Содержание к диссертации
Введение
Глава.1 Анализ методов предотвращения развития стресс коррозии на магистральных газопроводах большого диаметра 10
1.1 Проблема стресс-коррозии в россии и за рубежом 10
1.2 Классификация коррозионного растрескивания под напряжением... 13
1.3 Проблема создания материалов, стойких к коррозионному растрескиванию под напряжением 15
1.4 Литературный анализ результатов лабораторных исследований 18
1.5 Идентификация механизма коррозионного растрескивания под напряжением на разрушенных при авариях трубах 24
1.6 Методы повышения работоспособности газопроводов в условиях коррозионного растрескивания под напряжением 26
1.7 Постановка цели и задач исследования 30
Глава 2. Анализ аварийных разрушений по причине коррозионного растрескивания под напряжением в ооо «газпром трансгаз ухта» 31
2.1 Применяемые марки стали для магистральных газопроводов 31
2.2 Статистика разрушений на магистральных газопроводах ооо «газпром трансгаз ухта» 33
2.3 Влияние времени года на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением 35
2.4 Влияние типа грунтов и уровня грунтовых вод на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением
2.5 Влияние РН среды и минерализации грунтовых вод на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением 39
2.6 Влияние потенциала защиты и электропроводности грунта на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением 43
2.7 Влияние коррозионной активности грунта на аварийность магистральных газопроводов по причине крн 45
2.8 Выводы по главе 2 46
Глава 3. Исследование развития стресс-коррозии в лабораторных условиях 47
3.1 Выбор экспериментальной установки 47
3.2 Общие положения методики проведения исследований 48
3.3 Испытания образцов в условиях избыточной катодной поляризации 53
3.4 Испытание образцов в условиях недостаточной катодной поляризации .60
3.5 Исследование влияния солей железа (II) на электрохимические процессы 63
3.6 Сравнительные коррозионно-механические испытания образцов нормализованной стали 65
3.7 Выводы по главе 3 72
Глава 4. Статистический анализ результатов внутритрубной диагностики и интенсивных электрометрических измерений 74
4.1 Выбор и характеристика объекта исследования 74
4.2 Анализ данных внутритрубной дефектоскопии, выполненной в 2000 г 76
4.3 Анализ данных периодических электроизмерений, выполненных с помощью контрольно-измерительных колонок в период 1987-2000 гг 4.4 анализ данных интенсивных электроизмерений ,
Выполненных на выбранном участке мг 103
Глава 5. Управление значением защитного потенциала вдоль газопроводов, подверженных КРН 115
5.2 Система автоматизированного контроля и управления режимами работы системы защиты газопроводов .119
5.3 Оборудование для реализации системы арм эхз 126
5.4 Методика определения критерия катодной защиты по поляризационному потенциалу 128
5.5 Методика оценки состояния изоляционного покрытия длительно эксплуатируемых газопроводов 131
5.6. Практические примеры реализации методики на участках газопровода 142
5.7 Расчет постоянной распространения тока с помощью табличного редактора microsoft excel 146
5.8 Пример расчета динамики снижения переходного сопротивления изоляционного покрытия с использованием результатов периодический измерений на кик по участку 0-110 км сосногорского лпумг 150
5.9 Восстановление работоспособности глубинных анодных заземлений 154
5.10 Оценка ожидаемого экономического эффекта 161
5.11 Выводы по главе 5 167
Заключение основные выводы по работе 168
Список использованных источников 169
Приложение: акт внедрения
- Проблема создания материалов, стойких к коррозионному растрескиванию под напряжением
- Влияние времени года на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением
- Испытания образцов в условиях избыточной катодной поляризации
- Анализ данных периодических электроизмерений, выполненных с помощью контрольно-измерительных колонок в период 1987-2000 гг 4.4 анализ данных интенсивных электроизмерений
Введение к работе
Актуальность темы. По данным Ростехнадзора отмечается, что основные угрозы целостности магистрального трубопроводного транспорта являются следствием интенсивного развития коррозионных и стресс-коррозионных процессов.
С начала 1990-х годов по настоящее время установлена тенденция увеличения доли аварий на магистральных газопроводах (МГ) по причине стресс-коррозии с 25 до 60 %. При этом, несмотря на то, что благодаря современным методам диагностирования и ремонта трубопроводов абсолютное количество аварий снизилось, стресс-коррозия остается основной причиной, ограничивающей надежность трубопроводных систем.
