На правах рукописи

Галяутдинов Анвар Асхатович НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕМОНТИРОВАННЫХ ТРУБ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ Специальности:

25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ;

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2007

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР), г. Уфа Научный руководитель - доктор технических наук Гумеров Кабир Мухаметович Научный консультант - доктор технических наук Пашков Юрий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, член-корр. АН РБ Нугаев Раис Янфурович кандидат технических наук Файзуллин Саяфетдин Минигулович Ведущее предприятие - Открытое акционерное общество Уралтранснефтепродукт, г. Уфа

Защита состоится 18 октября 2007 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов.

Автореферат разослан 18 сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Л.П. Худякова 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Как показывают опыт эксплуатации трубопроводов и результаты обследований их технического состояния, внутренняя и внешняя коррозия выводит из строя промысловые трубопроводы за 5Е10 лет, магистральные трубопроводы - за 20Е40 лет, трубопроводы системы газораспределения - за 40Е50 лет, водопроводы - за 10Е20 лет.

Все трубопроводы проходят несколько характерных жизненных этапов. Последний из них характеризуется увеличением отказов и, соответственно, объёмов ремонтных работ. При этом надёжность и безопасность падают, риски аварии растут. Так, с определенного момента становится невыгодным дальнейшая эксплуатация трубопровода, возникает необходимость вывода из эксплуатации наиболее изношенных участков и замена их на новые линии.

Необходимость вывода из эксплуатации может возникнуть не только из-за изношенности трубопроводов. Существуют и другие причины, например: выработка месторождения, изменение направления транспорта, моральное старение трубопровода, изменение экономической политики.

До момента вывода из эксплуатации трубопровода все вопросы (научно-технические, юридические, нормативные, организационные) отработаны; за состояние трубопроводов отвечает конкретная организация.

Жизнь трубопровода после вывода из эксплуатации практически остаётся вне поля зрения эксплуатирующих организаций и администраций регионов.

Между тем, остаётся ещё один важный этап - утилизация, за который практически никто не отвечает. Важность вопроса следует хотя бы из того, что Россия всё больше интегрируется в мировую экономику. Это требует уважительного отношения к признанным в мире нормам, особенно в отношении к окружающей среде. Одна из таких норм - цивилизованная утилизация предметов, продукции и объектов после их использования. Это относится и к трубопроводам.

Выведенный из эксплуатации трубопровод может быть в зависимости от ситуации законсервирован на некоторый период или передан другой организации для транспортировки других продуктов при более безопасных режимах работы. Если нет никакой возможности обеспечивать безопасность трубопровода после его вывода из эксплуатации, то он, несомненно, должен быть демонтирован.

После демонтажа трубопровода появляется вопрос: утилизировать (передать на переплав) или повторно использовать демонтированные трубы. На практике вопросы демонтажа и повторного использования труб нормативно не обеспечены. В каждом случае решение принимается владельцем трубопровода. Тем не менее, к настоящему времени накоплен некоторый практический опыт по восстановлению и повторному использованию демонтированных труб. Анализ этого опыта показал следующее.

1. Проблема повторного использования труб оказалась значительно сложнее, чем в случае применения новых труб.

2. Не решены методические вопросы. Например, проблематично группировать демонтированные трубы в партии, поскольку степень износа каждой трубы разная.

3. Недостаточна нормативная база для повторного применения демонтированных труб. Не определены допустимые условия повторного использования труб, отслуживших разные сроки в разных условиях; не определён необходимый объём сертификационных испытаний.

Для налаживания производства по восстановлению и подготовке к повторному использованию демонтированных труб необходимо на достойном уровне решить несколько задач с учётом специфики проблемы, в том числе: проведение дефектоскопии демонтированных труб, позволяющей выявить все дефекты; контроль состояния металла труб после длительной эксплуатации трубопроводов; выбор эффективных методов восстановления; определение допустимых условий эксплуатации восстановленных труб.

Методы и объёмы контроля, применяемые при производстве новых труб, в данном случае не достаточны из-за большого разброса исходных параметров. Кроме того, для демонтированных труб невозможно применить понятие партия труб в том же смысле, что и для новых труб. Отсюда следуют проблемы сертификации восстановленных труб.

