Обеспечение целостности магистральных
газопроводов путем проведения многократной
внутритрубной диагностики
к.т.н. Д.П. Варламов, д.э.н. В.А. Канайкин, д.т.н. О.И. Стеклов
Основные этапы технологии поддержания целостности магистральных газопроводов :
- регулярное проведение внутритрубной
дефектоскопии;
- оценка опасности выявленных дефектов
и мониторинг их развития;
- своевременное выполнение ремонтновосстановительных работ по дефектам,
представляющим опасность.
Очистной поршень
Назначение – первичная очистка
внутренней полости трубопровода
Магнитный очистной поршень
Назначение – очистка внутренней
полости трубопровода от
ферромагнитных отложений
и первичное промагничивание
Назначение - выявление
вмятин, гофр и овальности
труб, регистрация их размеров
и местоположения на трассе
газопровода.
Дефектоскоп с продольно приложенным магнитным полем
Внутритрубный двухсекционный магнитный дефектоскоп
продольного намагничивания с байпасным устройством.
Активный байпас с коэффициентом регулирования скорости прогона,
равным 6 (снижение скорости с 12 м/с до 2-3 м/с).
Назначение – выявление дефектов потери металла на внутренней
и внешней поверхностях стенки трубы:
общая и питинговая коррозия; поперечные канавки; поперечные трещины;
аномалии в поперечных сварных швах;
дефекты механического происхождения – задиры, царапины;
дефекты металлургического характера – внутристенные расслоения,
неметаллические включения
Дефектоскоп с поперечно приложенным магнитным полем
Внутритрубный двухсекционный магнитный дефектоскоп
поперечного намагничивания с байпасным устройством.
Назначение – выявление дефектов: потери металла – общая и питинговая коррозия,
продольные канавки; продольных трещин; КРН;
аномалий в продольных сварных швах;
дефектов механического происхождения продольной ориентации – задиры, царапины;
дефектов металлургического характера – внутристенных расслоений,
неметаллических включений
Дефекты общей и местной коррозии
Дефекты коррозионного растрескивания под напряжением
Методика анализа состояния и прогноза
дефектности участка магистрального
газопровода.
Дефекты общей и местной коррозии
600
Первая ВТД 2003г
Вторая ВТД 2006г
Третья ВТД 2008г
400
300
200
а)
100
Закритические дефекты общей коррозии
60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
50
Дефекты общей коррозии глубиной более
25% толщины стенки трубы
600
Дефекты, шт
Длина участка, км
40
30
20
500
б)
10
Дефекты, шт
Дефекты, шт
500
400
0
10
300
20
30
40
50
60
70
Длина участка, км
200
100
в)
0
10
20
30
40
50
60
70
Длина участка, км
80
90
100
110
80
90
100
110
0.40
0.35
0.34
0.32
0.33
0.32
0.30
0.30
0.25
0.21
0.19
0.20
0.15
0.14
0.15
0.10
а)
0.20
0.15
Средняя скорость по участку 0,24 мм в год
0.05
0.00
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Длина участка, км
Прогноз. Закритические и критические дефекты общей
коррозии в 2013г
30
24
25
Закритические
Дефекты, шт
Средняя скорость роста коррозии, мм / год
Скорость роста дефектов общей коррозии
19
20
Критические
15
10
7
6
5
5
б)
8
3
1
0
0
10
20
1
30
0
40
50
0 0
60
0
70
Длина участка, км
1
0 0
0 0
0 0
0
80
90
100
110
Дефекты КРН
120
Первая ВТД 2003г
80
Вторая ВТД 2006г
Третья ВТД 2008г
60
40
20
а)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Длина участка, км
Трубы с дефектами КРН в зоне 10-40км
18
16
Дефектные трубы, шт
Дефекты, шт
100
14
12
10
8
6
б)
4
2
0
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
Длина участка, км
31
33
35
37
39
Состав труб участка
4000
3688
3500
Двухшовные
Одношовные
2992
2500
2000
2026
1500
1000
711
500
0
65
1
15.7
17.5
Трубы с дефектами КРН в 2008г
18.7
70
Толщина стенки трубы, мм
68
60
Трубы с дефектами, шт
Трубы, шт
3000
а)
Двухшовные
Одношовные
50
40
30
20
10
б)
5
3
1
0
15.7
17.5
Толщина стенки трубы, мм
18.7
120
Раскладка труб по зоне 1040км участка
а)
15,7мм Двухшовные
15,7мм Одношовные
100
18,7мм и более
Трубы, шт
80
60
40
20
0
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
Длина участка, км
Трубы с дефектами КРН в
зоне 10-40км
б)
Дефектные трубы, шт
18
16
Первая ВТД 2003г
14
Вторая ВТД 2006г
Третья ВТД 2008г
12
10
8
6
4
2
0
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
Длина участка, км
31
33
35
37
39
Зарождение и развитие дефектов КРН в
магистральных газопроводах, как
многофакторная динамическая система
