СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПЕРЕИСПЫТАНИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD OF HYDRAULIC RE-TESTING OF OPERATING PROCESS PIPELINES

Изобретение относится к области эксплуатации технологических трубопроводов нефтеперекачивающих станций и служит для обеспечения отсутствия утечек и разрывов трубопроводов в период времени между периодическими испытаниями из-за растущих при циклическом изменении рабочего давления трещиноподобных дефектов труб.
Известен способ гидравлического испытания на удар и реабилитации трубопровода [патент RU 2467299 C1, опубл. 20.11.2012, МПК G01M 7/08], осуществляемый при его нагружении повышенным давлением в полевых условиях, основанный на нагнетании воды перекачивающей установкой из источника в участок трубопровода с давлением, равным давлению в источнике, с последующим подъемом давления до заданной величины и регистрацией расхода, температуры, давления воды. Участок трубопровода выбирают неразрушающими методами контроля, рассчитывают показатели механических свойств труб с учетом напряженно-деформированного состояния участка трубопровода, определяют параметры его нагружения повышенным давлением и отделяют камерами или заглушками от трубопровода. В полость участка трубопровода нагнетают воду и производят его испытания повышенным давлением и реабилитацию труб с трещиноподобными дефектами. После выбора испытательного участка трубопровода неразрушающими методами контроля для каждой трубы, имеющей трещиноподобные дефекты, по заданному алгоритму определяют размеры дефектов и с их учетом для каждой трубы в участке трубопровода рассчитывают фактические разрушающие нагрузки и соответствующие этим нагрузкам минимальное испытательное давление и максимальное испытательное давление, создающие в стенках труб напряжения растяжения в окружном направлении от 85% до 110% от предела текучести металла труб. В процессе гидравлического испытания при заполнении водой в участке трубопровода поднимают давление до величины, равной минимальному испытательному давлению, с последующим добавлением воды в объеме, необходимом для упругопластического деформирования труб при сохранении заданного гарантированного запаса пластичности.
Недостатком этого способа является невозможность обоснованного выбора интервала времени до проведения следующего испытания и параметров испытания, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию технологических трубопроводов нефтеперекачивающих станций в период между испытаниями. Уровень испытательного давления недостаточно высок для выявления трещиноподобных дефектов, которые могут привести к разрушению в эксплуатационный период после проведения испытаний. Не учитывается фактическая цикличность нагружения участка трубопровода внутренним давлением в условиях эксплуатации. Не учитываются диаметры, толщины стенок и механические свойства испытываемых труб.
Известен способ гидравлических (пневматических) испытаний трубопроводов [патент RU 2243523 С2, опубл. 27.12.2004, МПК G01M 3/12, G01M 3/00], по которому трубопроводы, работающие под давлением, периодически нагружают давлением испытания жидкости или газа, превышающим рабочее давление эксплуатации, выдерживают под давлением испытания, после чего давление снижают и проводят осмотр трубопроводов. Трубопроводы считают выдержавшими гидравлические (пневматические) испытания, если в процессе испытаний и при осмотре не обнаружено течей и/или разрывов металла, в процессе выдержки падение давления не выходило за установленные пределы, а после испытаний не было выявлено новых остаточных деформаций. Режим испытаний выбирают таким, чтобы размеры трещин семейства трещин критического размера, соответствующих режиму испытания, были меньше размеров трещин семейства трещин критического размера, соответствующих рабочему режиму эксплуатации, периодичность испытания выбирают такой, чтобы время между гидравлическими (пневматическими) испытаниями не превышало времени увеличения размеров трещин семейства трещин критического размера, соответствующих режиму гидравлических (пневматических) испытаний, до размеров трещин семейства трещин критического размера, соответствующих рабочему режиму эксплуатации.
Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ гидравлических испытаний трубопроводов тепловых сетей повышенным давлением [патент RU 2364849 С1, опубл. 20.08.2009, МПК G01M 3/12], по которому трубопроводы, работающие под давлением, периодически нагружают давлением воды, превышающим рабочее давление, выдерживают определенное время, после чего давление снижают, проводят осмотр трубопроводов, при этом их считают выдержавшими гидравлические испытания, если в процессе испытаний и при осмотре не обнаружено течи и/или разрывов металла и в процессе выдержки падение давления не выходило за установленные пределы. Режим испытаний выбирают таким, чтобы испытательное давление превышало величину давления, разрушающего металл трубопровода, в период на 1÷3 года предшествующий моменту разрушения при рабочем давлении подверженных локальной коррозии участков трубопровода. Величина испытательного давления принимается в зависимости от величины рабочего давления, скорости коррозии, диаметра трубопровода и временного сопротивления материала труб, от назначения трубопровода.
