Комплексный технологический контроль и стресс-коррозионный мониторинг состояния МГ.

Газовые магистрали должны работать безотказно длительное время, сколь агрессивна не была бы окружающая среда. Поэтому нарастающий поток аварий по причине коррозионного растрескивания под напряжением требует принятия неотложных мер по снижению аварийности подземных МГ. Их можно разделить на три группы:

• научно-исследовательские, фундаментальные и прикладные исследования природы, причин и механизма возникновения и развития КРН при рН, близком к нейтральному. В эту же группу входят методологические работы, направленные на воспроизведение процесса КРН данного вида в лабораторных условиях и создание методов испытаний сталей на их устойчивость, с одной стороны, и ранжирование грунтовых сред по степени опасности, с другой;
• диагностические работы, целью которых является создание концепции диагностирования, его организация и информационное обеспечение, разработка технических средств и регламента диагностирования состояния трубопроводов;
• ремонтные работы, обеспечивающие оценку и продление остаточного ресурса путем разработки методов и средств продления работоспособности дефектных участков.

Для своевременного выявления и предотвращения стресс-коррозионных повреждений необходимо опираться на комплексный технологический контроль и техническое диагностирование состояния магистральных трубопроводов на всех стадиях жизненного цикла, т.е. проектирование, строительство, эксплуатация, реконструкция или ремонт и вывод из эксплуатации.

Конечной целью комплексного мониторинга состояния газопроводов в условиях КРН является непрерывный контроль критических показателей факторов, определяющих вероятность возникновения отказов на всех этапах жизненного цикла МГ для принятия эффективных мер по снижению уровня негативного воздействия и поддержания газопроводов в работоспособном состоянии и обеспечения его надежности и экологической безопасности.

Система  комплексного коррозионного мониторинга состояния МГ в условиях КРН должна включать пять уровней наблюдений: инженерные изыскания и проектирование, строительство, эксплуатацию, ремонт и реконструкцию, вывод из эксплуатации. Она должна отражать и определять:

•   цели мониторинга;
•   ситуацию и условия, определяющие необходимость мониторинга критических показателей в процессе инженерных изысканий и их состав;
•   особенности конструктивных решений данного газопровода, требуемые для обеспечения коррозионной устойчивости, включая проектные решения по выбору трассы, материала трубы, методов и средств пассивной и активной противокоррозионной защиты;
•   технологические требования к производству отдельных видов работ, требования по контролю качества материалов и качества выполнения отдельных видов работ в процессе строительства газопровода;
•   выбор оборудования для проведения диагностических обследований и их регламентов для выявления и сопоставления видов дефектов, ведущих к отказам, с видами дефектов, выявляемых средствами дефектоскопии для  оценки текущего состояния газопроводов с точки зрения их работоспособности и ремонтопригодности в процессе эксплуатации;
•    материалы обоснования сроков, объемов и видов технического обслуживания, ремонтов и вывода из эксплуатации конкретных участков трубопроводов. 

 С учетом причин и статистики отказов, диагностику целесообразно осуществлять на основе физической модели устойчивости газопроводов, эксплуатирующихся в условиях воздействия коррозионно-опасных сред. Модель базируется на комплексной оценке условий и факторов в системе З-Н-М-С с учетом проектных отклонений, технологической наследственности материалов трубы и покрытий, напряженно-деформированного состояния конструкций, эксплуатационных факторов, их вариабельности с использованием компьютерных экспертных систем для  оценки состояния и возможных изменений. На основе модели сопротивляемости разрушению формируется система мониторинга газопроводов, включающая базовые виды диагностики - функциональную, тестовую, модельную; меры по предупреждению и устранению  негативных изменений в объекте с учетом особенностей разных стадий жизненного цикла газопровода.

Основная исходная информация для решения задач прочности и остаточного ресурса (по долговечности) хранится в базах данных (БД): «Объект», «Механизм», «Дефект», «Характеристики материала труб», «Защищенность трубопровода»,  «Нагрузки»,  «Условия прокладки», «Рекомендации по повышению устойчивости газопроводов».

