На правах рукописи

Иваненков Виктор Васильевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Строительство и эксплуатация Специальность 25.00.19 нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2008

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов Научный руководитель - доктор технических наук Гумеров Кабир Мухаметович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Азметов Хасан Ахметзиевич - кандидат технических наук Галяутдинов Анвар Асхатович Ведущее предприятие - ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет

Защита диссертации состоится 14 ноября 2008 г. в 1000 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 ИПТЭР.

Автореферат разослан 14 октября 2008 г.

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Значение системы магистральных нефте-, газо- и нефтепродуктопроводов для России трудно переоценить. Однако стоит проблема обеспечения их сохранности, поскольку трубопроводы в подземном исполнении и подвергаются почвенной коррозии длительное время.

Подземные трубопроводы можно рассматривать как конструкции, состоящие из двух основных составляющих: собственно трубопровода (металлической части) и изоляционного покрытия. Поэтому долговечность (ресурс) целесообразно также рассматривать по отдельности: ресурс металлической составляющей, ресурс изоляционного покрытия, ресурс их взаимодействия (адгезия, обеспечение защитного потенциала).

На обеспечение долговечности металлической составляющей трубопроводов направляются большие средства, и в этом направлении работают большие группы учёных и специалистов. В результате достигнуты большие успехи: созданы внутритрубные диагностические комплексы, разработаны методики расчётных оценок прочности и ресурса, расчётные программы, созданы электронные базы данных, система нормативных документов. Всё это доведено до практической реализации и используется эксплуатирующими организациями в качестве инструментария.

Успехи в обеспечении надёжной защиты трубопроводов от почвенной коррозии более скромны из-за ряда нерешённых проблем.

Как известно, на магистральных трубопроводах имеет место двухуровневая защита от коррозии: пассивная (изоляционное покрытие) и активная (электрохимическая). Там, где изоляционное покрытие изношено или повреждено, катодный потенциал препятствует реакциям растворения металла в грунте. Эффективность электрохимической защиты определяется путём измерений защитного потенциала при плановых обходах трассы.

Если износ изоляционного покрытия достиг такого уровня, когда не может обеспечиваться защитный потенциал, принимают решение о ремонте изоляционного покрытия. Но при этом обычно исходят из опыта и экспертных оценок специалистов служб антикоррозионной защиты, не прибегая при этом к расчётному прогнозированию изменения защиты в результате запланированных объёмов ремонта.

Существуют проблемы выбора критериев отбраковки изоляционного покрытия действующих трубопроводов. При длительной эксплуатации трубопроводов все защитные характеристики изоляционного покрытия снижаются. Скорость снижения зависит от многих факторов, в том числе от температурно-климатических условий на местности, грунтовых явлений, физико-химических особенностей грунтов, качества нанесения покрытия, качества исходных материалов и др. После нескольких лет эксплуатации трубопровода изоляционное покрытие становится неоднородным по дистанции, начинают выделяться участки, где покрытие перестаёт удовлетворять требованиям норм. При этом защитный потенциал ещё сохраняется на нормативном уровне. Так возникает задача правильного выбора критериев качества: по свойствам самого покрытия или по параметрам электрохимической защиты. Но в любом случае приходим к противоречию с некоторыми утверждёнными нормами.

Другая проблема - прогнозирование состояния и эксплуатационных свойств изоляционного покрытия. Прогнозирование необходимо выполнять во времени (с учётом динамики старения) с учётом результатов обследований, неоднородности по дистанции трубопровода и покрытия, рассматривая разные возможные варианты методов и объёмов ремонта.

Без этого невозможно обеспечить эффективное планирование ремонта. В свою очередь, задачи прогнозирования невозможно решать без математического моделирования процессов с учётом вышеуказанных факторов и особен-ностей. Между тем, существующие расчётные методы слишком упрощены и не учитывают большинства важных особенностей.

