способ предотвращения разрушения трубопроводов
Классы МПК: | F16L58/00 Предохранение труб или фитингов от коррозии или от образования нежелательных отложений F16L57/00 Защита труб или деталей, имеющих подобную форму, от наружных или внутренних повреждений или износа |
Автор(ы): | Лисин В.Н., Будзуляк Б.В., Пужайло А.Ф., Спиридович Е.А., Лисин И.В., Щеголев И.Л. |
Патентообладатель(и): | РАО "Газпром" ДАО "Гипрогазцентр" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-05-27 публикация патента:
27.09.1999 |
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при строительстве новых и реконструкции действующих, преимущественно технологических трубопроводов обвязки компрессорных и насосных станций. Вносят в сертификаты свойств труб показатели поверхностной твердости (НВ) с маркировкой на поверхности труб зон превышения (НВ на 105 - 110%) зеленым цветом, 110 - 125% - желтым и более 125% - красным цветом относительно недеформированного материала. Производят расчет напряженно-деформированного состояния с учетом неравнопрочной конструкции трубы, производят расчет вероятности разрушения труб (наработка на отказ) PH. Перед монтажом в траншею плети труб испытывают на изгиб в упругой зоне с регистрацией акустико-эмиссионных (АЭ) сигналов в растянутой и сжатой зонах, при этом напряжения растяжения и сжатия в сегментах создают поворотом вокруг оси. Зарегистрированные сигналы АЭ в растянутой зоне маркируются знаком "+", в сжатой "-". Контроль за состоянием трубопроводной обвязки в процессе эксплуатации производят по установленным реперам силоизмерителями демпфирующих устройств, размещением пробников измерения коррозийных характеристик грунтов, акустико-эмиссионных датчиков. Измеряемые показатели посредством телемеханики поступают в блок программного обеспечения, в котором производится автоматизированный расчет текущего значения вероятности разрушения трубопроводной обвязки (наработка на отказ) Pt и по достижении Pt
PH происходит автоматическое отключение агрегатов компрессорных станций и перекрытие охранных кранов. Повышается надежность трубопроводов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138026/8805.gif)
Формула изобретения
1. Способ предотвращения разрушения трубопроводов, включая технологические трубопроводы компрессорных станций (КС), заключающийся в проектном расчете состояния трубопровода, контроле механических свойств труб при их изготовлении, испытании плетей труб, диагностировании действующего трубопровода с автоматизированным управлением режимом работы компрессорных станций и охранных кранов, отличающийся тем, что производят расчет фактического состояния трубопровода на стадии его строительства и эксплуатации с определением показателей наработки на отказ соответственно Рн и Рt и сравнивают эти показатели, для чего проектный показатель надежности уточняют путем определения и маркировки зон твердости труб, выявления методом акустической эмиссии зон растянутых и сжатых волокон в плетях труб при их изгибе и маркировки этих зон соответственно знаком "+" и "-", а строительство трубопровода ведут с учетом расположения знаков маркировки труб, определяют неравнопрочность труб по их сечению и с ее учетом рассчитывают показатель Рн на стадии строительства, при этом при диагностировании действующего трубопровода автоматизированно отслеживают перемещения трубопровода, его взаимодействие с грунтом и коррозионное состояние типов грунтов, для чего трубопровод снабжают реперами автоматизированного контроля перемещений трубопровода, датчиками его давления на окружающий грунт и пробниками измерения коррозионных характеристик грунтов и на основании диагностики производят автоматизированный расчет показателя Рt. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при достижении значений Р+![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138026/8805.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при строительстве новых и реконструкции действующих преимущественно технологических трубопроводов обвязки компрессорных и насосных станций (КС и НС). Известен способ прогнозирования дальнейшей работоспособности труб на участках, проработавших какой-то срок и не имеющих поверхностных дефектов в виде коррозионных повреждений и трещиноподобных дефектов, заключающийся в проверке уровня изменения механических свойств, определяемых на трубах представителях, путем испытания обычных стандартных образцов, а также проверка конструктивной прочности труб, взятых с участка, где трубы подвергались или могли подвергаться вибронагрузке в районе НС и КС и других местах [1]. Данный способ имеет следующие недостатки. 1. Требуется остановка транспорта перекачки продуктов. 2. Требуется изъятие труб из траншеи при подземном и наземном способах прокладки. 