К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики
В мировой и отечественной практике эксплуатации сухопутных магистральных трубопроводов наблюдается тенденция использования различных методов их ремонта сваркой без сопутствующей остановки транспорта продукта. При этом планирование определенного метода ремонта, являющееся важным этапом гарантировани...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102278 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики / А.С. Миленин // Автоматическая сварка. — 2013. — № 05 (721). — С. 30-39. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102278 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Миленин, А.С. 2016-06-11T19:17:18Z 2016-06-11T19:17:18Z 2013 К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики / А.С. Миленин // Автоматическая сварка. — 2013. — № 05 (721). — С. 30-39. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102278 621.791.004.9 В мировой и отечественной практике эксплуатации сухопутных магистральных трубопроводов наблюдается тенденция использования различных методов их ремонта сваркой без сопутствующей остановки транспорта продукта. При этом планирование определенного метода ремонта, являющееся важным этапом гарантирования эффективности и безопасности восстановления несущей способности дефектных участков магистральных трубопроводов, требует разработки соответствующих методологических основ анализа поврежденности конструкции, оценки допустимости эксплуатации и прогнозирования остаточного ресурса. В рамках настоящей работы предложена многоуровневая методика численного анализа результатов внутритрубной диагностики состояния линейных частей магистральных трубопроводов, учитывающая специфику их ремонта без вывода из эксплуатации и позволяющая на основе численного ранжирования дефектов различной природы оптимизировать ремонтно-восстановительные работы на протяженных участках трубопровода. В зависимости от имеющихся данных технической диагностики состояния конкретного линейного участка магистрального трубопровода предлагается использовать различные уровни ранжирования: на основе разделения всех дефектов на группы допустимости посредством оценки остаточного коэффициента запаса прочности в области конкретного дефекта или с помощью расчета вероятности нарушения целостности стенки трубопровода. Различная степень консервативности предложенной методологии в зависимости от полноты входных данных позволяет анализировать результаты внутритрубной диагностики с необходимой точностью и эффективно планировать устранение обнаруженных дефектов методами ремонта трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Библиогр. 12, табл. 10, рис. 5. Публикуется по материалам доклада, представленного на Шестой международной конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах», 29 мая–1 июня 2012 г., пос. Кацивели. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики Towards the planning of repair of main pressure pipelines on the basis of intrapipe diagnostics results Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики |
| spellingShingle |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики Миленин, А.С. Научно-технический раздел |
| title_short |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики |
| title_full |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики |
| title_fullStr |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики |
| title_full_unstemmed |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики |
| title_sort |
к вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики |
| author |
Миленин, А.С. |
| author_facet |
Миленин, А.С. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Towards the planning of repair of main pressure pipelines on the basis of intrapipe diagnostics results |
| description |
В мировой и отечественной практике эксплуатации сухопутных магистральных трубопроводов наблюдается тенденция использования различных методов их ремонта сваркой без сопутствующей остановки транспорта продукта.
При этом планирование определенного метода ремонта, являющееся важным этапом гарантирования эффективности
и безопасности восстановления несущей способности дефектных участков магистральных трубопроводов, требует
разработки соответствующих методологических основ анализа поврежденности конструкции, оценки допустимости
эксплуатации и прогнозирования остаточного ресурса. В рамках настоящей работы предложена многоуровневая
методика численного анализа результатов внутритрубной диагностики состояния линейных частей магистральных
трубопроводов, учитывающая специфику их ремонта без вывода из эксплуатации и позволяющая на основе численного ранжирования дефектов различной природы оптимизировать ремонтно-восстановительные работы на протяженных участках трубопровода. В зависимости от имеющихся данных технической диагностики состояния конкретного линейного участка магистрального трубопровода предлагается использовать различные уровни ранжирования: на основе разделения всех дефектов на группы допустимости посредством оценки остаточного коэффициента
запаса прочности в области конкретного дефекта или с помощью расчета вероятности нарушения целостности
стенки трубопровода. Различная степень консервативности предложенной методологии в зависимости от полноты
входных данных позволяет анализировать результаты внутритрубной диагностики с необходимой точностью и
эффективно планировать устранение обнаруженных дефектов методами ремонта трубопроводов без вывода их из
эксплуатации. Библиогр. 12, табл. 10, рис. 5.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102278 |
| citation_txt |
К вопросу планирования ремонта магистральных трубопроводов под давлением на основе результатов внутритрубной диагностики / А.С. Миленин // Автоматическая сварка. — 2013. — № 05 (721). — С. 30-39. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT mileninas kvoprosuplanirovaniâremontamagistralʹnyhtruboprovodovpoddavleniemnaosnoverezulʹtatovvnutritrubnoidiagnostiki AT mileninas towardstheplanningofrepairofmainpressurepipelinesonthebasisofintrapipediagnosticsresults |
| first_indexed |
2025-11-26T02:52:29Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:52:29Z |
| _version_ |
1850609385313665024 |
| fulltext |
УДК 621.791.004.9
К ВОПРОСУ ПЛАНИРОВАНИЯ РЕМОНТА МАГИСТРАЛЬНЫХ
ТРУБОПРОВОДОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ НА ОСНОВЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ ВНУТРИТРУБНОЙ ДИАГНОСТИКИ*
А. С. МИЛЕНИН
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
В мировой и отечественной практике эксплуатации сухопутных магистральных трубопроводов наблюдается тен-
денция использования различных методов их ремонта сваркой без сопутствующей остановки транспорта продукта.