Одна из важнейших задач состоит в совершенствовании приборов диагностики изоляционного покрытия трубопроводов. Принцип действия практически всех применяемых до сих пор приборов основан на измерении потенциалов на поверхности земли над трубопроводом. Такой метод позволяет обнаружить дефектные места изоляции по появлению аномальных градиентов потенциала на поверхности земли. Но эффективно использовать эти результаты в расчётах и прогнозировании пока не удаётся. Для моделирования процессов необходимы значения потенциалов и токов непосредственно на трубопроводе, а не на поверхности земли. Перспективным в этом направлении представляется использование возможностей технологии магнитной локации, известной в других областях техники.

Таким образом, существуют проблемы совершенствования методов контроля изоляционного покрытия находящихся в эксплуатации магистральных трубопроводов, прогнозирования их состояния с учётом динамики процессов, эффективного планирования ремонтных работ. В настоящей работе, не претендуя на окончательное решение всех проблем в данной области, делается попытка решить часть из них на основе использования технологии магнитной локации. Для этого поставлены следующие цель и задачи.

Цель работы - повышение долговечности и безопасности магистральных трубопроводов совершенствованием методов контроля изоляционного покрытия на основе технологии магнитной локации.

Основные задачи

исследований 1. Анализ технического состояния изоляционного покрытия магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации.

2. Анализ существующих методов контроля изоляционного покрытия действующих трубопроводов и установление путей их совершенствования.

3. Разработка математического аппарата контроля трубопроводов с неоднородными характеристиками изоляции и грунта.

4. Совершенствование методов оценки остаточного ресурса изоляционного покрытия и обоснования объёмов ремонта.

5. Разработка приборного комплекса, использующего технологию магнитной локации, для контроля изоляционного покрытия.

Методы решения поставленных задач В работе использованы положения теории электричества в сплошных средах (в трубопроводе и грунте), методы математической физики, численное моделирование, метод конечных элементов.

Кроме того, использованы опыт контроля изоляционного покрытия подземных трубопроводов, результаты обследования ряда трубопроводов методами электрометрических измерений, данные внутритрубной диаг-ностики, результаты шурфовых осмотров. В процессе создания и отладки приборного комплекса использованы положения теории магнитной локации и некоторые достижения электроники.

Основой для решения данных задач явились труды отраслевых институтов (ИПТЭР, ВНИИСТ, ВНИИГАЗ), лабораторий и кафедр высших учебных заведений (УГНТУ, РГУНГ им. И.М. Губкина, МИЭТ) и других научных центров, специалистов АК Транснефтепродукт, работы ведущих ученых в данном направлении: Березина В.Л., Глазкова В.И., Глазова В.Н., Зиневича А.М., Колчина В.А., Коршака А.А., Кузнецова М.В., Мустафина Ф.М., Новосёлова В.Ф., Притулы В.В., Ращепкина К.Е., Шамшетдинова К.Л. и других.

Научная новизна работы 1. Установлено, что защитные свойства изоляционных материалов, измеряемые в локальных точках трубопровода (адгезия, электрическая плотность, переходное сопротивление), не могут служить критериями качества магистральных трубопроводов, находящихся в эксплуатации длительное время. При длительной эксплуатации все эти свойства приобретают характер случайных величин с увеличивающимся разбросом (дисперсией). Показано, что количественной характеристикой технического состояния изоляционного покрытия конечного участка действующего трубопровода может быть интегральное переходное сопротивление.

2. Разработаны универсальные методы определения интегрального переходного сопротивления изоляционного покрытия, основанные на полученных уравнениях распределения токов и потенциалов в действующем трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием. В качестве исходных данных могут быть использованы результаты электрометрических измерений на трубопроводе, а также результаты обследований методом магнитной локации.

