Результат интеллектуальной деятельности: Способ ремонта потенциально опасного участка газопровода

Изобретение относится к эксплуатации магистральных газопроводов (МГ), в частности к эксплуатации потенциально опасных участков (ПОУ) с повышенным, ненормативным уровнем напряженно-деформированного состояния (НДС).

В качестве ПОУ рассматривается пересечение участка надземного перехода (НП) МГ с препятствием, например с оврагом, при этом, ориентировочно в центре образуется вогнутый участок с ненормативным радиусом упругого изгиба (СП 86.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы [1]), согласно которому этот радиус не должен быть менее 1000D, т.е. такой участок является потенциально опасным (ПОУ).

Согласно (СП 36.13330.2012 «Свод правил. Магистральные трубопроводы СП [2]) изгибные напряжения определяют по формуле:

где: Е - модуль упругости трубной стали, МПа;

D - диаметр трубопровода, м;

ρ - радиус упругого изгиба участка, м.

Из формулы (1) следует, что чем меньше радиус упругого изгиба, тем выше изгибные напряжения. Согласно [1] радиусы упругого изгиба менее 1000D являются ненормативными. Таким образом, если участок прямолинейный, радиус изгиба равняется бесконечности, а изгибные напряжениями становятся нулевыми.

Известен способ ремонта участка МГ с дефектным кольцевым сварным швом (Руководящий документ по технологии сварки труб при производстве ремонтно-восстановительных работ на газопроводах: РД 558-98: утв. Членом правления РАО «Газпром», Б.В. Будзуляком 25.02.1997: введено в действие с 25.02.1997. - М.: Газпром, ВНИИГАЗ, 1997. - 231 с. [3]) на ПОУ МГ с уровнем НДС выше допустимого (нормативного) согласно [2], заключающийся в освобождении участка МГ от газа, вскрытии газопровода и замене участка с дефектным кольцевым сварным швом.

Недостатком способа является то, что на отремонтированном участке может сохраняться ненормативный уровень НДС (известно, что высокое НДС может вызвать возникновение и развитие дефекта, например кольцевого сварного шва или разрушить трубопровод, минуя стадию возникновения и развития дефекта (Чучкалов М.В. Особенности проявления поперечного коррозионного растрескивания под напряжением (М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров // Газовая промышленность. - 2014. - №3 (703). - С. 37-39 [4]).

Прототипом является способ ремонта потенциально опасного унастка газопровода с уровнем НДС выше допустимого (Пат. №2686133 РФ. Способ ремонта потенциально опасного участка газопровода. P.M. Аскаров, и др.). опубл. 24.04.2019, Бюл. №12 [5]), заключающийся в оценке его напряженно-деформированного состояния с последующим ремонтом, в котором средствами внутритрубной диагностики производят определение на надземном переходе расчетной точки с минимальным радиусом изгиба, проводят разрезку надземного перехода в расчетной точке, измерение средствами геодезии углов отклонения разрезанных концов трубопровода, определяя возникшее перекрестие осей, при этом угол перекрестия осей назначают углом отвода холодного гнутья и проводят симметричную врезку отвода холодного гнутья, при этом обеспечивая нормативные изгибные напряжения надземного перехода магистрального газопровода, без косых стыков.

Недостатком способа является то, что на отремонтированном участке может сохраняться ненормативный уровень НДС, выражение «при этом обеспечивая нормативные изгибные напряжения надземного перехода» не подкреплено рекомендациями, как его обеспечить. Если в месте защемления (выход трубопровода из грунта) сохраняется ненормативный уровень изгибных напряжений, значит и на отремонтированном участке они имеют место.

Задачей изобретения является разработка способа ремонта ПОУ участков МГ, обеспечивающего нормативный уровень напряженно-деформированного состояния.

Поставленная задача решается способом ремонта потенциально опасного участка газопровода, заключающимся в оценке его напряженно-деформированного состояния с последующим ремонтом, в котором средствами внутритрубной диагностики определяют точку с ненормативным минимальным радиусом изгиба, согласно изобретению определяют протяженность вскрываемого участка, обеспечивающую нормативную величину радиуса изгиба, для чего определяют с обеих сторон от точки с ненормативным минимальным радиусом изгиба точки а, в с радиусом изгиба 1000D, где D - диаметр трубопровода, и точки а₁, в₁ с нулевыми изгибными напряжениями, вскрывают участок по обе стороны от расчетной точки с ненормативным минимальным радиусом изгиба, при этом граница вскрываемого участка находится внутри диапазона а-а₁ и в-в₁, затем ремонтируют трубопровод, например, разрезкой.

Таким образом, если обеспечить границу вскрытия участка внутри этого диапазона, то изгибные напряжения будут соответствовать нормативным.

На фиг. 1 представлена схема ремонтируемого участка, на фиг. 2 - график радиусов изгиба по всей протяженности ремонтируемого участка, на фиг. 3 - схема, указывающая границы вскрываемого участка в диапазоне радиусов изгиба от 1000D до нулевых изгибных напряжений, на фиг. 4 - приведен пример участка с ненормативными радиусами изгиба.