Недостатком ближайшего аналога является то, что известный способ относится к области технического обслуживания и эксплуатации сосудов и трубопроводов давления только в теплоэнергетике и не учитывает возможность наличия в стенке трубопровода трещиноподобных дефектов и фактическую цикличность нагружения внутренним давлением (учитывается только наличие коррозионных дефектов). Недостатком данного способа также является невозможность обоснованного выбора интервала времени до проведения следующего испытания.
Задачей заявляемого изобретения является определение величины интервала времени между периодическими испытаниями по заданному испытательному давлению с учетом фактического циклического изменения рабочего давления при эксплуатации испытываемого участка трубопровода и значений параметров циклической трещиностойкости, определяющих скорость роста трещиноподобных дефектов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности испытываемого участка трубопровода посредством обеспечения отсутствия утечек и разрывов трубопровода в период его эксплуатации между испытаниями.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе гидравлических испытаний технологических трубопроводов нефтеперекачивающих станций повышенным давлением, по которому трубопроводы, работающие под давлением, периодически нагружают испытательным давлением воды, превышающим рабочее давление, выдерживают определенное время, после чего давление снижают, проводят осмотр трубопроводов, при этом их считают выдержавшими гидравлические испытания, если в процессе испытаний и при осмотре не обнаружено течи и/или разрывов металла и в процессе выдержки падение давления не выходило за установленные пределы, при этом определяют интервал времени повторных испытаний участка трубопровода, при определении интервала времени повторных испытаний участка трубопровода для заданного испытательного давления получают исходные данные, включающие фактические данные по изменению давления на рассматриваемом участке трубопровода за год, нормативный предел прочности металла труб, нормативный предел текучести металла труб, номинальную толщину стенки труб, минусовый допуск на толщину стенки труб, наружный диаметр труб, ударную вязкость, рабочее давление, максимальное внутреннее давление по фактическим данным изменения давления, при этом при обработке фактических данных по изменению давления используют методы схематизации случайных процессов нагружения, в результате чего определяют максимальное значение давления в трубопроводе, затем, используя исходные данные, определяют эквивалентное напряжение «отнулевого» цикла нагружения и количество циклов за год нагружения эквивалентным напряжением «отнулевого» цикла, для заданного испытательного давления определяют начальные размеры дефектов для набора расчетных дефектов трубопровода, которые могли бы выдержать заданное испытательное давление и остаться в трубопроводе после испытаний, затем используя полученные данные о максимальном значении давления и фактические данные изменения давления определяют конечные размеры расчетных дефектов как критические размеры при эксплуатации и для каждого расчетного дефекта определяют циклическую долговечность как количество циклов эквивалентного нагружения, за которое дефект вырастет при циклическом «отнулевом» эквивалентном нагружении от начальной глубины до конечной глубины, и определяют интервал повторных испытаний участка трубопровода для заданного испытательного давления при минимальном значении циклической долговечности из набора значений для всех расчетных дефектов.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.
Переиспытания технологических трубопроводов нефтеперекачивающих станций повышенным давлением проводятся для выявления и устранения развивающихся дефектов на участках технологических трубопроводов и назначения интервала между повторными переиспытаниями для обеспечения целостности трубопроводов с развивающимися дефектами.
Переиспытания повышенным давлением проводятся на участках технологических трубопроводов от приемной задвижки нефтеперекачивающей станции до тройников на выходе фильтра-грязеуловителя, от тройников на выходе фильтра-грязеуловителя, резервуаров для хранения нефти и резервуаров сброса до фланцев подпорных насосов на напорной линии, от фланцев подпорных насосов на нагнетательной линии до тройника приемной линии первого магистрального насоса, от тройника приемной линии первого магистрального насоса, обвязки магистральных насосов и самих магистральных насосов до запорной арматуры, от узла регуляторов давления до выкидной задвижки нефтеперекачивающей станции.
