СПОСОБ РЕМОНТА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНОГО УЧАСТКА ГАЗОПРОВОДА
REPAIR OF POTENTIALLY HAZARDOUS AREA OF PIPELINE

Изобретение относится к эксплуатации магистральных газопроводов (МГ), в частности к эксплуатации потенциально опасных участков (ПОУ) с повышенным, ненормативным уровнем напряженно-деформированного состояния (НДС).
В качестве ПОУ рассматривается пересечение участка надземного перехода (НП) МГ с препятствием, например с оврагом, при этом, ориентировочно в центре образуется вогнутый участок с ненормативным радиусом упругого изгиба (СП 86.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы [1]), согласно которому этот радиус не должен быть менее 1000D. Согласно (СП 36.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы СП [2]) изгибные напряжения определяются по формуле:
где: Е - модуль упругости трубной стали, МПа;
D - диаметр трубопровода, м;
ρ - радиус упругого изгиба участка, м.
Из формулы (1) следует, что чем меньше радиус упругого изгиба, тем выше изгибные напряжения. Согласно [1] радиусы упругого изгиба менее 1000D являются ненормативными.
Известен способ ремонта участка МГ с дефектным кольцевым сварным швом (Руководящий документ по технологии сварки труб при производстве ремонтно-восстановительных работ на газопроводах: РД 558-98: утв. Членом правления РАО «Газпром», Б.В. Будзуляком 25.02.1997: введено в действие с 25.02.1997. - М.: Газпром, ВНИИГАЗ, 1997. - 231 с. [3]) на ПОУ МГ с уровнем НДС выше допустимого (нормативного) согласно [2], заключающийся в освобождении участка МГ от газа, вскрытии газопровода и замене участка с дефектным кольцевым сварным швом.
Недостатком способа является то, что на отремонтированном участке может сохраняться ненормативный уровень НДС (известно, что высокое НДС может вызвать возникновение и развитие дефекта, например кольцевого сварного шва или разрушить трубопровод, минуя стадию возникновения и развития дефекта (Чучкалов М.В. Особенности проявления поперечного коррозионного растрескивания под напряжением (М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров // Газовая промышленность. - 2014. - №3 (703). - С. 37-39 [4]).
Прототипом является способ ремонта потенциально опасного участка газопровода с уровнем НДС выше допустимого (Пат. №2554172 РФ. Способ ремонта потенциально опасного участка газопровода. / Ш.Р. Шарипов, P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Р.В. Закирьянов). опубл. 27.06.2015, Бюл. №18. [5]), заключающийся во вскрытии участка газопровода и оценке его НДС, отличающийся тем, что, увеличивая локальную плотность грунта под этим участком газопровода и перераспределяя нагрузку, корректируют его высотное положение, что приводит к увеличению радиуса изгиба и, следовательно, снижению изгибных напряжений.
Недостатком прототипа является то, что ремонту по этому способу, подлежат подземные участки (без надземных переходов).
Целью изобретения является разработка способа ремонта ПОУ надземных участков МГ с повышенным, ненормативным уровнем НДС [1,2].
Технический результат достигается тем, что в способе ремонта потенциально опасного участка газопровода, заключающемся в оценке его напряженно-деформированного состояния с последующим ремонтом, средствами внутритрубной диагностики производят определение на надземном переходе расчетной точки с минимальным радиусом изгиба, проводят разрезку надземного перехода в расчетной точке, измерение средствами геодезии углов отклонения разрезанных концов трубопровода, определяя возникшее перекрестие осей, при этом угол перекрестия осей назначают углом отвода холодного гнутья и проводят симметричную врезку отвода холодного гнутья, при этом обеспечивая нормативные изгибные напряжения надземного перехода магистрального газопровода, без косых стыков.
После оценки технического состояния ПОУ с ненормативным уровнем НДС согласно [1, 2], по результатам внутритрубной дефектоскопии (ВТД) определяют расчетную точку с минимальным радиусом изгиба, на освобожденном от газа надземном переходе МГ проводят разрезку в расчетной точке, что снимает ненормативные напряжения, при этом оба конца трубопровода выпрямляются, занимают естественное положение (без изгибных напряжений), геодезическими средствами измеряют угловое положение (углы отклонения) разрезанных концов трубопровода, что позволяет определить возникшее перекрестие осей, угол перекрестия осей назначают углом отвода холодного гнутья (ОХГ) (ГОСТ 24950-81 Отводы гнутые и вставки кривые на поворотах линейной части стальных магистральных трубопроводов. М.: Министерство строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности, 2003. 13 с. [6]), симметричной врезкой которого обеспечивают нормативный уровень напряжений отремонтированного участка НП без косых стыков.
Ремонт ПОУ НП МГ с ненормативным уровнем напряжений согласно [1, 2] предлагаемым способом осуществляют в следующей последовательности.
На освобожденном от газа НП проводится комплексная оценка технического состояния, включающая аналитические, диагностические и ремонтные виды работ, выполняемые поэтапно в указанной ниже последовательности.
На первом этапе выполняют аналитические работы по анализу данных ВТД.
