Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к трубопроводному транспорту углеводородов, в частности к обеспечению надежности транспортировки и безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов за счет эффективного планирования работ по капитальному ремонту, в частности, определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов.

Уровень техники

Тенденция к ухудшению технического состояния магистральных трубопроводов (далее - МТ) по мере увеличения срока их эксплуатации сверх срока амортизации, необходимость оптимального, экономного расходования финансовых ресурсов на поддержание системы транспорта нефти и нефтепродуктов в работоспособном состоянии требуют разработки мероприятий по восстановление несущей способности только на тех конкретных участках МТ, где произошла ее потеря или снижение до опасного уровня.

Для достоверного определения таких участков и тем самым обеспечения безопасной эксплуатации и продления срока службы действующих МТ необходимо в полном объеме учитывать всю имеющуюся информацию о состоянии МТ, их дефектах и особенностях.

Используемые в настоящее время подходы к планированию работ по капитальному ремонту МТ описаны в различных источниках информации. Из уровня техники известно, что обеспечение рационального использования ресурсов и достижение установленных результатов при эксплуатации и ремонте объектов линейной части магистрального газопровода базируется на обоснованной оценке технического состояния входящих в линейную часть объектов. Достоверность результатов оценки зависит от качества и полноты данных технического диагностирования.

В известном источнике информации предложены направления повышения достоверности результатов оценки технического состояния газопроводов, не подготовленных к внутритрубному диагностированию, включающие ранжирование участков по приоритету для поэтапного формирования плана реконструкции газопровода под пропуск внутритрубных дефектоскопов, использование специальных дефектоскопов повышенной проходимости, разработку нормативной и конструкторской документации для применения переносных камер приема-запуска [«Разработка системы оценки технического состояния линейной части магистральных трубопроводов, не подготовленных к внутритрубному диагностированию», A.M. Ангалев, И.И, Велиюлин, А.В. Захаров, А.Н. Горшков, Газовая промышленность, 2014 г., №5, с. 50-52]. Из уровня техники известны основные положения разработанной технологии выявления зон непроектных напряжений на магистральных газопроводах по результатам внутритрубной диагностики. Доказано, что, несмотря на высокую подверженность длительно эксплуатируемых газопроводов стресс-коррозионным дефектам, аварии по такой причине маловероятны. Это позволяет отказаться от сравнительно высоких темпов переизоляции в пользу ремонта посредством замены трубами в заводской изоляции или в комбинации с трубами, восстановленными в заводских условиях.

Переход на эту принятую мировой практикой технологию позволит «обновить» газотранспортную систему и обеспечить ее безаварийную эксплуатацию на срок до 50 лет и более [«Концепция безаварийной эксплуатации и капитального ремонта магистральных газопроводов», ОАО «Газпром», P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Газовая промышленность, 2015 г., №1, с. 28-31].

Существующие подходы по обеспечению надежности транспортировки и безопасности эксплуатации МТ за счет эффективного планирования работ по капитальному ремонту не учитывают:

а) показатели системной значимости участков МТ, определяющую значимость местоположения МТ, исходя из схемы потоков и чувствительности потребителей нефти и нефтепродуктов, а именно, загрузку МТ, возможности технологического резервирования, приоритет по направления поставок (принадлежность к технологическим коридорам);

б) потенциальную опасность линейных участков МТ с точки зрения возможных отказов, а именно отсутствие результатов или неполнота данных диагностических обследований, принадлежность к переходам через водные преграды и малые водотоки, доступность для ликвидации последствий аварий, близость к населенным пунктам.