При гидравлических испытаниях технологических трубопроводов нефтеперекачивающих станций повышенным давлением трубопроводы, работающие под давлением, нагружают испытательным давлением воды, превышающим рабочее давление, и выдерживают определенное время. Затем давление снижают и проводят осмотр трубопроводов. Если в процессе испытаний и при осмотре не обнаружено течи и/или разрывов металла и в процессе выдержки падение давления не выходило за установленные пределы, трубопроводы считают выдержавшими гидравлические испытания. Параметры испытания выбирают такими, чтобы размеры трещиноподобных дефектов, которые могут не выявиться в результате нагружения испытательным давлением и остаться в стенке трубопровода, были такими, чтобы оставшиеся дефекты не смогли вырасти до критических размеров при рабочем давлении при эксплуатационном нагружении циклическим внутренним давлением в течение интервала времени до следующих испытаний.
При испытании повышенным давлением отношение испытательного давления к рабочему давлению выбирают более 1,25. Кольцевые напряжения в стенке труб при испытании повышенным давлением, определенные с учетом минусового допуска на толщину стенки, выбирают не превышающими 100% от нормативного минимального предела текучести металла труб. В зависимости от жесткости фактической цикличности изменения рабочего давления для трубопроводов с растущими трещиноподобными дефектами определяется интервал времени между переиспытаниями, который обеспечивает отсутствие разрыва и течи трубопровода при заданном рабочем давлении.
Интервал времени повторных испытаний участка трубопровода для заданного испытательного давления определяют следующим образом. Получают исходные данные, включающие фактические данные по изменению давления на рассматриваемом участке трубопровода за год, определяемые по датчикам системы диспетчерского контроля и управления. Кроме того, определяют нормативный предел прочности металла труб, нормативный предел текучести металла труб, номинальную толщину стенки труб, минусовый допуск на толщину стенки труб, наружный диаметр труб, ударную вязкость и рабочее давление на рассматриваемом участке трубопровода. Определяют максимальное внутреннее давление по фактическим данным изменения давления на рассматриваемом участке трубопровода за год.
После этого фактические данные по изменению давления обрабатывают с помощью методов схематизации случайных процессов нагружения. В качестве указанных методов могут быть использованы метод «дождя» или метод «полных циклов» [ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов]. В результате фактические данные по изменению давления представляются в виде блочного циклического нагружения трубопровода внутренним давлением. Каждый блок характеризуется количеством циклов, максимальным значением давления в трубопроводе и коэффициентом асимметрии. Используя полученные данные блочного циклического нагружения трубопровода внутренним давлением за год определяют максимальное значение давления в трубопроводе.
Затем с использованием полученных исходных данных определяют эквивалентное напряжение «отнулевого» цикла нагружения трубопровода повышенным внутренним давлением, при котором минимальное напряжение стенок трубопровода принимают равным нулю, и определяют количество циклов нагружения за год эквивалентным напряжением «отнулевого» цикла. Для заданного испытательного давления определяют начальные размеры дефектов для набора расчетных дефектов трубопровода, которые могли бы выдержать заданное испытательное давление и остаться в трубопроводе после испытаний. Для этого используют соотношения, связывающие критические размеры дефектов и значение внутреннего давления. Затем, используя полученные данные о максимальном значении давления в трубопроводе и фактические данные изменения давления, определяют конечные размеры расчетных дефектов как критические размеры при эксплуатации и для каждого расчетного дефекта определяют циклическую долговечность как количество циклов эквивалентного нагружения, за которое дефект вырастет при циклическом «отнулевом» эквивалентном нагружении от начальной глубины (критической глубины при испытательном давлении) до конечной глубины (критической глубины при максимальном давлении по фактическим данным изменения давления).
r
исп
Зависимость интервала повторных переиспытаний Т от испытательного давления p для каждого расчетного дефекта определяют по формуле:
ek
где N - количество циклов за год нагружения эквивалентным напряжением «отнулевого» цикла;
K - коэффициент интенсивности напряжений;
a
- глубина расчетного дефекта;
l - полудлина расчетного дефекта;
С, m - параметры циклической трещиностойкости.
Далее определяют циклическую долговечность, которая характеризует работоспособность трубопроводов с развивающимися дефектами в условиях многократно повторяющихся циклов напряжения. При этом в цикле напряжения напряжение изменяют между предельными значениями напряжения в течение интервала между повторными испытаниями. В итоге интервал повторных испытаний участка трубопровода для заданного испытательного давления выбирают равным интервалу, при котором получено минимальное значение циклической долговечности трубопровода из набора значений для всех расчетных дефектов.
Определенный выше интервал повторных испытаний обеспечивает безаварийную эксплуатацию испытываемого участка трубопровода при заданном испытательном давлении.