image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 10 2016

Сварка

01.10.2016 10:00 Система обеспечения надежности сварных соединений магистральных газопроводов на основе инновационных научно-методических и технологических решений

Рассмотрены результаты теоретических, экспериментальных и внедренческих работ в области обеспечения надежности кольцевых сварных соединений магистральных газопроводов. Отмечено, что в рамках системы на основе новых подходов к оценке несущей способности сварных соединений и современных технологий неразрушающего контроля разработаны и внедрены нормативно-методические, технические и организационные решения, обеспечивающие повышение достоверности оценок прочности и, как следствие, существенное снижение необоснованной отбраковки и ремонта.

Новизна научно-технической идеи обусловлена разработкой иерархической структуры расчетных моделей и критериев прочности сварных соединений с дефектами, адаптированной к составу исходных данных о свойствах материалов, техническим возможностям применяемой системы неразрушающего контроля и характеристикам нагруженности сварных соединений. Обоснование норм оценки качества сварных соединений выполняют с учетом результатов лабораторных, стендовых и натурных испытаний, проведенных в целях уточненной оценки физико-механических свойств основного металла и металла сварных соединений по широкой группе показателей, включая характеристики трещиностойкости.

Ключевые положения системы реализованы в СТО Газпром 2-2.4-715-2013 «Методика оценки работоспособности кольцевых сварных соединений магистральных газопроводов».

Положения системы в полном объеме применены при строительстве сухопутных и морских магистральных газопроводов ПАО «Газпром», выборочном и капитальном ремонте, а также при экспертизе технического состояния объектов с признаками нарушения проектного состояния.

Рассмотрены особенности разработки и применения норм оценки качества сварных соединений в рамках реализации инвестиционных проектов магистральных газопроводов ПАО «Газпром».

Ключевые слова: надежность, сварное соединение, нормы оценки качества, дефект, неразрушающий контроль.
Ссылка для цитирования: Алимов С.В., Вышемирский Е.М., Нефедов С.В., Силкин В.М., Овсянников Е.Н. Система обеспечения надежности сварных соединений магистральных газопроводов на основе инновационных научно-методических и технологических решений // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 10. С. 82–86.
Открыть PDF


Общая протяженность магистральных газопроводов большого диаметра, эксплуатируемых ПАО «Газпром», составляет свыше 160 тыс. км, причем более 40 % из них составляют газопроводы, проложенные и эксплуатируемые в сложных природно-климатических и грунтово-геологических условиях Крайнего Севера, Западной Сибири, регионах Дальнего Востока, а также в морских акваториях. К природно-климатическим особенностям указанных регионов относятся экстремально низкие температуры, процессы сезонного промерзания и растепления окружающего трубопровод грунта, наличие участков многолетней мерзлоты, морозное пучение грунта, постоянное и сезонное обводнение территории и другие осложняющие факторы. Специфические трудности возникают при строительстве морских газопроводов, особенно в северных акваториях. В таких условиях необходимо привлечение дополнительных технических, организационных и финансовых ресурсов для обеспечения требуемых темпов строительства морских объектов в условиях короткой навигации.

1.jpg

С технической точки зрения, сварные соединения относятся к наиболее ответственным элементам магистральных газопроводов. Оценка их работоспособности является одним из определяющих факторов в обеспечении надежной и безопасной эксплуатации и представляет собой актуальную научно-техническую проблему.

В рассматриваемой работе поставлена и решена задача научного обоснования, разработки и внедрения модернизированной системы обеспечения надежности сварных соединений, применение которой обеспечивает надежность и безопасность сварных соединений при одновременном исключении неоправданных затрат на отбраковку и ремонт при строительстве и эксплуатации объектов транспорта углеводородов.

Само понятие «система обеспечения надежности сварных соединений» объединяет комплекс методологических, научно-технических и организационных решений, направленных на формирование принципиально новых и существенно модернизированных подходов к выполнению сварочных работ и неразрушающему контролю сварных соединений.

На рис. 1 показана связь между исходными проблемами, принципиально возможными направлениями их решения и совокупностью конкретных методов, реализованных в рамках указанных направлений. В работе на основе новой методологии и современных технологий неразрушающего контроля разработаны и внедрены нормативно-методические, технические и организационные решения, обеспечивающие существенную экономию при строительстве и техническом обслуживании объектов магистральных газопроводов. Положительный технический и экономический результат достигается за счет исключения необоснованной отбраковки и ремонта, а также сокращения сроков выполнения работ при одновременном полном соблюдении требований к прочности и надежности сварных соединений.

1_1.jpg

Основные факторы, определяющие новизну методологических, научно-технических и организационных решений, приведены на рис. 2. Новизна идеи обусловлена: разработкой универсальной иерархической структуры расчетных моделей и критериев прочности сварных соединений с дефектами, адаптированной к составу исходных данных о свойствах материалов, системе неразрушающего контроля и данным о нагрузках и воздействиях; выполнением анализа на основе результатов расширенных лабораторных, стендовых и натурных испытаний, проведенных в целях определения фактических физико-механических свойств основного металла и металла сварных соединений.

На рис. 3 показаны основные этапы работы, выполненные в 2004–2015 гг.,
включающие разработку основных методологических и технологических решений. Нормативное закрепление предложенных подходов было последовательно выполнено в [1] и [2].