При этом планирование определенного метода ремонта, являющееся важным этапом гарантирования эффективности
и безопасности восстановления несущей способности дефектных участков магистральных трубопроводов, требует
разработки соответствующих методологических основ анализа поврежденности конструкции, оценки допустимости
эксплуатации и прогнозирования остаточного ресурса. В рамках настоящей работы предложена многоуровневая
методика численного анализа результатов внутритрубной диагностики состояния линейных частей магистральных
трубопроводов, учитывающая специфику их ремонта без вывода из эксплуатации и позволяющая на основе чис-
ленного ранжирования дефектов различной природы оптимизировать ремонтно-восстановительные работы на про-
тяженных участках трубопровода. В зависимости от имеющихся данных технической диагностики состояния кон-
кретного линейного участка магистрального трубопровода предлагается использовать различные уровни ранжиро-
вания: на основе разделения всех дефектов на группы допустимости посредством оценки остаточного коэффициента
запаса прочности в области конкретного дефекта или с помощью расчета вероятности нарушения целостности
стенки трубопровода. Различная степень консервативности предложенной методологии в зависимости от полноты
входных данных позволяет анализировать результаты внутритрубной диагностики с необходимой точностью и
эффективно планировать устранение обнаруженных дефектов методами ремонта трубопроводов без вывода их из
эксплуатации. Библиогр. 12, табл. 10, рис. 5.
К л ю ч е в ы е с л о в а : магистральный трубопровод, ремонт без вывода из эксплуатации, внутритрубная диаг-
ностика, дефект, планирование, ранжирование
Использование различных методов ремонта без
вывода из эксплуатации магистральных трубоп-
роводов (МТ) является одним из современных
подходов поддержания их работоспособности.
Интерес к подобного рода технологиям прежде
всего обусловлен экономической выгодой и нез-
начительным негативным воздействием на окру-
жающую среду. Кроме того, возможно долгос-
рочное планирование локальных ремонтных ра-
бот, которое позволяет непрерывно поддерживать
ресурс безопасной эксплуатации трубопровода на
необходимом уровне [1–3].
Проведение ремонтных работ на действующем
МТ сопряжено со следующими характерными тех-
нологическими и методологическими задачами [4]:
— планированием локальных ремонтных ра-
бот на протяженных участках МТ с различной
степенью эксплуатационной поврежденности с
точки зрения минимизации риска аварийных си-
туаций;
— выбором параметров ремонта с позиций га-
рантирования безопасности проведения ремонт-
ных работ на трубопроводе под внутренним дав-
лением;
— обеспечением работоспособности участков
МТ, несущая способность которых была восста-
новлена методами ремонта без вывода из эксплу-
атации.
Решение этих задач является комплексным и
включает как разработку новых методологичес-
ких основ планирования и оптимизации парамет-
ров ремонта, так и реализацию наукоемких тех-
нологий ремонта дефектных участков МТ под дав-
лением. Современные нормативные документы и
практические рекомендации по большей части
ориентированы на капитальный ремонт дефект-
ных сухопутных МТ, что не позволяет учитывать
специфику ремонта под давлением и эффективно
планировать восстановительные работы, в част-
ности, по результатам внутритрубной диагности-
ки (ВТД) состояния линейных участков МТ. К
таким особенностям следует отнести вопросы
ранжирования обнаруженных в процессе ВТД де-
фектов; учет естественного разброса имеющихся
данных о размерах и положении дефектов, фак-
тических свойствах металла трубопровода; выбор
метода ремонта с точки зрения максимального
ресурса эксплуатации отремонтированной конс-
трукции. С целью учета характерных особеннос-
* Публикуется по материалам доклада, представленного на Шестой
международной конференции «Математическое моделирование и ин-
формационные технологии в сварке и родственных процессах», 29
мая–1 июня 2012 г., пос. Кацивели.
© А. С. Миленин, 2013
30 5/2013
тей планирования ремонтно-восстановительных
работ на магистральных трубопроводах без вы-
вода их из эксплуатации в ИЭС им. Е. О. Патона
НАН Украины была разработана многоуровневая
методика ранжирования обнаруженных при тех-
нической диагностике дефектов.
