Автоматизация процесса диагностирования труб при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов

ДИАГНОСТИКА

А.А. самокрутов, д.т.н., генеральный директор, ООО «Акустические Контрольные Системы»; м.Ю. митрохин, д.т.н., начальник сектора по ремонту и диагностике газопроводов Управления по транспортировке газа и газового конденсата, ОАО «Газпром»; и.и. велиюлин, д.т.н., директор,

А.н. касьянов, к.т.н., начальник отдела инструментального контроля, ЭАЦ «Оргремдигаз»

ОАО «Оргэнергогаз»

автоматизация процесса диагностирования труб при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов

Основная часть газотранспортной системы ОАО «Газпром», включающей более 160 тыс. км газопроводов, была построена в основном в 1970-1980-е гг. Износ основных фондов по линейной части магистральных газопроводов составляет 60%. Средний фактический срок службы газопроводов - около 30 лет.

Длительный срок службы магистральных газопроводов приводит к увеличению в них количества дефектов, выявляемых регулярно проводимыми диагностическими обследованиями и, как следствие, к увеличению объемов капитального ремонта газопроводов и повышению уровня материальных затрат на обеспечение эксплуатационной надежности. В условиях ежегодного увеличения объемов капитального ремонта, выполняемых на объектах транспорта газа в сжатые регламентные сроки, качество и своевременность проведения диагностических работ являются одними из определяющих факторов безопасной эксплуатации газопроводов и выполнения графиков перекачки газа.

Таким образом, осуществление капитального ремонта и диагностического обследования как составной части комплекса ремонтных работ должны проводиться на базе современного оборудования и экономически обоснованных высокоэффективных технологий обследования, обеспечивающих высокое качество работ в регламентные сроки их проведения.

В соответствии с принятыми в отрасли нормативными документами, необходимым является следующий набор диагностических работ (табл. 1). Выполнение данного объема диагностических работ подразумевает как проведение автоматизированного контроля сканирующими системами, так и ручное поисковое и уточняющее обследование, выполняемое непосредственно на газопроводе специалистами, прошедшими соответствующую аттестацию.

На основании результатов автоматизированного сканирования выполняются работы по поиску дефектов труб, уточнению их координат и характеристик, и далее по протоколированию полученных результатов, на основе которых производится оперативная оценка технического состояния контролируемых объектов, и формируются указания по методам и способам их ремонта. Оценка результатов проведения диагностических работ в составе ремонтных потоков показала, что возникающие затруднения обусловлены такими объективными причинами, как:

• недостаточное количество времени на отбраковку. Данная проблема возни-

кает в условиях увеличения ежегодных объемов ремонтных работ и,как следствие, уменьшения сроков отключения конкретных участков газопроводов и увеличения темпов проведения ремонтных работ;

• недостаточное количество времени для принятия решения по оценке опасности дефекта и необходимым методам ремонта, что особо проявляется при проведении ремонтных работ в составе совмещенных ремонтных колонн;

• высокая степень зависимости качества диагностирования от степени первичной подготовки поверхности труб;

• затруднение доступа дефектоскописта к определенным часовым секторам труб как по причине выкладки очищенного газопровода в траншее на грунт, так и обустройства самой траншеи.

Как показывает опыт последних лет, необоснованное увеличение количества забракованных труб увеличивает стоимость ремонтных работ, в то время как невыявление дефектов увеличивает риски и эксплуатационные расходы отремонтированного участка газопровода. Достоверность и полнота проводимого в настоящее время диагностического

Таблица 1. Объем диагностических работ при капитальном ремонте участков газопроводов

Вид контроля Тело трубы и продольные швы* Кольцевые сварные соединения**

С применением АСС Без применения АСС При наличии ВТД При отсутствии ВТД

1 2 3 4 5

Контроль сканером-дефектоскопом 100% - Рекомендуется 100% Рекомендуется 100%

ВИК 100% 100% 100% 100%

Ультразвуковой (УЗ) 0,2% тела трубы, 1% прод. швов 0,2 м продольных швов, прилегающих к кольцевым 0,5% тела трубы, 2% прод. швов 0,2 м продольных швов, прилегающих к кольцевым 100% аномальных стыков, остальные не менее 20%*** 100%

