2.2. Современное техническое состояние магистральных трубопроводов [3]

Рассмотрим техническое состояние действующих ныне МТ, выделив три основных структурных единицы: линейную часть, нефтеперекачивающие станции, резервуары.

2.2.1. Линейная часть мт

Техническое состояние линейной части МТ характеризуется ее несущей способностью, герметичностью, работоспособностью запорно-регулирующей и предохранительной арматуры и других устройств.

Несущая способность и герметичность трубопроводов определяется на­личием скрытых дефектов в них на момент пуска в эксплуатацию, износом стенок труб и их старением под воздействием малоцикловых нагрузок.

Различают металлургические, технологические и строительные дефекты труб. К металлургическим относятся дефекты листов и лент, из которых изго­тавливаются трубы, т.е. различного рода расслоения, прокатная плена, вкатан­ная окалина, поперечная разнотолщинность, неметаллические включения и др. Под технологическими понимают дефекты, связанные с несовершенством тех­нологии изготовления труб. Условно их можно разделить на дефекты поверх­ности (наклеп при экспандировании, смещение или угловатость кромок, овальность труб) и дефекты сварки (трещины, свищи, поры, непровар, неме­таллические шлаковые, флюсовые, окисные, сульфидные включения, подре­зы). К строительным относятся дефекты, обусловленные несовершенством технологии строительно-монтажных работ, нарушениями технологических и проектных решений по транспортировке, монтажу, сварке, изоляционно- укладочным работам (царапины, задиры, вмятины на поверхности труб, де­фекты сварных швов и изоляционного покрытия).

Существующая технология прокатки металла, технология непрерывной разливки стали на отдельных металлургических заводах является одной из причин изготовления некачественных труб. Нередки случаи разрушения по причине расслоения металла. Часто поверхность стального листа, поступаю­щего на трубные заводы, имеет недопустимые дефекты.

На трубных заводах входной контроль сырья несовершенен или полно­стью отсутствует. Это приводит к тому, что дефекты сырья становятся дефек­тами труб. При изготовлении труб приходится подвергать металл нагрузкам, при которых он работает за пределом текучести. Это приводит к появлению наклепа, микрорасслоений, надрывов и других скрытых дефектов. Из-за крат­ковременности последующих заводских испытаний труб (20,..30 с) многие скрытые дефекты не выявляются и "срабатывают" уже в процессе эксплуата­ции МТ. В недостаточной степени контролируется заводами и геометрическая форма труб. Так, на трубах диаметром 500...800 мм смещение кромок достига­ет 3 мм (при норме для спирально-шовных труб 0,75... 1,2 мм), овальность - 2 %. Велик процент ремонтных заводских швов на трубах.

Состояние поверхности труб - один из важнейших факторов, опреде­ляющих надежность МТ. Между тем дефекты на поверхности труб допуска­ются на всех этапах строительства трубопроводов. Механические воздействия при погрузочно-разгрузочных, транспортных и монтажных операциях приво­дят к появлению на трубах вмятин, рисок, царапин, задиров. Высокая степень пластической деформации локальных участков поверхности трубы, риски, подрезы и т.п. возникают при очистке трубопроводов скребками-резцами. Эти концентраторы напряжений являются потенциальными очагами развития кор- розионно-усталостных трещин. Очистка трубопроводов с помощью проволоч­ных щеток исключает повреждения труб в виде подрезов, но при определен­ных режимах обработки приводит к деформациям поверхности металла, сни­жающим его коррозионную стойкость.

Различные сварочные дефекты возникают при изготовлении труб и мон­таже трубопроводов, когда нарушается принятая технология производства сварочных работ или применяются некондиционные материалы. Наиболее ха­рактерными дефектами при сварке являются усиление шва или подрезы в ос­новном металле рядом со швом; шлаковые включения в наплавленном метал­ле; поверхностные и внутренние трещины в металле шва и околошовной зоне; непровар в корне шва и по кромкам труб. Данные дефекты приводят к резкому снижению пластичности и повышению хрупкости сварных соединений при пульсирующих и ударных нагрузках, особенно при низкой температуре.

Наиболее опасны дефекты, имеющие вытянутую форму и острые края (трещины, непровар в корне шва). Менее опасны дефекты округлой формы, например, единичные поры и шлаковые включения. Опасность дефектов воз­растает с увеличением их размеров. Особенно опасны дефекты, расположен­ныеперпендикулярно к направлению действующего усилия, стремящегося их раскрыть. Из механических повреждений особую опасность представляют за­диры на вмятинах, глубокие вмятины и глубокие царапины на трубах.

В процессе эксплуатации труб происходит их коррозионно- механический износ. Неизбежность процесса коррозии стали предопределена н'.рмодинамической неустойчивостью чистых металлов и сплавов, неоднород­ностью их структуры, коррозионными свойствами грунта и транспортируемой среды. Установлено, что под действием механических нагрузок коррозия ме­таллов протекает интенсивнее. Утоныпение металла вследствие коррозии при­водит к усилению напряжений в металле, что в свою очередь вызывает увели­чение скорости коррозии и т.д.

