УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ НА ОСНОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ МЕТОДОМ ABI

УДК 621.643+620.17

Аннотация

В статье рассматриваются закономерности изменения технического состояния магистральных газопроводов в процессе их длительной эксплуатации, превышающей нормативный срок службы. Показано, что в металле труб и сварных соединений под действием коррозии, циклических нагрузок, стресс-коррозионного растрескивания и других факторов протекают необратимые деградационные процессы, приводящие к отклонению фактических механических характеристик стали от паспортных значений. Обоснована необходимость проведения комплексной технической диагностики для получения достоверной информации о фактических свойствах металла труб и сварных соединений и оценки остаточного ресурса. Рассмотрены основные методы диагностики магистральных газопроводов, используемые в газотранспортной отрасли, — внутритрубная дефектоскопия, ультразвуковой, магнитный и радиографический контроль, гидроиспытания, — проанализированы их возможности и ограничения. Особое внимание уделено локальным неразрушающим методам определения механических свойств металла, в частности методу автоматизированного вдавливания шарика (ABI) и технологии SSM (Stress-Strain Microprobe). Показаны преимущества этих методов при оценке фактического предела текучести, прочности, пластичности и трещиностойкости металла без вырезки образцов и остановки трубопровода. Сделан вывод о целесообразности их применения при обосновании продления срока безопасной эксплуатации магистральных газопроводов за пределами нормативного срока службы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке программ технического обслуживания и планировании ремонтных мероприятий на объектах газотранспортной системы.

Abstract

The article examines the patterns of changes in the technical condition of main gas pipelines during their long-term operation exceeding the standard service life. It is shown that irreversible degradation processes develop in the metal of pipes and welded joints under the influence of corrosion, cyclic loads, stress-corrosion cracking and other factors, which lead to the deviation of the actual mechanical characteristics of steel from the certified values. The need for comprehensive technical diagnostics is justified in order to obtain reliable information about the actual properties of the metal of pipes and welded joints and to assess the residual resource. The main diagnostic methods of main gas pipelines used in the gas transportation industry are considered — in-line inspection, ultrasonic, magnetic and radiographic testing, and hydraulic testing — and their capabilities and limitations are analyzed. Special attention is paid to local non-destructive methods for determining the mechanical properties of metal, in particular the automated ball indentation (ABI) method and the SSM (Stress-Strain Microprobe) technology. The advantages of these methods in assessing the actual yield strength, tensile strength, ductility and crack resistance of metal without cutting out samples and stopping the pipeline are shown. A conclusion is made about the expediency of their application in justifying the extension of the safe operation period of main gas pipelines beyond the standard service life. The obtained results can be used in the development of maintenance programs and in the planning of repair measures at gas transportation system facilities.

Ключевые слова: магистральный газопровод, диагностика, остаточный ресурс, деградация металла, ABI, SSM

Keywords: main gas pipeline, diagnostics, residual resource, metal degradation, ABI, SSM.

Введение

Магистральные газопроводы относятся к категории особо опасных и технически сложных объектов, срок нормативной эксплуатации которых, как правило, составляет 30–40 лет. В реальных условиях многие газопроводы эксплуатируются значительно дольше проектного срока, что требует постоянного контроля их технического состояния.

В процессе длительной эксплуатации в металле труб протекают необратимые деградационные процессы. Наиболее значимыми из них являются внутренняя и внешняя коррозия, усталостное накопление повреждений, стресс-коррозионное растрескивание, а также изменение механических свойств трубных сталей. Указанные процессы обусловлены воздействием агрессивных грунтов, переменных нагрузок, циклических изменений давления, температурных факторов и технологических режимов эксплуатации.

Особую опасность представляет тот факт, что фактические механические характеристики стали труб (предел текучести, пластичность, трещиностойкость) со временем могут существенно отличаться от паспортных значений, особенно для трубопроводов ранних годов строительства. Это приводит к росту вероятности отказов даже при отсутствии критических геометрических дефектов. На рисунке 1 можно увидеть схему плановой диагностики магистральных трубопроводов.

Рисунок 1. Схема плановой диагностики магистральных трубопроводов

Техническая диагностика магистральных газопроводов является основным инструментом обеспечения их промышленной и экологической безопасности. Целью диагностики является получение объективной информации о фактическом техническом состоянии трубопровода и его способности безопасно функционировать в заданных условиях.

Проведение диагностики необходимо для:

1. выявления дефектов и повреждений на ранних стадиях развития;

2. оценки степени деградации металла труб и сварных соединений;

3. определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации;

4. обоснования возможности продления срока службы трубопроводов;

5. оптимизации программ ремонта и технического обслуживания.

В соответствии с отраслевыми нормативными документами, диагностика является обязательным этапом при эксплуатации трубопроводов за пределами нормативного срока службы и при изменении условий эксплуатации.

Целью настоящей работы является анализ современных методов технической диагностики магистральных газопроводов и обоснование применения локальных неразрушающих методов определения механических свойств металла для оценки остаточного ресурса и продления срока безопасной эксплуатации трубопроводов. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: рассмотреть закономерности деградации металла труб и сварных соединений при длительной эксплуатации; проанализировать применяемые методы диагностики магистральных газопроводов и их ограничения; оценить возможности метода ABI и технологии SSM при определении фактических механических характеристик металла.

Материалы и методы

В настоящее время применяется широкий спектр методов диагностики магистральных газопроводов, которые условно можно разделить на несколько групп.