Радиографический (РТ) рекомендуется рекомендуется % 0 2 1 т. а к

к ш 1 1 о .^о о~ I кат. - 20%

II кат. - 10%

Вихретоковый (ВТ) 3% + уточнение стресс коррозионных дефектов 5% + уточнение стресс коррозионных дефектов - -

Магнитопорошковый (МТ) 10% от числа выявленных аномалий 10% от числа выявленных аномалий Рекомендуется при наличии трещин Рекомендуется при наличии трещин

Толщинометрия Не менее 3 точек на элемент (лист) Не менее 3 точек на элемент (лист) - -

* - согласно «Инструкции по оценке дефектов труб и соединительных деталей при ремонте и диагностировании магистральных газопроводов».

** - согласно «Инструкции по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов», СТО Газпром 2-2.4-083-2006.

*** - если обнаруживается дефект, объем увеличивается в 2 раза, т.е. 40%.

Таблица 2. Выявляемость дефектов газопровода различными методами неразрушающего контроля

Категория дефектов Тип дефектов Эффективность основных видов НК

ВИК МТ ВТ УЗ РТ

Поверхностные дефекты основного металла Царапины, риски, подрезы, задиры, забоины, волосовины и т.д. + + + +/- -

Коррозионные дефекты + + + +/- +

Трещины (стресс-коррозионные, усталостные и т.д.) - +/- + + -

Внутренние дефекты основного металла Неметаллические включения, металлические включения, ликвации - - - + +/-

Расслоения - - - + +/-

Поверхностные дефекты сварных швов Подрезы, утяжины, раковины, поры, коррозионные дефекты + +/- - +/- +

Трещины - +/- +/- + +

Сквозные дефекты сварных швов Трещины, свищи - +/- - + +

Внутренние дефекты сварных швов Раковины, поры, непровары, несплавления, шлаковые включения - - - + +

Дефекты геометрии сварных швов Смещения кромок, наплыв, вогнутость шва + +/- + +/- -

Дефекты геометрии трубы Вмятины гофры, кривизна, овальность + - + - -

обследования определяются уровнем качества выполнения данного вида работ и требует совершенствования и развития по следующим направлениям:

• повышение производительности и достоверности результатов диагностических работ;

• минимизация рисков для персонала при выполнении работ;

• снижение стоимости ремонта и дальнейших рисков эксплуатации.

Следует также отметить, что дефекты различных типов по-разному выявляются приведенными ранее методами неразрушающего контроля (табл. 2). Исходя из вышесказанного и учитывая, что основным фактором, определяющим качество диагностических работ и, соответственно, качество отбраковки,

является человеческий фактор, то есть необходимость использования человека как при выполнении процедур измерений, так и при принятии решений о продлении ресурса или выполнении ремонта объекта контроля. Рассматривая перспективные пути повышения качества диагностики и отбраковки, на настоящем этапе реализуются следующие организационно-технические

ДИАГНОСТИКА

Таблица 3. Система автоматизированного диагностирования и отбраковки труб

мероприятия, обеспечивающие минимизацию влияния человеческого фактора на результаты контроля при повышении степени безопасности диагностических работ и достоверности получаемых результатов при отбраковке труб:

• Выполнение всех видов обязательного диагностического обследования автоматизированными сканерами-дефектоскопами, не требующими постоянного присутствия человека рядом с контролируемым объектом и обеспечивающими получение и регистрацию

необходимой измерительной информации в автоматическом режиме.

• Обеспечение контроля 100% тела труб и 100% сварных соединений.

• Контроль наиболее критических дефектов несколькими независимыми способами.

• Передача в реальном масштабе времени измерительной информации от всех сканеров-дефектоскопов, действующих скоординированно, на единый управляющий компьютерный центр для комплексной обработки.

Рис. 1. Ультразвуковой сканер-дефектоскоп А2075 SoNet

После проведения обработки результатов диагностирования формируется проект протокола, удовлетворяющий следующим условиям:

• Объем результатов контроля и качество результатов измерений должны быть достаточны для принятия решения об отбраковке труб на основании существующих нормативных документов и автоматизированного формирования проекта протокола об отбраковке проконтролированной трубы.

