Техническая диагностика газопроводов

Дефекты, наблюдаемые в сварных стыках трубопроводов, могут быть разделены на две группы.

К первой группе относятся дефекты, вызывающие нарушение герметичности трубопровода, как, например, сквозные поры, трещины, разрывы.

Поры имеют обычно групповой характер и приводят к образованию в стыках свищей. Наиболее часто поры наблюдаются в замыкающих участках стыков (замках) при газовой и электродуговой сварке.

Ко второй группе относятся дефекты, выявляемые внешним осмотром или просвечиванием швов гамма-лучами радиоактивных элементов в процессе строительства, но не вызвавшие нарушения герметичности трубы. К числу таких дефектов сварных швов относятся:

а) несквозные поры и шлаковые включения;

б) подрезы;

в) непровар;

г) несквовные трещины, расположенные как в корне шва, так и по кромкам.

Несмотря на то, что эти дефекты не нарушают герметичности сварных соединений, наличие их значительно уменьшает прочность часто приводит к последующему разрушению стыков.

Имеются также случаи разрывов труб в сварных стыках, не имеющих дефектов. Это объясняется главным образом большим расхождением механических свойств металла шва и основного металла вследствие применения электродов, которые не обеспечивают пределa прочности и предела текучести металла шва, приблизительно равными соответствующим прочностным характеристикам основного металла.

Разрушение в этом случае объясняется действием значительных напряжении, возникающих в трубопроводе при изменении темпера туры металла трубы во время эксплуатации, а также в процессе укладки трубопровода в траншею.

Если прочность трубопровода, выполненного из цельнотянутых труб зависит главным образом от качества сварочно-монтажных и изолиционных, то прочность и герметичность трубопровода, сооружением из труб с продольной или спиральным швом, зависит, кроме того, и от качества заводских швов. Разрыв трубы по продольному шву показан на рис. 2

Нарушения прочности швов свидетельствует в первую очередь о том что принятая на заводе изготовителе технология сварки труб не обеспечивает стабильного провара корня шва.

Сравнительно редко встречаются разрывы труб не вместах сварки а в самом теле трубы.

Это объясняется либо недоброкачественностью металла трубы, либо наличием вмятин, образовавшимся в результате метода в результате производства строительно-монтажных работ.

Кроме низкого качества сварки, причиной разрывов является изгиб труб, происходящий в результате изменения влажности и температуры грунта (особенно интенсивно в первую весну после укладки и засыпки трубопровода при строительстве, а также после ремонта трубопровода с подкопом под трубу).

Иногда не учитывается разница в физических свойствах металла и грунта, в котором уложены трубы.

Известно, что при изменении температуры в пределах от +2 до —2° С характер напряжений и деформаций не может влиять на механические свойства металла труб. Совершенно другое воздействие оказывает подобное изменение температуры на грунт, в котором уложен трубопровод. При замерзании или оттаивании грунтов эти изменения в большинстве случаев приводят к разрушению трубопровода.

Замороженные влажные грунты при оттаивании дают значительную осадку как за счет происшедшего уплотнения, так и вследствие понижения сопротивления сдвигу; при этом чем больше глинистых частиц в грунте, тем меньшим сопротивлением сдвигу он обладает.

Поэтому весной, при оттаивании, имеют место два вида осадки грунта:

1) нарушается сцепление в грунте и происходит скольжение массы засыпного грунта вдоль стенок траншеи, при этом в зависимости от рыхлости засыпки и степени подбивки грунта под трубу при ремонте трубопровода с нарушением «постели», интенсивное оседание трубы может сопровождаться ударом;

2) паводковые и ливневые воды, протекая вдоль валика трассы, дренируют сквозь рыхлый неслежавшйся грунт засыпки и размывают дно траншеи, вызывая неравномерную осадку трубы.

Следовательно, изгиб трубопроводов, уложенных в грунт, происходит в результате неравномерной осадки, возникающей под действием веса трубы, лежащего над ней насыпного грунта и неоднородности основания. При этом установлено, что осадка труб неизбежна; она тем больше, чем более рыхлый и влажным является грунт дна траншей.

