Обеспечение работоспособности трубопроводов при длительной эксплуатации

Д.Н. Щепинов, ООО «Газпром добыча Оренбург»

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

РАБОТОСПОСОБНОСТИ

ТРУБОПРОВОДОВ

ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение (ОНГКМ), находящееся в непрерывной промышленной эксплуатации с 1974 г., является одним из крупнейших месторождений сероводородсодержащего газа в мире. Созданный на его базе газохимический комплекс по добыче, транспорту и переработке сероводородсодержащего углеводородного сырья является уникальным, и поэтому существуют проблемы, характерные для сложных систем и связанные с надежностью и безопасностью эксплуатации.

Газопроводы УКПГ-ДКС-ГПЗ проложены по трем коридорам и включены в единую газотранспортную систему, которая выполнена из труб диаметром 720x22 мм на участках I категории и 720х 18 мм - на участках II категории. Трубы импортной поставки производства фирм Германии, Франции и Японии изготовлены из листовой стали с продольным сварным швом и последующей термообработкой. Кольцевые сварные швы трубопроводов для снятия послесварочных напряжений также подвергали термообработке в режиме высокого отпуска. Газопроводы рассчитаны на рабочее давление 6,6 МПа и температуру от -20° С до +40° С.

Для пассивной защиты газопроводов от почвенной коррозии использовано изоляционное покрытие усиленной поливинилхлоридной липкой лентой в два слоя. Кроме того, для защиты от почвенной коррозии на всем протяжении газопроводов установлены станции катодной защиты.

Соединительные трубопроводы от УКПГ до ГПЗ введены в эксплуатацию в 1974-1978 гг. и на текущий момент находятся в работе более 30 лет. Особенность трубопроводов заключается в транспортировке неочищенного газа и нестабильного конденсата с повышенным содержанием сероводорода до 6%, углекислого газа до 1,5% и меркап-тановой серы до 1000 мг/м3. Кроме этого, несмотря на ввод в действие дожимных компрессорных станций, соединительные газопроводы работают в режиме транспортировки сырого газа.

Контроль за коррозионным состоянием и качеством ингибиторной защиты газопроводов до 1985 г. в основном состоял в определении скорости коррозии по образцам-свидетелям,анализу механических свойств и металлографическим исследованиям образцов металла, вырезанных из действующих газопроводов. Несмотря на несомненную пользу выборочного ультразвукового контроля, дополняемого элементами контроля потока водорода с помощью электрохимических водородных зондов и выборочного контроля состояния изоляции, такой контроль не позволял выявить все дефекты в металле, проявившиеся за период эксплуатации трубопроводов. Результаты коррозионного контроля и обследования состояния вырезанных участков трубопроводов, а также отдельные случаи коррозионных разрушений давали основание предполагать наличие в соединительных трубопроводах УКПГ-ГПЗ значительно большего количества коррозионных дефектов на всем их протяжении, что могло быть обнаружено при проведении выборочного контроля. До 90-х г. увеличение объемов диагностических работ (комплексное электрометрическое обследование, выборочные наружные обследования и др.) и привлечение специализированных организаций позволило решить вопрос безопасной эксплуатации за счет проведения капитального ремонта со сплошной заменой участков трубопроводов.

В настоящее время для оценки технического состояния трубопроводов применя-

ются современные методы диагностики, которые включают всестороннее исследование трубопроводов:

• внутритрубная дефектоскопия;

• электрометрические измерения;

• приборное и водолазное обследование подводных переходов;

• акустическая эмиссия;

• локальные методы обследования приборами (ультразвуковые, вихретоковые, магнитные) неразрушающего контроля;

• геодезические измерения;

• вертолетные инспекционные обследования (тепловизионное обследование, облеты).

Наиболее эффективным методом диагностики трубопроводов на сегодня остается внутритрубная дефектоскопия. Интенсивная диагностика линейной части трубопроводов с применением внутри-трубных дефектоскопов проводится в УЭСП с 1991 г. До 2005 г. вся линейная часть трубопроводов обследована вну-тритрубными ультразвуковыми дефектоскопами. Причем на газопроводах ультразвуковые дефектоскопы пускали в жидкостной пробке. Эта технология была разработана ООО «Газпром добыча Оренбург».

С 2005 г. на трубопроводах применяются дефектоскопы с продольным и поперечным намагничиванием высокого разрешения. Комплексное обследование позволило выявить и вырезать все наиболее потенциально опасные дефектные участки. Составлена база данных дефектности трубопроводов и определено техническое

УРОВЕНЬ

ТЕХНОЛОГИЙ

ОПРЕДЕЛЯЕТ

ЭПОХУ

коростной подогреватель нефти СПН нагревает нефть в трубопроводах перед узлами учета, позволяет увеличить производительность перекачки нефти в те хн оло г и ч еск их тр убо п р а в од а х.

