Публикация в СМИ: К вопросу о гарантиях

30.11.2010

Рубен ГАСПАРЯНЦ, президент ООО «ЧТПЗ-Инжиниринг», д.т.н. (Москва)

Повышение долговечности и эксплуатационной надежности магистральных нефте- и газопроводов - основная задача, стоящая как перед производителями труб, так и перед организациями, их эксплуатирующими. Причем последние в настоящее время требуют не только увеличения срока службы уже построенных трубопроводов с помощью их ремонта и введения всевозможных защит от действия агрессивных сред и пагубного воздействия тяжелых условий эксплуатации, но и гарантированной долговечности новых труб, изготовленных для работы в определенном трубопроводе.

 

Поставленная задача может быть решена с помощью про­ведения специальных расче­тов, которые позволят определить си­стему параметрических показателей -долговечность, вероятность возникно­вения отказа, предельное состояние, время до зарождения дефекта, гамма-ресурс и прочих.

Существуют два подхода для расчета труб на долговечность. Первый исполь­зуется в руководящих документах на тер­ритории стран бывшего СССР. В его осно­ве лежит прямой подход к расчетам ра­ботоспособности трубы [1]. По известным из сопротивления материалов зависимо­стям определяются напряжения, возника­ющие в сварном шве и основном металле при транспортировке нефти или газа под известным давлением. К ним добавляют­ся внешние напряжения, которые имеют место при определенных условиях строи­тельства магистрального трубопровода, например, надземный трубопровод с креплением труб на столбах-стойках. Эти напряжения вызывают деформации металла трубы, приводящие к появлению тре­щины. Используя физико-механические характеристики металла трубы, опреде­ляют время зарождения и скорость раз­вития трещины. По достижении крити­ческой толщины стенки трубы опреде­ляют долговечность.

Для определения работоспособности трубы, находящейся в эксплуатации, изучают имеющиеся дефекты и ско­рость их развития при данных услови­ях. По результатам расчета определя­ют срок службы и назначают время и вид проведения ремонтных работ для данной трубы.

При таком подходе к расчету работо­способности и долговечности труб исходными параметрами, кроме условий работы, являются размеры имеющегося дефекта. Считают, что данный дефект или группа дефектов развиваются под действием стресс-коррозии или цикли­ческих нагрузок. При этом определяют предельные состояния толщины стенки трубы, степень опасности имеющегося дефекта и необходимость проведения ремонтных работ.

Международная организация по стандартизации требует проведения расчетов на дол­говечность по своей методике [2], в ко­торой предлагается проводить расче­ты не для отдельно взятой трубы, а рас­сматривать объект в полной взаимосвя­зи со всеми происходящими события­ми на всех этапах его существования - производстве, хранении, транспорти­ровке, монтаже, эксплуатации, ремон­те. Такой подход позволяет учитывать все факторы (в том числе и случайные), связанные как с жизненным циклом са­мой трубы, так и участка магистраль­ного трубопровода, в состав которого данная труба входит. В этом коренное отличие международного стандарта от российских нормативных документов, описывающих методику расчета трубы на долговечность. Кроме того, между­народные стандарты определяют пре­дельное состояние, а российские - дол­говечность.

При проведении расчетов по методике [2] значительное развитие получил ме­тод оценки безопасности и рисков. Здесь рассматривается обеспечение надежно­сти, исходя из определения функции пре­дельного состояния. Различают четыре вида предельных состояний:

• предельное состояние по работоспо­собности, за пределами которого трубо­провод перестает соответствовать сво­им функциональным требованиям, на­пример, возникновение «овальности», задержка потока, накопление пластиче­ского напряжения, чрезмерные дефор­мации и смещения, повреждение или утрата защитных покрытий;

• предельное состояние по несущей способности, за пределами которого может произойти нарушение конструк­тивной целостности трубопровода, на­пример его прорыв, разрыв, локальное или повсеместное вспучивание, образо­вание нестабильных трещин или пла­стическое разрушение;

• усталостное предельное состояние, при котором вследствие накопления ци­клических нагрузок происходят те же яв­ления, что и в предыдущем случае;

• случайное предельное состояние, при котором те же явления, которые происходят вследствие действия фак­тора чрезвычайной силы, обычно имеющего длительный период повторяе­мости, например падение каких-либо объектов с высоты, землетрясения, за­цепление морскими тралами (для мор­ских трубопроводов).

Условия надежности являются глав­ными при проведении расчетов по ме­тодике [2]. Для качественного осущест­вления непосредственно расчетов не­обходимо провести значительный сбор информации относительно условий ра­боты, воздействия различных видов на­грузок, возможных изменений в режи­мах эксплуатации и обслуживания. Все эти характеристики должны быть оценены численно с помощью соответству­ющих коэффициентов.

Возможно проведение расчета дву­мя способами: с использованием веро­ятностного или детерминистического подхода. Вероятностный подход осно­ван на анализе надежности конструк­ций, в основу которого положено изуче­ние предельных состояний объекта при возможных условиях эксплуатации тру­бопровода. Детерминистический подход предполагает использование коэффици­ентов безопасности, применяемых к ха­рактеристическим нагрузкам и параме­трам сопротивления.