Неравномерность осадки трубопроводов, вызываемая различными свойствами грунтов, является наиболее важной среди прочих причин изгиба трубы.

Создание в трубопроводе дополнительных изгибающих напряжений при наличии других неблагоприятных факторов (например, плохого качества сварки), как правило, приводит к нарушению прочности отдельных стыков. Поэтому при строительстве нефте- и газопроводов, а также при их ремонте качеству постели и правильной укладке труб в траншею следует уделять серьезное внимание.

 

Рис 2. Размыв дна траншей паводковыми и ливневыми водами.1- места просачивания вод в засыпную траншею; В — трубопровод; S — размытое дно траншей под уложенным трубопроводом.

 

Нарушение прочности сварных стыков трубопроводов может произойти из-за продольных растягивающих напряжений, особенно если они действуют в сочетании с другими неблагоприятными факторами.

Издание в трубопроводе растягивающих напряжений обусловливается в основном следующим.

1. Разностью температур укладываемого в траншею и эксплуатирующегося трубопровода.

Так как укладывают трубопровод наиболее часто в летние месяцы при сравнительно высокой температуре, а эксплуатируется он круглый,| перепад температур в зимние месяцы может достигать 40— 50 С, что ведет к возникновению дополнительных напряжений порядка 1000—1250 кГ/см.

2. Напряжениями, возникающими в трубопроводе при oпycкании в траншею. Эти напряжения могут достигать весьма большой величины, близкой к пределу текучести металла.

3. Продольными напряжениями, образующимися под действием внутреннего давления перекачиваемого продукта и достигающими как известно, 30% кольцевых напряжений.

При одновременном действии всех этих факторов, а также других случайных явлений растягивающие напряжения в трубопроводе могут быть весьма значительными.

Причиной разрушения сварных стыков могут являться также напряжения, возникающие при сварке, наличие в сварных швах значительных дефектов, понижение температуры металла, хрупкость металла шва и др.

Повреждения трубопроводов в большинстве случаев происходят после многолетней эксплуатации их без профилактических ремонтов. .На основе анализа причин повреждения трубопроводов можно наметить некоторые пути их предотвращения.

При строительстве новых и ремонте действующих трубопроводов особое внимание следует обращать на качество монтажа, сварки и изоляции труб. Для повышения качества сварных соединений очень важно, чтобы проверка стыков осуществлялась на трассе сразу же после окончания процесса сварки.

Для предотвращения разрушения трубопровода по причине некачественной изоляции необходимо строго соблюдать требования технических условий на производство изоляционных работ; битумную мастику необходимо готовить при строгом температурном режиме, наносить изоляционное покрытие только на сухую поверхность изолируемой трубы.

Технология сооружения и ремонта трубопровода должна предусматривать возникновение минимальных растягивающих напряжений в трубах и сварных стыках в процессе строительства и ремонта. Для этого необходимо в процессе укладки создавать запас длины трубопровода по сравнению с длиной траншеи в виде изгибов.

Так как наиболее высокие напряжения в трубопроводе возникают при изоляционно-укладочных работах, подъем и укладку трубопровода следует производить большим числом трубоукладчиков; поднимать трубы над уровнем лежек следует на минимальную высоту. Особое внимание следует уделять подъемным операциям при ремонте действующего трубопровода. Опускать трубы в траншею и присыпать пх грунтом необходимо при минимальной суточной температуре.

За режимом эксплуатации должен быть установлен контроль, в частности, следует проверять перепад давления на разных участках, исправность задвижек и др. Все операции с задвижками должны выполняться строго в соответствии с существующими правилами во избежание возникновения гидравлического удара.