Сущность изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов, устраняющего вышеперечисленные недостатки и приводящего к улучшению планирования работ по капитальному ремонту МТ.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности эксплуатации МТ за счет обеспечения возможности расчета протяженности и очередности замены участков линейной части МТ на основании количественной оценки показателей, характеризующих техническое состояние МТ на линейных участках, а также потенциальную опасность отказа и системную значимость участков линейной части МТ.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ определения протяженности и очередности замены участков линейной части магистрального трубопровода характеризуется тем, что участки магистрального трубопровода, для которых проводится расчет протяженности и очередности замены разделяют на расчетные участки протяженностью не более 200 м; осуществляют внутритрубную диагностику расчетного участка магистрального трубопровода, по результатам которой получают данные о фактической толщине стенок трубопровода и параметрах коррозионных дефектов; по полученным данным о фактической толщине стенок трубопровода и параметрах коррозионных дефектов определяют прогнозное значение относительного объема коррозии на трубной секции на первый год периода, на который выполняется определение протяженности и очередности замены; для каждого j-го расчетного участка определяют суммарный показатель К_TCj технического состояния магистрального трубопровода на участке линейной части магистрального трубопровода; для каждого j-го расчетного участка определяют значение общего показателя приоритетности замены труб K_j, для определения протяженности участков замены линейной части магистрального трубопровода по всем j-м расчетным участкам проводится расчет значений K_j, при этом под замену трубы выделяют расчетные участки линейной части магистрального трубопровода, для которых K_j не менее К_зам; для определения значения К_зам проводят расчет суммы протяженностей трубных секций по j-м расчетным участкам, для которых K_j не менее задаваемых значений К_зам; для каждого выделенного под замену участка рассчитывают средние показатели приоритетности замены участка линейной части магистрального трубопровода K_ср,z; все выделенные под замену участки, ранжируются по значениям среднего показателя приоритетности с определением номера очередности по убыванию, при этом приоритет проведения замены участка проводится в соответствии с номерами очередности каждого участка.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Определение протяженности и очередности замены участков линейной части магистральных трубопроводов (далее - ЛЧ МТ) производят следующим образом:

1. Участки ЛЧ МТ, для которых проводится расчет протяженности и очередности замены, условно разделяются по длине на расчетные участки протяженностью 200 м (j - порядковый номер расчетного участка) с округлением до целых расчетных участков в большую сторону.

Если расчетный участок пересекает границу подводного перехода магистрального трубопровода (далее - ППМТ), то граница расчетного участка устанавливается на границе ППМТ. Границы ППМТ определяются положением задвижек, а при их отсутствии уровнем воды в водоеме 10%-ной обеспеченности, границей смежного ППМТ или затвором камеры пуска-приема средств очистки и диагностирования, или через 50 м после входа трубы в грунт.

Тройники и задвижки не учитываются при расчете, их протяженность не прибавляется к протяженности расчетного участка.

2. В результате прохождения по ЛЧ МТ внутритрубные инспекционные приборы (ультразвуковой дефектоскоп - WM и магнитный дефектоскоп - MFL) выполняют сканирование всей поверхности участка трубопровода и запись на флеш-носитель полученных сигналов.

Записанная информация подлежит обработке:

- распаковка (трансляция) данных, скопированных с внутренней памяти внутритрубного инспекционного прибора (далее - ВИП), в формат, пригодный для их обработки в специализированных графических программах интерпретации.

- интерпретация данных средствами программ интерпретации, в которой формируются электронные таблицы: таблицы раскладки труб (фактические толщины стенок трубы), таблицы дефектов и особенностей трубопровода.

3. По полученным данным о фактической толщине стенок труб и параметрам коррозионных дефектов (длина, ширина и глубина) определяется прогнозное значение относительного объема коррозии на трубной секции на первый год периода, на который выполняется определение протяженности и очередности замены, для WM и MFL.

Относительный объем коррозии на трубной секции - это отношение суммы объемов всех выявленных при прохождении ВИП коррозионных дефектов на отдельной трубной секции к номинальному первоначальному объему металла трубной секции.

Прогнозный объем коррозии для коррозионных дефектов для WM и MFL определяется как объем эллиптического параболоида, вписанного в габариты, определяемые длиной, шириной и глубиной дефекта с учетом скорости роста относительного объема коррозии по формулам:

где j - порядковый номер расчетного участка;

U_jmWM - относительный объем коррозии на m-ой секции j-го расчетного участка по данным последней инспекции WM, %;

U_jmMFL - относительный объем коррозии на m-ой секции j-го расчетного участка по данным последней инспекции MFL, %;

Z_jmWM - скорость роста относительного объема коррозии на m-ой секции j-го расчетного участка по данным последней инспекции WM, %/год;

Z_jmMFL - скорость роста относительного объема коррозии по данным MFL на m-ой секции j-го расчетного участка, %/год;

T_g - дата начала периода, на который планируются замены, год (с точностью до 0,001);

T_jWM - дата последней инспекции WM на j-ом расчетном участке, год (с точностью до 0,001);

T_jMFL - дата последней инспекции MFL на j-ом расчетном участке, год (с точностью до 0,001).

