Способ определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов
METHOD FOR DETERMINING THE TENSION AND ROUND OF THE REPLACEMENT OF THE PLOTS OF THE LINEAR PART OF THE MAIN PIPELINES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к трубопроводному транспорту углеводородов, в частности к обеспечению надежности транспортировки и безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов за счет эффективного планирования работ по капитальному ремонту, в частности, определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов.
Уровень техники
Тенденция к ухудшению технического состояния магистральных трубопроводов (далее - МТ) по мере увеличения срока их эксплуатации сверх срока амортизации, необходимость оптимального, экономного расходования финансовых ресурсов на поддержание системы транспорта нефти и нефтепродуктов в работоспособном состоянии требуют разработки мероприятий по восстановление несущей способности только на тех конкретных участках МТ, где произошла ее потеря или снижение до опасного уровня.
Для достоверного определения таких участков и тем самым обеспечения безопасной эксплуатации и продления срока службы действующих МТ необходимо в полном объеме учитывать всю имеющуюся информацию о состоянии МТ, их дефектах и особенностях.
Используемые в настоящее время подходы к планированию работ по капитальному ремонту МТ описаны в различных источниках информации. Из уровня техники известно, что обеспечение рационального использования ресурсов и достижение установленных результатов при эксплуатации и ремонте объектов линейной части магистрального газопровода базируется на обоснованной оценке технического состояния входящих в линейную часть объектов. Достоверность результатов оценки зависит от качества и полноты данных технического диагностирования.
В известном источнике информации предложены направления повышения достоверности результатов оценки технического состояния газопроводов, не подготовленных к внутритрубному диагностированию, включающие ранжирование участков по приоритету для поэтапного формирования плана реконструкции газопровода под пропуск внутритрубных дефектоскопов, использование специальных дефектоскопов повышенной проходимости, разработку нормативной и конструкторской документации для применения переносных камер приема-запуска [«Разработка системы оценки технического состояния линейной части магистральных трубопроводов, не подготовленных к внутритрубному диагностированию», A.M. Ангалев, И.И, Велиюлин, А.В. Захаров, А.Н. Горшков, Газовая промышленность, 2014 г., №5, с. 50-52]. Из уровня техники известны основные положения разработанной технологии выявления зон непроектных напряжений на магистральных газопроводах по результатам внутритрубной диагностики. Доказано, что, несмотря на высокую подверженность длительно эксплуатируемых газопроводов стресс-коррозионным дефектам, аварии по такой причине маловероятны. Это позволяет отказаться от сравнительно высоких темпов переизоляции в пользу ремонта посредством замены трубами в заводской изоляции или в комбинации с трубами, восстановленными в заводских условиях.
Переход на эту принятую мировой практикой технологию позволит «обновить» газотранспортную систему и обеспечить ее безаварийную эксплуатацию на срок до 50 лет и более [«Концепция безаварийной эксплуатации и капитального ремонта магистральных газопроводов», ОАО «Газпром», P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Газовая промышленность, 2015 г., №1, с. 28-31].
Существующие подходы по обеспечению надежности транспортировки и безопасности эксплуатации МТ за счет эффективного планирования работ по капитальному ремонту не учитывают:
а) показатели системной значимости участков МТ, определяющую значимость местоположения МТ, исходя из схемы потоков и чувствительности потребителей нефти и нефтепродуктов, а именно, загрузку МТ, возможности технологического резервирования, приоритет по направления поставок (принадлежность к технологическим коридорам);
б) потенциальную опасность линейных участков МТ с точки зрения возможных отказов, а именно отсутствие результатов или неполнота данных диагностических обследований, принадлежность к переходам через водные преграды и малые водотоки, доступность для ликвидации последствий аварий, близость к населенным пунктам.
Сущность изобретения
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов, устраняющего вышеперечисленные недостатки и приводящего к улучшению планирования работ по капитальному ремонту МТ.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности эксплуатации МТ за счет обеспечения возможности расчета протяженности и очередности замены участков линейной части МТ на основании количественной оценки показателей, характеризующих техническое состояние МТ на линейных участках, а также потенциальную опасность отказа и системную значимость участков линейной части МТ.
