Оценка работоспособности длительно эксплуатируемых газопроводов системы газоснабжения

The assessment of operability of long-operated gas pipelines of gas supply system

1 2 3

Bylj ev Ju. , Medvedeva A. , Afanasjev R. ,

Minaev Ju.4, Lobar I.5

Оценка работоспособности длительно эксплуатируемых газопроводов системы

газоснабжения

Быльев Ю. В. , Медведева А. Н. , Афанасьев Р. В. ,

Минаев Ю. А.4, Лобарь И. Н.5

1 Быльев Юрий Владимирович /Byljev Jurii - технический директор;

2Медведева Алина Николаевна /Medvedeva Alina - эксперт промышленной безопасности;

3Афанасьев Руслан Владимирович / Afanasjev Ruslan - начальник лаборатории;

4Минаев Юрий Анатольевич /Minaev Jurij - эксперт промышленной безопасности;

5Лобарь Игорь Николаевич /Lobar Igor - эксперт промышленной безопасности,

ООО «НПП НОБИГАЗ», г. Ростов-на-Дону

Аннотация: исследованы параметры работоспособности сетей газораспределения и газопотребления, основанные на исследовании деградации тонкой структуры металла газопроводов. Внесены предложения по улучшению условий эксплуатации и продлению безопасного ресурса газопроводов.

Abstract: the article offers the analysis of operability parameters of gas distribution and gas consumption networks based on the study of the degradation of the thin metal structure ofpipelines.

Ключевые слова: экспертиза промышленной безопасности, газоснабжение, надежность оборудования. Keywords: industrial safety expertise, gas supply, the reliability of the equipment.

Газоснабжение, представляющее собой совокупность процессов транспортировки, распределения и потребления природного газа, формирует энергетическую основу экономики [1].

Основной технической системой газоснабжения являются трубопроводные сети газораспределения и газопотребления. К настоящему времени их протяженность превышает 850 тысяч километров, что в 4 раза больше протяженности магистральных газо-, нефте- и нефтепродуктопроводов вместе взятых.

Протяженность газопроводов, отработавших 40 и более лет, составляет более 20 000 километров. Единовременный вывод из эксплуатации таких газопроводов и замена их на новые не реальны и не рациональны. Поэтому продление жизненного цикла «старых» трубопроводов, используя остаточный запас эксплуатационной и функциональной работоспособности, приобретает исключительно важное практическое значение. Работоспособность газопровода определяется состоянием, при котором в данный момент времени его эксплуатационные параметры (назначения и надежности) находятся в пределах, установленных технической документацией.

В неработоспособное состояние газопроводы могут перейти вследствие отказов, а предельное состояние наступает тогда, когда они не удовлетворяют эксплуатационным требованиям.

Причинами отказов являются, в основном, коррозионный износ и имеющиеся на стенках трубопроводов локальные дефекты различного происхождения, снижающие несущую способность трубопроводов, а также старение (ухудшение физического состояния) металла труб в процессе долговременного воздействия эксплуатационных нагрузок.

Перечисленные причины отказов, кроме последней, относятся к числу хорошо изученных. На сегодняшний день можно считать общепризнанной концепцию о том, что процесс старения металла происходит, и это явление надо учитывать при определении безопасного ресурса эксплуатации трубопроводов. В результате дальнейших исследований было установлено, что при длительной эксплуатации магистральных нефтепроводов под действием циклических и статических нагрузок в металле происходят структурные изменения, сопровождающиеся упрочнением и охрупчиванием окрестностей локальных дефектов, структурно-неоднородных областей. Применительно к системам газораспределения и газопотребления, относящимся к опасным производственным объектам, подобные исследования практически отсутствуют. Поэтому проблема оценки работоспособного состояния технических систем газоснабжения и определения безопасных сроков их эксплуатации является весьма актуальной.

Оценка безопасного состояния (безопасного ресурса эксплуатации газопроводов) базируется, прежде всего, на исследовании изменений физического состояния (тонкой структуры) металла и определении причин и процессов, обусловливающих ее изменение.

Тонкая структура - внутренняя структура монокристалла или зерна, которая обнаруживается только при электронно-микроскопических исследованиях. Согласно исследованиям, при длительной эксплуатации газопроводов деградация механических свойств металла связана со стадийным характером изменения его тонкой структуры [2]. Вначале протекают процессы усталости и деформационного старения, приводящие к замедленному разрушению (постепенному снижению прочности при нормальных температурах).

В ходе эксплуатации происходит деградация дислокационной структуры по схеме: сетчатая -> ячеистая -> клубковая -> полосовая.

На стадии полосовой структуры, как правило, образуются микротрещины.

Структурные исследования металла труб длительно эксплуатируемых газопроводов показывают, что кульминационный период деформационного старения проявляется через 25...35 лет эксплуатации [3]. После 20 лет эксплуатации начинает образовываться ячеистая дислокационная структура, которая уже является барьером для движущихся дислокаций. Следовательно, блокировка дислокаций своими структурными скоплениями и примесными атомами создает локальные напряженные области в металле.

Таким образом, установлено, что деградация свойств металла связана с изменением его тонкой структуры [3]. Увеличивается плотность дислокаций приблизительно в 5 раз и происходит их эволюция от сетчатой до клубковой. Цементит распадается в среднем на 30 %, примерно 10 % атомов углерода уходят в тетраэдрические пустоты объемно-центрированных кубических решеток феррита, образуются и скапливаются на границах зерен новые карбидные частицы. Дополнительные напряжения, снижающие силы межзеренных связей, создаются, когда дислокации взаимодействуют с барьерами и блокируются, уменьшаются расстояния между зародышами новых карбидных частиц из-за их роста. Происходят охрупчивание локальных зон, деформации кристалла, появляются изгибные контуры, которые приводят к снижению значения истинного напряжения, необходимого для разрушения образцов и сопротивляемости металла коррозии.

Данные исследований тонкой структуры металла позволяют разрабатывать новые дополнительные методы защиты газопроводов, а также методики оценки ресурса безопасной эксплуатации, более точно устанавливающие безопасный ресурс газопровода по сравнению с традиционными методами оценки остаточного ресурса.

Литература

1. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных

объектов» [Электронный ресурс] Режим доступа:

http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=183010;dst=0;ts=20ADD5195B1E8123F19 01940687D6927;md=0.3409292306751013 (Дата обращения 05.10.2015).

2. Юнкин А. И., Бакиев Т. А., Сандаков В. А. Оценка механических свойств металла длительно эксплуатируемых трубопроводов системы газоснабжения. // Безопасность труда в промышленности. -2004. - № 9. - С. 15-16.

3. Сандаков В. А. Механизм образования напряжений, обусловленных дислокационными процессами. // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов». / ИПТЭР. - 2008. - Вып. 3 (73). - С. 51-54.