Скоростной подогреватель нефти СПН создан на базе индукционных электронагревателей - самого современного электронагревательного оборудования. Индукционные нагреватели надежны, неприхотливы, обладают высокой пожарной и электрической безопасностью, оснащаются системой автоматического управления. Завод производит также оборудование для эффективного автономного отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, зданий и сооружений. Надежность и уверенность - вот девиз индукционных нагревателей и Завода Сибирского Технологического Машиностроения.

Злобе! Сибирсцоео Тежно/госичеенаъо Машиностроении

630 МН г. Новосибирск, ул. Сухарная. 35 а Тел./фа«С: +| (3831 204-77-32,204-77 33,204-77-34 Е-т»11:51Ы(!Г1по@тетп1Я1 wiMTMJStm.ru

ГчАнш'

Рис. 1 - Оценка корреляции глубины потерь металла по данным ВТД и наружного контроля

'ШЯЧМ КІ. ^ Р» 1и* І І

Рис. 2 - Оценка корреляции глубины дефектов геометрии по данным ВТД и наружного контроля

состояние металла труб каждого трубопровода.

Оценка технического состояния линейной части трубопроводов по результатам внутритрубной дефектоскопии возможна при их достоверности. Поэтому вопросу о сходимость результатов ВТД и результатов наружного диагностического обследования уделялось особое внимание с первых лет проведения ВТД.

Как показывает практика, на результаты ВТД в значительной степени оказывают влияние степень подготовленности трубопровода к пропуску диагностического оборудования, скорость движения дефектоскопа в трубопроводе и типы используемых приборов. В настоящее время применение дефектоскопов нового поколения позволяет говорить об адекватности заявленных параметров и фактических размерах дефектов основных типов дефектов.

Например, одиночные каверны по результатам ВТД при наружном обследовании идентифицируются достаточно четко. На рисунке показан фрагмент трубы со значимыми дефектами и изображение, полученное при обработке результатов магнитного дефектоскопа.

В 2006 г. было обследовано в шурфах 69 участков с дефектами типа «потеря металла». Из них 87% совпадают с заявленными параметрами (глубина дефекта) в пределах 10-процентной погрешности (рисунок 1).

Функция плотности вероятности нормального распределения показывает, что значения попадают в заданный интервал с вероятностью 0,95, за исключением единичного выброса. На этом участке обнаружена подварка дефекта, а такие участки всегда вызывают сложности при интерпретации. Анализ сходимости показывает, что дефекты типа «потеря металла» надежно обнаруживаются и правильно классифицируются методами магнитной

диагностики в абсолютном большинстве случаев.

Дефекты геометрии характерны для трубопроводов с толщиной стенки менее 15 мм и на отдельных трубопроводах составляют более 50% от общего числа выявленных дефектов (рисунок 2). В 2006 г. для дефектов геометрии наружный контроль в шурфах проводился на 118 участках, из которых 94, по данным ВТД, были определены с дополнительным дефектом (потеря металла или механическое повреждение). Результаты наружного обследования подтвердили наличие дополнительных дефектов на вмятинах в 78%, а глубину вмятин в 90%.

Оценивая корреляцию глубины дефектов геометрии по результатам ВТД и наружного обследования, можно отметить, что фактическая глубина совпадает с заявленной в пределах погрешности внутритрубного дефектоскопа.

Функция плотности вероятности нормального распределения показывает, что значения попадают в заданный интервал с вероятностью 0,95, за исключением единичных выбросов. На одном из участков обнаружена наплавка на вмятине. Анализ сходимости показывает, что результаты ВТД в плане обнаружения, классификации и оценки параметров дефектов геометрии дают положительные результаты. Несколько иначе обстоят дела при оценке сходимости дефектов сварных соединений (рисунок 3).

По результатам пропуска магнитного дефектоскопа интерпретируются два основных типа дефектов сварных швов: «несплошность плоскостного типа» и «аномалия поперечного шва». «Несплошность плоскостного типа», как правило, указывает на непровар в сварном соединении, а «аномалии поперечного шва» - на смещение кромок или включение. Возможен вариант, когда вид дефекта не определен. На рисунке 3 представлены результаты подтверждения дефектов в шурфах, по данным ВТД.

Как видно из гистограммы, дефекты геометрии, «потеря металла» и «несплошность плоскостного типа» (непровары) подтверждаются в большинстве случаев. Аномалия шва при проведении наружного контроля не подтверждена более чем в половине обследуемых участков.