TCj
j
j
j
зам
зам
j
зам
ср,z
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистрального трубопровода характеризуется тем, что участки магистрального трубопровода, для которых проводится расчет протяженности и очередности замены разделяют на расчетные участки протяженностью не более 200 м; осуществляют внутритрубную диагностику расчетного участка магистрального трубопровода, по результатам которой получают данные о фактической толщине стенок трубопровода и параметрах коррозионных дефектов; по полученным данным о фактической толщине стенок трубопровода и параметрах коррозионных дефектов определяют прогнозное значение относительного объема коррозии на трубной секции на первый год периода, на который выполняется определение протяженности и очередности замены; для каждого j-го расчетного участка определяют суммарный показатель К технического состояния магистрального трубопровода на участке линейной части магистрального трубопровода; для каждого j-го расчетного участка определяют значение общего показателя приоритетности замены труб K, для определения протяженности участков замены линейной части магистрального трубопровода по всем j-м расчетным участкам проводится расчет значений K, при этом под замену трубы выделяют расчетные участки линейной части магистрального трубопровода, для которых K не менее К; для определения значения К проводят расчет суммы протяженностей трубных секций по j-м расчетным участкам, для которых K не менее задаваемых значений К; для каждого выделенного под замену участка рассчитывают средние показатели приоритетности замены участка линейной части магистрального трубопровода K; все выделенные под замену участки, ранжируются по значениям среднего показателя приоритетности с определением номера очередности по убыванию, при этом приоритет проведения замены участка проводится в соответствии с номерами очередности каждого участка.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Определение протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов (далее - ЛЧ МТ) производят следующим образом:
1. Участки ЛЧ МТ, для которых проводится расчет протяженности и очередности замены, условно разделяются по длине на расчетные участки протяженностью 200 м (j - порядковый номер расчетного участка) с округлением до целых расчетных участков в большую сторону.
Если расчетный участок пересекает границу подводного перехода магистрального трубопровода (далее - ППМТ), то граница расчетного участка устанавливается на границе ППМТ. Границы ППМТ определяются положением задвижек, а при их отсутствии уровнем воды в водоеме 10%-ной обеспеченности, границей смежного ППМТ или затвором камеры пуска-приема средств очистки и диагностирования, или через 50 м после входа трубы в грунт.
Тройники и задвижки не учитываются при расчете, их протяженность не прибавляется к протяженности расчетного участка.
2. В результате прохождения по ЛЧ МТ внутритрубные инспекционные приборы (ультразвуковой дефектоскоп - WM и магнитный дефектоскоп - MFL) выполняют сканирование всей поверхности участка трубопровода и запись на флеш-носитель полученных сигналов.
Записанная информация подлежит обработке:
- распаковка (трансляция) данных, скопированных с внутренней памяти внутритрубного инспекционного прибора (далее - ВИП), в формат, пригодный для их обработки в специализированных графических программах интерпретации.
- интерпретация данных средствами программ интерпретации, в которой формируются электронные таблицы: таблицы раскладки труб (фактические толщины стенок трубы), таблицы дефектов и особенностей трубопровода.
3. По полученным данным о фактической толщине стенок труб и параметрам коррозионных дефектов (длина, ширина и глубина) определяется прогнозное значение относительного объема коррозии на трубной секции на первый год периода, на который выполняется определение протяженности и очередности замены, для WM и MFL.
Относительный объем коррозии на трубной секции - это отношение суммы объемов всех выявленных при прохождении ВИП коррозионных дефектов на отдельной трубной секции к номинальному первоначальному объему металла трубной секции.
Прогнозный объем коррозии для коррозионных дефектов для WM и MFL определяется как объем эллиптического параболоида, вписанного в габариты, определяемые длиной, шириной и глубиной дефекта с учетом скорости роста относительного объема коррозии по формулам:
где j - порядковый номер расчетного участка;
jmWM
U - относительный объем коррозии на m-ой секции j-го расчетного участка по данным последней инспекции WM, %;
jmMFL
U - относительный объем коррозии на m-ой секции j-го расчетного участка по данным последней инспекции MFL, %;
jmWM
Z - скорость роста относительного объема коррозии на m-ой секции j-го расчетного участка по данным последней инспекции WM, %/год;
jmMFL
Z - скорость роста относительного объема коррозии по данным MFL на m-ой секции j-го расчетного участка, %/год;
g
T - дата начала периода, на который планируются замены, год (с точностью до 0,001);
jWM
T - дата последней инспекции WM на j-ом расчетном участке, год (с точностью до 0,001);
jMFL
T - дата последней инспекции MFL на j-ом расчетном участке, год (с точностью до 0,001).
