СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА
METHOD FOR DETERMINATION OF PIPELINE TECHNICAL CONDITION

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и предназначено для осуществления анализа технического состояния трубопровода (нефте- и газопровода) по результатам коррозионных обследований всей протяженности трассы, классифицируемого в соответствии с ГОСТ Р 27.002-2009 как состояние функционирования, работоспособное состояние, неработоспособное состояние и предельное состояние, и может быть использовано для количественной оценки его технического состояния, в зависимости от которой принимается решение о компенсирующих мероприятиях, по единой шкале с трубопроводами, анализ технического состояния которых выполняется по результатам внутритрубного технического диагностирования.
Из уровня техники известен способ анализа технического состояния трубопроводов, в основу которого заложен расчет прочности участков трубопровода с выявленными при техническом диагностировании дефектами (гофры, вмятины, трещины стресс-коррозии, коррозия и другие дефекты), а также расчет напряженно-деформированного состояния на участках трубопровода с непроектными нагрузками (см. В.В. Салюков, Т.К. Бегеев, В.И. Городниченко. Экспертная система анализа технического состояния газопроводов с дефектами // Надежность и ресурс газопроводных конструкций. М: ООО ВНИИГАЗ, 2003. С.110-119). Недостатком известного способа является то, что оценивается техническое состояние отдельных труб, по результатам которого даются рекомендации по корректирующим мероприятиям, а техническое состояние трубопровода в целом не определяется. Отсутствие интегрального показателя, характеризующего техническое состояние трубопровода в целом, не позволяет прогнозировать техническое состояние трубопровода и оптимизировать планирование комплексного капитального ремонта или реконструкции трубопровода.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения технического состояния трубопровода по показателю технического состояния трубопровода, характеризующему поврежденность трубопровода от обнаруженных при внутритрубном техническом диагностировании трубопровода дефектов (см. Методология оценки показателя технического состояния линейного участка МГ по результатам ВТД. В.В. Салюков, М.Ю. Митрохин, А.В. Молоканов, В.И. Городниченко // Газовая промышленность. - 2009. - №4. - С.47-50). Показатель технического состояния трубопровода определяют по показателям технического состояния труб, соединительных деталей и сварных соединений. В зависимости от показателей технического состояния трубопроводов и скоростей их изменения устанавливается очередность вывода их в ремонт, вид ремонтных работ и периодичность проведения повторных обследований технического состояния. Недостатком известного способа является то, что его нельзя распространить на трубопроводы, не оборудованные камерами запуска, и приема внутритрубного диагностического оборудования, так как на этих трубопроводах техническое диагностирование по всей протяженности трасс с целью выявления дефектов стенки трубы и сварных соединений не проводится, а выполняется только выборочный неразрушающий контроль трубопроводов в шурфах. Следовательно, применение данного способа анализа технического состояния к трубопроводам, не оборудованным камерами запуска и приема внутритрубного диагностического оборудования, для ограниченного объема данных даст заниженные оценки их показателей технического состояния, что приведет к некорректному планированию очередности вывода трубопроводов в ремонт, назначению вида ремонтных работ и периодичности проведения повторных обследований технического состояния.
пт
опд
опд
пт
ко
ко
пт
пз
опд
Целью заявленного изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении качества планирования реконструкции, ремонта и технического диагностирования трубопроводов на основе единого методологического подхода анализа технического состояния как для трубопроводов, на которых проводится внутритрубное техническое диагностирование, так и для трубопроводов, необорудованных камерами запуска и приема внутритрубного оборудования. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу определения технического состояния трубопровода, классифицируемого как состояние функционирования, работоспособное состояние, неработоспособное состояние и предельное состояние, заключающемуся в количественной оценке интегрального показателя технического состояния, характеризующего поврежденность трубопровода с учетом степени опасности дефектов, по которой производят оценку состояния трубопровода и планируют соответствующие корректирующие мероприятия, для определения указанного интегрального показателя выполняют внутритрубное техническое диагностирование, в ходе которого определяют относительное количество дефектных труб в трубопроводах (отношение количества дефектных труб к количеству труб трубопровода) и соответствующие показатели их технического состояния, и, используя метод наименьших квадратов для определения параметра линейной математической модели (см. Дж. Форсайт, М. Малькольм, К. Моулер. Машинные методы математических вычислений. М.: «МИР», 1980), строят график линейной зависимости между показателем технического состояния и относительным количеством дефектных труб, по которому устанавливают в зависимости от диаметра трубопровода коэффициент пропорциональности k (параметр линейной математической модели) между показателем технического состояния и относительным количеством дефектных труб, производят комплексное коррозионное обследование трубопровода путем измерения по трассе трубопровода с шагом, не превышающим Юм, электрического тока, возбужденного в трубопроводе посредством внешнего источника, на основе которого устанавливают относительную протяженность поврежденного защитного покрытия (отношение протяженности поврежденного защитного покрытия к протяженности трубопровода) L и строят график линейной зависимости между относительным количеством дефектных труб и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия L, по которому устанавливают, используя метод наименьших квадратов (см. Дж. Форсайт, М. Малькольм, К. Моулер. Машинные методы математических вычислений. М.: «МИР», 1980) для определения коэффициент пропорциональности k (параметра линейной математической модели) между относительным количеством дефектных труб и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия, после чего, по установленным коэффициентам пропорциональности между показателем технического состояния и относительным количеством дефектных труб и относительным количеством дефектных труб и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия, определяют интегральный показатель технического состояния Р, характеризующий поврежденность трубопровода, как P=k·k·L.
