СПОСОБ РЕМОНТА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА
METHOD OF REPAIRING POTENTIALLY HAZARDOUS PIPELINE SECTION

Изобретение относится к эксплуатации магистральных трубопроводов (МТ), в частности, к эксплуатации потенциально опасных участков (ПОУ) с повышенным, ненормативным уровнем напряженно-деформированного состояния (НДС).
В качестве ПОУ рассматривается пересечение участка надземного перехода (НП) МГ с препятствием, например с оврагом, при этом, ориентировочно в центре образуется вогнутый участок с ненормативным радиусом упругого изгиба (СП 86.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы [1]), согласно которому этот радиус не должен быть менее 1000D, т.е. такой участок является потенциально опасным (ПОУ). Согласно (СП 36.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы СП [2]) изгибные напряжения определяют по формуле:
где: Е - модуль упругости трубной стали, МПа;
D - диаметр трубопровода, м;
ρ - радиус упругого изгиба участка, м.
Из формулы (1) следует, что чем меньше радиус упругого изгиба, тем выше изгибные напряжения. Согласно [1] радиусы упругого изгиба менее 1000D являются ненормативными. Таким образом, если участок прямолинейный, радиус изгиба равняется бесконечности, а изгибные напряжениями становятся нулевыми.
Известен способ ремонта участка магистральных газопроводов (МГ) с дефектным кольцевым сварным швом (Руководящий документ по технологии сварки труб при производстве ремонтно-восстановительных работ на газопроводах: РД 558-98: утв. Членом правления РАО «Газпром» Б.В. Будзуляком 25.02.1997: введено в действие с 25.02.1997. - М.: Газпром, ВНИИГАЗ, 1997. - 231 с. [3]) на ПОУ МГ с уровнем НДС выше допустимого (нормативного) согласно [2], заключающийся в освобождении участка МГ от газа, вскрытии газопровода и замене участка с дефектным кольцевым сварным швом.
Недостатком способа является то, что на отремонтированном участке может сохраняться ненормативный уровень НДС (известно, что высокое НДС может вызвать возникновение и развитие дефекта, например кольцевого сварного шва или разрушить трубопровод, минуя стадию возникновения и развития дефекта (Чучкалов М.В. Особенности проявления поперечного коррозионного растрескивания под напряжением (М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров // Газовая промышленность. - 2014. - №3 (703). - С. 37-39 [4]), в том числе из-за неправильно выбранного места реза.
Прототипом является способ ремонта потенциально опасного участка газопровода с уровнем НДС выше допустимого (Пат. №2686133 РФ. Способ ремонта потенциально опасного участка газопровода. P.M. Аскаров и др., опубл. 24.04.2019, Бюл. №12 [5]), заключающийся в оценке его напряженно-деформированного состояния с последующим ремонтом, в котором средствами внутритрубной диагностики (ВТД) производят определение на надземном переходе расчетной точки с минимальным радиусом изгиба, проводят разрезку надземного перехода в расчетной точке, измерение средствами геодезии углов отклонения разрезанных концов трубопровода, определяя возникшее перекрестие осей, при этом угол перекрестия осей назначают углом отвода холодного гнутья и проводят симметричную врезку отвода холодного гнутья, при этом обеспечивая нормативные изгибные напряжения надземного перехода магистрального газопровода, без косых стыков.
Недостатком способа является то, что место реза назначается по данным ВТД. Между тем ВТД на МГ проводится в плановом порядке один раз в промежутке от 2 до 10 лет. Кроме того, более половины МГ не оснащены возможностью проведения ВТД, примерно такая же ситуация на магистральных нефтепроводах. На линейной части в трубопроводном транспорте, геодезическое позиционирование (ГП) является общепринятым способом, используемым при оценке напряженно-деформированного состояния (НДС) обследуемого участка (Инструкция по определению фактического напряженно-деформированного состояния по данным геодезической съемки участков газопроводов, расположенных на территориях с опасными геодинамическими процессами, и оценки их работоспособности: утв. генеральным директором ООО «ВНИИГАЗ». - М., 2003. - 37 с. [6]).
Целью изобретения является разработка способа ремонта ПОУ МГ, в котором средствами геодезического позиционирования определяется сечение с минимальным радиусом изгиба, в котором производится разрезка, с обеспечением нормативных напряжений прилегающего участка.
Технический результат достигается тем, что в способе ремонта потенциально опасного участка трубопровода с ненормативным радиусом изгиба, заключающемся в оценке его напряженно-деформированного состояния, когда на вскрытом участке производят разрезку в расчетной точке с минимальным радиусом изгиба, измеряют средствами геодезии углов отклонения разрезанных концов трубопровода, определяя возникшее перекрестие осей, при этом угол перекрестия осей назначают углом отвода холодного гнутья и проводят симметричную врезку отвода холодного гнутья, с обеспечением нормативных изгибных напряжений ремонтируемого участка, в соответствии с изобретением оценку напряженно-деформированного состояния проводят по данным геодезического позиционирования, которое осуществляют на вскрытом участке, измерением не реже, чем через каждые 2 м, проводят математическую обработку результатов, суть которых в выражении данных геодезического позиционирования через полиномы, вычисляют радиусы изгиба через каждые 3 точки, по всей протяженности вскрытого участка, определяя точку с минимальным радиусом изгиба; при этом если не обеспечивается нормативное требование по радиусам изгиба более 1000D в защемлениях, то вскрытие участка продолжают, с повторным геодезическим позиционированием не реже чем через 2 м, и математической обработкой, до точки, где радиус изгиба в защемлении составляет 1000D и более, с повторным определением расчетного, минимального радиуса изгиба, где и проводится рез с последующим ремонтом.
