосредственную опасность для эксплуатации МГ. В работе российских исследователей [2] показана принципиальная возможность длительной эксплуатации трубопроводов после переизоляции труб со стресс-коррозионными повреждениями глубиной менее 0,1/. Следовательно, оперативная вырезка таких труб не всегда целесообразна с экономической точки зрения. В частности, по поручению ПАО «Газпром» в 2015 г. ООО «Газпром центрремонт» выполнило предварительный сопоставительный экономический анализ затрат при проведении капитального ремонта МГ, подверженных КРН. На примере участка МГ Пунга - Ухта - Грязовец IV протяженностью
0
Таблица 1
Сводные данные по вырезке труб со стресс-коррозионными повреждениями на МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта» в 2015 г.: ВИК - визуально-измерительный контроль; ВК - вихретоковый контроль;
МПК - магнитопорошковый контроль; УЗТ - ультразвуковая толщинометрия
МГ Номер участка Трубы, обследованные в ходе капремонта, шт. Из них трубы со стресс-коррозионными повреждениями = трубы с повреждениями менее 0,1/ + трубы с повреждениями более 0,1/, шт. Тип обследования (методы)
Пунга - Ухта -Грязовец IV 1 273 264 = 260 + 4 Первичное (ВИК, ВК, МПК, УЗТ)
1 570 525 = 211 + 314 На приобъектной площадке ремонта труб (ВИК, ВК, МПК, УЗТ)
2 516 368 = 357 + 11 Первичное (ВИК, ВК, МПК, УЗТ)
2 369 362 = 97 + 265 На приобъектной площадке ремонта труб (ВИК, ВК, МПК, УЗТ)
Грязовец -Ленинград II 1 2885 1438 = 1400 + 38 На приобъектной площадке ремонта труб (ВИК, ВК, МПК, УЗТ)
1 2881 1074 = 1058 + 16 Первичное (ВИК, ВК, МПК, УЗТ)
ii? 60 «
Щ
S
£ 50
а
о «
В 40 ^ ^ J
30
Щ «
^ 20
л
и
о
с
£ 10
к -
30
1
1
5 5-10 10-15 15-20 > 20 Относительная глубина повреждений, %
Рис. 3. Распределение труб со стресс-коррозионными повреждениями на МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта»
27 км (условный диаметр труб Ду = 1400 мм) показано, что в случае обоснованного оставления в эксплуатации труб со стресс-коррозионными повреждениями глубиной менее 0,1/ физические объемы капитального ремонта ЛЧ МГ могут быть значительно увеличены за счет уменьшения удельной стоимости материально-технических ресурсов. ПАО «Газпром» согласована приоритетность исследований общества в части совершенствования технологии ремонта протяженных участков МГ, подверженных КРН, и дифференциации требований к вырезке труб со стресс-коррозионными повреждениями в зависимости от их реальной опасности в отношении эксплуатационной надежности.
Стендовые гидравлические испытания труб со стресс-коррозионными повреждениями
В 2009-2011 гг. на базе ЦАГИ (г. Жуковский) ООО «Газпром трансгаз Ухта» совместно с ООО «Газпром ВНИИГАЗ» проведены стендовые ресурсные испытания труб большого диаметра [4]. Для изготовления испытательных стендов (рис. 4) выбрано пять труб, выведенных из эксплуатации, на трех из которых были обнаружены стресс-коррозионные повреждения максимальной длиной до 23 мм и глубиной до 1,4 мм (0,085/). Перед гидравлическими испытаниями труб проводили неразрушающий контроль основного металла с помощью вихретокового дефектоскопа МВД-2МК. Визуализацию областей со стресс-
коррозионными повреждениями с целью измерения их параметров осуществляли с помощью набора для магнитопорошкового контроля Magnaflux.
Для контроля напряженно-деформированного состояния областей со стресс-коррозионными повреждениями, а также зон продольных сварных швов (ПСШ) на наружную поверхность испытательных стендов устанавливали 64 тензо-метрических датчика. Регистрацию и обработку сигналов датчиков производили с помощью многоканальной микропроцессорной тензоме-трической системы ММТС-64.01. Основные параметры труб со стресс-коррозионными повреждениями, режимы и результаты стендовых ресурсных испытаний показаны в табл. 2.
Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что трубы с зонами стресс-коррозионных повреждений выдержали большое количество циклов нагружения, т. е. трубы с такими повреждениями имеют значительный ресурс прочности. Причиной разрушенияй труб во время испытаний явилось усталостное развитие дефекта по линии сплавления ПСШ у труб 1 и 3, а также по линии кольцевого шва у труб 2 и 5. Тензометрические датчики, а также обследования стресс-коррозионных повреждений до и после ресурсных испытаний показали отсутствие признаков развития КРН [4].
