Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние изоляционного покрытия длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов 11
1.1 Особенности изоляционного покрытия длительно эксплуати руемых магистральных трубопроводов 11
1.2 Обзор методик обследования изоляционного покрытия под земных трубопроводов 23
1.3 Методические проблемы оценки состояния изоляционного покрытия действующих трубопроводов 39
2 Выбор критериев качества и методов контроля изоляционного покрытия трубопроводов, находящихсяв эксплуатации 45
2.1 Выбор критериев качества изоляционного покрытия дейст вующих трубопроводов 45
2.2 Выбор методов контроля изоляционного покрытия действующих трубопроводов 55
Выводы по разделу 2 58
3 Математическое моделирование распределения потенциалов и токов в трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием 60
3.1 Уравнения распределения потенциалов и токов на однород ном конечном участке трубопровода 60
3.2 Методы определение переходного сопротивления изоляци онного покрытия на однородных конечных участках трубо провода 64
3.3 Моделирование распределения потенциалов и токов на неоднородном трубопроводе методом конечных элементов 70
4 Оценка остаточного ресурса изоляционного покрытия и принятие решений о ремонте 75
4.1 Методика оценки остаточного ресурса изоляционного покрытия 75
4.2 Оценка предельного значения переходного сопротивления 81
4.3 Методика принятия решений по ремонту изоляционного покрытия 88
5 Совершенствование приборов для контроя изоляционного покрытия подземных трубопроводов 94
5.1 Выбор метода контроля на основе магнитной локации 94
5.2 Математические аспекты метода магнитной локации 96
5.3 Технические решения, реализованные в диагностическом комплексе "Орион" 102
5.4. Разработка методики обследования подземных трубопроводов с использованием технологии магнитной локации 110
5.5 Испытания и практический опыт использования диагностического комплекса и технологии магнитной локации 114
Общие выводы по работе , 121
Литература 123
Приложения 133
- Обзор методик обследования изоляционного покрытия под земных трубопроводов
- Выбор методов контроля изоляционного покрытия действующих трубопроводов
- Методы определение переходного сопротивления изоляци онного покрытия на однородных конечных участках трубо провода
- Методика принятия решений по ремонту изоляционного покрытия
Введение к работе
Актуальность проблемы
Значение системы магистральных нефте-, газо- и нефтепродуктопро-водов для России трудно переоценить. Однако стоит проблема обеспечения их сохранности, поскольку трубопроводы в подземном исполнении и подвергаются почвенной коррозии длительное время.
Подземные трубопроводы можно рассматривать как конструкции, состоящие из двух основных составляющих: собственно трубопровода (металлической части) и изоляционного покрытия. Поэтому долговечность (ресурс) целесообразно также рассматривать по отдельности: ресурс металлической составляющей, ресурс изоляционного покрытия, ресурс их взаимодействия (адгезия, обеспечение защитного потенциала).
На обеспечение долговечности металлической составляющей трубопроводов направляются большие средства, и в этом направлении работают большие группы учёных и специалистов. В результате достигнуты большие успехи: созданы внутритрубные диагностические комплексы, разработаны методики расчётных оценок прочности и ресурса, расчётные программы, созданы электронные базы данных, система нормативных документов. Всё это доведено до практической реализации и используется эксплуатирующими организациями в качестве инструментария.
Успехи в обеспечении надёжной защиты трубопроводов от почвенной коррозии более скромны из-за ряда нерешённых проблем.
Как известно, на магистральных трубопроводах имеет место двухуровневая защита от коррозии: пассивная (изоляционное покрытие) и активная (электрохимическая). Там, где изоляционное покрытие изношено или повреждено, катодный потенциал препятствует реакциям растворения металла в грунте. Эффективность электрохимической защиты определяется путём измерений защитного потенциала при плановых обходах трассы. Если износ изоляционного покрытия достиг такого уровня, когда не может обеспечиваться защитный потенциал, принимают решение о ремонте изоляционного покрытия. Но при этом обычно исходят из опыта и экспертных оценок специалистов служб антикоррозионной защиты, не прибегая при этом к расчётному прогнозированию изменения защиты в результате запланированных объёмов ремонта.