Удельная дефектность КРН в зависимости от толщины стенки и типа изготовления
труб диаметром 1420мм
45
41.14
Двухшовные
Труб с дефектами КРН на 100 000 труб
40
Одношовные
Спиральношовные
35
30
25.29
25
20.99
20
15
13.24
10.58
10
4.53
5
0
15-17.5мм
18-19.5мм
Толщина стенки трубы, мм
20-24мм
15-17.5мм 2ш
12
11
10.5
10
9.5
9
11.5 16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
8.5
3.5
8
15-17.5мм 1ш
4
7.5
4.5
7
12
5
6.5
11
5.5
6
10.5
10
9.5
9
11.5 16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
8.5
3.5
8
4
7.5
4.5
7
5
6.5
5.5
6
Дефектность КРН в зависимости от расстояния от дефекта до продольного
сварного шва в двухшовных и одношовных тонкостенных труб
45
42.3
Двухшовные
40
Одношовные
Дефекты КРН, %
35
30
25
20.5
20
15.6
15
12.9
9.1
10
9.0
5.7
8.2
7.2
8.7
7.2
2
2.5
8.8
9.4
7.7
7.5
6.6
6.7
6.8
5
0
0.5
1
1.5
3
3.5
4
4.5
Расстояние до продольного сварного шва, час
5
5.5
6
Удельная дефектность КРН по участку МГ толстостенных и тонкостенных труб
различного вида для магистральных газопроводов диаметра 1420мм.
700
Двухшовные трубы со стенкой 15.8мм
Одношовные трубы со стенкой 15.8мм
Трубы со стенкой более 18мм
Удельная дефектность КРН на 50 000 труб
600
500
400
300
200
100
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Длина участка, %
65
70
75
80
85
90
95
100
Зависимость уровня достижимых напряжений на участке в зависимости от
толщины стенки трубы магистральных газопроводов диаметром 1420мм
480
470
468
Уровень достижимых напряжений, МПа
462
460
Трубы 15.8мм
Трубы 18мм
456
449
450
443
440
437
431
430
424
418
420
410
412
411
405
400
400
394
389
390
383
378
380
373
370
367
362
360
350
10
20
30
40
50
60
70
Длина участка газопровода, %
80
90
100
Методика выявления потенциально-опасных по дефектам КРН
зон участков магистральных газопроводов
Отметки поверхности земли
Нитка1 2006г
Нитка1 Трубы 15.7мм 2ш
Болото
Нитка1 2003г
Нитка1 2008г
Нитка1 Трубы 18.7-24мм
Водный переход
5
Нормированное значение
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0.1
5.1
10.1
15.1
20.1
25.1
30.1
Длина участка, км
35.1
40.1
45.1
Мониторинг дефектности и прогноз состояния
единой многониточной системы магистральных
газопроводов Западной Сибири.
Общая коррозия в регионе Западная Сибирь
Первая ВТД 2000-2002гг
Вторая ВТД 2003-2006гг
Третья ВТД 2007-2009гг
КС 13
КС 10
КС 12
КС 14
Зап. граница
Газ
OY: 0-800 дефектов
OX: от начала
до конца участка
по 10 километров
КС 11
КС 9
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
Нитка 4
Нитка 5
Нитка 6
Закритические дефекты общей коррозии в регионе Западная Сибирь
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
Первая ВТД 2000-2002гг
Вторая ВТД 2003-2006гг
Третья ВТД 2007-2009гг
OY: 0-20 дефектов
OX: от начала
до конца участка
по 10 километров
Нитка 4
Нитка 5
Нитка 6
Зап. граница КС 14
КС 13
КС 12
КС 11
Газ
КС 10
КС 9
Прогноз на 2015 год
Опасные дефекты общей коррозии в регионе Западная Сибирь
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
Закритические
Нитка 4
Критические
OY: 0-50 дефектов
OX: от начала
до конца участка
по 10 километров
Нитка 5
Нитка 6
Зап. граница КС 14
КС 13
КС 12
Газ
КС 11
КС 10
КС 9
КРН в регионе Западная Сибирь
Первая ВТД 2000-2002гг
Вторая ВТД 2003-2006гг
Третья ВТД 2007-2009гг
КС 13
КС 10
КС 12
КС 14
Зап. граница
Газ
OY: 0-30 дефектов
OX: от начала
до конца участка
по 10 километров
КС 11
КС 9
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
Нитка 4
Нитка 5
Нитка 6
Раскладка труб по участкам в регионе Западная Сибирь
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
15,7мм Двухшовные
15,7мм Одношовные
15,7мм Спиральношовные
Нитка 4
18,7мм и более
OY: 0-900 труб
OX: от начала
до конца участка
по 10 километров
Нитка 5
Нитка 6
Зап. граница КС 14
КС 13
КС 12
КС 11
Газ
КС 10
КС 9
КРН в регионе Западная Сибирь
Подверженные КРН трубы
250
222
Первая ВТД 2000-2004гг
Вторая ВТД 2005-2009гг
150
100
100
а)
74
50
26
Скорость роста дефектов КРН
24
4
0
Глубина менее 20%t
15-17.5мм 2ш
15-17.5мм 1ш
18.7мм и более
Глубина 20-40%t
Глубина более 40%t
140
120
100
Дефекты, шт
Трубы, шт
200
80
60
40
б)
20
0
2.2
2.1
2
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Скорость роста дефектов, мм/год
Аномальные кольцевые сварные швы в регионе Западная Сибирь
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
Нитка 4
Шкала 0Y на всех диаграммах
0-100 дефектов.