Основными дефектами МТ являются дефекты
типа несплошности металла коррозионной,
стресс-коррозионной природы (локальная и общая
коррозионная потеря металла, трещины стресс-
коррозии), дефекты сварных швов (непровары, по-
ры), дефекты формы (вмятины) [5]. Их допусти-
мость определяется различными национальными
и отраслевыми стандартами и регламентными
нормами, основанными на детерминированных
критериальных соотношениях. При этом для уче-
та стохастических отклонений входных данных
от известных значений используются различные
коэффициенты запаса прочности и надежности
[6–8], что является максимально консервативным
подходом. Так, предельное состояние участка МТ
с дефектом типа коррозионного утонения (рис. 1,
а) может быть оценено на основе детерминиро-
ванного критерия [9]
Y = tmin – WΔt – tрRt, (1)
где tmin — минимальная остаточная толщина стен-
ки МТ; tр — минимальная допустимая толщина
стенки МТ, определяемая либо конструктивно-эк-
сплуатационными требованиями к МТ на рассмат-
риваемом участке, либо дополнительным расчетом;
Δt — рассматриваемый период времени; W — ско-
рость равномерной коррозии (консервативно может
быть принята равной 1 мм/год); Rt — функция фор-
мы дефекта утонения, определяемая следующим об-
разом (рис. 2, а):
R
t
=
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
0,2 при λ = 1,285 s
√⎯⎯⎯⎯Dt
p
≤ 0,3475 ,
⎛
⎜
⎝
0,9 – 0,9
√⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯1,0 + 0,48λ
2
⎞
⎟
⎠
⎛⎜
⎝
1,0 – 0,9
√⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯1,0 + 0,48λ
2
⎞
⎟
⎠
–1
при λ > 0,3475 ,
(2)
где D — внутренний диаметр трубы.
Условие Y > 0 гарантирует целостность де-
фектного участка МТ в рассматриваемых усло-
виях.
В качестве детерминированного критерия до-
пустимости трещинообразного дефекта (рис. 1, б)
наиболее применяемым является двухпараметри-
ческий критерий хрупковязкого разрушения
(рис. 2, б), имеющий следующее выражение [10]:
Y = f(Lr) – Kr, (3)
где
f(L
r
) =
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
(1 – 0,14L
r
2
) [0,3 + 0,7 exp (–0,65L
r
6
)] при L
r
≤ L
r
max
=
σ
в
+ σ
Т
2σ
Т
,
0 при L
r
> L
r
max
; (4)
Kr =
KI
KIC
; Lr =
σref
σт
;
KI — коэффициент интенсивности напряжений в
рассматриваемой точке контура поверхностной
полуэллиптической трещины; σref — рефератив-
ное напряжение в области дефекта, методика рас-
Рис. 1. Схематизация дефектов типа локальной коррозионной
потери металла (а) и трещинообразных дефектов (б)
Рис. 2. Критериальные диаграммы допустимости дефектов локальной коррозионной потери металла (а) и трещинообразных
дефектов (б)
5/2013 31
чета которого приведена, в частности, в работе
[11].
Соответственно условие Y > 0 является доста-
точным для гарантированной допустимости рас-
сматриваемого дефекта.
При анализе допустимости трещинообразного
дефекта через определенный период времени Δt
необходим учет возможности роста трещины, а
именно
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
a(Δt) = a0 + VaΔt,
c(Δt) = c0 + VcΔt,
(5)
где a0, c0 — начальные размеры трещины; Va,
Vc — скорости роста трещины вдоль соответс-
твующего размера, которые могут быть оценены
следующим образом:
Va, c(KI) =
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
Vmax, если KI ≥ KISCC ;
0, если KI < KISCC ,
(6)
где Vmax — максимальная скорость роста трещи-
ны, определяемая по диаграмме статической кор-
розионной трещиностойкости материала в данных
условиях.
Следует отметить, что в сравнении с изложен-
ными детерминированными подходами использо-
вание вероятностных методик при анализе сос-
тояния дефектных участков МТ позволяет кор-
ректно описывать возможный разброс значений
входных данных, основываясь как на имеющемся
опыте исследований дефектных трубопроводных
систем, так и на технологических характеристиках
используемой аппаратуры и специфике анализа.
Основными методами ремонта МТ под дав-
лением являются контролируемая шлифовка по-
верхностных дефектов, заваривание поверхност-
ных дефектов и установка усиливающих конс-
трукций (муфт, бандажей) [12]. Выбор технологии
ремонта определяется степенью поврежденности
трубопровода, а также эффективностью каждого
конкретного метода. Для этого, в частности, могут
быть консервативно использованы подходы ак-
туальных нормативных документов [8] (табл. 1).
Для снижения консервативности выбора метода
ремонта может быть произведено моделирование
процесса ремонта при конкретных технологичес-
ких параметрах и на основе соответствующих кри-
териев безопасности, требований эффективности
и достаточного ресурса отремонтированного учас-
тка сделан вывод о возможности использования
того или иного метода восстановления несущей
способности дефектной конструкции.
