Методика оценки эфективности электрохимической защиты газопроводов с использованием телеметрических устройств

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФЕКТИВИОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ГАЗОПРОВОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

METHOD OF EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF ELECTROCHEMICAL PROTECTION OF GAS PIPELINES USING TELEMETRY DEVICES

Г.Г. Винокурцев, А.Г. Винокурцев, B.B. Иванов, В.В.Первунин,

В.А. Чигридов, В.Г. Лим, И.Г. Воеводин

G. Vinokurtsev, A. Vinokurtsev, V. Ivanov, V. Pervunin, V. Chigridov, V. Lim, I. Voevodin

Ростовский ГСУ, ООО НПП «Дон», ООО НПП «Турботрон», Астраханский ГУ

В статье рассмотрены вопросы оценки эффективности электрохимической защиты газопроводов. Приведена структура программно-аппаратного комплекса для коррозионного мониторинга газопроводных систем. Рассмотрен механизм генерации отчетных документов любого вида.

The questions of an estimation of efficiency of electrochemical protection of gas pipelines are considered in the article. The structure of a hardware-software complex for corrosion monitoring of pipeline systems is described. The mechanism of generation of reports of any structure is considered.

В соответствии с ч. 3 ст. 42 Федерального закона (ФЗ) «О техническом регулировании» 23 декабря 2009 г. Государственной Думой принят Технический регламент «О безопасности зданий и сооружений», где приведен перечень национальных стандартов и сводов правил (и их частей), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований ФЗ. Признан национальным стандартом ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии», ряд разделов СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» и СНиП Ш-42-80* «Магистральные трубопроводы». Эти положения реализуются в Концепции технического регулирования ОАО «Газпром» [1] и закреплены в стандартах общества, при этом СТО Газпром 9.0 - 001 - 2009 Защита от коррозии. Основные положения [2] предусматривает унификацию стандартов на защиту от коррозии (изоляционные покрытия, электрохимическая защита, коррозионные обследования и мониторинг). Реализуются СТО Газпром 2-3.5-051-2006 Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов, СТО Газпром 9.2-003-2009 Защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений, СТО Газпром 23.5-454-2010 Правила эксплуатации магистральных газопроводов. Газовая промышленность - это взаимосвязанный единый производственно - технологический комплекс добычи, переработки, магистрального транспорта, распределения и использования

7/)П11 ВЕСТНИК

_Z/2°ll_мгсу

газа. Его основу составляет Единая система газоснабжения (ЕСГ). Газотранспортными обществами ОАО «Газпром» осуществляется эксплуатация 162 тыс. км магистральных газопроводов с промплощадками (ПП) объектов добычи, транспорта, переработки и распределения газа, 278 компрессорных станций, 3886 газораспределительных станций, 25 объектов подземного хранения газа. Их электрохимическая защита (ЭХЗ) обеспечивается 30 тыс. установками катодной защиты (УКЗ). Протяженность подземных сетей систем газоснабжения в ОАО «Газпром газораспределение» составляет 260 тыс. км, здесь эксплуатируется 51 тыс. УКЗ. В последнее время здесь возросла аварийность по причине коррозии труб, ЭХЗ которых выполнена по морально устаревшим нормам коммунального хозяйства. Отмечено отсутствие методик по коррозионному обследованию газовых сетей и недостаточное развитие энергосберегающих технологий АРМ-ЭХЗ [3-8].

Деятельность организаций регламентируют Правила технической и безопасной эксплуатации МГ СТО Газпром 2-3.5-454-2010 (взамен ПТЭМГ-2000*), при этом безопасная эксплуатация газовых сетей регламентирована требованиями Правил ОСТ 153-39.3-051-2003 «Техническая эксплуатация газораспределительных систем» (ПТЭГС-2003 - введены впервые) и Правил безопасности систем газораспределения и газопотребления ПБ 12-529-03.

