Совершенствование технологии и технических средств капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов
Самой важной причиной, влияющей на эксплуатационную надежность трубопровода является процесс старения магистральных газопроводов. А на процесс старения магистральных газопроводов влияет множество факторов, в том числе уровень проектных работ, внешняя и внутренняя коррозия металла труб, нарушение правил технической эксплуатации, возрастной состав и другие. В результате влияния этих факторов на газопроводах возникают аварийные ситуации, приводящие к большим материальным и финансовым затратам.
Надежная и безотказная работа магистральных нефтегазопроводов обеспечивается за счет правильной технической эксплуатации, своевременного проведения диагностики, профилактического, капитального ремонта и реконструкции.
Высокая эффективность своевременного и качественного проведения ремонтно-восстановительных работ на трубопроводах может быть достигнута только за счет комплексного решения взаимосвязанных и взаимозависимых оптимизационных задач по технике, технологии, организации и управлению ремонтным производством.
Поэтому исследование и разработка современной технологии и комплекса технических средств, позволяющих сократить сроки ремонта линейной части магистральных газопроводов (МГ) при высоком качестве работ – важная и актуальная задача.
Анализ показывает, что отказы на магистральных газопроводах с большим возрастом эксплуатации в основном связаны с коррозией металла труб по причине выхода из строя изоляционных покрытий, выполненных при строительстве с применением пленок холодного нанесения и битумно-резиновых мастик. На рис. 1 приведены усредненные данные причин отказов на газопроводах.
Как показал опыт эксплуатации магистральных газопроводов с применением битумно-мастичных и полимерных изоляционных покрытий, через 8–12 лет покрытия теряют свои защитные свойства и требуют своевременной замены.
Рис.1. Причины отказов на газопроводах, %
Наблюдениями установлено, что наибольшее число повреждений изоляции приходится на нижнюю, меньше – на верхнюю и еще меньше – на боковые части трубы. Это объясняется тем, что к механическим повреждениям, образующимся во время опускания трубопровода в траншею и засыпки его, добавляются повреждения, причиняемые давлением грунта, которое составляет 0,05–0,5 кгс/см2. Кроме того, с течением времени влага проникает к поверхности труб через изоляцию в результате осмотического и электроэндоосмотического процессов.
Попытки установить сроки службы различной противокоррозионной изоляции стальных трубопроводов не имели успеха.
Существенный процент составляют аварии по причине механических повреждений, а также причинам, связанным с несоблюдением правил технической и технологической эксплуатации, с чрезвычайными ситуациями, катастрофами, которые снижают надежность и безопасность магистральных трубопроводов.
Системный подход к анализу факторов, влияющих на надежность и безопасность линейной части магистральных газопроводов, учет многолетнего опыта эксплуатации отечественных и зарубежных газопроводов позволили выявить основные причины, которые являются решающими факторами для безаварийной эксплуатации газопроводов
Комплексное рассмотрение концепции поддержания и повышения эксплуатационной надежности и безопасности транспортной системы при дефиците финансовых и материальных средств основано на методологии поэтапного поддержания и развития эксплуатационной надежности и безопасности линейной части магистральных газопроводов (ЛЧМГ).
В основу методологии положены результаты первого этапа (1991-2002 г.г.) реализации системы поддержания и развития эксплуатационной надежности и безопасности магистральных газопроводов, когда решались задачи снижения количества отказов (стабилизации) с учетом длительности эксплуатации газопроводов и качества защиты поверхности трубы.
За этот период технически обследовано с помощью комплекса приборов внутритрубной диагностики (ВТД) более 50% газопроводов от общей протяженности. Результаты ВТД позволили определить техническое состояние каждого конкретного участка газопровода и разработать мероприятия по поддержанию эксплуатационной надежности газопровода в плановом порядке за счет производства выборочного и при необходимости капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов. Эти комплексные мероприятия за указанный период позволили снизить количество отказов почти в 1,4 раза. Это дало возможность стабилизировать поток отказов на газопроводах.
Для реализации задач второго этапа (2002–2010 г.г.) разработана концепция восстановления технического состояния и гарантированного срока службы магистральных газопроводов. В основу данной концепции положена предложенная автором методология производства ремонтно-восстановительных работ в траншее с сохранением проектного положения газопровода.
Как показал анализ технологии капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов, основной объем работ при капитальном ремонте магистральных трубопроводов приходится на замену пришедшего в негодность изоляционного покрытия (60-70%) с частичным восстановлением стенки трубы. Существует несколько технологических схем капитального ремонта газо-, нефтепроводов: ремонт трубопровода в траншее с подкопкой под трубу, ремонт трубопровода с подъемом и укладкой его на берме траншеи, ремонт трубопровода на берме траншеи с разрезкой трубы, ремонт трубопровода с подъемом и укладкой на лежки в траншее, ремонт трубопровода с прокладкой новой нитки параллельно действующему трубопроводу.