Существуют проблемы выбора критериев отбраковки изоляционного покрытия действующих трубопроводов. При длительной эксплуатации трубопроводов все защитные характеристики изоляционного покрытия снижаются. Скорость снижения зависит от многих факторов, в том числе от температурно-климатических условий на местности, грунтовых явле-
ний, физико-химических особенностей грунтов, качества нанесения покрытия, качества исходных материалов и др. После нескольких лет эксплуатации трубопровода изоляционное покрытие становится неоднородным по дистанции, начинают выделяться участки, где покрытие перестаёт удовлетворять требованиям норм. При этом защитный потенциал ещё сохраняется на нормативном уровне. Так возникает задача правильного выбора критериев качества: по свойствам самого покрытия или по параметрам электрохимической защиты. Но в любом случае приходим к противоречию с некоторыми утверждёнными нормами.
Другая проблема - прогнозирование состояния и эксплуатационных свойств изоляционного покрытия. Прогнозирование необходимо выполнять во времени (с учётом динамики старения) с учётом результатов обследований, неоднородности по дистанции трубопровода и покрытия, рассматривая разные возможные варианты методов и объёмов ремонта. Без этого невозможно обеспечить эффективное планирование ремонта. В свою очередь, задачи прогнозирования невозможно решать без математического моделирования процессов с учётом вышеуказанных факторов и особен-ностей. Между тем, существующие расчётные методы слишком упрощены и не учитывают большинства важных особенностей.
Одна из важнейших задач состоит в совершенствовании приборов диагностики изоляционного покрытия трубопроводов. Принцип действия практически всех применяемых до сих пор приборов основан на измерении потенциалов на поверхности земли над трубопроводом. Такой метод позволяет обнаружить дефектные места изоляции по появлению аномальных градиентов потенциала на поверхности земли. Но эффективно использовать эти результаты в расчётах и прогнозировании пока не удаётся. Для моделирования процессов необходимы значения потенциалов и токов непосредственно на трубопроводе, а не на поверхности земли. Перспективным в этом направлении представляется использование возможностей технологии магнитной локации, известной в других областях техники.
Таким образом, существуют проблемы совершенствования методов контроля изоляционного покрытия находящихся в эксплуатации магистральных трубопроводов, прогнозирования их состояния с учётом динамики процессов, эффективного планирования ремонтных работ. В настоящей работе, не претендуя на окончательное решение всех проблем в данной области, делается попытка решить часть из них на основе использования технологии магнитной локации. Для этого поставлены следующие цель и задачи.
Цель работы - повышение долговечности и безопасности магистральных трубопроводов совершенствованием методов контроля изоляционного покрытия на основе технологии магнитной локации.
Основные задачи исследований
Анализ технического состояния изоляционного покрытия магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации.
Анализ существующих методов контроля изоляционного покрытия действующих трубопроводов и установление путей их совершенствования.
Разработка математического аппарата контроля трубопроводов с неоднородными характеристиками изоляции и грунта.
Совершенствование методов оценки остаточного ресурса изоляционного покрытия и обоснования объёмов ремонта.
5. Разработка приборного комплекса, использующего технологию
магнитной локации, для контроля изоляционного покрытия.
Методы решения поставленных задач
В работе использованы положения теории электричества в сплошных средах (в трубопроводе и грунте), методы математической физики, численное моделирование, метод конечных элементов.
Кроме того, использованы опыт контроля изоляционного покрытия подземных трубопроводов, результаты обследования ряда трубопроводов методами электрометрических измерений, данные внутритрубной диагностики, результаты шурфовых осмотров. В процессе создания и отладки приборного комплекса использованы положения теории магнитной локации и некоторые достижения электроники.
Основой для решения данных задач явились труды отраслевых институтов (ИПТЭР, ВНИИСТ, ВНИИГАЗ), лабораторий и кафедр высших учебных заведений (УГНТУ, РГУНГ им. И.М. Губкина, МИЭТ) и других научных центров, специалистов АК «Транснефтепродукт», работы ведущих ученых в данном направлении: Березина В.Л., Глазкова В.И., Глазова В.Н., Зиневича A.M., Колчина В.А., Коршака А.А., Кузнецова М.В., Му-стафина Ф.М., Новосёлова В.Ф., Притулы В.В., Ращепкина К.Е., Шамшет-динова К.Л. и других.