jmWM
jmMFL
Значения скорости роста объема коррозии Z и Z, %/год, определяются по формулам:
jmWM
где U - относительный объем вынесенного металла по данным последней инспекции WM на m-ой секции j-го расчетного участка, %;
- относительный объем вынесенного металла по данным предпоследней инспекции WM на m-ой секции j-го расчетного участка, %;
jWM
T - дата последней инспекции WM на j-м расчетном участке, год;
- дата предпоследней инспекции WM j-м расчетном участке, год;
jmMFL
U - относительный объем вынесенного металла по данным последней инспекции MFL на m-ой секции j-го расчетного участка, %;
- относительный объем вынесенного металла по данным предпоследней инспекции MFL на m-й секции j-го расчетного участка, %;
jMFL
T - дата последней инспекции MFL на j-м расчетном участке, год;
- дата предпоследней инспекции MFL на j-м расчетном участке, год.
При первичной инспекции соответствующим типом ВИП скорость роста относительного объема, %/год, определяется по среднему значению линейной скорости коррозии по формуле:
ср
где ν - среднее значение линейной скорости коррозии, принимается равным 0,15 мм/год;
н
D - наружный диаметр трубопровода, мм;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, мм;
jm
δ - толщина стенки m-ой секции j-расчетного участка, мм;
m - порядковый номер секции;
j - порядковый номер расчетного участка;
jm
К - общее количество потерь металла на m-ой секции j-го расчетного участка, шт;
- длина k-ой потери металла m-ой секции j-го расчетного участка, мм;
jmk
w - ширина k-ой потери металла m-ой секции j-го расчетного участка, мм.
4. При отсутствии результатов пропусков WM или MFL по коррозионному состоянию участков МТ, полученных в течение 6 лет перед проведением расчетов, для оценки коррозионного состояния по результатам наземных коррозионных обследований выполняют определение следующих параметров по ГОСТ 9.602-2005 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии» (далее - ГОСТ 9.602-2005):
гjm
- удельное сопротивление грунта на m-ой секции j-го расчетного участка, R, Ом⋅м;
- наличие блуждающих токов на m-ой секции j-го расчетного участка;
ф,jm
2
- плотность защитного тока станции катодной защиты i и (i+1) (далее - СКЗ) на каждой секции j-го расчетного участка, J, А/м по формуле:
i
i+1
где I и I - токи на i и (i+1) СКЗ соответственно, А;
i,i+1
L - расстояние между точками дренажа i и (i+1) СКЗ, м;
н
D - наружный диаметр трубопровода, мм.
TC,j
5. Для каждого j-го расчетного участка определяется суммарный показатель K по формуле:
где  - нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке прогнозируемого относительного объема вынесенного металла (коррозии) на трубной секции на первый год периода, на который планируются замены;
- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения отношения сопротивления грунта при высокой коррозионной агрессивности по ГОСТ 9.602 к удельному сопротивлению грунта;
- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения показателя наличия блуждающих токов;
- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке отношения фактического значения плотности защитного тока СКЗ на m-ой секции j-го расчетного участка к плотности защитного тока, соответствующей высокой коррозионной активности;
- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения показателя, характеризующего тип антикоррозионного защитного покрытия (далее - АКП);
- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения показателя наличия трубных секций, изготовленных из марок сталей, имеющих повышенную склонность к трещинообразованию.
i
α-весовой коэффициент показателя. Значения весовых коэффициентов нормированных показателей технического состояния приведены в таблице 1.
Нормированный показатель  определяется на основании соответствующего значения ненормированного показателя  по формуле
где Е - среднее значение показателя  для всех рассчитываемых расчетных участков, определяемое по формуле
σ - среднеквадратическое отклонение значений показателя  для всех рассчитываемых расчетных участков, определяемое по формуле
где С - количество рассчитываемых расчетных участков.
i,j
i,j
Нормированные показатели  переводятся из соответствующих ненормированных показателей  в пределах от 0 до 1. Если значение P больше 1, то значение N принимается равным 1.
