Организация системы контроля технического состояния промысловых трубопроводов с внутренним покрытием и защитой сварных соединений втулками различной конструкции

1. Введение.

Стальные трубы с внутренним и наружным заводским антикоррозионными покрытиями и защитой сварного монтажного соединения обеспечивают 100% защиту от коррозии внутренней и наружной поверхностей трубопровода. Технологии сварного соединения труб с защитной втулкой позволяют качественно выполнять монтаж сварного соединения в полевых условиях, включая условия Западной Сибири [1-3]. Срок службы трубопроводов с внутренней изоляцией возрастает в 8-10 раз по сравнению с незащищенными трубами. Перечисленные факторы определяют перспективность применения труб с внутренним покрытием и защитой сварных швов.

Однако в процессе эксплуатации таких трубопроводов, в соответствии с требованиями нормативных документов [4,5], необходимо проведение периодической диагностики для контроля и оценки технического состояния трубопроводов и своевременного проведения мероприятий по устранению возможных дефектов и повреждений. Высокая надежность труб с внутренним покрытием и защитой втулкой сварных соединений исключают воздействие коррозионных сред на внутреннюю поверхность.  Как следствие, возможные места коррозионного воздействия могут быть связаны только с возникновением повреждений внешней и внутренней защиты промысловых трубопроводов или развитием заводских дефектов в процессе эксплуатации. Однако указанные места возможного повреждения трубопровода носят случайный характер, не предсказуемый по условиям эксплуатации. Контроль технического состояния трубопроводов с внутренним и наружным заводским антикоррозионными покрытиями и защитой сварного монтажного может быть выполнен методом выборочного контроля с наружной поверхности или проведением сплошного контроля с применением внутритрубной инспекции (ВТИ).  Организация  системы контроля должна основываться на анализе возможных причин и механизмов отказов и реализуется через систему требований к проведению контроля технического состояния.

2. Возможные причины и механизмы возникновения отказов.

Возможные причины и механизмы отказов определяются на основе анализа эксплуатационных нагрузок и конструктивных особенностей трубопроводов с внутренним и наружным покрытиями и защитной втулкой. Конструкционные и технологические особенности стальных трубопроводов с внутренним покрытием и защитной втулкой включают [1-3]:

· внутреннее покрытие всех элементов линейной части трубопровода (трубы, переходники, отводы, тройники);

· защиту стыковых сварных швов защитными втулками;

· герметизацию зазора между поверхностью втулки и внутренней поверхностью трубы мастикой;

· защиту зон врезок КИП, выполненную в заводских условиях;

· отсутствие защитного внутреннего покрытия на задвижках;

· отнесение защитных втулок к неремонтируемым изделиям;

· отсутствие технологий ремонта трубопроводов с внутренним покрытием позволяющим восстановить ресурс поврежденного участка.

Возможная повреждаемость трубопроводов с внутренним и наружным покрытиями и с защитной втулкой сварного соединения, приводящая к их разгерметизации, может быть связана:

§ с пропуском продукта между втулкой и трубой с последующим коррозионным повреждением;

§ с повреждением внутреннего изоляционного покрытия и с развитием коррозионных дефектов;

§ с повреждением или отсутствием наружного изоляционного покрытия и с развитием коррозионных дефектов;

§ с ростом технологических дефектов под действием эксплуатационных нагрузок;

§ с браком СМР.

Механизмы отказов связаны с процессами внутренней и наружной коррозии в местах отсутствия или повреждения изоляционной защиты трубопровода от коррозии, с пропуском продукта в зазоре между втулкой и трубой (при отслоении или разрушении мастики) с последующим коррозионным повреждением, с развитием дефектов под действием эксплуатационных нагрузок.