Большое значение для снижения числа аварий и повреждений и предупреждения больших потерь перекачиваемого продукта в случаи аварии имеет своевременный уход за линейными сооружениями трубопровода: дюкерами, линейной арматурой, а также за мостами и переходами через дороги, расположенными вдоль трассы. При обнаружении крупных повреждений или угрозы нарушения прочности трубопровода в следствии размыва берегов, вымывания грунта из под трубы водные препятствия, вибрации участков трубопровода, выхода нефтепродуктов обходчик обязан немедленно сообщить об этом на ближайшую насосную станцию и диспетчеру для принятия срочных мер по устранению повреждения. Для сокращения случаев повреждений трубопроводов по причине коррозионных разрушений большую роль играет своевременный и качественный капитальный ремонт.

2. Метод диагностирования

 

Методы диагностирования позволяют обнаружить дефекты различного происхождения, определять их характер и размеры, а, следовательно, появляется возможность классифицировать их по степени опасности и устанавливать очередность ремонта. При этом значительно сокращаются общие объемы работ, так как ремонт производится выборочно. Методы диагностирования позволяют резко сократить и аварийные ситуации.

 

2.1 Определение размеров сварных труб

 

Промысловые трубопроводы, построенные, из углеродистой и низколегированной стали, подвержены коррозии и эрозийному износу, приводящие к локальному утонению стенки трубы. Соответственно происходит изменение размеров, связанных с увеличением внутреннего диаметра трубопровода. В связи с этим изменяется режим течения перекачиваемой жидкости, может возникнуть аварийная ситуация, которая может привести к выходу промысловых систем из строя.

Для определения размеров существует таблица №4 «Оценка применяемости видов НК и Д при определении размеров сварных труб»

 

 

 

Таблица №4

Объект контроля	Виды неразрушающего контроля диагностики
Трубы сварочные диаметром мм:156÷1000	Вихревой	Магнитный	Тепловой	Оптический	Радиоволновой	Радиоционый	Акустический
	3	4	3	5	3	3	5

 

 

 

 

По представленным оценкам можно провести выбор метода, который наиболее подходит по условиям для эффективного определения размера сварных труб.

По данным таблицы 1 при определении размеров труб мы можем выделить три метода неразрушающего контроля и диагностики: оптический, акустический и магнитный.

Оптический метод основан на взаимодействии электромагнитного излучения с контролируемым объектом и регистрации результатов этого взаимодействия. Методы, относящиеся к оптическому НК по ГОСТ 2452 1—80, различаются длиной волны излучения или их комбинацией, способами регистрации и обработки результатов взаимодействия излучения с объектом. Общим для всех методов является диапазон длин волн электромагнитного излучения, охватывающим диапазоны ультрафиолетового (УФ), видимого (ВИ) и инфракрасного (ИК) излучения, а также информационные параметры оптического излучения, которыми являются пространственно-временное распределение его амплитуды, частоты, фазы, поляризации и степени когерентности.

Оптическое излучение — это электромагнитное излучение, возникновение которого связано с движением электрически заряженных частиц, переходом их с более высокого уровня энергии на более низкий. При этом происходит испускание световых фотонов.

Оптические методы НК разделяют на три группы. В первую группу входят визуальный и визуально-измерительный методы, которые являются наиболее простыми и доступными, имеют наибольшее распространение и обязательны для применения при диагностировании технических устройств и объектов всех типов. Ко второй группе относятся фотометрический, денсиметрический, спектральный и телевизионный методы, которые основаны на результатах измерений с использованием электронных приборов. К третьей группе относятся интерферометрический, дифракционный, рефрактометрический, нефелометрический, поляризационный, стробоскопический и голографический методы, использующие волновые свойства света и отличающиеся наивысшей точностью измерения — с точностью до десятых долей длины волны излучения, но сложностью в реализации.

Для контроля внутренних поверхностей и обнаружения дефектов в труднодоступных местах используют промысловые эндоскопы. В нефтегазовой промышленности применяют следующие типы промышленных эндоскопических систем: жесткие эндоскопы, гибкие оптоволоконные эндоскопы, видеоэндоскопы. Они состоят из источника света для освещения объекта (блока подсветки), передающей оптической системы, насадки или дистального конца, изменяющих направление и размеры поля зрения прибора, объектива с окулярами для визуального наблюдения и подключения фото или видеокамеры, механизм фокусировки объектива и управления насадкой или артикуляции дистального конца.