Функционально СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы» (актуализированная редакция - СП 62.13330.2011), не являются аналогом СНиП 2.05-06-85*, при этом в системах газоснабжения нет аналогов СНиП Ш 42-80* «Правила производства и приемки работ» с технологическими картами выполнения строительно-монтажных работ (СМР). Их аналогом служат СП 42-102-2004 «Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб».

Эффективность ЭХЗ является определяющим фактором надежности стальных подземных трубопроводов, однако методика ее оценки не приводится [8]. РД 12-41101 «Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов» правомерно предлагает оценивать состояние ЭХЗ защищенностью по протяженности и защищенностью по времени, однако в РД 12-411-01 в редакции 2009 г. эти критерии исключены.

Нормативные требования к защите от коррозии по ГОСТ 9.602-2005 «Подземные металлические сооружения» в разработках последовательно (ГОСТ 9.015-74; 1984; 1989; 1998; 2005) снижались, что оказало влияние на принципиально разные подходы по обеспечению коррозионной сохранности объектов магистрального транспорта газа (ГОСТ Р 51164-98) и газораспределительных систем (ГОСТ 9.015-74, ГОСТ 9.6022005) [5-7, 9].

Концепция ГОСТ Р 51164-98 (ранее ГОСТ 25812-83) не изменилась, здесь реализуются методологические подходы по оптимизации параметров и оценке эффективности ЭХЗ. В рамках ЕСЗКС СТО Газпром 9.0-001-2009 унифицированы требования по защитным покрытиям, по ЭХЗ и по мониторингу коррозии объектов [1, 2]. Различают критерии оценки а) по коррозионной опасности для объектов магистрального транспорта газа (скорость коррозии с определением зон высокой (ВКО), повышенной (ПКО) и умеренной (УКО) коррозионной опасности), а для сетей газоснабжения - по удельному сопротивлению грунта (УСГ) по отношению к стали (высокая, средняя и низкая), при этом в грунтах УСГ более 20 Ом м ЭХЗ не применяется; б) по расчету сопротивления изоляции - на распределительных сетях интегральная оценка переходного сопротивления методом катодной поляризации не проводится; в) по защищенности по времени - следует иметь ввиду, что для систем газоснабжения эти понятия отсутству-

ют вообще, г) по оформлению производственно-эксплуатационной документации (схемы, формуляры, паспорта), следует отметить отсутствие Методического руководства в ОАО «Газпромрегионгаз», д) по категорийности электроснабжения средств ЭХЗ на объектах МГ - вторая (ГОСТ Р 51164-98, СНиП 2.05.06 - 85*, СТО Газпром 26.2-149-2007), а на объектах систем газоснабжения - третья.

Энергосберегающая технология АРМ-ЭХЗ в сочетании с техническими средствами АПК «Дон-Стел-К», как программные продукты реализуются на ряде объектов систем городского газоснабжения [5-7], что позволяет осуществлять диагностику и коррозионный мониторинг газопроводных систем.

Состав АПК «ДОН-СТЕЛ-К»:

а) аппаратная часть УКЗ, оборудованные контроллером «КАТРОН» с программным обеспечением контролируемого поста (КП). Программное обеспечение контроллера позволяет осуществлять дистанционное управление режимами УКЗ по заданным уставкам, контролировать непрерывность работы, вести электронный журнал установленного образца, формировать стандартный протокол передачи данных по каналам GSM-связи или порту RS-485 с сигнализацией о возникновении нештатных ситуаций. Контроллером СКЗ передается текущая информация о следующих параметрах: значения выходного тока и напряжения УКЗ, значение суммарного потенциала на защищаемом сооружении, показания счетчиков времени наработки - СВН (общего и в заданном режиме), показания счетчика электроэнергии, состояние заряда аккумуляторных батарей резервного источника питания контроллера, режим работы УКЗ и значение заданной уставки. Встроенная, энергонезависимая память контроллера обеспечивает хранение данных о всех параметрах УКЗ в архиве. Глубина архива информации в УКЗ составляет 2 мес с дискретизацией записей 1 ч;