ко
На фиг.1 представлена линейная зависимость показателя технического состояния P от относительного количества деффектных труб, которая построена по данным внутритрубного технического диагностированаия трубопроводов с наружным диаметром 377 мм;
опд
на фиг.2 - линейная зависимость относительного количества дефектных труб от относительной протяженности поврежденного защитного покрытия L.
2
В качестве предпосылок создания заявленного способа анализа технического состояния трубопровода можно рассматривать результаты исследований, согласно которым между относительной поврежденностью защитного покрытия (отношение протяженности защитного покрытия с интегральной величиной сопротивления менее 500 Ом·м к протяженности трубопровода) и количеством дефектов на трубопроводе существует линейная зависимость (см. Ю.Н. Мальцев, А.В. Рудой, Д.Н. Бельков Конвергенция результатов электрометрии и внутритрубной дефектоскопии магистрального газопровода // Семнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2007». М.: «ИРЦ Газпром», 2008. - Т.1. - С.61-165).
Таким образом, за основу при анализе технического состояния трубопроводов, на которых не проводится внутритрубное техническое диагностирование, позволяющее дать количественные оценки технического состояния (интегральный показатель технического состояния), коррелирующие с результатами анализа технического состояния трубопроводов, обследованных внутритрубными дефектоскопами, было предложено рассмотреть результаты коррозионного обследования поврежденности защитного покрытия трубопровода, выполненные по всей протяженности его трассы.
втд
тд
ВТД
тд
На первом шаге исследования зависимости между техническим состоянием металла стенки трубы заданного диаметра и состоянием защитного покрытия выполняют анализ результатов расчета показателей технического состояния трубопроводов P, определяемых по результатам внутритрубного технического диагностирования (ВТД) и относительное количество дефектных труб N. Результаты исследований с применением метода наименьших квадратов показали, что между показателем технического состояния, вычисляемого по результатам внутритрубного технического диагностирования P и относительным количеством дефектных труб N (данные внутритрубного технического диагностирования), существует аналитическая зависимость, линейное уравнение которой записывается в следующем виде
втд
пт
тд,
P=k·N
пт
где k - коэффициент пропорциональности для линейной зависимости между показателем технического состояния, вычисляемого по результатам внутритрубного технического диагностирования трубопроводов и относительным количеством дефектных труб, зависящий от диаметра трубопровода, а его значение определяется с помощью метода наименьших квадратов.
опд
тд
тд
На следующем этапе устанавливают связь между относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия L и относительным количеством дефектных труб N. Для этого используют результаты коррозионных обследований и результаты внутритрубного технического диагностирования трубопроводов. Коррозионное обследование трубопровода проводят путем измерения по трассе трубопровода с шагом, не превышающим 10 м, электрического тока, возбужденного в трубопроводе посредством генератора или другого внешнего источника. В результате было установлено, что график зависимости между относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия и относительным количеством дефектных труб имеет линейный характер и, следовательно, относительное количество дефектных труб N может быть определено из следующего уравнения
тд
пз
опд
N=k·L
пз
где k - коэффициент пропорциональности для линейной зависимости между относительным количеством дефектных труб в трубопроводах и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия, значение которого определяется с помощью метода наименьших квадратов.
ВТД
тд,
опд
тд
ко
втд
Установленная зависимость между относительным количеством дефектных труб и относительной поврежденностью защитного покрытия позволяет определить окончательный вид формулы для вычисления показателя технического состояния трубопроводов. С учетом аналитической зависимости между показателем технического состояния, вычисляемого по результатам внутритрубного технического диагностирования P и относительным количеством дефектных труб N и аналитической зависимости между относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия L и относительным количеством дефектных труб Nдля трубопровода, показатель технического состояния по результатам коррозионных обследований P, коррелирующий с показателем технического состояния P, определяемого по результатам внутритрубного технического диагностирования, может быть вычислен по формуле
ко
пт
пз
опд
P=k·k·L.