Как показывает практика, количество геомет-
рических аномалий, обнаруженных при пропус-
кании серии дефектоскопов ВТД, может достигать
нескольких тысяч (рис. 3). При этом порядок их
ремонта, основанный на существующих детерми-
нированных регламентных нормах, которые под-
разделяют дефекты на определенные группы по
степени опасности (до четырех), может быть не-
однозначным при большом количестве дефектов
ввиду необходимости ранжирования геометричес-
ких аномалий в рамках одной группы. Поэтому
при планировании ремонта без вывода МТ из эк-
сплуатации рационально использовать непрерыв-
ное ранжирование. В рамках разработанной ме-
тодики предлагается использовать следующие
уровни оценки порядка устранения дефектов в
зависимости от полноты имеющихся данных и
требуемой консервативности:
уровень 1. Разделение всех дефектов на четыре
группы по степени допустимости: незначитель-
ные, умеренные, значительные, критические;
уровень 2. Определение коэффициента запаса
прочности участка МТ с конкретным обнаружен-
ным дефектом;
Та б л и ц а 1. Выбор метода ремонта дефектных участков магистрального трубопровода в зависимости от степени
развития поврежденности [8]
Природа дефекта и параметр Метод ремонта
Коррозионно-механические повреждения: Шлифовка
внешние a ≤ 0,2t Установка усиливающейся конструкции
внешние 0,2t < a ≤ 0,5t
внешние 0,5t < a ≤ 0,8t » »
внешние a > 0,2t; tmin ≥ 5 мм » »
внешние s ≤ 100 мм или группа близко расположенных язв a > 0,4t » »
дефекты, протяженные в окружном направлении a > 0,2t; s ≥ 1/6πD » »
в околошовной зоне кольцевых швов a > 0,4t » »
внутренние a > 0,2t » »
Трещины: » »
внешние a < 0,2t; 2c ≤ 2√⎯⎯⎯Dt Шлифовка
32 5/2013
уровень 3. Расчет вероятности разрушения
стенки трубопровода в области рассматриваемого
дефекта.
Согласно уровню 1 ранжирования все дефек-
ты, обнаруженные при ВТД линейного участка
МТ, разделяются на четыре группы по степени
допустимости в соответствии с национальным
стандартом ДСТУ-Н Б В.2.3-21:2008. При этом
приоритет ремонта определяется принадлеж-
ностью к группе более опасных дефектов. Этот
подход применим в случае, если все умеренные
дефекты технически возможно удалить в срок до
шести месяцев, значительные — в срок до двух
месяцев. Наличие критических дефектов предпо-
лагает изменение условий эксплуатации трубоп-
ровода вплоть до его полной остановки. Опре-
деляющим параметром является коэффициент за-
паса прочности n, который вычисляется на основе
критерия допустимости состояния участка с де-
фектом конкретного типа.
Оценка коэффициента запаса прочности для
трехмерного дефекта локальной коррозионной по-
тери металла определяется на основе модифици-
рованной диаграммы предельного состояния учас-
тка (рис. 4, а), где функция Rτ, получаемая нор-
мированием функции Rt, имеет следующий вид:
Rτ = 1
3,87Rt
– 0,292.
(7)
Если состояние дефекта описывается положе-
нием A1 на диаграмме, то коэффициент запаса
прочности определяется отношением
n =
OA1
OA2
. (8)
Длина отрезка OA2 оценивается либо графи-
чески, либо численным решением следующего
уравнения относительно координаты λ точки A2
Rτ
A
1
λA
1
λ – Rτ(λ) = 0. (9)
Коэффициент запаса прочности для трещино-
образного дефекта определяется аналогично из-
ложенному подходу для локальной коррозионной
потери металла, но кривой предельного состояния
в этом случае является двухпараметрическая ди-
аграмма допустимости трещин (рис. 4, б). При
этом коэффициент запаса прочности оценивается
соотношением длин отрезков согласно формуле
(8). Длина отрезка OA2 определяется либо гра-
фически, либо численным решением следующего
уравнения относительно координаты Lr точки A2:
Kr
A
1
Lr
A
1
Lr – Kr(Lr) = 0. (10)
Для дефектов МТ различной степени допус-
тимости интервалы значений коэффициента за-
паса прочности n следующие [6]:
n > k — незначительный;
1,1σв/σт ≤ n < k — умеренный;
1,1 ≤ n < 1,1σв/σт — значительный;
n < 1,1 — критический,
Рис. 3. Диаграмма распределения количества дефектов поте-
ри металла Ndef по данным ВТД участка магистрального га-
зопровода «Уренгой–Центр 2»
Рис. 4. Определение значения коэффициента запаса прочности участка МТ с дефектом типа локальной коррозионной потери
металла (а) и трещинообразным дефектом (б)
5/2013 33
где k = 0,9k1kн/m; m — коэффициент условий ра-
боты трубопровода; k1 — коэффициент надеж-
ности по материалу; kн — коэффициент надеж-
ности трубопровода по назначению.
Первый этап уровня 2 ранжирования повторяет
уровень 1, посредством которого все дефекты де-
лятся на четыре группы по степени их допусти-
мости на момент диагностики. Планированию ре-
монта подлежат дефекты, относящиеся к незна-
чительным, умеренным или значительным. В рам-
ках этих групп производится ранжирование на ос-
нове значения вычисленного коэффициента запа-
са прочности с учетом естественного роста де-
фектов по соответствующим методикам. Рассмот-
рение ремонта критических дефектов основано на
определенном изменении параметров эксплуа-
тации дефектного участка МТ (снижения внут-
реннего давления) и переводе дефекта в разряд
значительных или умеренных. Приоритет устра-
нения каждого изолированного (объединенного)
дефекта определяется минимизацией определен-
ных значений коэффициента запаса прочности
при конкретных условиях эксплуатации: чем ниже
коэффициент запаса прочности дефектного учас-
тка, тем выше приоритет его ремонта.