В общем случае причины возникновения отказов на трубопроводах можно ранжировать по трем категориям:

· активные причины возникновения отказов на трубопроводе, обусловленные условиями эксплуатации;

· случайные причины отказов не предсказуемые из условий эксплуатации трубопроводов с внутренним и наружным покрытиями и защищенными втулкой сварными швами;

· косвенные причины возникновения отказов на трубопроводе, связаные с условиями эксплуатации и влияющие на ускорение процессов деградации антикоррозионной защиты и развитие дефектов.

Активные причины возникновения отказов могут быть выявлены на основе анализа участков прохождения трассы и нагруженности конструкционных элементов трубопровода. Активные причины возникновения отказов для трубопроводов с внутренним и наружным покрытиями и защитой втулкой сварных соединений могут быть обусловлены:

· локальной потери устойчивости под действием осевых нагрузок и выпучивания грунта (выпученность оси трубопровода), приводящих к возникновению изгибных напряжений на втулку и, как следствие, к возможному отрыву мастики от поверхности трубы и/или втулки;

· изгибом оси трубопровода в местах неустойчивости грунтов, выхода трубопровода на поверхность или перехода через болото приводящим к возникновению изгибных напряжений на втулку и, как следствие, к возможному отрыву мастики от поверхности трубы и/или втулки;

· прогибом оси трубопровода на надземных участках приводящих к возникновению изгибных напряжений на сварное соединение и, как следствие, к возможному отрыву мастики;

· изгибными напряжениями под действием внутреннего давления и осевой нагрузки в зонах сварного соединения с защитной втулкой отводов, тройников, переходников;

· коррозионной повреждаемостью незащищенной внутренней  поверхностью корпуса задвижек;

· коррозионной повреждаемостью в местах отсутствия, повреждения или деградации защитных свойств   наружного изоляционного покрытия.

Случайные причины возникновения отказов связаны с дефектами и повреждениями, возникновение которых не связано с процессом эксплуатации:

· места механического повреждения поверхности трубопровода (вмятины, риски, задиры и другие).

· зоны повреждения внутреннего или наружного изоляционного покрытия при монтаже трубопровода;

· сварные соединения с дефектами и повреждениями при монтаже сварного узла;

· сварные соединения с не соосностью труб, на которых могут возникать большие изгибные напряжения под действием осевой нагрузки.

Косвенные причины возникновения отказов связаны с условиями эксплуатации, которые включают:

· рабочие давления и температуру, влияющие на величину механических напряжений в трубопроводе;

· осевой нагрузкой, обусловленной температурным перепадом, приводящей к возникновению на трубопроводе участков потери устойчивости (выпученности) и локальных участков потери устойчивости на поверхности трубы (гофров);

· весовая нагрузка на надземных участках, приводящая к возникновению изгибных напряжений;

· колебания давления и температур, приводящие к цикличности

· температурные воздействия в зимнее время, которые, в первую очередь, на открытых участках при остановке перекачки могут привести к растрескиванию мастики в зоне втулки.

Участки трубопроводов, на которых  возникают активные причины отказов, являются потенциально-опасными места проявления аварийности и должны в первую очередь включаться в систему контроля. Косвенные причины отказов влияют на скорость развития дефектов в процессе эксплуатации и должны учитываться при оценке технического состояния.

3. Выборочный наружный контроль.

Основным методом контроля промысловых трубопроводов является выборочный наружный контроль на предварительно выбранных участках на трассе трубопроводов [5].

Организация системы  выборочного контроля определяется следующими факторами:

· повреждение внутреннего или наружного покрытия трубопровода носит случайный характер, что определяет невозможность выявления этих мест;

· повреждение внутренней поверхности  трубопровода в зоне сварного соединения связано с разрушением или отслоением мастики в зоне защитной втулки и возможно только в отдельных местах на трассе трубопровода;

· невозможностью или значительной трудностью восстановления проектных параметров наружной защиты при использовании контактных методов контроля технического состояния, требующих удаления наружного изоляционного покрытия.