Значения скорости роста объема коррозии Z_jmWM и Z_jmMFL, %/год, определяются по формулам:

где U_jmWM - относительный объем вынесенного металла по данным последней инспекции WM на m-ой секции j-го расчетного участка, %;

- относительный объем вынесенного металла по данным предпоследней инспекции WM на m-ой секции j-го расчетного участка, %;

T_jWM - дата последней инспекции WM на j-м расчетном участке, год;

- дата предпоследней инспекции WM j-м расчетном участке, год;

U_jmMFL - относительный объем вынесенного металла по данным последней инспекции MFL на m-ой секции j-го расчетного участка, %;

- относительный объем вынесенного металла по данным предпоследней инспекции MFL на m-й секции j-го расчетного участка, %;

T_jMFL - дата последней инспекции MFL на j-м расчетном участке, год;

- дата предпоследней инспекции MFL на j-м расчетном участке, год.

При первичной инспекции соответствующим типом ВИП скорость роста относительного объема, %/год, определяется по среднему значению линейной скорости коррозии по формуле:

где ν_ср - среднее значение линейной скорости коррозии, принимается равным 0,15 мм/год;

D_н - наружный диаметр трубопровода, мм;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, мм;

δ_jm - толщина стенки m-ой секции j-расчетного участка, мм;

m - порядковый номер секции;

j - порядковый номер расчетного участка;

К_jm - общее количество потерь металла на m-ой секции j-го расчетного участка, шт;

- длина k-ой потери металла m-ой секции j-го расчетного участка, мм;

w_jmk - ширина k-ой потери металла m-ой секции j-го расчетного участка, мм.

4. При отсутствии результатов пропусков WM или MFL по коррозионному состоянию участков МТ, полученных в течение 6 лет перед проведением расчетов, для оценки коррозионного состояния по результатам наземных коррозионных обследований выполняют определение следующих параметров по ГОСТ 9.602-2005 «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии» (далее - ГОСТ 9.602-2005):

- удельное сопротивление грунта на m-ой секции j-го расчетного участка, R_гjm, Ом⋅м;

- наличие блуждающих токов на m-ой секции j-го расчетного участка;

- плотность защитного тока станции катодной защиты i и (i+1) (далее - СКЗ) на каждой секции j-го расчетного участка, J_ф,jm, А/м² по формуле:

где I_i и I_i+1 - токи на i и (i+1) СКЗ соответственно, А;

L_i,i+1 - расстояние между точками дренажа i и (i+1) СКЗ, м;

D_н - наружный диаметр трубопровода, мм.

5. Для каждого j-го расчетного участка определяется суммарный показатель K_TC,j по формуле:

где - нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке прогнозируемого относительного объема вынесенного металла (коррозии) на трубной секции на первый год периода, на который планируются замены;

- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения отношения сопротивления грунта при высокой коррозионной агрессивности по ГОСТ 9.602 к удельному сопротивлению грунта;

- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения показателя наличия блуждающих токов;

- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке отношения фактического значения плотности защитного тока СКЗ на m-ой секции j-го расчетного участка к плотности защитного тока, соответствующей высокой коррозионной активности;

- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения показателя, характеризующего тип антикоррозионного защитного покрытия (далее - АКП);

- нормированный показатель среднего на j-м расчетном участке значения показателя наличия трубных секций, изготовленных из марок сталей, имеющих повышенную склонность к трещинообразованию.

α_i-весовой коэффициент показателя. Значения весовых коэффициентов нормированных показателей технического состояния приведены в таблице 1.

Нормированный показатель определяется на основании соответствующего значения ненормированного показателя по формуле

где Е - среднее значение показателя для всех рассчитываемых расчетных участков, определяемое по формуле

σ - среднеквадратическое отклонение значений показателя для всех рассчитываемых расчетных участков, определяемое по формуле

где С - количество рассчитываемых расчетных участков.

Нормированные показатели переводятся из соответствующих ненормированных показателей в пределах от 0 до 1. Если значение P_i,j больше 1, то значение N_i,j принимается равным 1.