Уровень 3 ранжирования является наименее
консервативным и позволяет учесть естественный
разброс входных данных с целью более точного
определения порядка устранения дефектов, кото-
рые в рассматриваемый период могут изменить
степень допустимости, а также в случае недос-
таточной информации о геометрических и экс-
плуатационных параметрах дефектного участка
и/или механических характеристиках материала
трубопровода. В данном случае параметром ран-
жирования является вероятность аварийной
ситуации на дефектном участке при фактических
условиях эксплуатации, расчет которой проводит-
ся на основе метода Монте-Карло посредством
следующего алгоритма:
исходя из известных плотностей распределе-
ния входных данных находится репрезентативная
выборка их конкретных значений в известных ди-
апазонах варьирования; при этом считается, что
вероятность характеристики дефекта принять кон-
кретные значения произвольная и варьируется от
0 до 1. Заметим, что под репрезентативной вы-
боркой подразумевается количество Ns равнове-
роятных комбинаций, достаточное для стабиль-
ного значения вероятности разрушения конкрет-
ного дефекта согласно выбранному критерию пре-
дельного состояния;
на основе детерминированных критериев раз-
рушения определяется допустимость обнаружен-
ного дефекта для каждого набора геометрических
и эксплуатационных характеристик из репрезен-
тативной выборки;
в рамках репрезентативной выборки произво-
дится подсчет количества недопустимых состоя-
ний трубопровода с конкретным дефектом Ni. Та-
ким образом, под вероятностью аварийной ситу-
ации Pi в области изолированного или множес-
твенного дефекта понимается соотношение Pi =
= Ni/Ns;
в случае необходимости определяется суммар-
ная вероятность аварийной ситуации PΣ = 1 –
– Π(1 – Pi) на участке МТ с независимыми де-
фектами для выявления участка приоритетного
ремонта.
Учет стохастического отклонения значений
различных входных данных описывается посред-
ством усеченного гауссового распределения (ге-
ометрические размеры дефекта, прочностные
свойства материала трубопровода, скорость кор-
розии) и распределения Вейбулла (характеристи-
ки трещиностойкости материала). Порядок ремон-
та в каждый момент времени после диагностики
состояния линейного участка МТ определяется ве-
роятностью Pi: чем выше вероятность аварийной
ситуации, тем выше приоритет ремонта.
Приведенная методология анализа базы дан-
ных о дефектах, обнаруженных при ВТД состо-
яния МТ, была реализована в виде графического
пользовательского компьютерного пакета. В ка-
честве примера ее применения было проведено
ранжирование модельных дефектов с точки зре-
ния порядка ремонта под давлением (см. табл. 2).
Геометрические и эксплуатационные параметры
исследуемого линейного участка МТ следующие:
длина участка L ................................................ 2000 м
внутренний диаметр D ..................................... 1420 мм
толщина стенки t .............................................. 20 мм
минимальная допустимая толщина
стенки tmin .......................................................... 16 мм
материал трубопровода — сталь 17Г1С:........ σт = 360 МПа;
............................................................................ σв = 510 МПа
давление на входе исследуемого
участка Pmax ........................................................ 7,5 МПа
давление на выходе исследуемого
участка Pmin ....................................................... 6,5 МПа
скорость коррозии на участке 0…800 м ......... 0,2 мм/год
на участке 800…1400 м.................................... 0,4
на участке 1000…2000 м.................................. (консервати-
вно принято значение 1)
регулярные нагрузки, обусловленные
несовершенством геометрии рассматриваемого
участка, отсутствуют.