Применение с 2000 г. внутритрубных диагностических комплексов, позволяющих достоверно выявлять поверхностные продольно ориентированные дефекты, в т.ч. трещины и зоны трещин коррозионного растрескивания и последующая оперативная замена дефектных участков труб, позволила за несколько лет в разы снизить количество аварий на МГ.
Такая работа проводится и в настоящее время, но уже не приводит к существенному снижению аварийности. Это обусловлено ограниченной разрешающей способностью внутритрубных снарядов, позволяющей определять наличие трещин, глубиной не менее 20% от номинальной толщины стенки трубы, а также тем, что к пропуску внутритрубных снарядов-дефектоскопов не подготовлены около половины всех эксплуатируемых МГ.
В таких условиях наиболее эффективным методом снижения вероятности развития стресс-коррозии, являются не методы диагностирования и ремонта труб, а превентивные методы, сдерживающие образование и рост дефектов коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), что является актуальной задачей эксплуатации газопроводов в настоящее время, а с учетом увеличения срока эксплуатации трубопроводов, также в будущем.
Цель работы: Совершенствование методов предотвращения развития стресс-коррозии металла труб длительно эксплуатируемых магистральных газопроводов.
Задачи исследования:
-
Выполнить анализ факторов, инициирующих стресс-коррозионное растрескивание под напряжением на основе результатов расследования причин аварийных разрушений МГ на примере ООО «Газпром трансгаз Ухта».
-
В лабораторных условиях провести имитационные стресс-коррозионные исследования трубной стали в условиях статического нагружения, действия грунтовой среды и катодной поляризации.
-
Выполнить сопоставление и статистический анализ результатов внутри-трубной диагностики, интенсивных и периодических электрометрических измерений на участке газопровода, предрасположенном к стресс-коррозии, для обоснования оптимального диапазона катодной поляризации.
-
Разработать комплекс практических мероприятий, обеспечивающих предотвращение развития стресс-коррозии на длительно эксплуатируемых магистральных газопроводах.
Научная новизна:
-
Лабораторными исследованиями определено, что наличие на поверхности трубы специфических гидроксидов железа: двухвалентного - белого цвета и магнитного железняка - черного цвета является диагностическим маркером участка газопровода, на котором катодная защита вызывает деполяризацию водорода и возможность развития стресс-коррозии, что подтверждается результатами шурфований газопроводов, подверженных стресс-коррозии.
-
По результатам периодических измерений потенциалов «труба-земля», установлено, что оценить предрасположенность участка МГ, ограниченного двумя соседними СКЗ, можно по среднему потенциалу, измеренному в точках дренажа станций. Для исследуемого участка МГ «Пунга-Ухта-Грязовец», км 0 - 205, получено: при среднем потенциале (-1,6;-1,8) В - количество дефектных труб менее двух; (-1,8;-2,3) В - 3-5 дефектных труб; отрицательнее 2,3 В - 5-80 дефектных труб.
-
На основании анализа более 43 тысяч данных интенсивных электроизмерений на участке газопровода, предрасположенного к стресс-коррозии, с помощью критерия Вилкоксона обоснованы статистически значимые интервалы значений катодной поляризации с различной условной вероятностью образования дефектов КРН.
-
В результате исследования режимов работы 42 точек дренажа станций катодной защиты доказано, что отличия в значениях силы тока плеч защиты составляют не более ±5% в 97% случаев, что позволяет рассчитывать силу защитного тока участка трубопровода при оценке переходного сопротивления изоляционного покрытия, как полусумма значений силы тока двух соседних станций защиты с приемлемой для инженерных расчетов точностью.
Защищаемые положения:
- разработанная классификация факторов инициирующих стресс-коррозию по уровню влияния, степени контроля и возможности управления и вывод о том, что катодная поляризация является единственным мультипликативным фактором, имеющим возможность практического управления и регулирования;
практическое применение разработанных критериев катодной защиты газопроводов, предрасположенных к стресс-коррозии, позволит снизить вероятность образования дефектов;
оригинальная методика расчета переходного сопротивления изоляционного покрытия для назначения участков газопроводов к капитальному ремонту изоляции, основанная на анализе и расчете результатов периодических электроизмерений, что позволяет использовать имеющуюся базу данных для оценки динамики ухудшения свойств покрытия во времени;
комплекс научно обоснованных, разработанных и внедренных в ООО «Газпром трансгаз Ухта» методов по установлению и поддержанию потенциала катодной поляризации на заданном уровне позволит снизить вероятность образования стресс-коррозии на МГ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применяемым уровнем значимости при проведении статистического анализа, корректностью лабораторных исследований по соответствию коррозионно-активной среды, измерительных электродов, типа материала, согласованностью результатов лабораторных исследований с результатами полученными другими авторами.