Анализ данных ВТД ПОУ МГ проводится на предмет выявления расчетной точки с минимальным радиусом изгиба, а значит точки максимальных (ненормативных) изгибных напряжений, согласно формуле (1) [2], посредством измерения радиусов изгиба согласно (Пат. №2602327 РФ. Способ определения потенциально опасного участка трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния. P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Р.В. Закирьянов. опубл. 20.11.2016, Бюл. №32. [7]);
На втором этапе диагностические работы проводятся в трассовых условиях на ПОУ МГ и включают:
- идентификацию на НП, по данным ВТД, расчетной точки с минимальным радиусом изгиба согласно [7];
- разрезку НП в расчетной точке минимального радиуса изгиба, что снимает изгибные напряжения и изменяет положение трубопровода, оба его конца «распрямляются» и отклоняются под некоторым углом по отношению к друг другу, происходит «перекрестие осей»;
- измерение средствами геодезии «перекрестия осей», угол которых назначают углом ОХГ.
На третьем этапе проводят ремонтные работы, состоящие из симметричной врезки ОХГ без косых стыков.
1
2
1
2
На фиг. 1 представлена схема ремонтируемого участка НП; на фиг. 2 приведен график радиусов изгиба ремонтируемого участка, по данным ВТД; на фиг. 3-положение НП после разрезки; на фиг. 4 - показан угол перекрестия осей и ОХГ; на фиг. 5 приведен результат разрезки по центру НП, но не в расчетной точке с минимальным радиусом изгиба; на фиг. 6 схематично представлен этот НП с указанием номеров труб и измеренных средствами геодезии углов отклонения α=2°15' и α=3°40'; на фиг. 7 приведен вариант разрезки в расчетной точке с минимальным радиусом изгиба, определенном средствами ВТД; на фиг. 8 представлен этот НП с указанием номеров труб и измеренных средствами геодезии углов отклонения α=6°37' и α=- 0°35'
Суть изобретения поясняется схемой НП, ремонтируемого участка -фиг. 1, где 1 - НП, ρ - радиус ненормативного изгиба.
На фиг. 2 приведен график радиусов изгиба ремонтируемого участка, по данным ВТД [7], где 2 - кривая радиусов изгиба (указывает радиус изгиба в плоскости изгиба), 3 - граница нормативного изгиба 1000D согласно [1], 4 - расчетная точка минимального (ненормативного) радиуса изгиба на НП, определенного согласно [7], ∞ - отсутствие напряжений изгиба, так как это прямой участок.
1
2
1
2
С целью снятия напряжений от ненормативного изгиба в расчетной точке 4 минимального радиуса изгиба на фиг. 2 производят разрезку. После разрезки концы трубопровода НП «выпрямляются» занимают естественное (без напряжений) положение, приведенное на фиг. 3, где 1 - концы НП, 4 - расчетная точка разрезки, α - отклонение от горизонтали левой части НП; α - отклонение от горизонтали правой части НП. Так как в данном случае схема симметричная α и α равны.
1
2
Суммарный угол α=α+α, является углом перекрестия осей и ОХГ, который симметрично врезается в НП (фиг. 4, где 1 - концы НП, 5 - ОХГ, обеспечивая нормативные напряжения [1, 2]).
Симметричная врезка гарантирует отсутствие недопустимых косых стыков [1], так как концы и ОХГ и трубопровода обрезаются перпендикулярно его оси, а оси трубопроводов НП и концов ОХГ совпадают. Врезка ОХГ на НП с разной величиной отклонения оси от плоскости разреза концов трубопровода возможна только при косых стыках или сварке с ненормативными напряжениями.
Пояснение: при врезке ОХГ в конструкцию (трубопровод) с перекрестием осей, оси ОХГ и трубопровода не совпадают, поэтому недопустимые косые стыки неизбежны. Чтобы избежать недопустимых косых стыков концы ОХГ или трубопровода необходимо «править изгибом», что неизбежно вызовет ненормативные изгибные напряжения.
Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что по результатам ремонта обеспечиваются нормативные изгибные напряжения на ПОУ НП МГ без недопустимых косых стыков.
Апробация изобретения проводилась в ООО «Газпром трансгаз Уфа».
На фиг. 5 приведен результат разрезки по центру НП, но не в расчетной точке с минимальным радиусом изгиба, что привело к разному углу отклонения концов разрезанного трубопровода.
1
2
На фиг. 6 схематично представлен этот НП с указанием номеров труб и измеренных средствами геодезии углов отклонения α=2°15' и α=3°40'. Угол перекрестия осей составил α=5°55', т.е. около 6°. В данном случае симметричная врезка ОХГ 6° невозможна без косых стыков [1].
На фиг. 7 приведен вариант разрезки в расчетной точке с минимальным радиусом изгиба, определенном средствами ВТД. Это привело к симметричному отклонению концов разрезанного трубопровода.
1
2
На фиг. 8 представлен этот НП с указанием номеров труб и измеренных средствами геодезии углов отклонения α=6°37' и α=- 0°35'. Угол перекрестия осей альфа для ОХГ составил α=6°02', т.е. около 6°. В данном случае симметричная врезка ОХГ 6° обеспечила ремонт НП без ненормативных изгибных напряжений [1] и косых стыков.