Результаты расчета параметров ранжирования
согласно предложенной методике применительно
к модельным дефектам с учетом их развития в
процессе дальнейшей эксплуатации МТ в различ-
ные моменты времени приведены в табл. 3–6 со-
ответственно, приоритет ремонта каждого из де-
фектных участков МТ согласно различным уров-
ням ранжирования — в табл. 7. Следует отметить,
что метод ремонта конкретного участка МТ, оп-
ределенный согласно табл. 1, меняется в процессе
развития дефекта и предельные значения разме-
ров в рамках конкретного метода ремонта могут
34 5/2013
Т а б л и ц а 2. Параметры модельных дефектов линейной части МТ
Номер
дефекта Тип дефекта
Положение дефекта Размер дефекта, мм Внутреннее дав-
ление МТ
в области дефек-
та, МПапо длине, м по окружности,
град аксиальный танген-
циальный радиальный
1
Утонение
150 30 160 17 4,7 7,4
2 230 0 200 20 7 7,4
3 680 120 60 8 5 7,2
4 681 60 100 10 15 7,2
5 800 40 120 11 14,7 7,1
6 1150 90 80 15 8 6,9
7 1200 80 25 7 10 6,9
8 1200 10 35 5 13 6,9
9 1200 120 170 13 6 6,9
10 1370 0 95 11 15 6,8
11 1560 140 150 18 6 6,7
12 1710 30 50 26 9 6,7
13 1750 90 75 16 8 6,6
14 1780 0 45 8 8 6,5
15
Продольная
трещина
530 50 25 — 2 7,2
16 710 110 15 — 2 7,2
17 750 30 10 — 3 7,1
18 1100 70 6 — 1 7,0
19 1520 20 20 — 2 6,7
Т а б л и ц а 3. Параметры ранжирования модельных дефектов и метод ремонта на момент диагностики МТ
Номер
дефекта Группа допустимости Коэффициент
запаса прочности Вероятность разрушения Метод ремонта
1 Незначительная 1,648299 0,011 Шлифовка
2 Критическая 0,885463 0,4 Заваривание
3 Незначительная 2,933383 0 Шлифовка
4 Критическая 0,666297 0,983 Заваривание
5 » 0,603503 0,621 »
6 Значительная 1,523807 0,035 »
7 Незначительная 2,610481 0 Шлифовка
8 » 1,618357 0,0777 »
9 Значительная 1,340008 0,198 Заваривание
10 Критическая 0,694965 0,969 »
11 Незначительная 1,626517 0,125 Шлифовка
12 » 1,893557 0,003 »
13 » 1,686921 0,0255 »
14 » 2,391991 0 »
15 Значительная 1,534515 0,06273 Заваривание
16 Незначительная 1,540512 0,04391 Шлифовка
17 Значительная 1,463110 0,116 Заваривание
18 Незначительная 1,730804 0,005535 Шлифовка
19 » 1,651180 0,0246 »
5/2013 35
Т а б л и ц а 4. Параметры ранжирования модельных дефектов и метод ремонта через один год эксплуатации
Номер
дефекта Группа допустимости Коэффициент
запаса прочности
Вероятность
разрушения Метод ремонта
1 Незначительная 1,552745 0,02 Шлифовка
2 Критическая 0,859123 0,43 Заваривание
3 Незначительная 2,756573 0 Шлифовка
4 Критическая 0,652421 0,992 Установка герметичной муфты
5 » 0,592111 0,646 Заваривание
6 Значительная 1,439648 0,0695 »
7 Незначительная 2,511972 0 Шлифовка
8 » 1,547994 0,0837 »
9 Значительная 1,224116 0,25 Заваривание
10 Критическая 0,669225 0,985 Шлифовка
11 Значительная 1,254279 0,273 Заваривание
12 Незначительная 1,699346 0,028 Шлифовка
13 Значительная 1,478064 0,0857 Заваривание
14 Незначительная 2,073059 0,00125 Шлифовка
15 Значительная 1,364442 0,3641 Заваривание
16 » 1,356944 0,22386 »
17 » 1,291293 0,2952 »
18 » 1,484581 0,09594 »
19 » 1,453562 0,18819 »
Т а б л и ц а 5. Параметры ранжирования модельных дефектов и метод ремонта через два года эксплуатации МТ
Номер
дефекта Группа допустимости Коэффициент
запаса прочности
Вероятность
разрушения Метод ремонта
1 Значительная 1,465154 0,0365 Заваривание
2 Критическая 0,839193 0,457 »
3 Незначительная 2,622561 0 Шлифовка
4 Критическая 0,638599 0,992 Установка герметичной муфты
5 » 0,580757 0,672 Заваривание
6 Значительная 1,371563 0,0963 »
7 Незначительная 2,413463 0 Шлифовка
8 Значительная 1,477631 0,162 Заваривание
9 » 1,129953 0,309 »
10 Критическая 0,630616 0,995 Установка герметичной муфты
11 » 1,060068 0,429 Заваривание
12 Значительная 1,529412 0,608 »
13 » 1,317405 0,182 »
14 Незначительная 1,860438 0,0085 Шлифовка
15 Значительная 1,180542 0,7651 Заваривание
16 » 1,285151 0,51537 »
17 Критическая 1,091123 0,7515 »
18 Значительная 1,310414 0,30134 »
19 » 1,256049 0,37066 »
36 5/2013
Т а б л и ц а 6. Параметры ранжирования модельных дефектов и метод ремонта через три года эксплуатации МТ
Номер
дефекта Группа допустимости Коэффициент
запаса прочности
Вероятность
разрушения Метод ремонта
1 Значительная 1,393489 0,0632 Заваривание
2 Критическая 0,819303 0,486 »
3 Незначительная 2,489434 0 Шлифовка