Практическая ценность работы заключается в расчетно-экспериментальном обосновании интервалов катодной поляризации газопроводов, предрасположенных к КРН. Поддержание значений катодной поляризации на длительно эксплуатируемых трубопроводах, предрасположенных к развитию стресс-коррозионных дефектов, позволяет снизить вероятность образования и развития дефектов и повысить надежность работы газопроводов. На основе результатов исследований разработаны и введены три стандарта организации 000 «Газпром трансгаз Ухта»:
СТП 60.30.21-00159025-21-003-2009. Методика по определению состояния изоляции протяженных участков газопроводов методом интегральной оценки для назначения под переизоляцию;
СТП 60.30.21-00159025-21-004-2009. Методические рекомендации по выводу в капитальный ремонт (реконструкцию) средств электрохимзащиты, включая установки катодной, протекторной и дренажной защиты, анодные заземлители;
СТО 74.30.9-00159025-007-2011. Технологии поддержания и восстановления исходной работоспособности глубинных анодных заземлений средств электрохимзащиты при эксплуатации магистральных газопроводов.
Разработан программно-аппаратный комплекс «Подсистема контроля и управления средствами защиты от коррозии филиала эксплуатирующей организации ОАО «Газпром» (АРМ ЭХЗ), предназначенный, в том числе для поддержания заданных значений потенциала на газопроводах. Комплекс АРМ ЭХЗ в марте 2011 г. успешно
прошел приемочные испытания на базе филиала Мышкинском управлении ООО «Газпром трансгаз Ухта».
Получен патент №90215 на полезную модель «Автоматизированное устройство диагностики состояния подземных металлических сооружений».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: отраслевом совещании по проблемам защиты от коррозии (Барнаул, 21-26 апреля 2008 г.); Международной рабочей встречи в рамках Программы научно-технического сотрудничества ОАО «Газпром» и «Э.ОН Рургаз АГ» «Разработка совместной концепции по вопросам защиты газопроводов от коррозии» (г. Эссен, Германия, апрель 2008 г.); VI научно-практической конференции молодых специалистов и ученых ООО «Газпром ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз» «Инновации в нефтегазовой отрасли - 2009» (29 июня - 4 июля 2009 года); научно-технической конференции сотрудников и преподавателей УГТУ (14-17 апреля 2009 г.); 3-ей Международной научно-техническая конференция «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири», ТГНГУ, 2009 г.; X Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2009», УГТУ, (18-20 марта 2009 г.); отраслевом совещании по проблемам защиты от коррозии (п. Небуг, 12-15 мая 2009 г.); Международной конференции «Актуальные вопросы противокоррозионной защиты» (РАСР-2009) (г. Москва, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2009 г.); Научно-техническом семинаре «Рассохинские чтения», УГТУ, 2009, 2012 гг.; Отраслевом совещании по вопросам защиты от коррозии (г. Астрахань, 17-21 мая 2010 г.); Международной конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2011) (г. Москва, ООО «ВНИИГАЗ», 2011 г.); Международной рабочей встречи в рамках Программы научно-технического сотрудничества ОАО «Газпром» и «Э.ОН Рургаз АГ» «Разработка совместной концепции по вопросам защиты газопроводов от коррозии» (ООО «Газпром трансгаз Ухта», г. Вологда, август 2011 г.).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 24 работы, из них 3 - в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 177 страницы текста, 100 рисунков, 35 таблиц и список литературы из 111 наименований.
Проблема создания материалов, стойких к коррозионному растрескиванию под напряжением
Исследованию влияния неметаллических включений на коррозионно-механические свойства конструкционных сталей посвятили работы Шульте Ю.А. (1964), Коттрелл К.Л., Куслицкий А.Б. (1965) и др.