В первую очередь в процессе эксплуатации может происходить пропуск продукта в зоне сварного соединения в зазоре между внутренней поверхностью трубы и поверхностью втулки. Выбор случайным образом сварных соединений при каждом диагностировании приводит к ухудшению качеств наружного изоляционного покрытия. Отметим также трудности для подземных трубопроводов обнаружения сварных соединений на трассе.

Поэтому организация проведения выборочного наружного контроля может быть реализована по следующим трем вариантам:

1. Вариант 1. Диагностика на стационарных, предварительно выбранных, потенциально-опасных местах на трассе трубопровода с использованием методов неразрушающего контроля, как требующих подготовки наружной поверхности, так и не требующих ее подготовки.

2. Вариант 2. Диагностика на потенциально-опасных местах, выбираемых при каждом диагностировании организацией проводящей диагностику, с использованием методов неразрушающего контроля, не требующих подготовки наружной поверхности, то есть без снятия наружного изоляционного покрытия.

3. Вариант 3. Диагностика на потенциально-опасных местах, выбираемых при каждом диагностировании организацией проводящей диагностику, с использованием контактных методов контроля технического состояния, требующих снятия изоляционного покрытия для подготовки наружной поверхности.

Вариант 1 предполагает предварительный выбор стационарных мест контроля, на которых производится периодический контроль технического состояния и в первую очередь сварных соединений. При проведении диагностирования на этих участках:

· удаляется заводское изоляционное покрытие  при проведении контроля и восстанавливается временное изоляционное покрытие после проведения контроля, имеющее меньший ресурс и показатели защиты, но периодически восстанавливаемое;

· контроль технического состояния выполняется с использованием методов диагностики как с подготовкой наружной поверхности к обследованию, так и без ее подготовки;

· контроль технического состояния в этих местах выполняется как при проведении комплексной диагностики специализированной организацией, так и при ревизии трубопроводов.

Вариант 1 позволяет периодически восстанавливать наружное изоляционное покрытие на стационарных участках контроля и контролировать длительную адгезионную прочность мастики в зоне втулки и внутреннюю поверхность задвижек в процессе эксплуатации, как при проведении диагностики, так и при проведении ревизии. Контроль технического состояния по первому варианту может проводиться службой технического надзора на предприятии.

Вариант 2 позволяет сохранить заводское наружное покрытие при использовании методов контроля без снятия изоляционного покрытия (например, использование приборов магнитной и ультразвуковой толщинометрии, метода магнитной памяти металла). Удаление изоляционного покрытия с последующим его восстановлением только при обнаружении дефектов стенки трубопровода и необходимости применения контактных методов контроля для установления их более точного расположения и размеров в соответствии с требованиями соответствующих НТД в области неразрушающего контроля.

Вариант 2 предполагает использование специальной технологии контроля и приборов контроля, позволяющих проводить контроль без снятия изоляционного покрытия. Реализация этого варианта затруднительна без привлечения специализированной диагностической организации, и, в первую очередь, при ревизии трубопровода.

Вариант 3 предполагает использование  методов контроля, требующих подготовки наружной поверхности трубопровода. Поиск сварных соединений затруднителен, их выбор происходит случайным образом. Восстановление заводского изоляционного покрытия в этом случае затруднительно. Все места контроля со съемом изоляционного покрытия являются потенциально-опасными для наружной коррозии и при последующем  диагностировании должны быть включены в программу проведения обследования.

Наиболее предпочтителен вариант 1, так как позволяет контролировать проводить контроль не только специализированной экспертной организацией, но и службой неразрушающего контроля предприятия. Специализированная экспертная организация должна предварительно выбрать места контроля, которые должны включать участки на трассе трубопроводов, где действуют активные механизмы отказов, представленные в разделе 2.