• Окончательное решение об отбраковке должно приниматься и утверждаться уполномоченным персоналом на основании данного проекта протокола с возможностью выполнения дублирующего контроля ручными средствами. Коллективом авторов и силами научнопроизводственной компании ООО «Акустические Контрольные Системы» для реализации вышеизложенного выбран системный подход, включающий разделение процесса диагностирования и отбраковки на ряд обособленных групп и задач, которые могли бы выполняться независимо несколькими специально для этого спроектированными сканерами-дефектоскопами.

В таблице 3 приведены обобщенные данные по основным задачам контроля для трех типов независимых сканеров-

Рис. 2. Ультразвуковой многофункциональный сканер-дефектоскоп А2050 ScaUT

Рис. 3. Многоканальный вихретоковый сканер-дефектоскоп Е2085 Tornado

дефектоскопов, полученные на основе анализа эффективности основных видов неразрушающего контроля для обнаружения различных типов дефектов:

• Ультразвуковой сканер-дефектоскоп А2075 SoNet (рис. 1). Широко используется при отбраковке труб как в трассовых условиях, так и при проведении переизоляции в заводских условиях. Реализует волноводный эхо-импульсный метод с сухим контактом (за счет применения электромагнитно-акустического (ЭМА) способа возбуждения и приема ультразвуковых колебаний). Обеспечивает экспресс-контроль 100% тела трубы и решает задачу обнаружения КРН,продольно ориентированных трещин и общей коррозии.

• Ультразвуковой многофункциональный сканер-дефектоскоп А2050 ScaUT (рис. 2). Реализует высокочастотный томографический эхо-импульсный метод контроля на основе антенных решеток с цифровой фокусировкой и жидкостным типом акустического контакта. Обеспечивает ультразвуковой контроль тела сварного шва, толщинометрию стенок труб, поиск расслоений в кромках сварного шва, измерение смещений кромок сварного шва.

• Многоканальный вихретоковый сканер-дефектоскоп Е2085 Tornado (рис. 3). Реализует методы вихретоковой дефектоскопии и толщинометрии. Совместно со встроенными микрогиро-скопическими датчиками обеспечивает измерение профиля 100% поверхности трубы с регистрацией всех типов дефектов поверхности трубы, в том чис-

ле и измерение высоты трещин КРН, что создает альтернативу визуальноизмерительному методу контроля.

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ:

• Все представленные сканеры-дефектоскопы являются малогабаритными и переносными. Они могут работать как в комплексе, так и автономно. Транспортировка и эксплуатация может осуществляться силами двух операторов. Производительность выполнения контроля рассчитана на возможность работы в составе ремонтной колонны. Энергоемкости батарей достаточно для беспрерывной работы в течение одной смены. В конструкции сканеров-дефектоскопов отсутствуют кабели, тросы или шланги, связывающие их с оператором или со вспомогательными блоками.

• Все процедуры контроля выполняются автоматически. В задачу оператора входят только установка приборов в начальную позицию на трубе,задание требуемых условий и параметров для контроля, общее наблюдение за автоматизированной процедурой выполнения контроля и пополнение расходных материалов. Обеспечивается автономное перемещение сканирующих систем по поверхности трубы для всех вариантов ремонтных схем без применения и установки вспомогательных средств (кранов, салазок, тросов, направляющих и пр.), в т.ч. и для трубы, выложенной на призмах.

• В процессе контроля оператор находится на отдалении от трубы, а данные от сканеров-дефектоскопов поступают на его компьютер по радиоканалу в режиме реального времени. Результаты контроля от всех трех устройств сводятся вместе в одном компьютере и автоматически преобразуются в протокол.

ВЫВОДЫ

Реализация предложенной организационно-технической схемы автоматизации процесса диагностирования труб при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов позволит:

• повысить достоверность контроля за счет минимизации человеческого фактора, устранив участие оператора в процедурах выполнения рутинных процедур измерения;

• повысить безопасность выполнения диагностических работ за счет отсутствия необходимости нахождения персонала непосредственно рядом с трубой в процессе контроля;

• повысить производительность и достоверность контроля за счет автоматизации измерений параметров всехтипов дефектов и обеспечения двукратного дублирования результатов измерений различными методами;

• обеспечить формирование и документирование результатов диагностики в режиме реального времени.

Выпуск опытных образцов и проведение испытаний сканеров-дефектоскопов А2050 ScaUT и Е2085 Tornado планируется в IV квартале 2012 г.