Шкала 0Х - длины участков в
километрах, разбитые по 10
километров.
Нитка 5
Нитка 6
Газ
Зап. граница КС 14
КС 13
КС 12
КС 11
КС 10
КС 9
Виды аномалий стыков, выявленные в Западной Сибири и Центральном регионе.
50
Центральный регион
44.3
46.5
45
Аномальные стыки, %
40
35
Западная Сибирь
36.8
33.6
29.6
30
25
20
15
9.2
10
5
0
Неопределена по ВТД
Смещение
кромок/Непровар
Вид аномалии
Коррозия
Анализ рисков эксплуатации системы
магистральных газопроводов России
Трубы с КРН
Закритическая коррозия
Ан. стыки более ¼ перим.
Нитка 1
Нитка 2
Нитка 3
Нитка 4
Нитка 5
Нитка 6
Центральный
Поволжье
Урал
Западная Сибирь
Объём дефектоскопии, тыс. км.
Аварийность, аварий в год на 100000 км
25
20
15
10
5
0
2003
2004
2005
2006
2007
Год
2008
2009
2010
Нитка 4
0.018
0.016
0.014
Вероятность (биномиальное
распределение)
0.020
0.400
КРН
Закритическая коррозия
0.350
0.300
Стыки
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
1
0.012
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Чрезвычайное событие, шт
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
Центральный
Поволжье
Урал
Западная Сибирь
Нитка 4
Прогноз
0.018
0.016
Вероятность (биномиальное
распределение)
0.020
КРН
Закритическая коррозия
0.400
0.350
Стыки
0.300
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
0.014
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Чрезвычайное событие, шт
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
Центральный
Поволжье
Урал
Западная Сибирь
Центральный
Поволжье
6
Чрезвычайное событие, шт
0.04
0.02
0
9
Урал
Западная Сибирь
КС 09 - КС 10
КС 10 - КС 11
КС 11 - КС 12
КС 12 - КС 13
КС 13 - КС 14
0
КС 14 - Зап. гр.
0.1
Вост. гр. - КС 1
0.2
КС 1 - КС 2
КС 2 - КС 3
КС 3 - КС 4
8
КС 4 - КС 5
7
КС 5 - Зап.гр.
Вост.гр. - КС 1
5
КС 1 - КС 2
4
КС 2 - КС 3
3
КС 3 - КС 4
2
КС 4 - Зап. гр.
1
Вост. гр. - КС 1
0.06
КС 1 - КС 2
0.08
КС 2 - КС 3
0.1
Вероятность (биномиальное
распределение)
0.12
КС 3 - КС 4
КС 4 - Зап. гр.
Вероятность ЧС
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
Текущий
момент
Прогноз
10
Заключение
1.
Для недопущения увеличения в разы в ближайшие пять лет вероятности отказа
системы магистральных газопроводов в следствии естественного старения и
возникновения массового зарождения и развития новых опасных видов дефектов,
необходимо принятие комплексной программы по выявлению и устранению как
дефектов, так и причин возникновения дефектов магистральных газопроводов.
2. Управление рисками безопасной эксплуатации системы магистральных газопроводов
возможно в настоящий момент путём наиболее полного использования данных
внутритрубной дефектоскопии при оценке вероятности отказов.