" ПД1 |1 иди

ш* ВДвИ*

П і П

Рис. 3 - Подтверждение дефектов по результатам ВТД и наружного обследования

При анализе данных магнитного дефектоскопа и данных наружного обследования рассмотрено 48 дефектов кольцевых стыков типа «аномалия сварного шва». После наружного обследования выяснилось, что 75% аномальных стыков имеют смещение кромок или разнотолщинность стыкуемых труб. В большинстве случаев, когда дефект сварного шва при наружном обследовании не обнаружен, аномалия возникает из-за смещения кромок стыкуемых труб. Главной трудностью в интерпретации дефекта по данным магнитного снаряда является наложение возмущений магнитного потока из-за дефекта сварки и смещения кромок шва. Наличие смещения кромок не препятствует обнаружению значительных дефектов сварки. Однако при образмеривании этих дефектов происходит искажение данных из-за трудностей в разделении зон возмущения магнитного потока от несплошности в сварном шве и уменьшения «сечения» шва из-за смещения кромок. Поэтому при интерпретации данных ВТД применяется принцип максимальной безопасности тру-

Рис. 4 - Изменение количества эксплуатационных расслоений в металле трубопроводов ООО «ГДО»

бопровода, заключающийся в отнесении дефекта, в случае его неоднозначности в интерпретации, к более опасному типу.

Наиболее потенциально опасным видом дефектов являются металлургические расслоения и неметаллические включения, которые могут развиваться в водородные расслоения. Эти дефекты составляют до 60% от общего выявленного количества аномалий. При анализе данных повторной диагностики трубопроводов с применением внутритрубных дефектоскопов установлено, что выявляется меньшее количество включений и больше расслоений. Обработка базы данных выявленных

Челябинская область, г. Копейск, ул. Мечникова. 1 Тел. (351-39) 243-S1, 2-09-82, 2-09-83 Факс (35-139) 2-09-S4

дефектов и результаты наружного обследования показали, что характерным для всех трубопроводов является увеличение числа эксплуатационных расслоений при последующих обследованиях.

В среднем на 30 километровом участке трубопровода происходит увеличение на 12 дефектов за пятилетний период.Эти изменения наблюдаются и по результатам металлографических исследований вырезанных участков.

Для определения характера изменения количества эксплуатационных расслоений за период между обследованиями 5 лет проведена обработка данных внутри-трубной дефектоскопии. Построен график изменения количества эксплуатационных расслоений за эти периоды и подобрана аппроксимирующая экспоненциальная функция с критерием адекватности R2>0,8. Согласно полученной зависимости, увеличение количества эксплуатационных дефектов в области металлургических дефектов металла трубопроводов -происходит с различной интенсивностью, зависящей от режимов эксплуатации тру-

www.kzit.ru

e-mail: Kzit@kzit.ru & ICQ : 360857083

Общество с ограниченной ответственностью

«Копейский завод изоляции труб»

1. Изоляция труб.

2. Изготовление гнутых отводов холодной гибкой из изолированных труб и труб без изоляции.

3. Восстановление труб бывших в употреблении для повторного применения, (демонтированных при капитальном ремонте трубопроводов):

- Очистка наружной поверхности на гидроклине ре.

• Очистка внутренней поверхности от остатков нефтепродуктов и газового конденсата.

- Отбраковка труб б/у, отбор труб для повторного применения

- Огневая и механическая обработка торцов.

- Ремонт труб шлифовкой, сваркой,

- Не разрушающие методы контроля труб.

Защите

труб ОТ

Завод успешно выполняет заказы Газпрома, Транснефти и других организаций, где используется продукция завода. Отличное качество продукции подтверждают сертификаты соответствия, в том числе на внедрён ну» систему менеджмента качества по И СО 9001:2001.

на правах рекламы

на правах рекламы

бопроводов и эффективности ингибирования.

Так, по результатам внутри-трубных обследований двух трубопроводов протяженностью до 30 км каждый с периодичностью в 9 лет (трубопроводы находились в консервации) выявлено более 300 эксплуатационных расслоений, из которых 64 - водородные расслоения длиной более 200 мм.

Количество эксплуатационных дефектов (0), образующихся при наводорожива-нии металла на участках трубопровода с металлургическими дефектами сплошности металла труб, увеличивается по экспоненциальному закону 01 =3,32е0,021 (кривая 1). Это свидетельствует о том, что при соблюдении регламента и проведении периодического ингибирования не происходит лавинообразного возникновения потенциально опасных эксплуатационных дефектов. Проведение внутритрубной дефектоскопии с периодичностью в 5 лет позволяет оставлять водородные расслоения длиной до 200 мм в подконтрольной эксплуатации и проводить только ремонт участков трубопроводов, имеющих водородные расслоения длиной более 200 мм. Тогда фактическое изменение количества эксплуатационных расслоений аппроксимируется экспоненциальной зависимостью 02=2,08е0,02 t (кривая 2).