Показатель , %, определяется на начало первого года периода, на который планируются замены, как среднее значение прогнозируемых относительных объемов коррозии по данным WM и MFL по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций в j-м расчетном участке, шт.;

U_gjmWM - прогнозируемый на начало первого года замены относительный объем коррозии по данным WM на m-ой секции j-го расчетного участка, %;

U_gjmMFL - прогнозируемый на начало первого года замены относительный объем коррозии по данным MFL на m-ой секции j-го расчетного участка, %;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м.

Показатель , учитывающий удельное сопротивление грунта, определяется как средний на j-ом расчетном участке показатель по формуле:

где R_г,ва - значение сопротивления грунта, равное 20 Ом⋅м, при высокой коррозионной агрессивности в соответствии с ГОСТ 9.602;

L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций в j-м расчетном участке;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;

R_гjm - удельное сопротивление грунта на m-ой секции j-го расчетного участка, Ом⋅м.

Показатель , учитывающий наличие опасного влияния переменных и постоянных блуждающих токов на j-м расчетном участке, определяется как средний показатель по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций в j-м расчетном участке;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;

I_jm - показатель наличия блуждающих токов на m-ой секции j-го расчетного участка (принимается равным 1 при наличии опасного влияния блуждающих токов и 0 - при его отсутствии на m-ой секции j-го расчетного участка).

Показатель , учитывающий эффективность АКП, определяемый плотностью защитного тока в зоне действия СКЗ на j-ом диапазоне, как средний показатель по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций в j-м расчетном участке;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;

Q_jm - отношение фактического значения плотности защитного тока СКЗ на m-ой секции j-го расчетного участка к плотности защитного тока, соответствующей высокой коррозионной, определяемое по формуле

где J_ф,jm - фактическое значение плотности защитного тока СКЗ на m-ой секции j-го расчетного участка, А/м²;

J_ва - плотность защитного тока, соответствующая высокой коррозионной активности на участке МТ, равная 0,2 А/м².

Показатель , учитывающий тип АКП на j-ом расчетном участке, определяется как средний показатель по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций в j-м расчетном участке;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;

Q_njm - показатель типа АКП m-ой секции j-го расчетного участка, значения которого приведены в таблице 2.

Показатель , учитывающий наличие на j-м расчетном участке трубных секций, изготовленных из марок сталей, имеющих повышенную склонность к трещинообразованию на j-м расчетном участке, определяется как средний показатель по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций в j-м расчетном участке;

- показатель склонности к трещинообразованию марки стали m-ой секции j-го расчетного участка, определяемый по таблице 3.

Показатель принимается равным 1 для расчетных участков, содержащих следующие трубные секции:

- эксплуатируемые на ППМТ, имеющих отклонения от требований нормативной документации;

- эксплуатируемые на переходах МТ через автомобильные и железные дороги, не соответствующих требованиям нормативной документации;

- эксплуатируемые на ППМТ или на переходах МТ через автомобильные и железные дороги со сроком эксплуатации свыше 49 лет или, выполненных из сталей, имеющих повышенную склонность к трещинообразованию (показатель склонности к трещинообразованию отличен от нуля);

- имеющие допустимое рабочее давление, не обеспечивающее проектное давление на выходе насосной перекачивающей станции.

6. Для каждого j-го расчетного участка вычисляется значение общего показателя приоритетности замены труб K_j по формуле

где K_TC,j - суммарный показатель технического состояния трубопровода на участке МТ;

K_У,j - суммарный показатель условий эксплуатации участка МТ;

K_Р,j - показатель возможности технологического резервирования на участке МТ;

K_ДО,j - показатель, характеризующий наличие подкладных колец на участке МТ;

K_ПО,j - показатель, характеризующий потенциальную опасность последствий отказа на участке ЛТ МТ, в зависимости от условий эксплуатации.

Суммарный показатель K_У,j для каждого j-го расчетного участка определяется по формуле

где β_k - весовой коэффициент показателя . Значения весовых коэффициентов показателей условий эксплуатации приведены в таблице 4;

- показатель, характеризующий номинальный диаметр трубопровода;

- показатель, характеризующий величину рабочего давления в трубных секциях.

Величина показателя, характеризующего номинальный диаметр трубопровода, принимается равной 1 для участков МТ с DN 1000 и более, 0 - для прочих.