б) программное обеспечение (ПО) диспетчерского поста ЭХЗ (ДП ЭХЗ) АПК «ДОН-СТЕЛ-К» - имеет интуитивно понятный настраиваемый интерфейс с широким набором рабочих разделов (окон). Структура и состав разделов позволяют осуществлять полный комплекс операций по удаленной настройке, контролю, управлению и сбору статистических данных от УКЗ как в оперативном (инициируемом оператором), так и в автоматизированном режимах. ПО ДП ЭХЗ ведет архив тревожных сообщений КП, электронный журнал действий оператора и позволяет сохранять архивы режимов УКЗ на персональном компьютере (ПК) оператора, что обеспечивает непрерывность статистической информации с возможностью ее последующего анализа. Все получаемые данные, сохраняются на персональном компьютере оператора ДП ЭХЗ в формате СУБД MS Access, что позволяет реализовать гибкий механизм генерации отчетной документации любого вида (графический, табличный) с возможностью автоматизированного анализа обрабатываемых данных.

В качестве примера генерируемых отчетных форм показаны на рисунках: отчет режимов работы УКЗ на заданный период с автоматическим расчетом времени безаварийной работы УКЗ, суммарного потребления электроэнергии УКЗ и автоматизированной диагностикой причин отказов, графический отчет зависимости значения суммарного потенциала на сооружении от величины защитного тока и напряжения УКЗ, графический анализ скорости изменения омического сопротивления труба-анод. Кроме того поддерживается автоматизированный экспорт выходных документов в формат стандартных офисных приложений. АПК «Дон-Стел-К» эксплуатируются на объектах газоснабжения с 2006 г.

Программное обеспечение (ПО) диспетчерского поста ЭХЗ (ДП ЭХЗ) позволяет выполнять комплекс операций по удаленной настройке, контролю, управлению и сбо-

7/2011_МгСУ ТНИК

ру статистических данных от УКЗ в оперативном и автоматизированном режимах (рис.1, 2).

Рис. 1. Общий вид окон ДП АПК «Дон-Стел-К»

ет Азов на 1 час.

окт ноя дек янв фев мар 10 '10 '10 '11 '11 41

Рис. 2. Общий вид документов, формируемых АПК «Дон-Стел-К»

По результатам опросов телеметрических преобразователей программно (АПК «Дон-Стел-К») с 2010 г. реализуется пакет производственно-отчетных документов установленного образца [9].

1. Текущий отчет о результатах режимов работы УКЗ за сутки.

2. Отчет о работе УКЗ за истекшие сутки, с начала месяца и с начала года, с расчетом времени работы и расходе электроэнергии.

3. Журнал СКЗ за месяц, квартал, полугодие, 9 месяцев и с начала года (посуточ-

4. Архив СКЗ почасовой, посуточный за соответствующий период времени.

5. График параметров СКЗ (напряжение, ток, защитный потенциал в точке дренажа) за соответствующий период времени.

6. Сопротивление цепи СКЗ (нагрузки), позволяющей установить динамику роста сопротивления анодных заземлений за период с начала года.

Большинство из существующих комплексов телемеханики ЭХЗ позволяют осуществлять удаленный контроль и управление технологическими параметрами оборудования по различным каналам связи, однако они не включают в себя программные модули для решения аналитико-диагностических задач, статистической обработки данных и автоматизации формирования производственно-отчетной информации.

Для контроля нормативной защищенности в опорных точках (на границах зоны защиты) разработано и эксплуатируется изделие ПИКЕТ-ЭХЗ (рис.3). Устройство предназначено для передачи на диспетчерский пункт (ДП) измеренных значений защитного потенциала. Конфигурация и считывание параметров изделия осуществляются посредством SMS-сообщений. При выходе заданных параметров (UMHH < 0,9 В по МСЭ) за установленные пределы диспетчерский пункт (ДП) предупреждается путём отправки тревожного SMS-сообщения.