Методы внутритрубной диагностики позволяют выявлять коррозионные повреждения, вмятины, овальность, дефекты сварных соединений и трещины по всей протяжённости трубопровода. Данные методы являются базовыми, однако они в основном ориентированы на геометрию дефектов и не дают информации о фактических механических свойствах металла.

К данной группе относятся ультразвуковой, магнитный и радиографический методы контроля. Они применяются, как правило, на выявленных дефектных участках, но также не позволяют в полной мере оценить изменение прочностных характеристик металла.

Гидроиспытания позволяют подтвердить прочность трубопровода в целом, однако не дают количественной информации о запасе прочности и остаточном ресурсе, а также сопряжены с высокими затратами и риском повреждения труб.

Традиционно для определения механических характеристик применялись разрушающие методы с вырезкой образцов, что ограничивает их применение на действующих трубопроводах.

Одним из перспективных направлений диагностики является применение локальных неразрушающих методов определения механических свойств металла, к которым относится метод автоматизированного вдавливания шарика (ABI) и технология SSM (Stress-Strain Microprobe).

Метод ABI основан на контролируемом вдавливании индентора в поверхность металла с последующей обработкой кривой «нагрузка – перемещение». На основании полученных данных восстанавливается диаграмма деформирования материала. На рисунке 2 предоставлена наглядная схема испытания.

Рисунок 2. Схема испытания методом вдавливания шарика в поверхность

Результаты и обсуждение

Основными преимуществами метода ABI и технологии SSM являются:

1. отсутствие необходимости вырезки образцов и остановки трубопровода;

2. возможность определения фактического предела текучести, прочности и пластичности металла;

3. оценка трещиностойкости и сопротивления разрушению;

4. применимость к основному металлу труб, сварным соединениям и зонам термического влияния;

5. высокая достоверность результатов, сопоставимая с лабораторными испытаниями.

Использование ABI и SSM в сочетании с внутритрубной диагностикой позволяет перейти от формального возрастного подхода к оценке ресурса к состоянию-ориентированной модели управления надёжностью магистральных газопроводов.

Заключение

Продление срока эксплуатации магистральных газопроводов возможно только при наличии объективных данных о фактическом состоянии металла труб и сварных соединений. Традиционные методы диагностики не обеспечивают полной информации о деградации механических свойств материала. Применение метода ABI и технологии SSM позволяет восполнить данный пробел и существенно повысить обоснованность решений о безопасной эксплуатации трубопроводов за пределами нормативного срока службы.

Список литературы:

1. Мазур И. И., Иванцов О. М. Безопасность трубопроводных систем. — М.: ЕЛИМА, 2004.
2. Стеклов О. И. Коррозионные и стресс-коррозионные повреждения магистральных газопроводов // Нефтегазовое дело, 2013.
3. СТО Газпром 2-2.3-253-2009. Методика оценки технического состояния магистральных газопроводов при эксплуатации.
4. ОСТ 153-39.4-010-2002. Методика определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации трубопроводов.
5. Савеня С. Н. Повышение эффективности диагностирования магистральных газопроводов в условиях стресс-коррозионной повреждаемости. — ВНИИГАЗ.
6. Казаков А. В. Методы оценки технического состояния магистральных газопроводов: дис. … канд. техн. наук.
7. Щипачев А. М., Лапига И. Р. Прогнозирование остаточного ресурса магистральных трубопроводов. — СПб., 2018.
8. ГОСТ Р 54907-2012. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Техническое диагностирование. Основные положения. — М.: Стандартинформ, 2013.
9. Харионовский В. В. Надёжность и ресурс конструкций газопроводов. — М.: Недра, 2000.
10. Матвиенко А. Ф. Аварии магистральных газопроводов. Стресс-коррозия. — Екатеринбург: УрО РАН, 2009.
11. Махутов Н. А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008.

References:

1. GOST R 54907-2012. [Main Pipeline Transport of Oil and Oil Products. Technical Diagnostics. Basic Principles] . – M.: Standartinform, 2013 (In Russian).
2. Kazakov A.V. [Methods for Assessing the Technical Condition of Main Gas Pipelines: Candidate of Technical Sciences Dissertation] (In Russian).
3. Mazur I.I., Ivantsov O.M. [Safety of Pipeline Systems] . – M.: ELIMA, 2004 (In Russian).
4. Matvienko A.F. [Accidents of Main Gas Pipelines. Stress Corrosion] . – Ekaterinburg: UrO RAN, 2009 (In Russian).
5. Makhutov N.A. [Strength and Safety: Fundamental and Applied Research] . – Novosibirsk: Nauka, 2008 (In Russian).
6. OST 153⁠–⁠39.4-010-2002. [Methodology for Determining the Residual Life for Safe Operation of Pipelines] (In Russian).
7. Savenya S.N. [Improving the Efficiency of Diagnostics of Main Gas Pipelines under Stress Corrosion Damage Conditions] . – VNIIGAZ (In Russian).
8. Steklov O.I. [Corrosion and Stress Corrosion Damage of Main Gas Pipelines] // Neftegazovoe delo,. – 2013 (In Russian).
9. STO Gazprom 2⁠–⁠2.3-253-2009. [Methodology for Assessing the Technical Condition of Main Gas Pipelines during Operation] (In Russian).
10. Kharionovskij V.V. [Reliability and Service Life of Gas Pipeline Structures] . – M.: Nedra, 2000 (In Russian).
11. Shchipachev A.M., Lapiga I.R. [Prediction of Residual Life of Main Pipelines] . – SPb., 2018 (In Russian).