В 2015 г. на временной испытательной площадке ООО «Газпром трансгаз Ухта» были проведены полигонные испытания трубной плети из восьми катушек труб диаметром 1420 мм (рис. 5), выведенных из состава ЛЧ действующих МГ Ухта - Торжок III (четыре катушки, t = 17,6^17,8 мм) и Пунга - Ухта -Грязовец IV (четыре катушки, t = 16,3^16,8 мм). На поверхности трубной плети отмечено 16 областей со стресс-коррозионными повреждениями глубиной до 2,5 мм (0,14t),
Рис. 4. Общий вид испытательного стенда
8
0
Таблица 2
Основные сведения о трубах и результатах стендовых испытаний
Номер трубы Типоразмер трубы, мм Кол-во областей с КРН, шт. Макс. глубина КРН, мм Наличие КРН в области ПСШ Режим циклирования, МПа Число циклов, ед. Место разрушения
1 1220x11,5 7 1 Нет 0 - 5,4 - 0 5120 ПСШ
2 1420x16,5 5 0,7 0 - 7,4 - 0 12700 Кольцевой шов
3 1220x11,5 4 1 0 - 5,4 - 0 3497 ПСШ
4 1420x16,8 18 0,7 Да 0 - 7,4 - 0 11000 Нет разрушения*
5 1420x16,8 30 0,7 0 - 7,4 - 0 10020 Кольцевой шов
* Испытания остановлены по причине достижения запланированного числа циклов.
а
Рис. 5. Полигонные испытания трубной плети: а - общий вид; б - область со стресс-коррозионными повреждениями; в - область со стресс-коррозионными повреждениями
в сочетании с язвенной коррозией
расположенными как на основном металле катушек, так и в районе ПСШ.
В процессе испытаний реализовано 556 циклов подъема и сброса давления в режиме 0 - 7,36 - 0 МПа. Периодически после выполнения 100 циклов нагружения проводили обследование неразрушающими методами контроля (измерение локальной кривизны наружной поверхности труб, электротензометрия, магнито-вихретоковая дефектоскопия, магнито-анизотропная дефектоскопия, макро- и микросъемка повреждений). По результатам исследования длины и ширины раскрытия стресс-коррозионных повреждений на поверхности трубного стенда с помощью портативного металлографического микроскопа
после 556 циклов нагружения признаков развития КРН не выявлено. Также не выявлено признаков слияния и увеличения плотности стресс-коррозионных повреждений. Выполненные исследования подтверждают выводы о возможности длительной консервации процесса КРН трубных сталей после исключения доступа электролита к поверхности труб [2].
Последующим расчетом прочностного ресурса согласно рекомендованной методике [5] подтверждена возможность длительной эксплуатации участков газопроводов ООО «Газпром трансгаз Ухта» со стресс-коррозионными повреждениями глубиной менее 0,1/ при условии исключения коррозионных процессов под покрытием.
Опытно-промышленные испытания труб со стресс-коррозионными повреждениями в составе действующих участков МГ
С учетом результатов стендовых гидравлических испытаний труб, а также опубликованных ранее данных [2-4] ООО «Газпром транс-газ Ухта» под методическим руководством ООО «Газпром ВНИИГАЗ» реализованы двухгодичные программы опытно-промышленных испытаний в целях разработки технологии ремонта, обеспечивающей длительную эксплуатацию трубопроводов с неглубокими стресс-коррозионными повреждениями. Испытания проводились в соответствии с утвержденными ПАО «Газпром» программами опытно-промышленных испытаний возможности консервации стресс-коррозионных повреждений в процессе трассовой переизоляции.
Для проведения испытаний были выбраны два тестовых участка протяженностью 99
и 72 м, проработавшие на момент проведения ремонта в течение 37 лет в составе ЛЧ МГ Пунга - Ухта - Грязовец IV (Грязовецкое ЛПУМГ). По результатам диагностических обследований в процессе капитального ремонта на этих участках была отмечена высокая пов-режденность труб стресс-коррозией. Поэтому имено там решено испытать технологии переизоляции труб механизированным способом с помощью ремонтно-изоляционной машины РИМ-1420 [6].
В процессе проведения опытно-промышленных испытаний ООО «Газпром ВНИИГАЗ» разработан и апробирован Временный порядок выполнения работ при трассовой переизоляции протяженных участков магистральных газопроводов с незначительными повреждениями поверхности металла труб глубиной менее 0,1/, образованными в результате КРН (рис. 6).
