3 Предложения по усовершенствованию способов диагностирования и отбраковки труб с крн при капитальном ремонте газопровода Уренгой-Петровск

Для оценки технического состояния структурных элементов ЛЧ МГ используют различные способы, виды и методы диагностирования, позволяющие получить наиболее полное представление о состоянии объекта диагностирования. При выборе способа, вида и метода диагностирования учитывают следующие факторы:

- категорию трубопровода;

- срок эксплуатации трубопровода;

- конструкционные особенности трубопровода;

- наличие нарушений охранных зон прохождения трубопровода;

- наличие структурных элементов ЛЧ МГ, относящихся к потенциально опасным и особо ответственным и сложным для диагностирования.

Способы диагностирования структурных элементов ЛЧ МГ классифицируют следующим образом:

- внутритрубная диагностика с использованием внутритрубных дефектоскопов и профилемеров, роботов-дефектоскопов и оптико-волоконных средств;

- электрометрическое обследование с применением специального оборудования и приборов;

- наземные обследования с применением транспортных средств, пеших обходов, экскавации трубопроводов (шурфование), специальных обследований;

- обследование трубопроводов с применением летательных и космических аппаратов, в том числе спутниковых систем;

- обследование подводных переходов с использованием плавательных средств;

- водолазное обследование подводных переходов трубопроводов;

- испытание трубопроводов (участков трубопроводов) гидравлическими или пневматическими способами изменения внутреннего давления;

- лабораторные исследования свойств материалов, сварных соединений, изоляционных покрытий и др., которые проводят на образцах из труб, полученных при отказах, проведении ремонтных работ, а также в тех случаях, когда это предусмотрено технологией проведения диагностических работ.

Для контроля технического состояния ЛЧ МГ применяют следующие методы:

Акустические методы контроля включают:

- ультразвуковой контроль по ГОСТ 14782 и ГОСТ 23667;

- метод акустической эмиссии (пассивный метод) по ГОСТ 27655 и ПБ 03-593-03;

- ультразвуковую толщинометрию по ГОСТ 28702;

- эхолотирование по РД 51-3-96;

- гидролокацию по РД 51-3-96.

Ультразвуковой контроль - эхо-импульсный, теневой, зеркально-теневой и эхо-теневой применяют для обнаружения различных дефектов стенки трубопровода, как поверхностных, так и внутренних.

Метод акустической эмиссии используют для обследования и мониторинга технического состояния структурных элементов ЛЧ МГ. Метод акустической эмиссии в соответствии с ПБ 03-593-03 применяют для обнаружения развивающихся усталостных и стресс-коррозионных трещин, непроваров, смещения кромок, подрезов, расслоений, шлаковых включений, утечек газа и др.

Фононный метод применяют для контроля развивающихся дефектов.

Ультразвуковую толщинометрию на структурных элементах ЛЧ МГ проводят для определения фактической толщины стенки трубопровода.

Метод эхолотирования применяют для определения глубины водоема в русловой части, составления карты рельефа дна и выявления интервалов возможного оголения и провиса подводных трубопроводов.

Гидролокацию бокового и секторного обзора проводят при обследовании подводных переходов для выявления интервалов возможного оголения и провиса трубопроводов в русловой части.

Акустическую тензометрию используют для определения НДС структурных элементов ЛЧ МГ.

Магнитные методы контроля ЛЧ МГ включают следующие разновидности: магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный, магнитной памяти металла и бесконтактную магнитометрическую диагностику.

Магнитопорошковую дефектоскопию проводят для обнаружения как локальных, так и распределенных поверхностных и подповерхностных дефектов.

Магнитоферрозондовый, магнитографический и индукционный методы контроля используют для индикации дефектов в намагниченном объекте контроля, включая индикацию дефектов в сварных швах.

Метод магнитной памяти фиксирует магнитные аномалии на объекте контроля. Применение метода магнитной памяти металла регламентирует ГОСТ Р 52005.

Бесконтактную магнитометрическую диагностику проводят для обследования технического состояния ЛЧ МГ с целью выявления наиболее напряженных и предрасположенных к повреждениям зон. Обследование бесконтактным магнитометрическим методом проводят в соответствии с РД 102-008-2002.

Оптический метод применяют для обнаружения поверхностных дефектов различных типов: трещин, механических и коррозионных повреждений, нарушений сплошности защитных покрытий, течей.

Внутритрубную дефектоскопию проводят по РД-51-2-97 для обнаружения следующих дефектов: вмятин, гофр, сплющивания, складок металла, овальности, коррозии, эрозии, нарушения сплошности металла трубы и сварных швов, усталостных и стресс-коррозионных трещин и др.

Электрометрический метод применяют для определения состояния изоляционного покрытия: определяется сопротивление изоляционного покрытия, места нарушения его сплошности, изменения физико-механических свойств.

Радиографический метод применяют для НК сварных швов газопроводов, для обнаружения металлургических дефектов в стенке трубы, дефектов сварки и коррозионных повреждений.