Устройство состоит из водонепроницаемого корпуса (1), измерительного кабеля (на рис. не виден), сигнализирующих светодиодов (2), ключа-геркона (3), батарейного блока (на рис. не виден), центральной платы (5), GSM-модема (6) и антенны (7). На боковой стороне корпуса расположены два вынесенных светодиода - красный и синий (2). Ключ-геркон (3) находится на противоположном крае корпуса относительно выносных светодиодов. Батарейный блок (на рис. не виден) располагается внизу и содержит литиевые источники тока (6 шт.) для питания узлов. Подача питания от блока осуществляется через тумблер на центральной плате (4). Центральная плата (5) располагается над батарейным блоком и содержит измерительную электронику и клеммни-ки для подключения измерительных и питающих кабелей с разъёмами для подключения GSM-модема. GSM-модем (6) устанавливается на разъёмы центральной платы и служит для приёма - передачи данных по беспроводным каналам связи, а также обмена SMS-сообщениями с ДП. К плате крепится антенна (7) и держатель SIM-карты.

Различают три режима работы:

а) спящий режим;

б) режим измерений;

в) режим обмена информацией по GSM.

При спящем режиме устройство выключено (кроме часов). Использование этого режима позволяет экономить заряд литиевых источников тока. Конфигурация и считывание параметров изделия осуществляются посредством SMS-сообщений.

Техническое сопровождение АПК «Дон-Стел-К» с налаженной обратной связью продолжает осуществляться в ОАО «Азовмежрайгаз», где последовательно были установлены телеметрические СКЗ (шт.) - 8 (2007), 27 - (2008), 45 - (2009), 62 - (2010), 79

7/2011

ВЕСТНИК

.МГСУ

- (2011), что составляет 60 % от эксплуатирующихся УКЗ [5-7].

Рис. 3. Автономное устройство Пикет ЭХЗ для контроля потенциала

С учетом систематических опросов преобразователей на реальных объектах газоснабжения разработан и реализуется регламент технической эксплуатации телеметрических устройств. Это позволяет выйти на качественно новый уровень организации эксплуатации в газораспределительных организациях (ГРО) РФ.

Решение указанных вопросов для газопроводных объектов является актуальной проблемой [10].

Выводы.

1. Основной принцип автоматизации и оценки надежности подземных трубопроводов по ГОСТ Р 51164-98 (ранее ГОСТ 25-812-83) заключается в том, что ЭХЗ сооружений от коррозии следует осуществлять системно, оптимизируя для всего сооружения в целом ее параметры. В настоящее время завершается унификация требований к защите от коррозии газопроводных систем, реализуемых в технических регламентах Стандарта общества Газпром, СТО Газпромрегионгаз, СТО Газнадзор.

2. Программные продукты АРМ-ЭХЗ и АПК «Дон-Стел-К», базируются на требованиях СТО Газпром и позволяют оперативно осуществлять диагностику и коррозионный мониторинг газопроводных систем с автоматическим формированием унифицированных документов установленного образца, при этом производится оценка:

а) переходного сопротивления труба-земля (от УКЗ до УКЗ) на действующих газопроводах для оперативного расчета плеч защиты и оптимизации режимов работы УКЗ;

б) регрессионных коэффициентов ц, ф, для расчета защищенности и оптимизации режимов работы УКЗ в ТС-ЭХЗ площадочных сетей (КС, ГРС, ПХГ, городские газопроводы);

в) защищенности по времени (надежность ЭХЗ) и по длине сооружения (эффек-

тивность ЭХЗ) с оптимизацией параметров телеметрических преобразователей в режиме стабилизации защитных токов.