Цель работы - повышение эффективности повторного использования демонтированных труб на магистральных трубопроводах.

Основные задачи исследований:

1. анализ проблем, связанных с повторным использованием демонтированных труб после вывода из эксплуатации магистральных трубопроводов;

2. исследование явлений, связанных с деградацией свойств металла труб при длительной эксплуатации и возможностью повторного использования на магистральных трубопроводах;

3. обоснование и выбор методов контроля труб, предназначенных для повторного использования на магистральных трубопроводах;

4. обоснование и выбор методов восстановления демонтированных труб, предназначенных к повторному использованию;

5. разработка методов определения допустимых режимов эксплуатации трубопроводов, построенных с использованием демонтированных труб.

Методы решения поставленных задач В работе использованы и обобщены данные о фактическом техническом состоянии магистральных нефтегазопроводов, результаты технических обследований и экспертиз безопасности ряда нефтепродуктопроводов и трубопроводов системы газораспределения, результаты изучения металла труб после длительной эксплуатации.

Для эффективного решения задачи диагностики использованы принципы внутритрубной диагностики с применением ультразвука.

При изучении свойств металла труб применялись методы механических испытаний в разных режимах и металлографические исследования с использованием оптических микроскопов с увеличением до 1000 раз.

Оценка допустимых режимов эксплуатации производилась на основе математического моделирования процессов накопления усталости и повреждений с экспериментальным подтверждением.

Основой для решения данных задач явились труды отраслевых институтов (ИПТЭР, ВНИИГАЗ), специалистов АК Транснефтепродукт, ОАО Газпром, АНК Башнефть и других научных центров, работы ведущих ученых: А.Г. Гумерова, Р.С. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, К.М. Ямалеева, Х.А. Азметова, М.М. Загирова, Ю.И. Пашкова и других.

Использован опыт восстановления демонтированных труб на предприятиях Республики Татарстан (АНК Татнефть) и Челябинской области (ООО Уралтрубопроводстрой).

Научная новизна 1. Установлено, что деградация свойств металла труб происходит по двум механизмам: деформационного старения и водородноиндуцированной коррозии, приводящей к структурным изменениям, расслоению и растрескиванию под напряжением. Ускорению деградации металла способствуют концентрация напряжений на дефектах, наличие источников атомарного водорода (сероводорода, грунтовой воды), циклические перепады нагрузок.

2. Разработаны методы и образцы для определения ресурса металла труб и сварных соединений. Методы основаны на ускоренных испытаниях образцов за счёт применения концентратора напряжений в виде сквозного отверстия и за счёт блочно-циклического нагружения с нарастающей амплитудой. Экспериментально подтверждено, что ресурс сварных соединений в 2,5...3 раза ниже, чем основного металла труб. Наличие коррозионных дефектов глубиной до 1 мм в околошовной зоне приводит к снижению ресурса в 8...10 раз.

3. Предложена методика определения допустимого рабочего давления восстановленных труб, использующая дополнительный коэффициент запаса прочности на эффекты старения металлов при длительной эксплуатации трубопроводов. Коэффициент запаса на старение нелинейно растёт с увеличением срока эксплуатации трубопровода и с повышением углеродного эквивалента.

4. Разработаны два метода расчётной оценки остаточного ресурса демонтированных труб. Показано, что ресурс восстановленных труб сильно зависит от рабочего давления, запаса пластичности, наличия дефектов.

Установлено, что:

- снижение относительного удлинения при разрыве на 35 % приводит к снижению ресурса более чем в три раза;

- снижение рабочего давления на 25 % приводит к повышению ресурса в 4 и более раз;

- повышение концентрации напряжений на 1/3 снижает ресурс в 4,2 раза.