Для оценки НДС и эксплуатационных параметров газопровода (внутреннего давления и температуры) применяют средства мониторинга НДС участка МГ, такие как интеллектуальные вставки, ультразвуковые системы, струнные датчики и др.

Результаты геодезического позиционирования используют для создания цифровых векторных карт различных масштабов вдоль МГ, а также для оценки НДС.

Аэрокосмические методы в соответствии с рекомендациями используют для получения информации о процессах взаимодействия МГ с окружающей средой на больших территориях в контрольных точках, а также по всей трассе МГ. Для диагностирования ЛЧ МГ применяют фотографическое, в том числе многозональное, нефотографическое (тепловая инфракрасная, микроволновая, сканерная, телевизионная, лазерная, радиолокационная съемка) и аэровизуальное обследование.

Информацию, получаемую аэрокосмическими методами, используют:

- для оценки технического состояния МГ по материалам повторных аэрофотосъемок трасс;

- прогнозирования процессов разрушения обвалования и обнажения газопроводов для выработки рекомендаций по ремонту;

- оценки степени устойчивости ландшафтов к техногенным воздействиям при строительстве и эксплуатации газопроводов;

- оценки влияния природной среды на состояние МГ;

- создания карт оценки местности по природно-техническим условиям эксплуатации.

Для обнаружения на трассе газопровода пустот, грунтовых вод, ледяных линз, подземных водотоков и определения уровня обводненности и расстояния от верхней образующей трубы до дневной поверхности земли используют радиолокацию с применением георадаров.

Экспериментально получен диагностический критерий предрасположенности металла труб к КРН, заключающийся в определении коэрцитивной силы металла на наружной поверхности трубы вдоль и поперек продольной оси газопровода и расчете ее анизотропии.

При нормальном неповрежденном состоянии металла коэрцитивная сила вдоль оси трубы равна или несколько превышает ее величину, измеренную поперек оси трубы, соответственно анизотропия показателя не превышает единицу. При изменении свойств металла, способствующих развитию трещин КРН, происходит увеличение значений коэрцитивной силы, измеренных поперек оси трубы при сохранении или уменьшении величины, измеренной вдоль оси трубы. Полученные значения коэрцитивной силы являются диагностическим критерием критического изменения структуры металла.

Поэтому метод определения коэрцитивной силы рекомендуется для трассового диагностирования металла труб в шурфах с целью выявления труб, металл которых имеет структуру, не характерную для трубных сталей и предрасположенную к КРН.

Другим найденным критерием состояния металла является различие показателей анизотропии коэрцитивной силы, определенное на наружной и внутренней поверхности трубы. С увеличением данного показателя вероятность образования трещин КРН по состоянию материала труб возрастает. Однако необходимость измерений с внутренней поверхности трубы ограничивает использование данного критерия на действующих газопроводах. Данный критерий рекомендован для отбраковки труб, демонтированных из газопровода после эксплуатации и предполагаемых для повторного использования при ремонтах МГ.

а) б)

в) г)

Рисунок 12 - Распределение коэрцитивной силы с наружной (а) и внутренней (б) стороны образца и ее анизотропии (в, г)

Для ранжирования грунтов по вероятности протекания процессов КРН определялся их химический состав. Грунты исследовались по следующим показателям: влажности, рН, содержанию ионов карбонатов и бикарбонатов, ионов хлора, ионов сульфида, ионов кальция и магния. Для определения ионного состава применялись анализаторы жидкости многопараметрические Экотест−2000. Зависимость числа аварийных разрушений МГ по причине КРН от содержания отдельных ионов в грунтовых водах приведено на рисунке 12, а.

Большое число аварий установлено при суммарном содержании ионов кальция и магния менее 50 мг/кг. То есть, увеличение общей жесткости воды приводит к уменьшению числа аварий, произошедших по механизму КРН. Поэтому для уточнения характеристик процесса в отобранных пробах грунта был реализован электрохимический метод поляризационных кривых. Использовалось следующее оборудование: потенциостат-гальваностат IPC-pro; персональный компьютер; рабочий электрод; вспомогательный электрод; электрод сравнения. Метод был усовершенствован путем разработки зондового устройства, которое позволило проводить электрохимическое тестирование грунтовых вод непосредственно на трассе газопровода (рисунок 12, б).

а) б)

1 – ионы кальция и магния, 2 – ионы хора, 3 – ионы сульфата, 4 – ионы гидрокарбонатов, 5 - корпус; 6 – стальная пластина; 7 – пористая мембрана; 8 – винт; 9 – вспомогательный электрод (графитовый); 10 – соединительные провода; 11 – стальное крепежное кольцо; 12 – крышка; 13 – медный электрод; 14 – полость для концентрированного раствора CuSO₄. Рисунок 13 - Число аварий по причине КРН (1995-2004 гг.) в зависимости от содержания ионов в грунтовых водах (а) и конструкция электрохимического зонда (б)