Научная новизна работы
1. Установлено, что защитные свойства изоляционных материалов, измеряемые в локальных точках трубопровода (адгезия, электрическая плотность, переходное сопротивление), не могут служить критериями качества магистральных трубопроводов, находящихся в эксплуатации дли-
тельное время. При длительной эксплуатации все эти свойства приобретают характер случайных величин с увеличивающимся разбросом (дисперсией). Показано, что количественной характеристикой технического состояния изоляционного покрытия конечного участка действующего трубопровода может быть интегральное переходное сопротивление.
Разработаны универсальные методы определения интегрального переходного сопротивления изоляционного покрытия, основанные на полученных уравнениях распределения токов и потенциалов в действующем трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием. В качестве исходных данных могут быть использованы результаты электрометрических измерений на трубопроводе, а также результаты обследований методом магнитной локации.
Разработана методика численного моделирования распределения защитных токов и потенциалов на трубопроводе с учётом разнородности свойств изоляционного покрытия и динамики процессов старения и выборочного ремонта. Методика позволяет на основе данных по интегральным переходным сопротивлениям расчётным путём оценивать остаточный ресурс изоляционного покрытия в целом, оптимизировать планы восстановления покрытия по участкам и срокам.
Разработана методика обследования трубопровода с использованием технологии магнитной локации. Методика позволяет с высокой точностью получить магнитограмму трубопровода с точной привязкой на местности и зафиксировать её в виде электронного файла. Обработка полученной информации позволяет определить токи в трубопроводе на нескольких частотах, места утечки тока в грунт через изношенное или повреждённое покрытие, блуждающие токи. Полученная информация достаточна для реализации методов, указанных в пунктах 1 и 2.
На защиту выносятся:
математический аппарат для описания распределения токов и потенциалов в действующем подземном трубопроводе с изношенным изоляционным покрытием;
критерий оценки качества изоляции - интегральное переходное сопротивление на конечных участках;
методы расчётного определения интегрального переходного сопротивления изоляции действующих трубопроводов;
методика оптимизации планов ремонта (по срокам и объёмам) изоляционного покрытия;
методика обследования изоляционного покрытия с использованием технологии магнитной локации.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Устранены логические ошибки в расчётных методах и формулах для количественной оценки параметров, характеризующих техническое состояние изоляционного покрытия действующих магистральных трубопроводов.
Разработаны методика обследования трубопровода на базе технологии магнитной локации и соответствующий приборный комплекс, позволяющие на новом качественном уровне выполнять диагностику изоляционного покрытия действующих магистральных трубопроводов, отвечающие современным требованиям.
Разработаны методы математической обработки результатов диагностики, позволяющие выполнять оценку остаточного ресурса изоляционного покрытия, обосновывать необходимость ремонта изоляции на дефектных местах и изношенных участках, оптимизировать объёмы и сроки ремонта по участкам.
Результаты исследований использованы при разработке документов:
Методика оценки технического состояния изоляционного покрытия и фактического положения подземных трубопроводов с использованием технологии магнитной локации;
Методика оценки остаточного ресурса изоляционного покрытия магистральных нефтепродуктепроводов.
С использованием разработанных методик обследованы и оценены изоляционные покрытия магистрального нефтепродуктопровода Куйбышев Брянск протяженностью 105 км и магистрального аммиакопровода Тольятти Одесса протяженностью 115 км.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на научно-технических, научно-практических конференциях, семинарах и т.п. по проблемам трубопроводного транспорта, в том числе:
научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России (Уфа, 2007 г.);
научно-практической конференции «Роль науки в развитии топливно-энергетического комплекса» в рамках VII Российского энергетического форума (Уфа, 2007 г.);
научно-практической конференции «Нефтегазовый сервис - ключ к рациональному использованию энергоресурсов» в рамках международного форума «НЕФТЕГАЗСЕРВИС-2007» (Уфа, 2007 г.);
- научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспече
ния надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепро
дуктов и газа» в рамках XVI международной специализированной
выставки «Газ. Нефть. Технологии - 2008» (Уфа, 2008 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликованы 12 печатных работ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 101 наименование, и двух приложений. Изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 13 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность коллективам Института проблем транспорта энергоресурсов, Московского института электронной техники, а также своему научному руководителю за неоценимую помощь в выполнении настоящей работы.