К числу наиболее коварных видов разрушения труб относятся электро­коррозия и канавочная коррозия. При электрокоррозии имеет место локальное разрушение анодных участков на поверхности металла, где блуждающие токи стекают в грунт. Разрушение внутренней поверхности труб в виде канавок встречается на восходящих участках трубопровода, где имеются скопления воды, в результате совместного действия электрохимической коррозии и абра­зивного действия механических частиц, циркулирующих в застойной зоне.

Внешние коррозионные повреждения труб появляются, как правило, в местах нарушения сплошности изоляционного покрытия. За всю историю строительства трубопроводов в нашей стране использовалось три вида наруж­ной изоляции. Трубопроводы, построенные до 1970 г. (протяженностью более 25 тыс. км), покрывались битумной изоляцией со сроком службы 10... 15 лет, сооруженные после 1970 г. - в основном, полимерными пленками со сроком службы 12... 15 лет, в течение последних 25 лет все шире применяется комби­нированное изоляционное покрытие "Пластобит", имеющее расчетный срок службы более 30 лет. Первые два типа изоляционных покрытий требуют пе­риодического ремонта в объемах, которые, как правило, своевременно не вы­полняются. Покрытие "Пластобит" теоретически имеет срок службы, превы­шающий нормативный срок службы магистральных трубопроводов. Однако брак, допускаемый при изоляционно-укладочных работах, уменьшает и его качество.

Внутренние коррозионные повреждения МТ возникают, как правило, в местах скоплений воды.

Теоретически нефтепродукты не должны содержать воды. Однако они тем не менее обводнены. Причинами обводненности являются: применение водяного пара и водяного охлаждения в процессе переработки нефти, конден­сация атмосферной влаги в газовом пространстве резервуаров, негерметич­ность кровли резервуаров, дренаж осадков с плавающих крыш непосредствен но в хранимый продукт и т.д. Несмотря на применяемые меры часть воды ю резервуаров попадает вместе с нефтепродуктом и в трубопроводы.

Причина присутствия воды в товарной нефти очевидна: ее не удается полностью отделить от нефти в процессе промысловой подготовки.

Расчеты показывают, что применяемые скорости перекачки не могу! предотвратить постепенное накопление воды в пониженных точках трассы.

Ситуация усугубляется тем, что в связи с падением добычи нефти пропускная способность многих трубопроводов уменьшилась, что приведет к интенсифи­кации процесса образования скоплений.

При пусках, остановках и смене режимов работы МТ происходит изме­нение давления в них. В течение года число циклов "нагружение - разгрузка" составляет в среднем: с амплитудой до 0,2 МПа - около 120, до 1,0 МПа - 20, до 4,0 МПа - примерно 40. Общее число циклов в год в среднем достигает по­рядка 180. Под действием малоцикловых нагрузок происходит развитие скры­тых дефектов, приводящее к потере трубой герметичности. Если число циклов нагружения превышает 7000 (срок эксплуатации труб более 35 лет), то разру­шению могут быть подвержены и трубы без брака. Для сравнения отметим, что в 1990 г. за пределами нормативного срока службы (33 года) работало око­ло 2500 км магистральных нефтепроводов, со сроком эксплуатации 30 лет - 5000 км, 25 лет - 4500 км, 20 лет - 7000 км, т.е. заметная доля трубопроводов находится в "возрасте", опасном с точки зрения малоциклового нагружения.

На начальном этапе строительства трубопроводов широко использова­лись низкокачественные тройники полевого изготовления. Исследованиями установлено, что такие тройники разрушаются под действием малоцикловых нагрузок в течение 5...7 лет. Поэтому требуется их усиление, либо замена на тройники заводского изготовления.

О роли различных факторов в возникновении отказов линейной части МТ можно судить по данным табл. 2.1.

Таблица 2.1

Причины отказов линейной части магистральных трубопроводов, %

Причина отказов	АК "Транснефть"	США
Брак сварного шва	17,7	17,8
Повреждение механизмами и машинами	4,8	26,1
Нарушение правил эксплуатации	5,0
Чаводской дефект металла труб	12,2	5,7
Наружная и внутренняя коррозия	55,3	36,8
i 1рочие	5.0	13,6
Всего:	100,0	100,0

Как видим, процент отказов МТ в США из-за повреждения машинами и механизмами несколько выше, что, по-видимому, связано с большей плотно­стью населения и урбанизацией. В свою очередь, на отечественных МТ выше процент отказов по причине заводских дефектов металла, коррозии и наруше­ний правил эксплуатации. Последнее связано с лучшим качеством металла, более качественной изоляцией и более высоким уровнем автоматизации МТ в США.