В работах [47,48,49,50,51] впервые в качестве основного выделен фактор металлургической наследственности сталей газопроводных труб - влияние содержания неметаллических включений на протекание коррозионного растрескивания под напряжением (стресс-коррозии). Гипотеза о преимущественно ускоренном протекании эксплуатационного растрескивания труб на «плато» скоплений включений в исходном трубном листе подтверждена соответствующими металлографическими исследованиями. Считая, что включения находятся на поверхности стали, автор утверждает, что при наличии внешней жидкой среды (грунтовый электролит) адсорбционный эффект понижения поверхностной энергии металла на границе «металл-включение» из всех прочих является определяющим. Также активизируется протекание химической адсорбции - каталитической реакции соединения на металлической матрице в окрестностях включений азота с водородом и выходом аммиака, и усиливается действие эффекта Ребиндера. Проявляется электрохимическая гетерогенность поверхности стали с неметаллическими включениями, увеличивающаяся при наличии внешних напряжений. Включения являются катодами по отношению к металлической матрице, что приводит к электрохимическому «растворению» металла вокруг включений при воздействии почвенного электролита.
К.Ф. Отт [49] считает также, что выходящие на поверхность трубного листа неметаллические включения, продукты их окисления и разложения изоляционного покрытия в результате взаимодействия с почвенным электролитом служат питательной средой для микроорганизмов, в том числе сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ). В совокупности с благоприятными условиями (положительная температура металла до +20 ч- +40С, наличие поляризационного потенциала катодной защиты трубопровода) это приводит к активному увеличению численности (на несколько порядков) СВБ в колониях и активному протеканию микробиологической коррозии металла как на поверхности трубы, так и в порах и трещинах в стенке трубы.
Более определенно по поводу влияния металлургических факторов на стресс-коррозионные разрушения трубных сталей высказываются зарубежные исследователи. Так, в одном из последних отчетов Трансканадской компании [102], посвященном анализу стресс-коррозионных разрушений трубопроводов, приводится достаточно полный обзор всех последних исследований, посвященных этому вопросу. Отмечается, что в средах с рН близким к нейтральному, КРН развивается на самых разных видах труб (диаметром от 114 до 1067 мм и толщиной стенки от 3,2 до 9,4 мм) при напряжениях от 241 до 448 МПа. Трубы эти были самыми различными по технологии изготовления. Отмечается [99,103], что появление разрушения в области сварных швов связано с низкой вязкостью разрушения этой зоны или высокими остаточными напряжениями.
Биверс [100], исследуя образцы труб Трансканадской системы, отметил, что крупнозернистая зона термического влияния (ЗТВ) подвергается растрескиванию сильнее, чем основной металл. Скорости роста трещин в этой зоне примерно на 30% выше, чем в основном металле.
Специалистами ПО «Спецнефтегаз» в работе [69] установлено, что причиной многочисленных аварийных отказов в околошовной зоне по механизму КРН является неудовлетворительное состояние металла, который в ЗТВ сварного шва имеет низкую коррозионную стойкость. Структура в данной зоне имеет существенные отклонения, обнаружен «провал» по твердости и ударной вязкости, которая в шесть раз ниже значения ударной вязкости основного металла трубы.
Исследования стресс-коррозии на трубах с пределом текучести от 241 до 483 МПа в средах с высоким рН не обнаружили зависимости между уровнем прочности разрушенных труб и чувствительностью к КРН. Отмечается также, что при других условиях стали с более высокой прочностью проявляют чувствительность к КРН.
По данным Института физико-химической механики материалов УАН определена зависимость предела выносливости на воздухе и в морской воде низколегированных сталей, включая трубные, от их прочности. В то время как на воздухе наблюдается рост предела выносливости по мере упрочнения сталей (например, при пределе прочности 500 и 2000 МПа предел выносливости находится на уровне 200 и 800 МПа соответственно) предел выносливости в 3%-ном NaCI практически не зависит от уровня прочности и колеблется в пределах 50 -И50 МПа. Зарубежные исследователи отмечают также явление циклического разупрочнения сталей - явление, при котором приложенные циклические напряжения вызывают в стали появление локальной микропластической деформации, которая является причиной возникновения КРН в средах с рН, близким к нейтральным [104,106,107,]. Бейнитные стали имеют меньшую тенденцию к разупрочнению, чем феррито-перлитные, применяемые для трубопроводов.
