Способ выявления участков трубопровода, предрасположенных к коррозионному растрескиванию под напряжением
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при диагностике действующих магистральных трубопроводов. На дискретных участках трубопровода осуществляют измерение характеристических параметров, в качестве которых используют глубину залегания трубопровода в грунте, направление его оси, уровень грунтовых вод, содержание водорода в окружающем трубопровод грунте и температуру трубопровода. Анализируют измеренные параметры путем построения объемных моделей расположения трубопровода и с использованием расчетных моделей напряженно-деформированного состояния трубопровода осуществляют прогнозирующий мониторинг участков возможных проявлений коррозионного растрескивания под напряжением. Повышает точность прогнозирования местоположения течей в трубопроводе.
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при диагностике действующих магистральных трубопроводов, прогнозировании местоположения и уровня опасности участков магистральных трубопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением.
Известен "Способ выявления участков магистральных трубопроводов, предрасположенных к коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-коррозии)" (РФ патент №2147098, МПК F 16 L 58/00, 1999 г.). Способ осуществляется путем анализа проектного и фактического положения трубопровода относительно уровня наиболее длительного состояния грунтовых вод (УНДС), привязкой линии УНДС на поверхности трубопровода в часовой ориентации, присвоением каждому фактору, вызывающему коррозионное растрескивание (КРН) индекса, определением критерия опасности разрушения по суммарному индексу. Протяженность диагностируемого участка ограничивается сечениями трубопровода, расположенными между полностью погруженными в необводненный грунт либо полностью находящимися в грунтовых водах. Диагностика производится тремя методами: полное раскрытие трубы с контролем ее поверхности неразрушающим методом, акустическая эмиссия и внутритрубная дефектоскопия. Недостаток предлагаемого способа заключается в том, что он ограничивается анализом технического состояния трубопровода только в ограниченных участках трубопровода вблизи УНДС, в то время как эксплуатационные и опытные измерения показывают, что указанные области трубопровода не являются наиболее опасными в отношении возможного развития процессов коррозионного растрескивания под напряжением.
Известен "Способ предотвращения разрушения трубопроводов" (РФ патент №2138725, МПК F 16 L 58/00, 1998 г.), в котором производят расчет напряженно-деформированного состояния с учетом неравнопрочной конструкции трубы, производят расчет вероятности разрушения труб. Перед монтажом в траншею плети труб испытывают на изгиб в упругой зоне с регистрацией акустико-эмиссионных сигналов в растянутой и сжатой зонах. Контроль за состоянием трубопроводной обвязки в процессе эксплуатации производят по установленным реперам силоизмерителями демпфирующих устройств, размещением пробников измерения коррозионных характеристик грунтов, акустико-эмиссионных датчиков. Средствами телемеханики информация измеряемых эксплуатационных воздействий передается в блок программного обеспечения, в котором производится автоматизированный расчет текущего значения вероятности разрушения. Недостаток предлагаемого способа связан с необходимостью использования силоизмерительных датчиков, устраиванием колодцев и установкой акусто-эмиссионных датчиков, что затруднительно в местах расположения трубопровода с высокой его подвижностью (деформацией вследствие периодического изменения уровня грунтовых вод в зонах, где происходит переход от твердого грунта к заводненной области залегания). Полевые измерения указывают, что именно эти участки трубопровода наиболее предрасположены к коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-коррозии). Кроме того, в данном способе не учитываются существенные для анализа и определения коррозионной опасности трубопровода факторы: содержание водорода в грунте, а также изменение напряженно-деформированного состояния трубопровода вследствие колебаний температуры трубопровода.
Наиболее близким по технической сути является "Способ прогнозирования местоположения течей в трубопроводах" (РФ патент №2062394, МПК F 17 D 5/02, 1993 г.), заключающийся в прогнозировании местоположения течей в трубопроводе путем измерения над трубопроводом его характеристических параметров, фиксировании промежуточных параметров на дискретных участках в процессе перемещения датчиков вдоль оси трубопровода и по максимальному значению модуля градиента первого характеристического параметра определяют местоположение прогнозируемой течи, а по относительному изменению второго характеристического параметра идентифицируют вид и размеры дефекта. При этом в качестве характеристических параметров выбирают градиент горизонтальной составляющей напряженности собственного магнитного поля трубопровода, возникающего вследствие намагниченности материала трубы, ориентированной вдоль его оси, и отношение вертикальной и горизонтальной составляющих магнитного поля, измеряют модули характеристических параметров, сравнивают их изменения на границах дискретных участков и по максимальному значению модуля градиента определяют местоположение прогнозируемой течи в трубопроводе, а по отношению напряженности собственного магнитного поля трубопровода идентифицируют вид и размер дефекта.