Обзор методик обследования изоляционного покрытия под земных трубопроводов
Рассмотрены нормативные документы, действовавшие в прошлые периоды, действующие в настоящее время, а также некоторая часть основной научной и учебной литературы по проблемам обследования и оценки состояния противокоррозионной защиты, в том числе, состояния изоляционного покрытия [7-11, 16, 17, 32, 51, 54, 56-60, 64-70, 72-78, 81, 86-88, 102-105]. При этом анализировали следующие предметы: методы диагностики, инструментарий, критерии качества изоляции, методы расчётов, обоснования, недостатки расчётных моделей, затем приводили свои замечания и предложения. РД 39Р-00147105-025-02. Методика определения остаточного ресурса изоляционных покрытий подземных трубопроводов [76]. В качестве критерия состояния изоляционного покрытия принимается переходное сопротивление Rn. При оценке остаточного ресурса используются формулы Здесь Rn-H — переходное сопротивление в начальный момент эксплуатации; RK - конечное значение переходного сопротивления, которое принима-ется 1000 Ом-м" (в соответствии с требованием ГОСТ Р 51164-98); Р и a - параметры (коэффициенты), определяющие скорость старения изоляции. Данная расчётная модель имеет следующие особенности: 1.
Она не учитывается разброс свойств изоляционного покрытия, который-обычно наблюдается в реальности (см., предыдущий подраздел, рисунки 1.1, 1.2, Г.З). 2. Документ не позволяет обрабатывать реальные результаты обследо-вания трубопровода методом электрометрических измерений (измеренные потенциалы и градиенты потенциалов вдоль трассы). 3. В-реальности на многих участках трубопровода переходное сопро- тивление оказывается значительно меньше конечного значения (Rn RK). На таких участках формулы (1.1-1.3) становятся противоречивыми. Физически это означает, что ресурс изоляции давно исчерпан. Однако фактически трубопроводы продолжают находиться в эксплуатации и защитный потенциал поддерживается. Отсюда напрашивается-вывод, что методику определения ресурса изоляционного покрытия необходимо пересмотреть. 4. Фактически конечное значение переходного сопротивления RK должно зависеть от сопротивления грунта (по определению), но такая зави симость не приводится и не используется в документе. 5. Документ рекомендует принимать следующие значения коэффици ента а: а = 0,125 год-1, если труба построена до 1999 года; a = 0,105 год-1, если труба построена после 1999 года.
При этом не учитывается реальность. На одном и том же трубопроводе разные участки по-разному стареют (см., например, рисунки 1.1 и 1.2), поэтому значение этого коэффициента не может быть одинаковым для всех участков трубопровода только на том основании, что год постройки раньше или позже 1999 года. (В 1999 году ничего такого не произошло, которое бы изменило физическую природу старения: потоп, кислотный дождь и т.д. Произошло всего лишь принятие нового стандарта. Но трубопровод не может читать стандарты и управлять своим состоянием в зависимости от наличия того или иного документа.
Он подчиняется объективным законам, а не субъективным). 6. Документ не учитывает разброса всех параметров, характеризующих состояние изоляционного покрытия. В частности, коэффициент а должен иметь такой же разброс по дистанции, как и другие свойства самого покрытия (потенциалы, градиенты и др.). ГОСТ 9.602-2005. Единая система защиты от коррозии. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии [16]. Данный документ не распространяется на магистральные газо-, нефте-, нефтепродуктопроводы, поскольку для них есть специальный стандарт ГОСТ 51164-98. Но он содержит следующее положение, которое представляет интерес: Предельно допустимое значение переходного электрического сопротивления покрытия на подземных трубопроводах, эксплуатируемых дли у тельное время (более 40 лет), должно составлять не менее 50 Ом-м для мастичных битумных покрытий и не менее 200 Ом -м - для полимерных покрытий. В предыдущем документе [76] принималось RK =1000Ом-м2, в данном стандарте это значение меньше (ближе к реальности), но тоже установлено волевым путём. На наш взгляд, значение RK должно зависеть от удельного сопротивления грунта, кроме того, возможно, ещё от расположения и режимов работы установок катодной защиты. Во всяком случае, требуется расчётное обоснование предельного значения RK, которое можно сделать только на основе математического моделирования процессов.