Проведены исследования по оценке сопротивления сплавов КРН при высоких рН. Они показали, что добавки в сталь хрома, никеля и молибдена в количествах от 2 до 6% предотвращает КРН при высоких рН. Однако применение таких сталей является экономически невыгодным, такая сталь будет слишком дорогостоящей.
В литературе [97] приведены факторы, влияющие на коррозионные процессы (таблица 1.1). Авторы [9,111], не отрицая влияние перечисленных, акцентируют внимание на отдельных, важных с их точки зрения, коррозионных воздействиях или дополняют их. Из анализа данных таблицы 1.1 видно, что один важный технологический фактор в ней не учтен - это фактор электрохимической защиты от коррозии, на что обратили внимание авторы работ. Конакова М.А. назвала этот фактор «локально-неэффективная катодная защита». [32]
При длительной эксплуатации МГ, происходит разрушение изоляционных покрытий, появление множественных дефектов изоляции. И, как следствие, на нем обязательно появляются участки с различными потенциалами. Авторами работы [78] не найдено зависимости между значениями потенциалов защиты и коррозионными дефектами, и это, вероятно, связано со сложностью и многофакторностью коррозионных воздействий и соответствующими разрушениями на МГ.
Рассмотрим систему «железо-кислород-вода» с целью определения термодинамически лимитирующей стадии коррозионного процесса и условий катодной защиты. Из термодинамических данных равновесия системы «вода-воздух-железо» (рисунок 1.4) следует, что при всех условиях железо должно окисляться или кислородом воздуха или ионами водорода, находящимися в воде.
Влияние времени года на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением
Кислотность среды является очень важным фактором в коррозионных процессах [81,85,86]. Обычно в кислых средах процесс коррозии идет по механизму водородной деполяризации, а в нейтральной и щелочной - происходит восстановление кислорода в присутствии воды. Поэтому в кислой среде скорость коррозии значительно выше, чем в нейтральной или слабощелочной. К счастью, в природе практически отсутствуют участки с сильнокислой средой, интервал кислотности природных грунтов имеет значения от 4 до 10, т.е. имеет место слабокислая, нейтральная и слабощелочная среда. Кислотность среды определяется параметрами грунта - наличием карбонатов, количеством грунтового электролита и внешними выбросами (кислотными дождями). С начала 90-х годов вследствие принятия мер по охране окружающей среды количество кислотных дождей резко уменьшилось, поэтому сейчас можно считать, что рН среды является характеристикой данного участка МГ. Распределение аварий в зависимости от рН среды приведено на рисунке 2.4.
Как видно из этого рисунка, наибольшее их число произошло в грунтах, имеющих рН близкий к нейтральному, т.е. от 5 до 6. В слабокислых грунтах (рН 5) и слабощелочных (рН 8) аварий по причине КРН значительно меньше. Это свидетельствует о том, что в слабокислых и кислых средах, вероятно, происходит образование коррозионных дефектов типа каверн, а в щелочной или слабощелочной среде скорость коррозии значительно уменьшена и продукты коррозии относительно плотные гидроксиды железа также защищают металл от разрушения. Хотя для уточнения влияния этого фактора необходимы более точные данные о распределении рН грунта по трассе МГ, От 6 до 7
Наибольшее влияние на коррозионные процессы, исходя из их химизма, должен оказывать состав грунтового электролита, так как солевой состав существенно сказывается на процессах связывания продуктов коррозии, и он же влияет на взаимодействие поверхностной пленки металла с кислородом. К сожалению, существует проблема определения его состава химическими методами. При расследовании аварии не всегда проводят определение ионного состава грунтового электролита, поэтому в рекомендациях по расследованию причин аварийных разрушений на линейной части магистральных газопроводов и в методике полевой экспресс-диагностики коррозионной активности среды околотрубного пространства МГ авторы акцентируют особое внимание на важности определения этого фактора.
На рисунке 2.5 показано распределение аварий от общей минерализации грунта. Как видно из этого рисунка, четкой зависимости между общей минерализацией и количеством аварий не наблюдается, хотя большее их число приходится на интервал 400-700 мг/кг. Это, вероятно, связано с тем, что в отсутствие достаточной катодной защиты отрезка трубы, стресс-коррозионные процессы происходят с достаточной интенсивностью при любой минерализации грунтового электролита.