3. Разработана методика численного моделирования распределения защитных токов и потенциалов на трубопроводе с учётом разнородности свойств изоляционного покрытия и динамики процессов старения и выборочного ремонта. Методика позволяет на основе данных по интегральным переходным сопротивлениям расчётным путём оценивать остаточный ресурс изоляционного покрытия в целом, оптимизировать планы восстановления покрытия по участкам и срокам.

4. Разработана методика обследования трубопровода с использованием технологии магнитной локации. Методика позволяет с высокой точностью получить магнитограмму трубопровода с точной привязкой на местности и зафиксировать её в виде электронного файла. Обработка полученной информации позволяет определить токи в трубопроводе на нескольких частотах, места утечки тока в грунт через изношенное или повреждённое покрытие, блуждающие токи. Полученная информация достаточна для реализации методов, указанных в пунктах 1 и 2.

На защиту выносятся:

- математический аппарат для описания распределения токов и потенциалов в действующем подземном трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием;

- критерий оценки качества изоляции - интегральное переходное сопротивление на конечных участках;

- методы расчётного определения интегрального переходного сопротивления изоляции действующих трубопроводов;

- методика оптимизации планов ремонта (по срокам и объёмам) изоляционного покрытия;

- методика обследования изоляционного покрытия с использованием технологии магнитной локации.

Практическая ценность и реализация результатов работы 1. Устранены логические ошибки в расчётных методах и формулах для количественной оценки параметров, характеризующих техническое состояние изоляционного покрытия действующих магистральных трубопроводов.

2. Разработаны методика обследования трубопровода на базе технологии магнитной локации и соответствующий приборный комплекс, позволяющие на новом качественном уровне выполнять диагностику изоляционного покрытия действующих магистральных трубопроводов, отвечающие современным требованиям.

3. Разработаны методы математической обработки результатов диагностики, позволяющие выполнять оценку остаточного ресурса изоляционного покрытия, обосновывать необходимость ремонта изоляции на дефектных местах и изношенных участках, оптимизировать объёмы и сроки ремонта по участкам.

Результаты исследований использованы при разработке документов:

- Методика оценки технического состояния изоляционного покрытия и фактического положения подземных трубопроводов с использованием технологии магнитной локации;

- Методика оценки остаточного ресурса изоляционного покрытия магистральных нефтепродуктопроводов.

С использованием разработанных методик обследованы и оценены изоляционные покрытия магистрального нефтепродуктопровода Куйбышев - Брянск протяженностью 105 км и магистрального аммиакопровода Тольятти - Одесса протяженностью 115 км.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на научно-технических, научно-практических конференциях, семинарах и т.п. по проблемам трубопроводного транспорта, в том числе:

- научно-практической конференции Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России (Уфа, 2007 г.);

- научно-практической конференции Роль науки в развитии топливно-энергетического комплекса в рамках VII Российского энергетического форума (Уфа, 2007 г.);

- научно-практической конференции Нефтегазовый сервис - ключ к рациональному использованию энергоресурсов в рамках международного форума НЕФТЕГАЗСЕРВИС-2007 (Уфа, 2007 г.);

- научно-практической конференции Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа в рамках XVI международной специализированной выставки Газ. Нефть. Технологии - 2008 (Уфа, 2008 г.).

Публикации По материалам диссертации опубликованы 12 печатных работ.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 101 наименование, и двух приложений. Изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 13 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность коллективам Института проблем транспорта энергоресурсов, Московского института электронной техники, а также своему научному руководителю за неоценимую помощь в выполнении настоящей работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные защищаемые положения.

В первой главе приводится анализ состояния изоляционного покрытия магистральных трубопроводов, находящихся в эксплуатации длительное время, а также обзор известных методов контроля и оценки эффективности защиты от коррозии.

Как известно, при длительной эксплуатации магистральные трубопроводы постепенно стареют. Старение лимеет много проявлений, в том числе следующие:

- металл труб и сварные швы постепенно охрупчиваются, накапливаются различные повреждения и дефекты на самом трубопроводе;