Сравнение технологических схем ремонта трубопроводов показало, что ни одна из пяти схем на современном этапе не отвечает полностью критериям эффективного ремонта линейной части магистральных газопроводов.
В этой связи задача создания новой технологической схемы капитального ремонта магистральных газопроводов, которая отвечала бы всем критериям, чтобы при минимальных затратах за короткие сроки качественно отремонтировать участок газопровода и обеспечить гарантированные сроки эксплуатации – была крайне актуальной.
При этом в качестве основных требований к технологии и организации капитального ремонта газопроводов для обеспечения эксплуатационной надежности с гарантийным сроком службы в современных условиях определены:
* комплексная механизация;
* индустриализация технических решений;
* применение поточного метода производства организации работ;
* синхронизация основных и специальных видов работ;
* производительность и высокое качество работ;
* минимизация дополнительных напряжений, возникающих в процессе производства работ.
С учетом этих особенностей и требований к ремонту газопроводов в современных условиях была предложена технология ремонта газопроводов в траншее с сохранением его пространственного положения (рис. 4). Для данной технологии фирма «Промтех-НН» разработала специальные технические средства, которые позволяют при производстве капитального ремонта газопровода сохранять его пространственное положение (в траншее), применять комплексную механизацию и поточный метод организации производства работ, а также минимизировать появления дополнительных напряжений и объемы работ по ремонту стыков на ремонтируемом газопроводе.
Исследования и опыт капитального ремонта газопроводов показал, что в современных условиях особое место при выборе технологической схемы ремонта должна занимать минимизация дополнительных напряжений в трубопроводе, возникающих в процессе производства работ.
В связи с этим в технологической схеме при совмещенном методе ведения ремонтно-восстановительных работ магистральных газопроводов в траншее должно быть правильно расставлено технологическое оборудование.
Расстановка выполняется из расчета, чтобы:
· механические напряжения в оболочке трубопровода при действии изгиба и растяжения от машин, кранов и собственного веса трубы были в упругой области;
· не происходило перегрузки поддерживающих механизмов;
· были выдержаны технологические расстояния между очистной и изоляционной машинами, а также между изоляционной машиной и точкой соприкосновения трубы с грунтом (обеспечивающие механическую прочность изоляции).
Работа в области расчета напряжений в трубопроводе показала, что определение технологических параметров ремонтно-восстановительных работ (число трубоукладчиков и расстояния между ними, высота подъема трубопровода, оптимальная расстановка очистной и изоляционной машин по критерию качества работ и др.) выполнялось из расчета трубопровода, как стержня, на изгиб, без учета воздействия продольных усилий, которые, как будет видно ниже, существенно влияют на напряженно-деформированное состояния трубопровода и, следовательно, на правильную расстановку машин и механизмов вдоль ремонтного участка трассы.
Особенно это явно проявляется в случае, когда трубопровод не разрезается на части и поддерживается грузоподъемными машинами в траншее на заданную технологическую высоту, обеспечивающую нормальную работу очистных и изоляционных машин, как показано на рис. 2.
Рис.2 Расчетная схема упруго-изогнутой оси трубопровода на пролете L1 от подкапывающей машины до опорной лежки.
Таким образом, жесткое защемление в опорных сечениях вызывает значительные напряжения. Следовательно, необходимо предусмотреть такую конструкцию опор, при которой трубопровод мог бы компенсировать возникающие в процессе ремонтных работ и движения ремонтных машин дополнительные напряжения.
На рис. 3 представлена расчетная схема для участка трубопровода приподнятого над дном траншеи с длиной пролета L1.
Рис.3. Расчетная схема упруго-изогнутой оси трубопровода на пролете L1 от подкапывающей машины до опорной лежки.
Как видно из этой схемы, при подъеме трубопровода грузоподъёмными машинами на некоторую высоту y, упругая ось трубопровода испытывает не только изгиб, но и растяжение.
Были подробно исследованы конструктивные особенности и технические характеристики подкапывающей машины, машины для предварительной очистки поверхности ремонтируемого газопровода от старого изоляционного покрытия, опорных устройств для поддержания ремонтируемой трубы в траншее, машины для окончательной очистки поверхности труб, машины для нанесения грунтовки, машины для нанесения нового изоляционного покрытия на поверхность газопровода методом экструзии.
В итоге ООО «Промтех-НН» разработаны и внедрены более 10 наименований специальных технических средств, которые в конечном счете позволили создать единый технологический комплекс.
На каждую машину получены Патенты и Разрешение на серийное производство.
Исследования, разработка и серийное производство вышеуказанных машин позволили комплексно механизировать производство капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов в траншее с сохранением его пространственного положения.