Рис. 6. Алгоритм принятия решения о возможности трассовой переизоляции труб со стресс-коррозионными повреждениями: Sd - глубина повреждения; Ld - длина повреждения
Как известно [7], начальный этап развития стресс-коррозионных повреждений в значительной степени подчинен влиянию факторов среды, роль которой сводится к стимулированию избирательной коррозии на поверхности стали. Поэтому на тестовые участки наносилось покрытие на базе битумно-полимерной композиции холодного нанесения «Деком-РАМ» [8] и термостойкой экспериментальной битумно-полимерной грунтовки «Деком-ИНГ» [9], содержащей ингибирую-щую КРН-композицию КР-60 [10]. Выбор покрытия обусловлен необходимостью гарантированного исключения коррозионных процессов под покрытием даже в случае сохранения под ним влаги. В соответствии с утвержденными ПАО «Газпром» программами опытно-промышленных испытаний вскрытие тестовых участков и анализ результатов консервации
незначительных стресс-коррозионных повреждений металла труб после трассовой переизоляции МГ будут выполнены в 2017 г.
На первом этапе работ выполнены очистка и приборные обследования поверхности металла труб на предмет выявления зон КРН. Общий вид экспериментального участка и примеры характерных стресс-коррозионных повреждений представлены на рис. 7. Оценка глубины стресс-коррозионных повреждений выполнена по рекомендованной методике [11] с применением вих-ретоковых дефектоскопов ВИД-345, МВД-2МК и ВК-1. Визуализация областей с КРН выполнена с применением комплекта для проведения магнитопорошкового контроля Ма^айих.
Решение об оставлении стресс-коррозионных повреждений для исследований в составе тестовых участков МГ Пунга - Ухта -Грязовец IV принимали по результатам расчета
а б в
Рис. 7. Тестовый участок Грязовецкого ЛПУМГ: а - общий вид; б - зона стресс-коррозионных повреждений; в - стресс-коррозионные повреждения, комбинированные с мелкими
коррозионными язвами
5 10
13
м
• участок № 1 4 участок № 2
♦ 1 м * . 1 • | • • 1 м • а! • 1 .*. • 1 1 V/ • • • •
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Ь(1, мм
Рис. 8. Диаграмма допустимых размеров стресс-коррозионных повреждений для труб типоразмера 1420x16,5 мм (Х70) [5]
8
6
4
2
Рис. 9. Нанесение экспериментального защитного покрытия на участке МГ Пунга - Ухта - Грязовец IV с использованием изоляционной машины РИМ-1420
на прочность по методикам [5, 12]. Всего в составе двух экспериментальных участков идентифицированы [13] и оставлены для дальнейших исследований 96 зон стресс-коррозионных повреждений с максимальной оценочной глубиной 1,6 мм (0,1/). Результаты расчета на прочность труб с оставленными стресс-коррозионными повреждениями представлены на диаграмме (рис. 8).
В процессе нанесения экспериментального защитного покрытия проводился контроль его температуры термометром ТК 5.05, а также температуры поверхности трубопровода с помощью пирометра Fluke 59. Кроме того, выполнялся контроль степени натяжения намоточных материалов, соблюдения норм нахлеста витков намоточных материалов, отсутствия пропусков и гофр на поверхности трубопровода. Процесс нанесения представлен на рис. 9. По истечении 24 ч качество нанесения изоляционного покрытия проверялось
на соответствие требованиям стандартов [14-16] с применением адгезиметра АМЦ 2-20, магнитного толщинометра МТ-2007 и электроискрового дефектоскопа Бкошйег Б236 (табл. 3).
Анализ данных по замене труб при капитальном ремонте МГ ООО «Газпром транс-газ Ухта» после 25-30 лет эксплуатации показал, что доля труб с незначительными стресс-коррозионными повреждениями глубиной до 0,1/ достигает 90 %. По результатам серии ресурсных гидроциклических испытаний плетей труб и последующих расчетов на прочность установлено, что трубы со стресс-коррозионными повреждениями глубиной до 0,1/ имеют фактический коэффициент запаса по внутреннему давлению, сопоставимый с расчетной прочностью бездефектных труб.
С учетом опыта эксплуатации переизолированных в 2004-2008 гг. участков МГ, а также прогнозируемых скоростей развития указанных повреждений [2] реализован комплекс трассовых опытно-промышленных испытаний, направленных на обоснование возможности смягчения требований к вырезке труб со стресс-коррозионными повреждениями в зависимости от их реальной опасности в отношении эксплуатационной надежности участков МГ.