Рис. 5 - Изменение скорости коррозии на трубопроводах ОНГКМ

Увеличение срока между проведением внутритрубной дефектоскопии до 9 лет и неэффективное ингибирование инициируют существенный рост количества эксплуатационных расслоений и их развитие в водородные расслоения длиной более 200 мм.

Результаты внутритрубной дефектоскопии и сформированная база данных позволяет проводить мониторинг участков трубопроводов УКПГ-ГПЗ и оценить не только коррозионное состояние на настоящий момент, но и проследить развитие дефектов с течением времени. На основании анализа результатов внутритрубной дефектоскопии трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, установлены зависимости скорости коррозии от времени развития дефектов (рисунок 5).

Определение максимальной скорости коррозии на наружной и внутренней

поверхностях каждого трубопровода проводилось при доверительной вероятности 0,95. В начальный период развития поверхностных дефектов наблюдается скорость коррозии на внутренней поверхности до 0,45 мм/год, на наружной поверхности до 0,39 мм/год (5 лет). Затем скорость коррозии уменьшается и достигает своего минимума: на внутренней - 0,154 мм/год, на наружной - 0,108 мм/год (25 лет). После 25 лет эксплуатации скорость коррозии увеличивается, и при 30-летней эксплуатации трубопроводов скорость коррозии в дефектах на внутренней поверхности труб достигает 0,167 мм/год, а на наружной поверхности труб - 0,124 мм/год, при доверительной вероятности 0,95. Увеличение скорости коррозии в дефектах может быть связано на наружной поверхности труб со старением и нарушением изоляции, а на внутренней - с увеличением до 100% влажности в период падающей добычи.

Анализ изменения параметров коррозионных повреждений, выявленных при первой и последующих инспекциях по совместившимся дефектам, показал, что средняя скорость роста коррозии составляет до 0,3 мм/год. Эта величина заложена при проектировании трубопроводов Оренбургского месторождения.

Т О Р' г руды й дом

ЗНАМЯ ТРУДА

КЛАПАНЫ ЗАПОРНЫЕ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ, ОБРАТНЫЕ

» КРАНЫ ШАРОВЫЕ

IV 6-1400 мм, РМ до 40 МПа

(312) 34770-27,

Санкт-Петербург, ул. Магнитогорская, 11, эл. почта: off[ce[Эtdгt-ru,

www.tdzt.ru

АРМАТУРА

ЗАТВОРЫ ОБРАТНЫЕ, ДИСКОВЫЕ

» ЗАДВИЖКИ

на правах рекламы

Статистический анализ базы данных выявленных дефектов трубопроводов свидетельствует о том, что они находятся в режиме нормальной работы и интенсивного износа не наблюдается. Построение зависимости вероятности безотказной работы от наработки до отказа методом аппроксимации данных выявленных дефектов свидетельствует об уменьшении вероятности безотказной работы трубопроводов (кривая 1). Результаты диагностирования позволили выявить и устранить достаточно большое количество дефектов, в той или иной мере влиявших на надежность трубопроводов. Тем самым степень риска отказов (аварий) значительно снижена. Поэтому периодическое проведение внутритрубной дефектоскопии на трубопроводах и оценка их фактического состояния позволят поддерживать вероятность безотказной работы трубопроводов на уровне не менее 0,97(кривая 2), что выше принятой в газовой отрасли вероятности безотказной

Рис. 6 - Изменение вероятности безотказной работы трубопроводов при проведении ремонтных работ по результатам внутритрубной дефектоскопии

работы оборудования и трубопроводов, составляющей 0,95.

При условии выполнения необходимого комплекса мероприятий по диагностическому и профилактическому обслуживанию газопроводы с вероятностью безотказной работы не менее 0,97 могут безопасно эксплуатироваться до 2025 г.

В заключение хотелось отметить, что работоспособное состояние трубопроводов

в период падающей добычи может быть обеспечено на длительную перспективу при условии систематического диагностирования и коррозионного мониторинга трубопроводов и реализации мероприятий по противокоррозионной защите, техническому обслуживанию и ремонту.

Уточнение максимальных скоростей коррозии позволило наиболее точно определить остаточный ресурс дефектных участков трубопроводов, обосновать объемы и сроки проведения ремонта при обеспечении необходимого уровня работоспособности металла трубопроводов.

Анализ технического состояния, безопасности и работоспособности на длительную перспективу газопроводов ОНГКМ, выполненный на основании многолетних диагностических данных, показывает, что их техническое состояние удовлетворительно и соответствует требованиям Закона «о промышленной безопасности» и других действующих НТД.