БД «Объект». Предназначена для описания трассы трубопровода. Содержит следующие данные:

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         основные конструктивные решения;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         природно-климатические условия;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         характеристики перекачиваемого продукта;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         дату укладки или ремонта трубопровода на контролируемом участке;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         характеристики трубных элементов по сертификатам;

*      наименования систем магистральных газопроводов, на которых обнаружено КРН;

*      протяженность магистральных газопроводов, подвергшихся КРН;

*      статистику аварийности на магистральных газопроводах по причине КРН, включая разрывы при гидропереиспытаниях;

*      прямой и косвенный ущерб от каждой аварии на магистральных газопроводах по причине КРН, произошедшей в процессе эксплуатации;

*      взаимосвязь масштабов, серьезности и статистики аварийности по причине КРН со сроками эксплуатации магистральных газопроводов, общей протяженностью системы, типом изоляционного покрытия, процессом изготовления трубы, уровнем напряжений в стенках трубы, состоянием окружающей среды и другими факторами, способствующими возникновению КРН.

Объем информации, хранящейся в БД «Объект», зависит от количества трубных элементов, ремонтируемых участков, а также от участков с разной толщиной стенки и с разными диаметрами.                     

БД «Механизм» (тип КРН). В связи с тем, что понимание механизма (типа) возникновения и развития КРН является решающим в разработке эффективных мер по ее предупреждению и уменьшению, необходимо отслеживать процесс понимания механизма возникновения и развития КРН на магистральных газопроводах по следующим направлениям:

• различные виды КРН (т.е. щелочная рН или нейтральная рН), которые обнаружены ли на магистральных газопроводах;
• обзор теорий возникновения и развития КРН;
•    известные факторы (механические, окружающей среды, металлургические), которые приводят в возникновению и развитию КРН, и как эти факторы влияют на возникновение и развитие КРН;
•    эффективность моделей для обнаружения участков трубопроводов, подверженных воздействию КРН, включая полевые данные, которые подтверждают их эффективность (т.е. достоверность прогноза);
•    имеется ли граничный фактор, усиливающий или снижающий развитие КРН; критерий, используемый для определения граничного фактора; может ли быть определен такой граничный уровень; является ли он постоянным по всей протяженности трубопроводной системы;
•    эффективность мер по уменьшению скорости развития КРН и предотвращению аварий (гидравлические переиспытания; снижение рабочего давления; выборочная замена труб; обследование трубопроводов в шурфах и ремонт повреждений и т.д.); обзор выполняемых исследований.

БД «Дефект». Предназначена для хранения информации, полученной в результате обследования линейной части трубопровода. Для изучения кинетики развития дефектов, исследования влияния на нее различных эксплуатационных факторов, в БД необходимо вводить следующие данные:

•    возможности внутритрубных инспекционных снарядов и других методов диагностики для обнаружения продольных трещин, включая имеющиеся практические данные, которые подтверждали такие возможности;
•    ограничения в практическом применении таких средств (т.е. ограничения по размерам, пригодности к применению на трубопроводах);
•    характеристика газопроводов, подверженных КРН, которые могут пропускать такие внутритрубные средства;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         местоположение дефекта;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         тип дефекта по каталогу (классификатору);

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         расчетные (по данным обследования) параметры дефекта.

Расчетные параметры дефекта (длина, глубина, ширина) определяются по данным обследования.

БД «Характеристики материала труб». Должна содержать все механические характеристики и характеристики трещиностойкости, необходимые для проведения расчетов на прочность и остаточный ресурс (по долговечности). Информация должна задаваться на основании сертификатных данных, отражающих фактические характеристики материала или по справочным данным. В случае задания справочных данных в расчете дополнительно должно учитываться влияние следующих факторов:

*      изменение механических характеристик металла труб и характеристик трещиностойкости от срока эксплуатации трубопровода (старение);

*      изменение свойств под напряжением;

*      изменение свойств материала под воздействием агрессивных сред.