Ремонт ПОУ с ненормативным уровнем изгибных напряжений согласно [1, 2] предлагаемым способом осуществляют в следующей последовательности.

На освобожденном от газа подземном участке проводится комплексная оценка технического состояния, включающая аналитические, диагностические и ремонтные виды работ, выполняемые поэтапно в указанной ниже последовательности.

На первом этапе выполняют работы по анализу данных ВТД.

Анализ данных ВТД проводится на предмет выявления расчетной точки с минимальным радиусом изгиба, а значит точки максимальных (ненормативных) изгибных напряжений, посредством измерения радиусов изгиба согласно (Пат. №2602327 РФ. Способ определения потенциально опасного участка трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния. P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Р.В. Закирьянов. опубл. 20.11.2016, Бюл. №32. [6]); а также протяженности вскрытого участка, с обеих сторон, от точки с минимальным радиусом изгиба, до точки с радиусом изгиба 1000D условно (а, в), и далее до точки, с нулевыми изгибными напряжениями условно (a₁, в₁). Вскрытие производится с обеих сторон от ПОУ до точки внутри диапазона (а-а₁) и (в-в₁).

В отличие от прототипа, предлагаемый способ распространяется и нa подземные и на надземные участки МГ. При ремонте надземных участков граница вскрытия перемещается в диапазон между точкой с радиусом изгиба 1000D (а, в) и точки с нулевыми изгибными напряжениями (a₁, в₁)

На втором этапе диагностические работы проводятся в трассовых условиях на ПОУ МГ и включают:

- идентификацию на ремонтном участке, по данным ВТД, координаты ПОУ, точки с минимальным радиусом изгиба;

- идентификацию, по данным ВТД, с обеих сторон ПОУ расчетных точек с радиусами изгиба 1000D (а, в) и точек с нулевыми изгибными напряжениями (а₁, в₁);

- вскрытие трубопровода с обеих сторон от ПОУ точки с минимальным радиусом изгиба до участка внутри диапазона (а-а₁) и (в-в₁);

- ремонт, например, разрезкой, в расчетной точке минимального радиуса изгиба, что снимает изгибные напряжения и изменяет положение трубопровода, оба его конца «распрямляются», с приведением радиусов изгиба к нормативным показателям.

Суть изобретения поясняется схемой ремонтируемого подземного участка - фиг. 1, где 1 - подземный трубопровод, 2 - поверхность земли, ρ - минимальный радиус ненормативного изгиба, ρ₁ и р₂ - минимальный радиус изгиба противоположного знака.

На фиг. 2 приведен график радиусов изгиба по всей протяженности ремонтируемого участка, где 3 - кривая радиусов изгиба (указывает радиус изгиба в плоскости изгиба), 4 - граница нормативного изгиба 1000D согласно [1], 5 - расчетная точка ПОУ минимального (ненормативного) радиуса изгиба, определенного согласно [6], 6 - точка пересечения кривой 3 с 4; 7 - точка пересечения кривой 3 с границей участка с нулевыми напряжениями.

С целью снятия напряжений на ПОУ в расчетной точке 5 минимального радиуса изгиба (фиг. 3) производят разрезку. После разрезки концы трубопровода «выпрямляются», занимают естественное (без напряжений или с нормативными напряжениями) положение, приведенное на фиг. 3, где 1 - концы трубопровода, 5 - расчетная точка разрезки; 8, 9 - граница вскрытия, которая находится внутри диапазона а-а₁ и в-в₁, соответственно. Преимуществом предлагаемого изобретения является то, что по результатам ремонта обеспечиваются нормативные изгибные напряжения на всей протяженности вскрытого участка, включая защемление.

Апробация изобретения проводилась в ООО «Газпром трансгаз Уфа».

На фиг. 4 приводится пример участка с ненормативным радиусом изгиба - 218D (ρ=310 м), с указанием границ участка с радиусами изгиба ρ=250, 500, 1000D, по данным ВТД [7 (Отчет по внутритрубной дефектоскопии газопровода Уренгой-Новопсков (Алмазная-Поляна), НПО «Спецнефтегаз». 2013. - 874 с.)]. Из которого видно, что:

- точка ПОУ (5) с минимальным радиусом изгиба находится на линейной координате 143205,8 м;

- начало участка для вскрытия (граница 1000D), точка (а) на линейной координате слева - 143176 м, (- 29,8 м, от точки 5), на координате 143219 м, (+13,2 м), точка (в).

Точка (a₁) расположена на 143171,5 м, таким образом граница вскрытия должна находиться внутри диапазона (а-а₁), который составляет 143171,5…143176=4,5 м.

Справа, начиная от 143219 м точка (в) и далее, так как граница участка (в₁) расположена «сравнительно далеко». Таким образом, с высокой долей вероятности, можно утверждать, что при вскрытии участка на координатах 143176…143219=43 м, будут обеспечены радиусы изгиба 1000D, а при вскрытии 143175…143220=45 м - 1000D и более, т.е. будет соответствовать нормативу [1].