3. Использование преобразователей УКЗТ АУ TM (GSM) в режиме стабилизации защитных токов позволяет оптимизировать работу оборудования с поддержанием защитных потенциалов в заданных координатами (опорных) точках с расчетом скорости коррозии при защите.

4. Для автоматизации контроля нормативного потенциала в опорных точках (на границах зоны защиты) разработано изделие и проведены трассовые испытания (20102011 гг.) автономного устройства «ПИКЕТ-ЭХЗ», смонтированного на сетях в г. Азо-ве. Это позволяет контролировать и оперативно регулировать режимы работы УКЗ на исследуемом ранее объекте [7].

1. Литература

2. Цыбульский П.Г. Реализация концепции технического регулирования ОАО «Газпром» в области противокоррозионной защиты // Коррозия территории «Нефтегаз». -2010, ноябрь. - с. 12-15.

3. Петров Н.Г., Запевалов Д.Н., Глазов H.H. Состояние и перспективы развития в нормативном фонде ОАО «Газпром» Комплекса стандартов «Защита от коррозии» // Коррозия территории «Нефтегаз». -2010, ноябрь. - с. 8-10.

4. Винокурцев Г.Г., Первунин В.В., Крупин В.А., Винокурцев А.Г., Исаев Р.Х., Муханов В.В. Критерии надежности противокоррозионной защиты трубопроводных систем // Газовая промышленность. -2003. -№ 4. - с. 50-52.

5. Петров Н.Г., Усошин A.A., Мусин P.P., Винокурцев А.Г., Винокурцев Г.Г., Иванов В.В., Крупин В.А., Первунин В.В. Методика оценки надежности противокоррозионной защиты трубопроводных систем. Четырнадцатая международная деловая встреча «Диагностика - 2004», апрель 2004 г. Доклады и сообщения. М.: ООО «ИРЦ Газпром»- 2004. - с. 114-129.

6. Винокурцев А.Г., Винокурцев Г.Г., Иванов В.В., Шамшетдинов К.Л., Крупин В.А., Первунин В.В. Компьютерная технология энергосбережения с выходом на раннюю техническую диагностику коррозии городских газопроводов // Теоретические основы теплогазоснабже-ния и вентиляции: Матер. Междунар. науч.-техн. конф. - М.: МГСУ, 2005. - с. 256-259.

7. Винокурцев А.Г., Винокурцев Г.Г., Иванов В.В., Фатрахманов Ф.К., Первунин В.В., Чигридов В.А. Результаты исследования эффективности электрохимической защиты систем городского газоснабжения. // Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: Матер. второй Междунар. науч.-техн. конф. - М.: МГСУ, 2007. - с. 311-318.

8. Винокурцев А.Г., Винокурцев Г.Г., Иванов В.В., Первунин В.В., Лим В.Г., Чигридов В.А. Совершенствование технических средств для коррозионного мониторинга газопроводных систем // Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: Матер. третьей Междунар. науч.-техн. конф. - М.: МГСУ, 2009. - с. 319-324.

9. Винокурцев Г.Г., Лим В.Г., Первунин В.В., Чигридов В.А., Винокурцев А.Г., Осипова О.И., Воеводин И.Г. К вопросу о коррозионном мониторинге газопроводных систем. // Коррозия территории «Нефтегаз». -2011, №1 (18), март. - с. 52-55.

10. Винокурцев Г.Г., Винокурцев А.Г. Первунин В.В, Чигридов В.А. Техническая эксплуатация АПК «ДОН-СТЕЛ-К». - Материалы международной научно-практической конференции «СТРОИТЕЛЬСТВО - 2011». - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т. - 2011. - с. 232.

11. Жмудин В.П.. Настройка и оптимизация систем электрохимической защиты // Газовая промышленность. -2011. -№ 5. - с. 65-68

References

1. P.G. Tsybulsky, Implementation of the concept of technical management of OAO "Gazprom" in the field of corrosion protection, Korroziya territorii "Neftegaz", 2010, November, pp. 12-15.