4 Критическая 0,624833 0,997 Установка герметичной муфты
5 » 0,569441 0,689 »
6 Значительная 1,319313 0,145 Заваривание
7 Незначительная 2,364209 0,0005 Шлифовка
8 Значительная 1,442449 0,234 Заваривание
9 Критическая 1,05752 0,351 »
10 » 0,604877 0,997 Установка герметичной муфты
11 » 0,930594 0,564 Заваривание
12 Значительная 1,40803 0,137 »
13 » 1,188877 0,308 »
14 Незначительная 1,674394 0,0415 Шлифовка
15 Критическая 0,9414836 1,0 Заваривание
16 Значительная 1,224571 0,96801 »
17 Критическая 0,834522 1,0 »
18 Значительная 1,107456 0,69741 »
19 Критическая 1,014003 0,92865 »
Т а б л и ц а 7. Приоритет устранения модельных дефектов согласно различным уровням ранжирования
Номер
дефекта
На момент диагностики Через 1 год эксплуатации Через 2 года эксплуатации Через 3 года эксплуатации
Тип
дефектауровень
1
уровень
2
уровень
3
уровень
1
уровень
2
уровень
3
уровень
1
уровень
2
уровень
3
уровень
1
уровень
2
уровень
3
1 3 12 14 3 15 16 2 14 16 1 14 16
Утоне-
ние
2 1 4 4 1 4 4 1 4 8 1 4 10
3 3 19 19 3 19 19 3 19 19 3 19 19
4 1 2 1 1 2 1 1 3 2 1 3 4
5 1 1 3 1 1 3 1 1 5 1 1 8
6 2 7 11 2 10 14 2 13 15 1 13 14
7 3 18 18 3 18 18 3 18 18 2 18 18
8 3 10 8 3 14 13 2 15 14 3 16 13
9 2 5 5 2 5 8 1 7 11 1 9 11
10 1 3 2 1 3 2 1 2 1 1 2 3
11 3 11 6 2 6 7 1 5 9 1 6 9
12 3 16 16 3 16 15 2 16 6 2 15 15
13 3 14 12 2 12 12 2 12 13 2 11 12
14 3 17 17 3 17 17 3 17 17 3 17 17
15 2 8 9 2 9 5 2 8 3 1 7 2
Тре-
щины
16 3 9 10 2 8 9 2 10 7 2 12 5
17 2 6 7 2 7 6 1 6 4 1 5 1
18 3 15 15 2 13 11 2 11 12 2 10 7
19 3 13 13 2 11 10 2 9 10 1 8 6
5/2013 37
служить ориентиром для определения сроков ре-
монта с точки зрения минимизации затрат и тру-
доемкости ремонта, тогда как параметры ранжи-
рования позволяют определить только последо-
вательность устранения дефектов.
Из распределения суммарной вероятности де-
фектов на базе ремонта 10 м, определенной сог-
ласно уровню 3 и представленной на рис. 5, видно,
что устранение всех дефектов на двух наиболее
опасных участках (отмечены серым) существенно
снижает суммарную аварийность МТ.
Предложенная методика была применена к ре-
альным результатам ВТД линейных частей МТ.
В частности, в табл. 8, 9 приведены данные о
нескольких дефектах участка магистрального га-
зопровода «Уренгой–Центр 2», в табл. 10 — ре-
зультаты ранжирования согласно уровню 3.
Выводы
1. В рамках разработки комплексной методики
планирования ремонта без вывода из эксплуа-
тации МТ предложен численный подход по ран-
жированию дефектов, обнаруженных при ВТД. В
основу подхода положен многоуровневый анализ
степени поврежденности трубопровода на конк-
ретном участке в зависимости от полноты име-
ющихся данных о фактическом состоянии конс-
трукции и нормативных требований к ее несущей
способности.
Т а б л и ц а 8. Характеристики дефектов типа локально-
го утонения на участке газопровода «Уренгой–Центр 2»
Номер
дефекта s, мм u, мм tmin, мм Положение по
длине дефекта, м
1 330 200 16 2
2 210 200 16,8 250
3 350 350 15,7 450
4 400 350 15,1 600
5 380 460 15,5 900
Т а б л и ц а 9. Характеристики трещинообразных дефек-
тов на участке газопровода «Уренгой–Центр 2»
Номер
дефекта Трещина c, мм a, мм Положение по
длине дефекта, м
6 Продольная 110 1,60 10
7 » 90 1,60 400
8 Окружная 75 1,50 710
9 » 150 1,55 820
10 Продольная 100 1,55 1000
Рис. 5. Распределение суммарной вероятности аварийной си-
туации на базовом участке шурфа 10 м по длине исследуемо-
го участка МТ
Та б л и ц а 10. Вероятность аварийной ситуации обнаруженных дефектов на газопроводе «Уренгой–Центр 2»
Номер дефекта
Время эксплуатации, лет
0 0,5 1,0 1,5 2
1 0,0 (8) 0,00025 (10) 0,0055 (9) 0,052 (9) 0,179 (9)
2 0,0 (8) 0,0 (12) 0,0015 (11) 0,0142 (10) 0,063 (10)
3 0,0 (8) 0,00125 (9) 0,026 (8) 0,131 (8) 0,338 (7)
4 0,0041 (5) 0,0562 (3) 0,240 (4) 0,490 (4) 0,758 (4)
5 0,0 (8) 0,007 (7) 0,0715 (7) 0,263 (7) 0,494 (7)
6 0,0130 (1) 0,139 (1) 0,436 (1) 0,796 (1) 0,979 (1)
7 0,0050 (2) 0,0962 (2) 0,269 (2) 0,600 (3) 0,864 (3)
8 0,0010 (6) 0,0353 (6) 0,0612 (5) 0,462 (5) 0,720 (5)
9 0,0040 (3) 0,054 (4) 0,251 (3) 0,317 (2) 0,9369 (2)
10 0,0020 (5) 0,0412 (5) 0,177 (6) 0,419 (6) 0,715 (6)
11 0,005 (2) 0,005 (8) 0,005 (10) 0,005 (11) 0,005 (11)
12 0,001 (7) 0,001 (11) 0,001 (12) 0,001 (12) 0,001 (12)
Пр и м е ч а н и е . В скобках указан приоритет ремонта.