Недостатком прототипа является то, что выбранная в качестве характеристического параметра напряженность собственного магнитного поля трубопровода существенно зависит от материала труб, формирующих магистральный трубопровод и их технологических характеристик, которые могут существенно различаться и вносить погрешности в измеряемые параметры. Так, в частности, на результаты измерений собственного вторичного магнитного поля участка трубопровода существенно влияет различная ориентация магнитных доменов металла трубы, не контролируемая при прокладке трубопровода. Таким образом, способ не обеспечивает достаточную эффективность и точность прогнозирования местоположения течей в трубопроводе.
Задачей изобретения является повышение точности и эффективности прогнозирования местоположения возможных проявлений коррозионного растрескивания под напряжением магистрального трубопровода путем анализа динамики изменения местоположения трубопровода в грунте (глубина залегания и направление оси трубопровода) и уровня грунтовых вод с применением объемных моделей расположения трубопровода, а также измеряемых параметров содержания водорода в грунте и температуры трубопровода.
Для решения поставленной задачи в способе выявления участков трубопровода с возможными проявлениями коррозионного растрескивания под напряжением, включающем измерение его характеристических параметров на дискретных участках, в качестве характеристических параметров используют глубину залегания трубопровода в грунте, направление его оси, уровень грунтовых вод, содержание водорода в окружающем трубопровод грунте и температуру трубопровода, анализируют измеренные параметры посредством построения объемных моделей расположения трубопровода и с использованием расчетных моделей напряженно-деформированного состояния трубопровода осуществляют прогнозирующий мониторинг участков возможных проявлений коррозионного растрескивания под напряжением.
Способ осуществляется путем анализа фактического положения трубопровода, включая динамику его изменения под действием сезонных и суточных изменений уровня грунтовых вод, а также с учетом периодического измеряемого содержания водорода в грунте вблизи трубопровода, что позволяет на основе компьютерных моделей, имитирующих напряженно-деформированное состояние трубопровода, осуществить мониторинг технического состояния трубопровода, выявляющий участки трубопровода, предрасположенные к коррозионному растрескиванию под напряжением (стресс-мониторинг).
Информация, необходимая для моделирования объемного местоположения трубопровода (относительно грунта и уровня грунтовых вод), производится в результате полевых измерений при помощи измерительной аппаратуры. Наиболее точные измерения местоположения трубопровода проводятся на участках перехода трубопровода из зоны залегания с твердым грунтом в область с высокой наводненностью: заболоченные участки, водоемы, затапливаемые низины и т.п. При анализе и расчете динамики изменения местоположения трубопровода используются статистические данные о средних значениях и колебаниях уровня грунтовых вод, что позволяет в совокупности с измеренными их значениями существенно уточнить аналитические расчеты.
Возможность учета воздействия наводороживания металла труб обеспечивается периодическими измерениями с использованием датчиков содержания водорода в грунте, окружающем трубопровод.
Применяемые при расчетах данные о температуре трубопровода определяются на основе измерений (с использованием соответствующих датчиков температуры в непосредственной близости от трубопровода), а также климатических показателей и данных местоположения трубопровода в грунте и воде с использованием автоматизированных моделей, имитирующих объемное месторасположение и возможные деформации трубопровода в процессе эксплуатации.