7/)п11 ВЕСТНИК _^/2ott_мгсу

2. N.G. Petrov, D.N. Zapevalov, N.N. Glazov, Status and perspectives of the "Corrosion Protection" set of standards in the normative documents collection of OAO "Gazprom", Korroziya territorii "Neftegaz", 2010, November. - pp. 08-10.

3. G.G. Vinokurtsev, V.V. Pervunin, V.A. Krupin, A.G. Vinokurtsev, A.D. Isaev, V. Mukha-nov, Criteria for reliability of corrosion protection of pipeline systems / / Gazovaya Promyshlennost', 2003, No. 4. - pp. 50-52.

4. N.G. Petrov, A.A. Usoshin, R.R. Musin, A.G. Vinokurtsev, G.G. Vinokurtsev, V.V. Ivanov, V.A. Krupin, V.V. Pervunin, Method of assessing the reliability of corrosion protection of pipeline systems. Fourteenth International Business Meeting "Diagnostics-2004", April 2004, Papers and report, Moscow, OOO "IRC Gazprom", 2004. - pp. 114-129.

5. A.G. Vinokurtsev, G.G. Vinokurtsev, V.V. Ivanov, K.L. Shamshetdinov, V.A. Krupin, V.V. Pervunin, Computer power-saving technology with access to early diagnosis of technical corrosion of urban gas pipelines, Theoretical Foundations of Heat and Ventilation: Proceedings of the International Scientific-Technical Conference, Moscow, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 2005. - pp. 256-259.

6. A.G. Vinokurtsev, G.G. Vinokurtsev, V.V. Ivanov, F.K. Fatrahmanov, V.V. Pervunin, V.A. Chigridov, The results of studies of the effectiveness of electrochemical protection of urban gas distribution systems, Theoretical Foundations of Heat and Ventilation: Proceedings of the Second International Scientific-Technical Conference, Moscow, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 2007. - pp. 311-318.

7. A.G. Vinokurtsev, G.G. Vinokurtsev, V.V. Ivanov, V.V. Pervunin, V.G. Lim, V.A. Chigri-dov, Improving facilities for corrosion monitoring of pipeline systems, Theoretical Foundations of Heat and Ventilation: Proceedings of the Third International Scientific-Technical Conference, Moscow, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 2009. - pp. 319-324.

8. G.G. Vinokurtsev, V.G. Lim, V.V. Pervunin, V.A. Chigridov, A.G. Vinokurtsev, O.I. Osipov, I.G. Voevodin, Corrosion monitoring of pipeline systems revisited, Korroziya territorii "Neftegaz", 2011, March, No. 1 (18). - pp. 52-55.

9. G.G. Vinokurtsev, A.G. Vinokurtsev, V.V. Pervunin, V.A. Chigridov, Technical maintenance of the "DON-STEL-K" hardware and software complex, Proceedings of the international scientific-practical conference "Stroitelstvo-2011", Rostov-on-Don, Rostov State University of Civil Engineering, 2011. - p. 232.

10. V.P. Zhmudin. Setting up and optimization of electrochemical protection, Gazovaya Pro-myshlennost', 2011, No. 5. - pp. 65-68.

Ключевые слова: коррозия, защитный потенциал, электрохимическая защита, защитные покрытия, сети газоснабжения, преобразователь катодной защиты, техническая диагностика труб

Keywords: corrosion, protection potential, electrochemical protection, protective coating, gas network, converter for cathodic protection, technical diagnostics of pipelines

e-mail: Винокурцев Георгий Георгиевич ggvin38@rambler.ru Винокурцев Александр Георгиевич agvin1979@rambler.ru Первунин Вадим Виленович e-mail: pervunin@ic.ru Лим Владимир Григорьевич lim@astranet.ru Чигридов Владимир Александрович info@turbotron.ru Воеводин И.Г. i-voevodin@yandex.ru