Показатель , учитывающий отношение давления в трубных секциях с учетом перспективной загрузки к нормативному максимальному давлению по СП 36.13330.2012 «Свод правил «СНиП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы» (далее - СП 36.13330.2012), определяется как средний показатель по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций на j-м расчетном участке;

m - порядковый номер секции;

P_j,m - максимальное рабочее давление при эксплуатации в секции m с учетом перспективной загрузки, МПа;

L_j,m - длина секции m, м;

P_{норм j,m} - нормативное максимальное давление по СП 36.13330.2012 в секции m, МПа.

Величина показателя, учитывающего возможность технологического резервирования, К_Р,j, принимается равной 0,8 при наличии резервного трубопровода, 1,0 - при отсутствии резервного трубопровода.

Величина показателя, учитывающего наличие подкладных колец на участке МТ, К_ДО,j определяется как средний показатель по формуле

где L_j - длина j-го расчетного участка, м;

M_j - количество трубных секций на j-м расчетном участке;

m - порядковый номер секции;

L_jm - длина m-ой секции j-го расчетного участка, м;

- показатель наличия подкладных колец на m-ой секции j-го расчетного участка (принимается равным 1,0 при наличии подкладных колец и 0,2 - при их отсутствии на m-ой секции j-го расчетного участка).

При наличии на участке ЛЧ МТ других ограничений для проведения внутритрубной диагностики или при отсутствии результатов пропусков ВИП WM или ВИП MFL по коррозионному состоянию за последние 6 лет до даты выполнения расчета значение показателя К_ДО,j принимается равным 1,0.

Величина показателя, характеризующего потенциальную опасность последствий отказа на участке МТ, К_ПО,j, определяется в зависимости от условий эксплуатации. Значение показателя К_ПО,j приведено в таблице 5.

7. Для определения протяженности участков замены ЛТМТ по всем j-м расчетным участкам рассчитываемых участков ЛЧ МТ проводится расчет значений K_j. Под замену трубы выделяются ЛЧ МТ, для которых K_j не менее K_зам.

Для определения значения K_зам проводится расчет суммы протяженностей трубных секций по j-м расчетным участкам ЛЧ МТ, для которых K_j не менее задаваемых значений K_зам. Итоговое значение K_зам определяется как соответствующее планируемому суммарному значению протяженности участков замены трубопроводов с учетом обеспечения надежной и бесперебойной транспортировки нефти и нефтепродуктов и финансовых возможностей.

8. Используя полученное значение K_зам, выделяются под замену расчетные участки ЛЧ МТ (за исключением расчетных участков ППМТ), на которых выполняется условие.

Дополнительно выделяются под замену все расчетные участки, расположенные в пределах границ каждого ППМТ, для которого выполняется соотношение

где L_n - длина n-го ППМТ, м;

L_nj - длина j-го расчетного участка без учета протяженности тройников и задвижек в соответствии с 6.1.1, принадлежащего n-му ППМТ, м;

K_j - общий показатель приоритетности для j-го диапазона, принадлежащего n-му ППМТ;

а - первый j-й расчетный участок, принадлежащий n-му ППМТ;

b - последний j-й расчетный участок, принадлежащий n-му ППМТ.

Длина n-го ППМТ L_n, м, рассчитывается по формуле

9. Для каждого расчетного участка, выделенного под замену, вычисляются средние показатели в относительных единицах в диапазоне от 0 до 2 приоритетности замены участка трубопровода K_cp,z по формуле

где L_z - длина z-го участка замены трубы без учета трубных секций, включенных в заменяемый участок в соответствии с 7.4-7.5, м;

L_zj - длина j-го расчетного участка без учета протяженности тройников и задвижек, удовлетворяющего условию (20) или (21), на z-м участке замены трубопровода, м;

K_j - общий показатель приоритетности для j-го расчетного участка, входящего в z-й участок замены трубопровода;

a - первый j-й расчетный участок, входящий в z-й участок замены трубопровода, для которого выполняется соотношение (20) или (21);

b - последний j-й расчетный участок, входящий в z-й участок замены трубопровода, для которого выполняется соотношение (20) или (21).

Длина z-го участка замены трубопровода рассчитывается по формуле

10. Все участки замен ранжируются по значениям среднего показателя приоритетности замен с определением номера очередности по убыванию.

Определение приоритета проведения замены трубы на участке ЛЧ МТ проводится в соответствии с номерами очередности каждого расчетного участка. Чем меньше номер очередности участка замены, тем в более ранние сроки должна быть проведена замена.