Выбор методов контроля изоляционного покрытия действующих трубопроводов
Итак, рассмотрим физико-технические стороны методов измерений параметров, позволяющих выполнить оценку состояния изоляционного покрытия действующих магистральных трубопроводов. В настоящее время существуют хорошо отработанные приборы типа "УКИ-1М", которые позволяют измерять потенциалы на поверхности земли. Однако из курса физики известно, что абсолютное значение потенциала прибором измерить невозможно. Можно измерить только относительное значение (разность потенциалов), когда за "ноль" принимается какая-то базовая точка. В качестве такого "нуля" выбирают либо сам трубопровод в определённой точке (например, на ближайшем КИПе), либо другую точку на поверхности земли. Если за "ноль" выбирают точку на трубопроводе, то получают схему, показанную на рисунке 1.7. Такой метод называют методом выносного электрода [29, 30]. При этом получают распределение потенциала на поверхности земли над трубопроводом, а по характеру изменения потенциала на поверхности земли судят о наличие дефектов изоляции на подземном трубопроводе. Если в качестве "нуля" принимается другая точка на поверхности земли, то измерениями получают перепад потенциала на поверхности земли. Обычно этот перепад определяют в продольном и поперечном направлениях и ошибочно называют продольным и поперечным градиентом потенциалов. Отметим, что по градиент - векторная величина. Вектор можно проектировать на продольное направление и поперечное направление. То, что называют продольным вектором потенциалов, фактически является проекцией градиента потенциала на продольное направление.
Так же "поперечный градиент" - проекция градиента потенциала на поперечное направление. Далее по значениям измеренных перепадов оценивают качество изоляционного покрытия. Так, если градиент потенциала более 30 мВ на базе 5 м, то покрытие признаётся неудовлетворительным. Однако при этом не учиты вается ряд важных характеристик, например, диаметр трубопровода, его глубина, влажность грунта и другие. Поэтому при двух прохождениях трассы с некоторым интервалом по времени можем получить разные результаты. Иногда "неудовлетворительная" изоляция через несколько месяцев может стать "удовлетворительной" безо всяких ремонтных и других работ. Просто влажность грунта за это время успевает измениться, что приводит к изменению его электрического сопротивления, а это в свою очередь отражается в результатах электрометрических измерений. На рисунке 2.5 показана зависимость сопротивления грунта от его влажности, полученная в лабораторных условиях институтом ВНИИСТ. Рисунок 2.5 - Зависимость электрического сопротивления грунтов Ргр от их влажности (Номера кривых соответствует номерам проб грунтов. Линия 6 соответствует Ргр = 20 Омм; 7-50 Омм. Данные получены институтом ВНИИСТ в 2002 г. при обследовании участка МНПП "Новки-Рязань" на 192-238 км) Таким образом, в обоих случаях оценка производится на качественном уровне, без расчётов и строгого учёта ряда важных показателей, таких как глубина залегания трубопровода, удельное сопротивление грунта, размеры трубопровода (диаметр и толщина стенки), расположение и режимы работы установок катодной защиты. Распределение тока в трубопроводе и распределение потенциала на самой трубе остаются неопределёнными, поэтому невозможно выполнять расчёты по оценке переходного сопротивления изоляционного покрытия по участкам. Тем не менее, метод электрометрических измерений (потенциалов) широко применяют на практике из-за простоты и относительно высокой эффективности.
Дефекты покрытия этим методом можно обнаружить, но расчёты и математическое моделирование выполнить невозможно. С целью получения более точных данных, пригодных для выполнения расчётов, методы измерения потенциалов на поверхности земли постоянно совершенствуется. Так разработаны интенсивные технологии [1, 2], экстра-поляционные методы [61], метод компенсации [13], метод вспомогательного электрода [61]. Эти методы позволяют снизить влияние побочных явлений на результаты измерений, тем самым, позволяют получить более точные данные. Однако все эти методы достаточно сложны и обладают рядом недостатков, указанных выше.