3. Затруднено выявление мест наиболее интенсивно подверженных процессу старения металла. 4. При испытаниях отдельно вырезанной катушки из трубопровода невозможно имитировать схему реально возникающих эксплуатационных нагрузок. 5. В настоящее время не разработана общепризнанная методика определения остаточного ресурса трубопровода и его элементов. Известен способ диагностики трубопроводов, заключающийся в оптимизации функции по совокупности аргументов в результате математического процесса дифференциации технических решений, позволяющий находить "золотое сечение", т.е. достигать цели при разумном минимуме затрат. Основной элемент в диагностической схеме по данному способу - это технический паспорт или карта технического состояния газопровода на конкретном временном этапе, который составляется по результатам приемки трубопровода в эксплуатацию с последующей корректировкой через определенные интервалы времени с поправками на изменение условий эксплуатации. Этот документ составляется на основе комплексного анализа исполнительной документации, актов приемки сооружения с приложениями сертификатов на трубы, сварочных журналов, актов по результатам испытаний и др. [2]. Данный способ имеет следующие недостатки. 1. Не учитываются технологические особенности формирования обечайки трубы. 2. Не рассматривается жизненно важный этап проектирования трубопровода. 3. Не контролируется процесс зарождения и степень опасности дефектов, полученных при транспортировке труб к месту строительства. 4. Не предусмотрено непрерывного контроля в "золотом сечении" в процессе эксплуатации. Известен способ диагностирования напряженного состояния в трубопроводах обвязки газоперекачивающих агрегатов, в крановом узле и абсорбере, заключающийся в использовании магнитно-шумового метода, позволяющий замерять не только компоненты напряженного состояния от действующих нагрузок, но и регистрировать внутренние напряжения, которые могут возникнуть в конструкции как при изготовлении, так и при ее эксплуатации [3]. Данный способ имеет следующие недостатки. 1. Требует дополнительного изучения физических закономерностей, получаемых результатов диагностирования. 2. Для установления изменения напряжений в трубопроводах вследствиe возможной подвижки грунтов под бетонными основаниями потребуется периодически осуществлять замеры в течениe целого года (май, сентябрь, декабрь и март). 3. Требуется наклейка розетки тензодатчиков непосредственно на трубопровод для тарировки магнитно-шумового сигнала. Известен способ оценки технического состояния трубопроводных обвязок оборудования дожимных компрессорынх станций, заключающийся в полной паспортизации всех элементов, локализации опасных сечений, действующих эквивалентных напряжений и запасов прочности в них, оценок с последующим обследованием некоторых опасных сечений с помощью измерения остаточных напряжений, позволяющий выявить основные факторы, приводящие к возникновению повышенных напряжений и неудовлетворительному состоянию [4]. Данный способ имеет следующие недостатки. 1. Паспортизация не выявляет дефектность элементов обвязки, свойственных технологиям их изготовления, транспортировки и монтажа. 2. Расчет действующих эквивалентных напряжений и запасов прочности опасных сечений не отражает кинетику их нарастания, что делает невозможным прогнозировать остаточный ресурс элементов и тем более обвязки в целом. 3. Эпизодические измерения остаточных напряжений не позволяют автоматически предотвращать разрушение трубопроводов. Известен способ оперативного контроля за процессом трещинообразования в трубопроводах, пылеуловителях, аппаратах воздушного охлаждения (АВО) газа и их элементах, заключающийся в регистрации, обработке и хранении акустико-эмиссионной информации при проведении пневмогидроиспытаний и в процессе эксплуатации с использованием многоканальной автоматизированной акустико-эмиссионной системы диагностирования (АЭСД-8) [5]. Данный способ имеет следующие недостатки. 1. Требует шурфовку подземной части трубопроводов через 4-5 м для установки пьезодатчиков. 2. Требует на каждой станции отрабатывать методику выделения сигналов АЭ на фоне механических помех работающих агрегатов КС. 3. Система АЭСД-8 не предусматривает оперативного вмешательства в управление работой агрегатов при обнаружении активных дефектов. Известен способ диагностики состояния металлических магистральных трубопроводов без остановки перекачки, например, в условиях капитального ремонта изоляции, заключающийся в том, что вскрывают участок трубопровода, и на вскрытом участке создают переменные изгибающие нагрузки, одновременно ведут контроль поперечных сварных стыков, измеряют амплитуду сигналов акустической эмиссии в частотном диапазоне 200-500 кГц установкой приборов АЭ на верхней стороне трубы, причем исключают влияние шумов в указанном диапазоне частот, а о наличии дефекта сварных стыков судят по превышению сигналов амплитуды заданного уровня [6]. Данный способ имеет следующие недостатки.:1. Невозможно применить в технологической обвязке в углах поворота, на компенсаторах и перемычках. 