38 5/2013
2. Различная консервативность разработанной
методики при необходимости позволяет учиты-
вать специфику методов диагностики состояния
линейных частей МТ и характерные особенности
их ремонта под давлением. В частности, исполь-
зование вероятностной оценки допустимости об-
наруженных дефектов предполагает анализ естес-
твенного разброса данных о свойствах металла
трубопровода и параметрах дефектов.
3. На примере модельной задачи ранжирования
недопустимых дефектов типа локальной корро-
зионной потери металла и поверхностных трещин,
а также на основе численного анализа результатов
диагностики состояния участка магистрального
газопровода «Уренгой–Центр 2» показаны грани-
цы применимости разработанной методики и спе-
цифика прогнозируемого развития поврежден-
ности с позиции последующего устранения де-
фектов методами ремонта под давлением.
1. Bjornoy O. H., Marley M. J. Assessment of corroded pipeli-
nes: Past, present and future // Proc. of 11th Intern. offshore
and polar engineering conf., Stavanger, Norway, June 17–
22, 2001. — 2001. — 1. — P. 93–101.
2. Махненко В. И., Великоиваненнко Е. А., Олейник О. И.
Риск-анализ как средство формализации принятия реше-
ний о внеплановом ремонте сварных конструкций // Ав-
томат. сварка. — 2008. — № 5. — С. 5–10.
3. LaMorte C. R., Boring M., Porter N. Advanced welding re-
pair and remediation methods for in-service pipelines // Final
Report. Columbus: EWI, 2007. — 283 p.
4. Махненко В. И., Миленин А. С. К вопросу ремонта сухо-
путных магистральных трубопроводов без вывода их из
эксплуатации // Сб. докл. науч.-техн. семинара «Обеспе-
чение эксплуатационной надежности систем трубопро-
водного транспорта», 10–11 июня 2009, Киев. — Киев:
ИЭС им. Е. О. Патона, 2009. — С. 12–18.
5. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Р. А. Алиев,
В. Д. Белоусов, А. Г. Немудров и др. — М.: Недра, 1988.
— 368 с.
6. ДСТУ-Н Б В.2.3-21:2008. Настанова. Визначення залиш-
кової міцності магістральних трубопроводів з дефекта-
ми. — К.: Мінрегіонбуд України, 2008. — 91 с.
7. СНиП 2.05.06–85. Магистральные трубопроводы. Строи-
тельные нормы и правила. — М.: ВНИИСТ Миннефте-
газстроя, 1997. — 146 с.
8. ВБН В.3.1-00013471-07:2007. Магістральні нафтопрово-
ди. Методи ремонту дефектних ділянок. — К.: Мін-во
палива та енергетики України, 2007. — 112 с.
9. Fitness-for-service. American petroleum institute. Recom-
mended practice 579. — Washington: API Publications and
Distribution, 2000. — First ed. — 625 p.
10. BS 7910:2005. British standard. Guide to methods for asses-
sing the acceptability of flaws in metallic structures. — Lon-
don: BSI, 2005. — 306 p.
11. Махненко В. И. Ресурс безопасной эксплуатации свар-
ных соединений и узлов современных конструкций. —
Киев: Наук. думка, 2006. — 619 c.
12. Kiefner J. F., Bruce W. A., Stephens D. R. Pipeline repair
manual. — Houston: Technical Toolboxes, Inc., 1994. —
167 p.
Поступила в редакцию 19.02.2013
2-й Международный форум «АЛЮМИНИЙ-21/ТРАНСПОРТ»
01–03 октября 2013 г. Санкт-Петербург
В рамках форума будет проходить конференция и выставка «Алюминий-21/ТРАН-
СПОРТ». На ней предусматривается обсудить следующие вопросы:
• Потребление алюминия в мировом транспортном секторе
• Алюминий в наземном, воздушном и морском транспорте
• Транспорт и экология
• Снижение веса транспорта
• Деформируемые и литейные сплавы
• Плоский прокат и прессованные полуфабрикаты транспортного назначения
• Литье заготовок и изделий для транспорта
• Полиметаллические и гибридные материалы
• Соединение конструкций в транспортном машиностроении
• Гармонизация требований качества сварных изделий
• Коррозия и защита
• Транспортные инфраструктуры, в том числе мосты
• Стандарт качества IRIS
• Оценка показателей устойчивости по жизненному циклу
www.alusil.ru
5/2013 39
|