Главный недостаток - недоступность трубопровода для прямых измерений токов и потенциалов. Есть метод шурфовых обследований, который позволяет выполнять прямые измерения характеристик изоляционного покрытия. Однако это связано с земляными работами, что само по себе не всегда приемлемо. С другой стороны, при шурфовых обследованиях получаются только локальные характеристики изоляционного покрытия. Для старых трубопроводов, как было показано выше (рисунок 2.2), локальные характеристики испытывают значительный разброс и не всегда могут характеризовать состояние покрытия в целом. Тем не менее, метод шурфовых обследований используется тоже широко. Статистическая обработка полученных этим методом результатов позволяет получить представление о качестве изоляционного покрытия. В последние годы ведутся интенсивные разработки по бесконтактным методам измерений с использованием отклика трубопровода на различные физические воздействия. Наиболее перспективным в настоящее время стал метод, основанный на технологии магнитной локации [18 - 22]. Метод позво
Методы определение переходного сопротивления изоляци онного покрытия на однородных конечных участках трубо провода
Как было показано выше (подраздел 2.1), на конечном участке трубопровода необходимо оперировать понятием интегрального переходного сопротивления изоляции риз (Ом-м2). Для участка трубопровода с новым изоляционным покрытием, где разброс свойств отсутствует, интегральное переходное сопротивление изоляции риз совпадает с локальным переходным сопротивлением риз: AL — длина выбранного конечного участка трубопровода (м); D - наружный диаметр трубопровода (м). Для старых трубопроводов, где локальные значения переходного сопротивления в пределах конечных участков имеют значительный разброс, можно пользоваться только частью этого равенства: Параметр рш нельзя путать со средним значением измеренных случайных значений переходного сопротивления изоляционного покрытия, полученных при шурфовых обследованиях трубопровода. При рассмотрении конечного участка действующего трубопровода допускаем, что на данном участке изоляционное покрытие однородно, и используем математический аппарат, изложенный в подразделе 3.1. Определение переходного сопротивления покрытия по результатам диагностики сводится к тому, чтобы найти такие значения риз, при которых удовлетворяются уравнения (3.4 - 3.6). Рассмотрим методы, которые можно применить на действующем трубопроводе при любых режимах включения установок катодных станций или других источников постоянного тока. Метод-1.
Основан на использовании законов растекания тока от одного источника постоянного тока (например, генератора модулированного тока). В бесконечном трубопроводе с удалением от источника тока наложенные потенциалы и сами токи затухают, стремясь к нулю. Если начало координат совместить с источником тока, а ось z направить по оси трубопровода, то распределение токов в трубопроводе J(z) , токов через боковую поверхность j(z), а также наложенного потенциала cp(z) описывается следующими формулами, которые вытекают из (3.3): J = 7C-D Отметим, что формулы (3.10) применимы только при использовании одного источника постоянного тока. Если на трубопровод действуют одновременно несколько источников тока (СКЗ), то необходимо выделить в каждой измеряемой точке влияние одной из СКЗ, производя измерения при разных режимах этой СКЗ (выключением или изменением режима). Модификации формул (3.10) хорошо известны и применяются на практике. Отметим также, что в первой формуле (3.10) используются потенциалы на трубе, а не на поверхности земли над трубой. Причём, необходимо выделить наложенные потенциалы относительно "бесконечной" точки земли. Это представляет определённую трудность. Если использовать вторую из формул (3.10), где участвуют токи, то такой проблемы не возникает. Но измерение токов в трубе требует более совершенных приборов (см. раздел 5). Определение переходного сопротивления участка действующего трубопровода на основе измерения токов в трубе при любых режимах работы системы СКЗ.
Для этого необходимо: - измерить токи на границах выбранного участка АВ (в точках А и В); - дополнительно измерить токи в одной или нескольких промежуточных точках. Решение строится с использованием выражений для тока в трубе (3.3): J Если измерение тока проведено в одной промежуточной точке с координатой zcp, то имеем одно уравнение с одним неизвестным риз: Уравнение (3.11) неявное по отношению к параметру рщ, поэтому рекомендуется применить метод прогонки, который использован в разработанной нами программе "Поиск-1" (приложение 1). Эта же программа позволяет пользоваться измерениями в нескольких промежуточных точках (помимо граничных точек) и искать решение комбинированным методом, включающим метод прогонки и метод наименьших квадратов. Например, на участке трубопровода с характеристиками: = 3000 м; D = 0,53 м; 5 = 0,008 м; рм = 0,245 10 6 Ом м измерения токов с интервалом 500 м дали результаты, которые в таблице 3.1 обозначены Ji - J7. Их знаки характеризуют направление измеренных токов. Расчёты переходного сопротивления с помощью программы "Поиск-1" приведены в последнем столбце таблицы 3,1. Рассмотрены 5 различных самостоятельных случаев (примеров задания исходных данных).