2. На прямолинейных участках при подъеме трубы и установке датчиков по верхней образующей остается неконтролируемой зона нейтральной оси напряжений, соответственно приходящаяся на 3 и 9 ч по окружности трубопровода. Известен способ акустико-эмиссионного неразрушающего контроля газопроводов, при котором в качестве контролируемых параметров выбраны интенсивность и суммарная акустическая эмиссия, сопровождающие процессы развития коррозионных и сварочных дефектов при гидростатических испытаниях газопроводов. В прибор встроен дискриминатор, позволяющий осуществлять амплитудную селекцию сигналов. Импульсы, преобразованные интенсиметром в постоянное напряжение, поступают на входы устройства сравнения для сопоставления с установленными допустимыми значениями. Результаты сравнения передаются в устройство формирования сигналов блока сигнализации, а на пульт оператора поступает информация о превышении допустимой величины интенсивности акустической эмиссии в каждой из контролируемых зон. Запись интенсивности наиболее активных из них воспроизводится на светолучевом осциллографе Н-115. Суммарная акустическая эмиссия накапливается соответственно в счетчиках импульсов. Расположение дефектов или запас прочности определяются путем последующей обработки динамики суммарной акустической эмиссии в отдельных каналах системы. Более точная локализация дефекта устанавливается при помощи ультразвукового дефектоскопа. Одновременно оценивается приращение общих коррозионных повреждений и определяется наработка на отказ и рассчитывается корректировка режима с целью предотвращения разрушений в процессе эксплуатации [7]. Известен способ предотвращения разрушения трубопроводов, принятый за прототип [8] . В известном решении производят проектный расчет состояния трубопровода, контролируют механические свойства труб при их изготовлении, проводят испытания плетей труб и трубопровода, осуществляют диагностику действующего трубопровода с автоматизированным управлением режимом работы компрессорной станции, кранов и задвижек. Известному способу присущи недостатки ранее известных решений. Задачей изобретения является предотвращение процесса разрушения трубопроводов на стадии производства труб, проектировании и эксплуатации трубопроводной обвязки "высокой" стороны компрессорных станций. Поставленная задача решается тем, что в известном способе предотвращения разрушения трубопроводов путем введения в сертификаты свойств труб показателей поверхностной твердости, измеренной по предварительно нанесенной сетке (на схеме не показано) зон возможных деформаций, производят расчет напряженно-деформированного состояния на стадии проектирования с учетом неравнопрочной конструкции трубы, размещением в зоне растяжения сечения трубы с повышенными механическими свойствами и минимальной концентрацией напряжений, производят оценки вероятности разрушения (наработка на отказ), Pн бездефектной обвязки, проводят АЭ отдельных элементов перед укладкой трубы в траншею, устанавливают реперы для автоматизированного контроля за перемещением отдельных участков и силоизмерительные датчики давления трубопровода на окружающий грунт, в местах расположения компенсаторов устанавливаются демпфирующие устройства, устанавливают пробники измерения коррозионных характеристик грунтов, устраивают колодцы с установкой акустико-эмиссионных датчиков, посредством телемеханики информация измеряемых эксплуатационных воздействий поступает в блок программного обеспечения, в котором производится автоматизированный расчет текущего значения вероятности разрушения (наработка на отказ) Pt, по достижении Pt
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138026/8805.gif)
- внесение в сертификаты механических свойств труб и элементов технологических трубопроводов по предварительно нанесенной сетке зон возможных деформаций при их производстве;
- проведение расчетов напряженно-деформированного состояния обвязки с учетом расположения зон концентрации напряжений в растянутых или сжимающих волокнах;
- проведение входного контроля методом акустической эмиссии отдельных труб и сваренных в плети перед их укладкой в траншею;
- установка подвижных и постоянных реперов с автоматизированным отслеживанием за перемещениями участков обвязки;
- установка демпфирующих устройств в районе компенсаторов;
- установка силоизмерителей сопротивления перемещению трубы в грунте;
- установка в каждый тип грунта пробника, с помощью которого в режиме реального времени измеряют удельное сопротивление грунта, окислительно-восстановительный потенциал, температуру, потенциал труба-земля и pH;