В частном случае осуществления способа ремонта, на вскрытом участке, ограниченном хотя бы с одной стороны отводом холодного гнутья, вскрытие проводят до него, считая его границей защемления, с повторным определением расчетного, минимального радиуса изгиба, где и проводится рез с последующим ремонтом.
В предложенном способе на вскрытом участке, с ненормативными изгибными напряжениями, проводится геодезическое позиционирование, например, не реже чем через 2 м (координата х-линейная, у-высотная), полученные данные (х, у) выражают через полиномы, согласно [6]. Согласно (Погорелов А.В. Геометрия, 7-9 классы: учеб. для общеобразоват. организаций / - 2 издание - М.: Просвещение, - 240 с.) через 3 точки, не лежащие на прямой, можно провести радиус окружности.
Рассчитаем радиус изгиба R по линейно-высотным координатам, по 3 точкам согласно формулам (2-6), приведенным к инженерному виду:
где значение Р рассчитывается по формуле:
а
Значения коэффициентов , b, с рассчитываются по следующим формулам:
Линейно-высотные координаты по данным геодезического позиционирования и результаты расчета по формулам (2-6), вычисляют величину радиуса изгиба по всей протяженности вскрытого участка, включая места защемления, для удобства, сводятся в таблицу, среди них определяется точка с минимальным радиусом изгиба, в которой и будут максимальные изгибные напряжения по формуле (1). Если в защемлении по концам участка обеспечивается требование по радиусу изгиба 1000D и более [1], фиг. 1, далее по прототипу [5] ремонт, проводят разрезку вскрытого участка в расчетной точке, измерение средствами геодезии углов отклонения разрезанных концов трубопровода, определяя возникшее перекрестие осей, при этом угол перекрестия осей назначают углом отвода холодного гнутья и проводят симметричную врезку отвода холодного гнутья, при этом обеспечивая нормативные изгибные напряжения надземного перехода, трубопровода, без косых стыков.
Если по результатам расчета обнаружатся участки с ненормативными напряжениями (ρ=1000D и менее) в защемлениях, например, хотя бы с одной стороны, то вскрытие участка продолжается, с геодезическим измерением через каждые 2 м и расчетом на предмет соответствия ρ=1000D и более. И так до определения точки (сечения) в защемлении с нормативным радиусом изгиба (фиг. 2) и повторным определением точки с минимальным радиусом изгиба. Далее ремонт согласно [5].
На практике участки с ненормативными напряжениями изгиба чаще всего встречаются на пересечениях с препятствиями, например оврагами, при этом края оврагов нередко выполняют с использованием кривых холодного гнутья (ОХГ), хотя бы с одной стороны, фиг 3. В этом случае вскрытие участка, проводятся до ОХГ, которые согласно (Аскаров, Р.М. Особенности расчета продольных напряжений магистрального газопровода на основе данных внутритрубной диагностики / Р.М. Аскаров [и др.] // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2018. - №3 - С. 37-44 [6]) имеют компенсирующий и защемляющий эффект, там и будет граница защемления, с повторным определением расчетного, минимального радиуса изгиба, где и проводится рез с последующим ремонтом.
вскр
min
вскр
вскр
1
1 1
На фиг. 1 представлен вскрытый участок, протяженностью L, ρ - с ненормативным радиусом изгиба, в котором средствами геодезии необходимо определить ρ, на фиг. 2 приведен тот же участок со вскрытым протяженностью до расчетного L по критерию радиуса изгиба ρ=1000D и более в защемлениях, на фиг. 3 приведен тот же участок со вскрытым протяженностью до расчетного L по ОХГ, на фиг. 4 - график данных геодезического позиционирования участка МГ диаметром 1420 мм (пример), на фиг. 5 - приведен обработанный в соответствии с [6] график фиг. 5. Там же уравнение в виде полинома 4-ой степени.
вскр
вскр
min
вскр
1
1 1
На фиг. 1 приняты следующие обозначения: трубопровод поз. 1, защемления поз. 2, вскрытый участок, протяженностью L, ρ - ненормативный радиус изгиба. На фиг. 2 приводится тот же участок, вскрытый до расчетного L по радиусам изгиба ρ=1000D и более в защемлениях и выделением ρ. На фиг. 3 приводится тот же участок, вскрытый до расчетного L, поз. 3 - ОХГ в защемлениях.
Апробация предполагаемого изобретения проводилась в ООО «Газпром трансгаз Уфа».
На фиг. 4, в качестве примера, приводится график результатов геодезического позиционирования участка МГ диаметром 1420 мм. Из графика видно, что участок имеет перепад высот около 1,8 м при протяженности около 30 м.
В таблице приводятся сводные данные геодезического позиционирования (столбец 2 и 3), в столбцах 4-7 расчетные данные по формулам (2-6), в столбце 8 расчетные радиусы изгиба.
Из таблицы видно, что минимальный радиус 341,4 м в 6 точке на х=10 м столбец 8. В данном случае, по краям участка имеются ОХГ, поэтому участок дальше не вскрывался. После разрезки в районе 6 точки и врезки ОХГ с углом 6° радиус изгиба участка стал больше 1000D.