Показатель , %, определяется на начало первого года периода, на который планируются замены, как среднее значение прогнозируемых относительных объемов коррозии по данным WM и MFL по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций в j-м расчетном участке, шт.;
gjmWM
U - прогнозируемый на начало первого года замены относительный объем коррозии по данным WM на m-ой секции j-го расчетного участка, %;
gjmMFL
U - прогнозируемый на начало первого года замены относительный объем коррозии по данным MFL на m-ой секции j-го расчетного участка, %;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м.
Показатель , учитывающий удельное сопротивление грунта, определяется как средний на j-ом расчетном участке показатель по формуле:
г,ва
где R - значение сопротивления грунта, равное 20 Ом⋅м, при высокой коррозионной агрессивности в соответствии с ГОСТ 9.602;
j
L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций в j-м расчетном участке;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;
гjm
R - удельное сопротивление грунта на m-ой секции j-го расчетного участка, Ом⋅м.
Показатель , учитывающий наличие опасного влияния переменных и постоянных блуждающих токов на j-м расчетном участке, определяется как средний показатель по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций в j-м расчетном участке;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;
jm
I - показатель наличия блуждающих токов на m-ой секции j-го расчетного участка (принимается равным 1 при наличии опасного влияния блуждающих токов и 0 - при его отсутствии на m-ой секции j-го расчетного участка).
Показатель , учитывающий эффективность АКП, определяемый плотностью защитного тока в зоне действия СКЗ на j-ом диапазоне, как средний показатель по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций в j-м расчетном участке;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;
jm
Q - отношение фактического значения плотности защитного тока СКЗ на m-ой секции j-го расчетного участка к плотности защитного тока, соответствующей высокой коррозионной, определяемое по формуле
ф,jm
2
где J - фактическое значение плотности защитного тока СКЗ на m-ой секции j-го расчетного участка, А/м;
ва
2
J - плотность защитного тока, соответствующая высокой коррозионной активности на участке МТ, равная 0,2 А/м.
Показатель , учитывающий тип АКП на j-ом расчетном участке, определяется как средний показатель по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций в j-м расчетном участке;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;
njm
Q - показатель типа АКП m-ой секции j-го расчетного участка, значения которого приведены в таблице 2.
Показатель , учитывающий наличие на j-м расчетном участке трубных секций, изготовленных из марок сталей, имеющих повышенную склонность к трещинообразованию на j-м расчетном участке, определяется как средний показатель по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций в j-м расчетном участке;
- показатель склонности к трещинообразованию марки стали m-ой секции j-го расчетного участка, определяемый по таблице 3.
Показатель  принимается равным 1 для расчетных участков, содержащих следующие трубные секции:
- эксплуатируемые на ППМТ, имеющих отклонения от требований нормативной документации;
- эксплуатируемые на переходах МТ через автомобильные и железные дороги, не соответствующих требованиям нормативной документации;
- эксплуатируемые на ППМТ или на переходах МТ через автомобильные и железные дороги со сроком эксплуатации свыше 49 лет или, выполненных из сталей, имеющих повышенную склонность к трещинообразованию (показатель склонности к трещинообразованию  отличен от нуля);
- имеющие допустимое рабочее давление, не обеспечивающее проектное давление на выходе насосной перекачивающей станции.
j
6. Для каждого j-го расчетного участка вычисляется значение общего показателя приоритетности замены труб K по формуле
TC,j
где K - суммарный показатель технического состояния трубопровода на участке МТ;
У,j
K - суммарный показатель условий эксплуатации участка МТ;
Р,j
K - показатель возможности технологического резервирования на участке МТ;
ДО,j
K - показатель, характеризующий наличие подкладных колец на участке МТ;
ПО,j
K - показатель, характеризующий потенциальную опасность последствий отказа на участке ЛТ МТ, в зависимости от условий эксплуатации.
У,j
Суммарный показатель K для каждого j-го расчетного участка определяется по формуле
k
где β - весовой коэффициент показателя . Значения весовых коэффициентов показателей условий эксплуатации приведены в таблице 4;
- показатель, характеризующий номинальный диаметр трубопровода;
- показатель, характеризующий величину рабочего давления в трубных секциях.
Величина показателя, характеризующего номинальный диаметр трубопровода,  принимается равной 1 для участков МТ с DN 1000 и более, 0 - для прочих.