Пример.
ко
н,
опд
Пример реализации способа определения интегрального показателя технического состояния трубопровода по результатам коррозионных обследований P приведен для трубопровода с наружным диаметром D равным 377 мм, толщиной стенки трубы δ, равной 9 мм, и протяженностью L, равной 0,5 км. Вначале было проведено коррозионное обследование трубопровода с целью определения относительной протяженности поврежденного защитного покрытия L по результатам измерения по трассе трубопровода с шагом не более 10 м прибором РСМ значений тока в трубопроводе в точках измерений. Показателем качества защитного покрытия трубопровода считали степень затухания сигнала тока (аттенюацию) на участке между двумя точками измерения. Аттенюация Ан была рассчитана по формуле:
<mrow><mi>А</mi><mi>н</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2000</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>I</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>h</mi></mfrac></mrow>
n
где I - ток в точке измерения с номером n, A;
n+i
I - ток в точке измерения с номером n+1, A;
h - шаг между точками измерения, м.
Превышение аттенюации Ан значения 3 а/м свидетельствует о поврежденности защитного покрытия трубопровода.
2
Качество защитного покрытия трубопровода также можно оценить по величине интегрального сопротивления. Если интегральное сопротивление на участке между двумя точками измерений менее 500 Ом·м, то защитное покрытие повреждено.
Результаты определения для трубопровода протяженностью L, равной 0,5 км, по измеренным по трассе трубопровода значениям тока, участков трубопровода с поврежденным защитным покрытием представлены в табл.1.
<mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>о</mi><mi>п</mi><mi>д</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>п</mi><mi>д</mi></mrow></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>0,015</mn></mrow><mrow><mn>0,5</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,03</mn></mrow>
Относительная протяженность поврежденного защитного покрытия по данным, представленным в табл.1, составляет
.
пт
втд
тд
пз
тд
опд
Далее по коэффициенту пропорциональности k между показателем технического состояния трубопровода, определяемого по результатам ВТД P, и относительным количеством дефектных труб N и коэффициенту пропорциональности k между относительным количеством дефектных труб трубопровода N и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия L определяется коэффициент пропорциональности между показателем технического состояния трубопровода и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия.
пт
втд
тд
втд
втд
тд
пт
Для определения коэффициента пропорциональности k строится график, отражающий линейную зависимость между показателем технического состояния трубопровода, определяемого по результатам ВТД P, и относительным количеством дефектных труб N. С этой целью для всех трубопроводов рассматриваемого диаметра, на которых было проведено внутритрубное техническое диагностирование, рассчитываются показатели технического состояния P в соответствии с методикой (см. Методология оценки показателя технического состояния линейного участка МГ по результатам ВТД. В.В. Салюков, М.Ю. Митрохин, А.В. Молоканов, В.И. Городниченко // Газовая промышленность. - 2009. - №4. - С.47-50) и определяется относительное количество дефектных труб. По этим данным, с применением метода наименьших квадратов, строится график линейной зависимости показателя технического состояния трубопровода P от относительного количества дефектных труб N (см. фиг.1), тангенс угла наклона которого к оси абсцисс определяет значение коэффициента пропорциональности k.
пз
тд
опд
тд
опд
пз
Для определения коэффициента пропорциональности k строится график, отражающий линейную зависимость между относительным количеством дефектных труб и относительной протяженностью поврежденного защитного покрытия. Для этого для всех трубопроводов, на которых проводилось ВТД и коррозионное обследование, определяются относительное количество дефектных труб N и относительная протяженность поврежденного защитного покрытия L. По этим данным, с применением метода наименьших квадратов, строится график линейной зависимости относительного количества дефектных труб N от относительной протяженности поврежденного защитного покрытия L (см. фиг.2), тангенс угла наклона которого к оси абсцисс определяет значение k.
пт
пз
ко
После определения коэффициентов пропорциональности k и k вычисляется интегральный показатель технического состояния P.
ко
пт
пз
опд
P=k·k·L=0,24·2,03·0,03=0,0147.
Предлагаемый способ позволяет осуществить количественную оценку технического состояния действующего трубопровода, в зависимости от которой принимается решение о компенсирующих мероприятиях по единой шкале с трубопроводами, анализ технического состояния которых выполняется по результатам внутритрубного технического диагностирования.
Табл.1
№
Начало участка, м
Конец участка, м
Протяженность участка, м
1
3
10
7
2
28
34
6
3
179
180
1
4
534
535
1
Протяженность поврежденного защитного покрытия L<sub>пд</sub>
15