Одним из оснований для выполнения рассматриваемой работы послужили проблемы, проявившиеся в 2008 г. после начала строительства морского перехода через Байдарацкую губу первой нитки СМГ «Бованенково – Ухта». В условиях ограниченной по срокам навигации на ремонт сварных соединений было затрачено в общей сложности около 15 суток. Причина этого проста: при плановом режиме работы сварка и контроль сварного стыка на трубоукладочном судне занимают около 15 минут, в то время как для ремонта сварного соединения с учетом особенностей технологии требуется 3–4 часа.

Близкие, по сути, проблемы имели место и на сухопутных участках, на которых по результатам неразрушающего контроля на основе действующих на тот момент норм ежегодно браковалось 10–20 %, а в ряде случаев – до 100 % сварных соединений, уже эксплуатируемых от 5 до 40 и более лет.

1_2.jpg

Проведенный авторами работы анализ показал, что значительный объем отбраковки сварных соединений на этапах строительства был вызван применением избыточно жестких норм оценки опасности дефектов в кольцевых сварных соединениях. На тот момент применение максимально жестких норм рассматривалось как один из вариантов компенсации недостаточной полноты и достоверности данных о свойствах основного металла и металла сварных соединений, данных о нагрузках на сварное соединение и ограниченных технических возможностей средств неразрушающего контроля. При определении норм допустимой дефектности в нефтегазовой отрасли были использованы наиболее неблагоприятные и чрезвычайно редко реализуемые сочетания минимальных значений прочностных и ресурсных характеристик металла сварных соединений и наиболее высокие значения нагрузок и воздействий.

В основу разработки была положена принципиально новая концепция многоуровневой системы оценки работоспособности кольцевых сварных соединений. Новая система имеет ряд коренных отличий от применяемых ранее подходов. Основное и самое результативное отличие состоит в том, что на каждом из трех предусмотренных системой уровней требования к допустимым размерам дефектов сформированы с учетом технических возможностей средств диагностики, физико-механических свойств металла, комплексного анализа напряженно-деформированного состояния сварных соединений. Тем самым обеспечена адаптация норм оценки качества к реальным условиям эксплуатации объектов транспорта углеводородов [3–6].

На рис. 4 приведено сопоставление норм оценки качества кольцевых сварных соединений, разработанных на основе нового подхода [2], предусматривающего применение средств автоматизированного ультразвукового контроля, с нормами радиографического контроля, реализованными в [1]. Значения допустимых дефектов приведены для поверхностных (рис. 4а) и внутренних (рис. 4б) дефектов, соответственно, применительно к кольцевым сварным соединениям труб типоразмера
812,8 х 36,5 мм. Темные прямоугольники на графиках ограничивают области допустимых размеров дефектов в соответствии с требованиями [1]. Подробные комментарии к значениям допустимых размеров дефектов, определенным на основе разработанного подхода с использованием последовательно расширяемого состава исходных данных о свойствах металла сварных соединений и параметров дефектов при переходе от начального самого жесткого первого уровня оценки ко второму и третьему (экспертному) уровням, приведены на рис. 4б.

1_3.jpg

При разработке норм оценки качества подлежат учету технические возможности применяемых средств неразрушающего контроля в части выявления оценки условных размеров дефектов сварных соединений. Соответствующие «ужесточающие» поправки к допустимым размерам дефектов показаны пунктирными линиями.

На основе проведенных широкомасштабных научных исследований, лабораторных и натурных испытаний, комплекса технологических работ по применению новых средств неразрушающего контроля было выполнено расчетное обоснование и формирование новых норм оценки работоспособности кольцевых сварных соединений. Применение новых норм способствовало исключению необоснованной отбраковки и ремонта кольцевых сварных соединений при строительстве, выборочном и капитальном ремонте по всем основным объектам инфраструктуры транспорта газа при одновременном полном выполнении требований к надежности сварных соединений.

Результаты работы получили широкомасштабное внедрение при строительстве новых, реконструкции и ремонте действующих объектов транспорта газа ПАО «Газпром».

В 2008–2013 гг. отдельные элементы, а затем и система в целом были успешно применены в рамках реализации инвестиционных проектов морских газопроводов ПАО «Газпром»: для четырех ниток перехода через Байдарацкую губу
СМГ «Бованенково – Ухта», МГ «Джубга – Лазаревское – Сочи», морского перехода через пролив Невельского МГ «Сахалин – Хабаровск – Владивосток», морских газопроводов проекта «Обустройство Киринского месторождения».

Разработанная авторами система обеспечения надежности сварных соединений в полной мере применена в настоящее время при строительстве магистрального газопровода «Сила Сибири». В рамках этого проекта за счет внедрения новых подходов созданы важные дополнительные предпосылки для максимально эффективного применения современных высокопроизводительных автоматизированных сварочных комплексов и средств неразрушающего контроля, что способствовало повышению качества сварных соединений, выявлению и отбраковке дефектов, выполняемых в единой связке в режиме высокой производительности.

Как было отмечено выше, основная область применения полученных результатов – трубопроводный транспорт углеводородов. Однако разработанные и уже широко апробированные подходы могут быть применены к другим объектам, эксплуатируемым в нефтегазовой промышленности и топливно-энергетическом комплексе, в целях обеспечения надежности сварных соединений трубопроводов и технологического оборудования различного назначения.


р1.jpg



← Назад к списку


im - научные статьи.