Наиболее вероятна вторая причина, так как распределение аварий по содержанию основных ионов не имеет особых, выделяющихся участков, что в целом не противоречит известным механизмам стресс-коррозионного разрушения. 2.6 Влияние потенциала защиты и электропроводности грунта на аварийность магистральных газопроводов по причине коррозионного растрескивания под напряжением
Хотя потенциал поляризации металла трубопровода не относится к числу постоянных параметров. Тем не менее, он относительно стабилен при эксплуатации газопроводов. Практика показывает, что годовые и сезонные изменения потенциала труба-земля, как правило, не превышают 10%. Поэтому оценка состояния и режимов работы противокоррозионной защиты важна для определения влияния катодной защиты на возникновение аварийных ситуаций, так как только катодная защита является единственным фактором, который может оказывать регулируемое воздействие на коррозионные и стресс-коррозионные процессы. И хотя этому фактору уделяется достаточное внимание, особенно при эксплуатации газопроводов, но при расследовании причин аварийных разрушений, данные приводятся обычно только на момент аварии. Распределение аварий в зависимости от потенциалов катодной защиты с омической составляющей приведено на рисунке 2.10.
Если исходить из процессов коррозии, то наиболее быстро должны корродировать участки, недозащищенные средствами ЭХЗ, т.е. имеющие низкие значения потенциалов [7]. Но на диаграмме видно, что при малых значениях потенциалов происходит всего 2,6% аварий, т.е. аварии по причине КРН не являются коррозионными, а наоборот, равномерная коррозия препятствует или не способствует развитию стресс-коррозионных повреждений. Как видно из этой диаграммы наибольшее количество аварий (30,8%) произошло при потенциале 1,5-1,7 В (по модулю), т.е. существует некоторый интервал потенциалов, при котором происходит большее число аварий.
Однако здесь следует отметить, что дефекты КРН образуются в особых повреждения изоляционного, представляющих складки, экранирующие действие катодного тока. Поэтому в таких дефектах критерии защищенности не достигаются и металл в гофре покрытия по поляризуется отрицательнее минус 0,8 В относительно медно-сульфатного электрода сравнения.
Испытания образцов в условиях избыточной катодной поляризации
Выбор столь ранних результатов для анализа обусловлен, тем, что при каждом последующем пропуске диагностического снаряда, результаты становятся менее статистически значимы, т.к. по результатам контроля выполняют ремонт труб с вырезкой, поэтому для определения приоритетных факторов развития КРН и статистической обработки данных, необходимы результаты измерений на газопроводе, на котором массово (целенаправленно) не устранялись дефекты КРН.
Внутритрубная дефектоскопия с выявлением дефектов продольной ориентации (включая зоны продольных трещин) на выбранном участке первый раз проведена ПО «Спецнефтегаз» НПО «Спектр» в период с 11 по 22 октября 2000 г. Типы применяемого оборудования: очистные устройства СО-1400 и УМОП-1400; снаряды-дефектоскопы ДМТ-1400-256 и ДМТП-1-1400-768. Было выявлено 1346 поврежденных труб (7,3 %), в том числе по типам дефектов: коррозионные - 1812; продольные канавки - 394; вмятины - 21; аномальные швы - 281; каверны - 540; дефекты КРН (продольные трещины и зоны продольных трещин) - 240 дефектов на 144 трубах,
Докажем гипотезу одинаковости факторов, приведших к развитию продольно ориентированных дефектов (включая трещины, каверны, канавки) на основе сравнения распределений указанных дефектов по окружности трубы относительно вертикальной оси. Если окажется, что распределения относительно вертикальной оси симметричны, то это будет свидетельствовать о едином механизме развития продольно ориентированных дефектов, кроме этого этот факт будет доказывать второстепенную роль металлургического фактора в развитии.
Методика расчета взята из источника [16], приведенного в библиографическом списке.
Выборочное среднее - среднее арифметическое значение признака выборочной совокупности. Это наиболее важная статистическая характеристика. Среднее арифметическое выбирают в качестве оценки для математического ожидания: Xі 2 , находящимся в середине упорядоченной последовательности. При четном п «х» равно среднему арифметическому двух расположенных в середине значений: х +х -2 ; (4.3) Мода (МО) - наиболее часто встречающееся значение в данном ряде измерений величин. На практике моду определяют как значение х, которому соответствует максимальная частота в таблице частот. При графическом представлении эмпирического распределения в виде гистограммы мода равна значению середины того интервала, который имеет максимальную ординату.