Методика принятия решений по ремонту изоляционного покрытия
Итак, после обследования изоляционного покрытия и выполнения расчётных оценок необходимо принять решение о необходимости, сроках и объёмах ремонта. Ремонту обычно подвергают отдельные участки трубопровода с наиболее изношенным изоляционным покрытием. Но при этом заранее не могут просчитывать, насколько улучшится защищённость трубопровода катодным потенциалом в результате ремонта. Разработанная нами методика позволяет выполнять такие расчёты. В качестве иллюстрации рассмотрим несколько случаев. Пример 4,2. Рассмотрим трубопровод с характеристиками, приведёнными в таблице 3.3. Этот же трубопровод рассматривался в примере 4.1. Сравним распределение потенциалов и другие параметры ЭХЗ до и после выполнения ремонта на отдельных участках. В таблице 4.4 показаны исходное состояние трубопровода и два варианта выбора объёмов ремонта. На рисунке 4.3 показано изменение распределения наложенных потенциалов после выполнения определённых объёмов ремонта. Видно, что Ремонт на отдельных коротких участках трубопровода приводит к повышению защитных потенциалов (по абсолютной величине) на всём трубопроводе между смежными СКЗ. Если, допустим, поддерживать наложенные потенциалы в точках дренажа минус 1,5 В, то показатели ЭХЗ улучшаются как показано в таблице 4.5 Другим способом поддерживать защитные потенциалы на трубопроводе является установка дополнительных установок катодной защиты. Проиллюстрируем это на примере. Пример 4.3. Рассмотрим тот же участок трубопровода. Не выполняя ремонт изоляции, установим лишь дополнительную СКЗ-56 в середине между существующими СКЗ-5 и СКЗ-б. Результаты численного моделирования после установки СКЗ-56 приведены на рисунке 4.4 и в таблице 4.6. Расчёты показывают, что после установки дополнительной СКЗ-56 возрастает защищённость трубопровода и увеличивается остаточный ресурс изоляции на 4,5 года (сравним с данными таблицы 4.3 и рисунка 4.1). 1.
Таким образом, изложенный метод, основанный на двух программах "Поиск-1" и "Поиск-2", позволяет оценивать эффективность защиты от коррозии действующего трубопровода с изношенным изоляционным покрытием, моделировать различные варианты установки и различные режимы работы СКЗ, определять остаточный ресурс изоляционного покрытия, обосновывать объёмы ремонтных работ по восстановлению изоляции. Разработана методика расчётной оценки остаточного ресурса изоляционного покрытия трубопровода на основе численного моделирования с учётом неоднородности трубопровода по геометрическим, физическим свойствам, а также по характеристикам изоляционного покрытия. Моделирование основано на методе конечных элементов и известных законах снижения переходного сопротивления. При этом динамика изменения переходного сопротивления различна в соответствии со степенью изношенности покрытия. 2. Расчётами установлено, что несмотря на то, что на некоторых участках трубопровода переходное сопротивление снижается до очень низкого уровня (до 30 Ом-м ), что недопустимо с точки зрения нормативных требований, система ЭХЗ на трубопроводе может работать эффективно длительное время. 3.
Проанализированы расчётные методы и формулы для определения критического (конечного) значения переходного сопротивления "труба-грунт" RK , содержащиеся в нормативных документах и научной литературе. Выявлены разногласия между этими методиками, которые, возможно, стали результатом накопившихся опечаток или ошибок. Наиболее существенные несоответствия обнаружены в зависимостях RK от глубины заглубления трубопровода в грунт Н. 4. Построена математическая модель растекания тока в грунт при отсутствии изоляционного покрытия. Получены формулы распределения наложенных потенциалов и токов в грунте вокруг трубопровода. Результаты моделирования позволили также уточнить динамику изменения переходного сопротивления "труба-грунт" при старении изоляционного покрытия. 5. Расчётами установлено, что при равных других условиях с увеличением диаметра трубопровода защитная роль самого грунта усиливается. Грунт может оказать большее сопротивление потерям тока, чем изношенное изоляционное покрытие. Поэтому некоторые трубопроводы продолжают работать с сильно изношенным изоляционным покрытием, не подвергаясь ускоренной коррозии. 6. Разработана и показана на примерах методика моделирования работ по выборочному ремонту изоляции или изменению расстановки станций катодной защиты с целью обеспечения защитных потенциалов на трубопроводах с изношенным изоляционным покрытием.