Оба способа рассматривают фак­тические предельные состоя­ния или модели разрушения -детерминистические или вероятност­ные и удовлетворяют требованиям по безопасности. Далее в общем виде рас­сматривают предельные состояния как функцию условий состояния трубы (в том числе в составе трубопровода) и нагружения. При этом определяется, ка­кие дефекты могут возникнуть при раз­личных видах нагружения (внутреннее и внешнее давление, термические эф­фекты, действие окружающей среды и прочие) и их сочетаниях, а также от действий третьей стороны (случайные ударные нагрузки). Расчеты рекоменду­ют проводить с помощью различных ме­тодов теории вероятности и оценки па­раметров распределения. Требуемую долговечность трубы обеспечивают с помощью разработки системы управ­ления функциональной целостностью трубопровода, которая должна предусматривать долгосрочную программу инспекций для всех конструктивных компонентов трубопровода. Таким об­разом, для проведения расчета по ме­тодике, предложенной Международной организацией по стандартизации, в ка­честве исходных характеристик преду­сматривается использование целого ком­плекса параметров, включающих в се­бя характеристики материала, техноло­гию изготовления, хранения, транспор­тировки, монтажа, особенности эксплу­атации и так далее.

Проводя анализ подходов к определе­нию работоспособности и долговечности трубы, представленных в российском и международном стандартах, можно выявить некоторую однобокость в рас­смотрении вопроса в каждом докумен­те. С одной стороны, это решение при­кладных задач со строго определенны­ми исходными параметрами, с другой - общий, описательный, вероятностный подход, рассматривающий работоспо­собность через выработанную систему коэффициентов. Очевидно, что для создания схемы расчета долговечности трубы необходимо соединить представ­ленные выше подходы в одной методи­ке. Для этого следует:

• применять вероятностные методы расчета в обязательном порядке для определения функций состояния объ­екта, зависящих от времени (например, зарождение и развитие коррозии, раз­витие трещины и другие), при этом ис­пользуя подход, обязывающий учиты­вать условия эксплуатации трубы как составной части трубопровода;

• определить методику дополни­тельных испытаний для расширения
  знаний о материале трубы, покрытия, зоны сварного шва в отдельности и всей трубы в общем;

• разработать обоснованную систему назначения коэффициентов, отвечаю­щих за изменение напряженного состо­яния материала трубы, в зависимости от условий, сопутствующих объекту на всех этапах жизненного цикла - изготов­лении, монтаже, эксплуатации, ремонте и последующей эксплуатации;

• скорректировать существующие методики расчета долговечности труб с известными дефектами с учетом веро­ятностного подхода, а также использо­вания методологии расчета трубы как составляющей трубопровода.

Использование предлагаемой мето­дики позволит выполнять обоснован­ные расчеты, гарантирующие опреде­ленную долговечность новой трубы в составе трубопровода при известных условиях эксплуатации.

Анализ способов обеспечения эксплуатационной надежности действующих магистральных трубопроводов показывает, что в связи с прогрессирующим старением систем магистрального трубопроводного транс­порта в условиях ограничения финансо­вых ресурсов требуется создание новых технических требований и методов под­тверждения соответствия установлен­ным нормативным показателям, осно­ванных на методологии оценки техни­ческого состояния и расчета технико-экономических, экологических и соци­альных рисков.

В настоящее время необходимо обе­спечить системный подход к формиро­ванию национальной стандартизации. Координацию работ в этом направле­нии должно осуществлять Федеральное агентство по техническому регулирова­нию и метрологии.

Примером такого системного подхо­да к разработке национальных стан­дартов может служить работа, выпол­ненная по заказу ОАО «ЧТПЗ» ведущи­ми научными организациями в обла­сти трубопроводного транспорта: ОАО «ВНИИСТ», ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», ИМАШ РАН, ФГУП НПО «ЦНИИчермет», ИМЕТ РАН, ЗАО НПО «Спецнефтегаз», ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ООО «НИИ ТНН». В рамках работы подготовлены проекты двух национальных стандар­тов: ГОСТ Р «Трубы для магистральных трубопроводов. Общие технические тре­бования» и «Трубы для магистральных нефтепроводов. Методика расчета на долговечность», которые направлены для включения в перспективный план работы Технического Комитета ТК 357 «Стальные и чугунные трубы и балло­ны» на 2011-2015 годы.

В проектах национальных стандартов помимо регламентации известных ра­нее действующих количественных по­казателей введены и новые показатели качества изготавливаемых труб. Прове­денные при разработке стандартов экс­периментальные исследования и теоре­тические расчеты подтверждают обосно­ванность показателей долговечности и соответствующих коэффициентов запа­са, что позволяет при сохранении пока­зателей по безопасности и надежности сократить металлоемкость на объектах трубопроводного транспорта.

 

Литература

ВРД 39-1.10-004-99. Методические рекомендации по количественной оцен­ке состояния магистральных газопро­водов с коррозионными дефектами, их ранжирования по степени опасности иопределению остаточного ресурса. ОАО «Газпром», 2000.

18013623 (2000). Нефтегазовая про­мышленность. Системы транспорт­ных трубопроводов.

 

 Статья опубликована в журнале «Технадзор» №11 (48) ноябрь 2010 г.