В процессе опытно-промышленных испытаний апробированы Временный порядок выполнения работ при трассовой переизоляции протяженных участков магистральных газопроводов с незначительными повреждениями поверхности металла труб глубиной менее 0,1/, образованными в результате КРН, а также модифицированное защитное покрытие «Деком-РАМ» и термостойкая битумно-полимерная грунтовка «Деком-ИНГ», содержащая ингиби-рующую КРН-композицию.
Таблица 3
Результаты контроля состояния изоляционного покрытия на участках МГ Пунга - Ухта - Грязовец на соответствие требованиям стандартов [14-16]
Оцениваемый показатель Норма Участок 1 Участок 2
Качество очистки поверхности Не ниже степени 3 по ГОСТ 9.402 [17] Соответствует Соответствует
Температура поверхности при нанесении покрытия, °С 10-50 23 30
Толщина покрытия, мм > 4,6 4,7 4,6
Адгезия (оценка методом сдвига), МПа > 0,3 0,3 0,3
Адгезия (оценка методом отслаивания), Н/см > 30 57 34
Нахлест края витка на предыдущий, мм > 30 30 35-40
Нахлест концов обертки, мм > 500 500 500-700
Список литературы
1. Р Газпром 2-2.3-609-2011. Определение критериев вывода в комплексный ремонт и сроков безопасной эксплуатации технологических трубопроводов компрессорной станции. - М.: Газпром экспо, 2011.
2. Алимов С.В. Концепция диагностирования и ремонта магистральных газопроводов
в регионах с высокой предрасположенностью к стресс-коррозии / С.В. Алимов, А.Б. Арабей, И.В. Ряховских и др. // Газовая промышленность. - 2015. - № 724: спецвыпуск. - С. 10-15.
3. Linton V. Strategies for the repair of stress-corrosion cracked gas transmission pipelines: assessment of the potential for fatigue failure of dormant stress-corrosion cracks due to cyclic pressure service / V. Linton, E. Gamboa, M. Law // Journal of Pipeline Engineering. - 2007. - V. 6. -№ 4. - P. 207-217.
4. Романцов C.B. Экспериментальная оценка остаточного ресурса труб магистральных газопроводов с поверхностными стресс-коррозионными трещинами / C.B. Романцов, С.Г. Аленников, А.М. Шарыгин // Наука
и техника в газовой промышленности. - 2012. -№ 2.
5. Р Газпром 9.4-030-2014. Методика оценки прочности технологических трубопроводов компрессорных станций со стресс-коррозионными дефектами.
6. ТУ 4834-019-12734664-2012. Машины изоляционные для нанесения мастичных рулонных материалов в полевых условиях.
7. Мельникова А.В. Обоснование работоспособности магистральных газопроводов с дефектами коррозионного растрескивания под напряжением /
А.В. Мельникова, Д.А. Мишарин, Р.И. Богданов и др. // Территория Нефтегаз. - 2015. -№ 2 (31). - C. 32-40.
8. ТУ 5774-015-32989231-2013. Материал термостойкий рулонный армированный мастичный «Деком-РАМ ».
9. ТУ 2313-030-32989231-2015. Термостойкая битумно-полимерная грунтовка «Деком-ИНГ».
10. Малеева М.А. Разработка ингибированных полимерных композиций с целью предотвращения риска КРН на магистральных газопроводах / М.А. Малеева, Г.В. Редькина, Р.И. Богданов и др. - http://vniigaz.gazprom.rU/d/ textpage/c9/201/29_maleeva.pdf
11. Р Газпром 9.4-048-2015. Руководство
по организации системы мониторинга стресс-коррозионных процессов на действующих и проектируемых технологических трубопроводах компрессорных станций.
12. СТО Газпром 2-2.3-173-2007. Инструкция
по комплексному обследованию и диагностике магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением.
13. СТО Газпром 2-2.3-760-2013. Инструкция по идентификации коррозионного растрескивания под напряжением металла труб как причина отказов магистральных газопроводов.
14. СТО Газпром 9.1-016-2012. Наружные защитные покрытия на основе битумно-полимерных материалов для ремонта магистральных газопроводов диаметром
до 1420 мм. - М.: Газпром экспо, 2012. - 34 с.
15. Р Газпром 9.1-022-2013. Защита от коррозии. Применение покрытий на основе битумно-полимерных материалов при ремонте магистральных газопроводов диаметром
до 1420 мм в трассовых условиях.
16. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.
17. ГОСТ 9.402. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные.