4. Сплошной контроль методом ВТИ

Выбор методов и технологии проведения сплошного контроля методом ВТИ определяется следующими условиями:

· при сплошном контроле методом ВТИ инспекционные снаряды не должны наносить повреждения внутреннему покрытию и не создавать осевое усилие на втулку выше предельного значения;

· при сплошном контроле методом ВТИ должны использоваться методы измерений, на точность которых не влияет внутреннее изоляционное покрытие и позволяющие выявлять состояние внутренней поверхности трубы в зоне защитной втулки.

Этим требованиям удовлетворяют внутритрубные снаряды-дефектоскопы, использующие метод магнитной дефектоскопии с поперечным и продольным намагничиванием (для труб с внутренним покрытием и защитной втулкой обязательно не менее чем с поперечным намагничиванием). Возможность контроля технического состояния труб, соединительных деталей и зоны защитной втулки магнитными дефектоскопами с поперечным и продольным намагничиванием подтверждена серией стендовых испытаний труб с внутренним покрытием и защитной втулкой [6].

При проведении сплошного контроля методом ВТИ исполнитель должен подтвердить возможность обеспечения качества измерений с необходимой точностью, отсутствия возможных повреждений внутреннего покрытия, повреждений и деформаций втулки при пропуске снаряда  и отсутствия его застревания в первую очередь в зоне втулки. В качестве обоснования возможности проведения ВТИ без повреждений и деформаций конструкции трубопровода с внутренним покрытием и защитной втулкой исполнитель может использовать:

· результаты стендовых испытаний данным типом снарядов и аналогичных по конструкции трубопроводов (справка о результатах испытаний, составляется Исполнителем и предоставляется Заказчику);

· опытом предыдущего обследования аналогичных трубопроводов (справка об опыте проведения инспекции и результатах, составляется Исполнителем и предоставляется Заказчику).

Результаты контроля методом ВТИ должны включать:

· контроль толщины стенки труб и сварных соединений в зоне установки втулки (100% труб и сварных соединений);

· дефектоскопию труб и сварных соединений (100% труб и сварных соединений);

· контроль пространственного положения трубопровода (100% вдоль трассы).

Первые два требования в системе контроля внутритрубными снарядами являются традиционными. При проведении ВТИ контроль толщины стенки выполняется для труб. Однако для трубопроводов с внутренним покрытием обязательным условием являются дополнительные данные по контролю толщины стенки труб в зоне сварного соединения (под втулкой), что позволяет своевременно контролировать качество защиты сварного шва.

Третье требование определяет специфику трубопровода с внутренним покрытием и защитной втулкой. Изменение пространственного положения оси трубопровода в процессе эксплуатации может привести к дополнительным изгибным нагрузкам на сварные швы и, как следствие, их разгерметизации. Обнаруженные участки со смещением оси трубопровода должны заноситься в протокол результатов ВТИ и в дальнейшем контролироваться в процессе эксплуатации в качестве потенциально-опасных участков.

5. Литература.

1. ТУ 1396 - 001 - 48151375-2001. Втулки внутренней защиты сварных швов соединений труб .

2. ТУ 3053 – 001 – 32802379 – 03. Втулка изоляционная для защиты сварного шва трубопроводов.

3. Технические требования на втулки внутренней защиты сварного шва с внутренним антикоррозионным покрытием, 2003 г (Согласованы ГГТН РФ письмом № 10-03/1276 от 03.12.2003 г).

4. ПБ 08-624-03. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности.  (Утверждены ГГТН России 05.06.2003 г. №56).

5. РД 39-132-94. Правила по эксплуатации, ревизии, ремонту и отбраковке нефтепромысловых трубопроводов. - М.: НПО ОБТ.- 1994 г.

6. М.Д. Гетманский,  Ю.В. Житников, П.А. Зимин, А.Д. Данилович, Р.Р. Мухаметшин. Внутритрубная диагностика методом магнитной дефектоскопии трубопроводов с внутренним покрытием и защитой сварных соединений втулками различной конструкции. Нефть и газ Евразия, №3, с.48-54, 2007 г.