На защиту выносятся:

1. комплекс методических решений по контролю, восстановлению и повторному использованию демонтированных труб на магистральных трубопроводах, в том числе:

новая методика сплошного контроля демонтированных труб, использующая передовой опыт внутритрубной диагностики действующих трубопроводов, позволяющая с помощью ультразвука выявлять все скрытые дефекты, в том числе внутристенные (расслоения) и расположенные на внутренней поверхности стенки (коррозию);

новые методы контроля металла и сварных соединений труб, использующие испытания образцов на трещиностойкость и ресурс, позволяющие выявлять степень старения материалов труб до демонтажа и пригодность к повторному использованию;

комплекс методов восстановления труб, включающий механическую обработку, наплавку и сварку, а также формирование силовой оболочки и изоляционного покрытия, позволяющий добиться практически любого уровня прочности и надёжности;

методы оценки допустимых эксплуатационных характеристик восстановленных труб, включая оценку рабочего давления и ресурса;

2. новые закономерности, полученные в процессе решения методических вопросов, в том числе:

зависимость трещиностойкости металла от вида трещины (поверхностная, сквозная), размеров образцов и трещины;

зависимость ресурса от механических свойств металла (пределов прочности и текучести, относительного удлинения при разрыве) и от концентрации напряжений;

взаимосвязь между разными параметрами, характеризующими пластичность металла (относительное удлинение, относительное сужение, радиус пуансона при статическом изгибе) и другие.

Практическая ценность и реализация результатов работы 1. Рассмотрены и практически решены все методические проблемы, связанные с организацией производства по восстановлению демонтированных труб и подготовкой их к повторному использованию на магистральных трубопроводах.

2. Методика дефектоскопии труб значительно усовершенствована за счёт применения стенда полного ультразвукового контроля, основанного на достижениях внутритрубной диагностики трубопроводов. Стенд может и должен быть внедрён на всех трубных заводах, в том числе по производству новых труб.

3. Методики испытаний металла труб и сварных соединений на пластичность и трещиностойкость позволяют контролировать эффекты старения на этапе восстановления и гарантировать надёжность труб при повторном использовании.

4. Существующие методы восстановления труб, дополненные формированием изоляционно-силовой оболочки и базового изоляционного покрытия, позволяют добиться практически любой прочности и любого ресурса, в том числе более высоких значений, чем те же трубы до начала эксплуатации (в новом состоянии).

5. Методики определения эксплуатационных характеристик (допустимого рабочего давления и ресурса труб) позволяют выдать на каждую трубу индивидуальный технический паспорт, указав в нём всю необходимую информацию для обеспечения безопасности трубопроводов, в которых использованы демонтированные трубы.

Результаты исследований использованы в следующих практических работах:

- Оценка возможности вторичного использования труб для переукладки нефтепровода (по заказу Бугурусланского районного нефтепроводного управления, 1989 г.);

- Разработка рекомендаций и выдача заключений о возможности повторного использования демонтированных труб при капитальном ремонте нефтепродуктопровода Уфа - Омск (по заказу Уральского управления магистральными нефтепродуктопроводами, 1990 г.);

- Диагностическое обследование, определение остаточного ресурса и выдача заключения о возможности вторичного использования демонтированных труб нефтепроводов Александровское - Анжеро-Судженск и Самотлор - Александровское (по заказу ОАО Центрсибнефтепровод, 1999 г.).

Результаты исследований использованы при разработке документа Инструкция по технологии утилизации и повторного использования труб трубопроводов, выведенных из эксплуатации (Минэнерго РФ). - Уфа, ИПТЭР, УГНТУ, 2004; документ согласован с Ростехнадзором.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на научно-технических, научно-практических конференциях, конгрессах и семинарах по проблемам строительства и безопасной эксплуатации объектов трубопроводного транспорта, в том числе:

1. Всероссийском семинаре Проблемы промышленной безопасности в системе нефтегазового комплекса трубопроводного транспорта (Уфа, 2005 г.).

2. научно-практической конференции Энергоэффективность. Проблемы и решения (Уфа, 2005 г.);

3. VII Всероссийском форуме единой системы оценки соответствия на объектах, подконтрольных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору (Москва, 2006 г.);

4. научно-практической конференции Проблемы и методы обеспечения надёжности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа (Уфа, 2005 г.).

Публикации По результатам работы опубликовано 15 научных трудов.

Структура и объем диссертационной работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 106 наименований. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 10 таблиц.