- расчет вероятности разрушения в процессе эксплуатационных нагрузок (наработка на отказ) Pн на стадии проектирования;
- передача результатов измерений по каналам телемеханики в программное обеспечение автоматизированного расчета напряженно-деформированного состояния и расчета текущего значения вероятности разрушения (наработка на отказ) Pt;
- автоматическое отключение агрегатов КС и перекрытие охранных кранов при наступлении условия, когда Pt
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138026/8805.gif)
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138026/8805.gif)
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138725/2138725-2t.gif)
где m - коэффициент условий работы участка газопровода, зависящий от категории участка;
К1 - коэффициент надежности по материалу труб;
Кн - коэффициент надежности по назначению газопровода, зависящий от его диаметра и рабочего давления;
R1н - нормативное значение временного сопротивления металла труб и сварных соединений. Способ осуществляют следующим образом. В проектном расчете напряженно-деформированного состояния трубопровода с использованием данных сертификатов и инженерных изысканий определяют проектный уровень (показатели) надежности трубопровода, в том числе и технологических трубопроводов компрессорных станций (КС). На стадии строительства трубопровода осуществляют его паспортизацию, для чего в процессе изготовления сварных труб и контроля их механических свойств по предварительно нанесенной сетке определяют показатели поверхностной твердости зон возможных деформаций труб с соответствующей маркировкой этих зон. После соединения труб в плети в ходе их испытаний методом акустической эмиссии выявляют зоны растянутых и сжатых волокон, и эти зоны маркируют соответственно знаками "+" или "-". Строительство трубопровода осуществляют с учетом расположения указанной маркировки, и физическими методами контроля выявляют наличие допустимых дефектов заводских и монтажных швов с регистрацией дефектов, а также согласованных отклонений в ходе строительства трубопровода. На основании паспортизации определяют неравнопрочность труб по их сечению и с ее учетом уточняют проектный показатель надежности с определением показателя наработки на отказ Pн. Результат расчетов вводят в автоматизированную систему управления режимом работы КС и охранных кранов. При диагностировании действующего трубопровода автоматизированно отслеживают его перемещения с использованием реперов и датчиков давления трубопровода на грунт. Влияние грунтов на коррозионное состояние трубопровода оценивают посредством размещенных в грунтах пробников. Данные диагностики вводят в автоматизированную систему управления режимом работы КС и охранных кранов. В предлагаемом способе вводится блок 3, в котором выполняется расчетная оценка вероятности разрушения бездефектного трубопровода, которая, например, для трубопровода 1220 х 12 мм из стали 17Г1С составляет Pразр = 1,93
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138003/183.gif)
![способ предотвращения разрушения трубопроводов, патент № 2138725](/images/patents/333/2138026/8805.gif)
1. Зиневич К. И. "О старении труб магистральных газопроводов", Ж. "Строительство трубопроводов", 1994, N 6, с. 2-5. 2. Иванцов О. М., Притула В.В., Карнавский В.В. "Диагностика трубопроводов в "Золотом сечении". Ж. "Строительство трубопроводов", 1994, N 6, с. 8-12. 3. Ланчаков Г.А., Степаненко А.И., Груднистый В.Н., Пашков Ю.И., Демаков М. В. , Ситников Л.Л., Ершов В.В. Ж. "Газовая промышленность", 1993, N 4, с. 15-18. 4. Левин И.Б., Гаврилов А.К. "Анализ результатов паспортизации трубопроводных обвязок ДКС МГПУ" ИРЦ Газпром, М., 1995, т. 11, с. 77-8. Пятая юбилейная международная деловая встреча "Диагностика-95". 5. Егоров И.Ф., Нефедьев Е.Ю., Савельев В.Н., Сидоренко В.Г., Тишкин А. П. "Методика и система акустико-эмиссионного диагностирования трубопроводных обвязок нагнетателей компрессорных станций". ИРЦ Газпром, 1997, т.3, с. 115-121. Седьмая международная деловая встреча "Диагностика-97". 6. А.с. 1828987 "Способ контроля действующего трубопровода без остановки перекачки". 7. Иваненко Л. А., Варваров А.Ф., Нескромный Л.Д. "Акустико-эмиссионный неразрушающий контроль газопроводов", Ж. "Строительство трубопроводов", 1989, N 3, с. 36-37. 8. "Сооружение и ремонт газонефтепроводов", Березин В.Л. и др., М., Недра, 1972 г., с. 27, 43, 68, 70, 75, 76, 117, 179, 180, 210, 216, 223, 226, 284-290, 303 (прототип).
Класс F16L58/00 Предохранение труб или фитингов от коррозии или от образования нежелательных отложений
Класс F16L57/00 Защита труб или деталей, имеющих подобную форму, от наружных или внутренних повреждений или износа