Предлагаемое изобретение было опробовано и эффективно использовано на участках магистрального газопровода, где затруднено использование приборов внутритрубной диагностики, в особенности в тех областях залегания трубопровода, где наблюдается существенное изменение уровня грунтовых вод, приводящее к изменению напряженно-деформированного состояния газопровода. Носящие циклический характер, вызванные сезонными и погодными условиями эти изменения являются источником появления коррозионного растрескивания под напряжением магистрального газопровода. Именно поэтому контроль за деформационными изменениями осевой линии магистрального трубопровода, осуществляемый путем измерения глубины залегания трубопровода в грунте и направления его оси, определяет один из характеристических параметров, необходимых для прогнозирования его коррозионного состояния. На практике измерения глубины залегания и направление оси осуществлялись контрольно-измерительными средствами, на основе измерения рельефа электрических потенциалов в грунте в непосредственной близости от трубопровода. Уровень грунтовых вод измерялся методом шурфовки в дискретных областях грунта (вблизи залегания магистрального газопровода) или оптическими приборами в местах его выхода на поверхность. Для измерений использовались следующие приборы:
- комплект приборов "Поиск-01", предназначенный для определения степени защищенности от коррозии подземных трубопроводов и поиска дефектов изоляции методом измерения электропотенциалов;
- трассоискатель индукционный "Тропа", предназначенный для поиска подземных трубопроводов;
- регистратор автономный долговременный РАД-256, предназначенный для цифровой регистрации параметров электрохимической защиты подземных трубопроводов, контроля состояния катодной и дренажной защиты и записи показаний датчиков температуры и концентрации водорода. Содержание водорода в грунте в непосредственной близости от газопровода фиксировалось стационарно установленными (на дискретных участках трассы) датчиками водорода, обеспечивающими автоматизированный съем данных. Возможно также использование метода шурфовки с отдельными контрольными измерениями содержания водорода.
Температура трубопровода, существенно влияющая на интенсивность коррозионных процессов, измерялась установленными в грунте термодатчиками или использовались скорректированные метеорологические данные с учетом характеристик грунта и глубины залегания газопровода.
Анализ измеренных параметров осуществлялся в центральном диспетчерском пункте, компьютерная система которого оснащена базами данных, охватывающими информацию о множестве аналогичных участков газопровода, и информационно-аналитической (расчетной) системой, позволяющей осуществлять комплексный анализ технического состояния конкретного участка газопровода. В состав информационно-аналитической системы входят расчетные объемные (пространственные) модели напряженно-деформированного состояния трубопровода. В этих моделях отражены все указанные характеристики исследуемых участков магистрального газопровода, а также связи между ними. В результате расчетов с использованием этих моделей осуществляют прогнозирующий мониторинг участков возможных проявлений коррозионного растрескивания под напряжением. Кроме того, в случае необходимости анализ измеренных параметров может быть оперативно осуществлен непосредственно в процессе полевых измерений положения трубопровода с использованием переносного компьютера. Преимущество такого метода заключается в возможности непосредственно "на месте" уточнить наиболее важные для измерений участки трубопровода, а также не исключает более подробный последующий анализ и коррекцию данных в централизованном диспетчерском пункте.
Предложенный способ выявления участков трубопровода, предрасположенных к коррозионному растрескиванию под напряжением, позволил решить все поставленные задачи по прогнозированию технического состояния трубопроводов и определению остаточного ресурса. Способ позволяет выявить как потенциально опасные участки магистрального газопровода, так и определить местоположение и степень опасности текущей коррозионной дефектности участков трубопровода. По сравнению с аналогичными техническими решениями данный способ позволяет осуществить более глубокий и точный анализ коррозионного состояния трубопроводов, поскольку используемые в нем расчетные модели созданы на основе апробированных физических теорий с учетом основных характеристических параметров, выявляющих наиболее коррозионно опасные участки трубопроводов. В результате осуществляемых в данном способе расчетов обеспечивается возможность прогнозирующего мониторинга технического состояния трубопровода и определения его остаточного ресурса, что является одним из важнейших параметров трубопроводов, определяющий уровень опасности возможных проявлений коррозионного растрескивания под напряжением магистрального трубопровода. Основным результатом применения изобретения является снижение аварийности магистральных трубопроводов, оптимизация его эксплуатации и ремонтных работ.
Способ выявления участков трубопровода, предрасположенных к коррозионному растрескиванию под напряжением, включающий измерение его характеристических параметров на дискретных участках, отличающийся тем, что в качестве характеристических параметров используют глубину залегания трубопровода в грунте, направление его оси, уровень грунтовых вод, содержание водорода в окружающем трубопровод грунте и температуру трубопровода, анализируют измеренные параметры путем построения объемных моделей расположения трубопровода и с использованием расчетных моделей напряженно-деформированного состояния трубопровода осуществляют прогнозирующий мониторинг участков возможных проявлений коррозионного растрескивания под напряжением.