Показатель , учитывающий отношение давления в трубных секциях с учетом перспективной загрузки к нормативному максимальному давлению по СП 36.13330.2012 «Свод правил «СНиП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы» (далее - СП 36.13330.2012), определяется как средний показатель по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций на j-м расчетном участке;
m - порядковый номер секции;
j,m
P - максимальное рабочее давление при эксплуатации в секции m с учетом перспективной загрузки, МПа;
j,m
L - длина секции m, м;
норм j,m
P - нормативное максимальное давление по СП 36.13330.2012 в секции m, МПа.
Р,j
Величина показателя, учитывающего возможность технологического резервирования, К, принимается равной 0,8 при наличии резервного трубопровода, 1,0 - при отсутствии резервного трубопровода.
ДО,j
Величина показателя, учитывающего наличие подкладных колец на участке МТ, К определяется как средний показатель по формуле
j
где L - длина j-го расчетного участка, м;
j
M - количество трубных секций на j-м расчетном участке;
m - порядковый номер секции;
jm
L - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;
- показатель наличия подкладных колец на m-ой секции j-го расчетного участка (принимается равным 1,0 при наличии подкладных колец и 0,2 - при их отсутствии на m-ой секции j-го расчетного участка).
ДО,j
При наличии на участке ЛЧ МТ других ограничений для проведения внутритрубной диагностики или при отсутствии результатов пропусков ВИП WM или ВИП MFL по коррозионному состоянию за последние 6 лет до даты выполнения расчета значение показателя К принимается равным 1,0.
ПО,j
ПО,j
Величина показателя, характеризующего потенциальную опасность последствий отказа на участке МТ, К, определяется в зависимости от условий эксплуатации. Значение показателя К приведено в таблице 5.
j
j
зам
7. Для определения протяженности участков замены ЛТМТ по всем j-м расчетным участкам рассчитываемых участков ЛЧ МТ проводится расчет значений K. Под замену трубы выделяются ЛЧ МТ, для которых K не менее K.
зам
j
зам
зам
Для определения значения K проводится расчет суммы протяженностей трубных секций по j-м расчетным участкам ЛЧ МТ, для которых K не менее задаваемых значений K. Итоговое значение K определяется как соответствующее планируемому суммарному значению протяженности участков замены трубопроводов с учетом обеспечения надежной и бесперебойной транспортировки нефти и нефтепродуктов и финансовых возможностей.
зам
8. Используя полученное значение K, выделяются под замену расчетные участки ЛЧ МТ (за исключением расчетных участков ППМТ), на которых выполняется условие.
Дополнительно выделяются под замену все расчетные участки, расположенные в пределах границ каждого ППМТ, для которого выполняется соотношение
n
где L - длина n-го ППМТ, м;
nj
L - длина j-го расчетного участка без учета протяженности тройников и задвижек в соответствии с 6.1.1, принадлежащего n-му ППМТ, м;
j
K - общий показатель приоритетности для j-го диапазона, принадлежащего n-му ППМТ;
а
- первый j-й расчетный участок, принадлежащий n-му ППМТ;
b - последний j-й расчетный участок, принадлежащий n-му ППМТ.
n
Длина n-го ППМТ L, м, рассчитывается по формуле
cp,z
9. Для каждого расчетного участка, выделенного под замену, вычисляются средние показатели в относительных единицах в диапазоне от 0 до 2 приоритетности замены участка трубопровода K по формуле
z
где L - длина z-го участка замены трубы без учета трубных секций, включенных в заменяемый участок в соответствии с 7.4-7.5, м;
zj
L - длина j-го расчетного участка без учета протяженности тройников и задвижек, удовлетворяющего условию (20) или (21), на z-м участке замены трубопровода, м;
j
K - общий показатель приоритетности для j-го расчетного участка, входящего в z-й участок замены трубопровода;
a
- первый j-й расчетный участок, входящий в z-й участок замены трубопровода, для которого выполняется соотношение (20) или (21);
b - последний j-й расчетный участок, входящий в z-й участок замены трубопровода, для которого выполняется соотношение (20) или (21).
Длина z-го участка замены трубопровода рассчитывается по формуле
10. Все участки замен ранжируются по значениям среднего показателя приоритетности замен с определением номера очередности по убыванию.
Определение приоритета проведения замены трубы на участке ЛЧ МТ проводится в соответствии с номерами очередности каждого расчетного участка. Чем меньше номер очередности участка замены, тем в более ранние сроки должна быть проведена замена.