БД «Нагрузки». Предназначена для хранения информации, характеризующей нагружение трубопровода при эксплуатации. Должно быть обеспечено задание, хранение и учет в расчетах:

*                                                                                                                                                                                                                                                                                          давления перекачки, динамики флуктуаций;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                          температурных перепадов (температуры замыкания и транспортируемого продукта);

*                                                                                                                                                                                                                                                                                          реакции грунтов;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                          любых других внешних нагрузок, которые оказывают влияние на напряженно-деформированное состояние магистрального газопровода.

БД «Условия прокладки». Содержит информацию, характеризующую условия взаимодействия трубопровода с грунтом:

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         тип грунта по трассе;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         ионный состав;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         микробиологическая активность;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         удельное сопротивление грунта ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         рН грунта;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         модуль деформации грунта основания, ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         модуль деформации грунта засыпки, ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         глубина заложения трубопровода до верхней образующей, ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         коэффициент Пуассона грунта;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         коэффициент касательного сопротивления грунта, ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         предельное сопротивление грунта основания, ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         предельное сопротивление грунта засыпки, ;

*                                                                                                                                                                                                                                                                                         предельное сопротивление грунта продольным перемещениям, .

БД «Защищенность трубопровода». Содержит информацию, характеризующую степень защиты трубопровода (состояние изоляции и катодной защиты по трассе трубопровода):

• характеристики работы активных средств антикоррозионной защиты;
• тип и состояние изоляции трубопровода.

БД «Рекомендации по повышению устойчивости газопроводов»:

• эффективность различных типов покрытий для предотвращения КРН;
• возможные изменения окружающей среды, которые уменьшают чувствительность трубопровода к КРН (грунт, топография, электрохимическое окружение, микробиологическая активность и т.д.);
• рекомендации по мониторингу металлургических характеристик, которые влияют на возникновение и развитие КРН;
• рекомендации по технологии изготовления труб, которые должны контролироваться для предупреждения КРН;
• технологические схемы строительства, обеспечивающая предотвращение КРН;
• режимы эксплуатации, обеспечивающие предотвращение КРН (величины рабочих давлений, изменения величин давления / напряжения в стенках труб, рабочая температура стенок труб, уровень катодной поляризации и т.д.);
• параметры гидравлических переиспытаний: уровень напряжений в стенках труб, продолжительность переиспытаний, периодичность переиспытаний и др.;
• размеры дефектов, которые могут выдержать переиспытания;
• ограничение эксплуатационных режимов (напряжений стенок, рабочей температуры стенок труб, изменения величин давления, уровня катодной поляризации);
• методы ремонта (вышлифовка, замена покрытия, применение муфт, вырезка поврежденного КРН участка трубы и др.), технические данные, подтверждающие применимость таких методов ремонта, критерий для выбора того или иного метода ремонта;
• технологические требования при замене поврежденного КРН участка трубы (материал трубы, толщина стенки, тип покрытия, технология производства работ, методы контроля и т.д.);
• методика обоснования приоритетов выбора опасных участков трубопроводов, которые должны быть выбраны для первоочередной замены (сближение с жилыми строениями, с авто- и железными дорогами, местами массового нахождения людей, чувствительными регионами окружающей среды и т.д.);
• критерий определения протяженности трубопровода для замены, его обоснование и технические данные, предупреждающие возможность применения такого критерия;
• факторы, которые должны приниматься во внимание при определении критерия определения протяженности (безопасность, ущерб собственности, воздействие на окружающую среду).

Эти меры должны быть направлены на повышение надежности эксплуатации действующей системы газопроводов и обеспечение стойкости к КРН строящихся и реконструируемых газопроводов, т.е. выявление и ликвидацию стресс-коррозионных дефектов.