Дисперсия - среднее арифметическое квадратов отклонения наблюдаемых значений признака от их среднего значения х. Выборочную, или эмпирическую, дисперсию S2 ряда измерений Xi, х2, ..., хп определяют по формуле (несмещенная оценка): где х - выборочное среднее; п - объем выборки. Так же как и выборочное среднее х, выборочная дисперсия может быть рассчитана как непосредственно по выборке, так и по сгруппированным данным, с помощью таблицы частот. В этом случае используют формулу: где um - середина m-ro интервала (т = 1,2,..., k); пт - частота попадания в т-й интервал; х - вычисленное по таблице частот среднее арифметическое, вычисленное по формуле (4.2); п - общее число измерений.
Среднее квадратическое или стандартное отклонение (СКО) находится из выражения: S = VS2, (4.6) Выборочные центральные моменты к-ro порядка Мк рассчитывают по несгруп-пированным данным Хь х2, ..., хп по формуле:
Разделим вертикальной осью симметрии часовую диаграмму на две части. Правая часовая диаграмма - от нуля до 6 часов, а левая - от 6 до 12 часов. В таблицах 4.2 и 4.3 приведена статистика по видам дефектов - трещины, каверны, канавки и основные выборочные средние по правой и левой диаграммам.
Выборки достаточно представительные - 107, 246 и 188 значений соответственно для «правой части часов», и 136, 292 и 211 для «левой части часов». На рисунках 4.7, 4.8 представлены гистограммы распределений по отдельным видам дефектов, по правой и левой часовой диаграммы. Наблюдается очевидная симметрия. Подобрать статистически значимые (критерий %2 Колмогорова-Смирнова) теоретические распределения к представленным гистограммам не удалось.
Для проверки значимости различий по типам дефектов использованы критерии Фишера и Стьюдента. Таблица 4,2 - Результаты анализа статистических характеристик распределе ния правой части диаграммы
По таблицам F-распределения (литер. 1, 2) находится критическое значение критерия FKPHT. = F(ct, m-1, п-1), где m - число степеней свободы числителя, то есть объем выборки с большей дисперсией; п - знаменателя. Если расч. FKPDT.J ТО ГИПО-Теза Но не отвергается (можно считать истинные дисперсии выборок одинаковыми). Если FpacM. FKPKT., ТО гипотеза о равенстве дисперсий отвергается; вероятность ошибки равна уровню значимости а, различие дисперсий статистически значимо.
Анализ данных периодических электроизмерений, выполненных с помощью контрольно-измерительных колонок в период 1987-2000 гг 4.4 анализ данных интенсивных электроизмерений
На рабочем месте специалиста ЭХЗ состояние средств электрохимзащиты в режиме реального времени отображается на активной мнемосхеме, а также в графическом и табличном видах.
Построение системы сбора, архивации и передачи данных на первом уровне АРМ ЭХЗ должно предусматривать максимальную автоматизацию и автономность. Информация на сервере филиала в виде первичных данных (данные всех элементов СКМ, режимы работы средств ЭХЗ, снимаемые с заданной дискретностью) хранится в течение 3-х месяцев, затем данные обновляются. Каждый отчетный месяц должен проводиться анализ первичной информации с формированием отчетов в виде графической информации (таблиц, диаграмм, графиков). Сформированные отчеты передаются на второй уровень АРМ ЭХЗ.
Программная часть на втором уровне позволяет обрабатывать данные коррозионных обследований и сопоставлять их с данными внутритрубной диагностики. В настоящее время эти два вида обследований являются самыми распространенными методами обследования технического состояния подземных стальных газопроводов (рисунок 5.7).
Для оптимизации выбора методов обследования технического состояния газопроводов, разработан алгоритм ранжирования газопроводов по их эксплуатационной надежности. Суть его заключается в определении значащих факторов для эксплуатационной надежности газопроводов, с последующим разделением газопроводов по классам. Учитываются следующие факторы: срок эксплуатации газопровода; тип изоляционного покрытия; возможность проведения ВТД; имеющиеся показания к снижению давления; наличие аварийных случаев по причине коррозии и КРН; коррозионная активность грунтов.
Схематически предлагаемый алгоритм отображен на блок-схеме ранжирования газопроводов по классам эксплуатационной надежности (рисунок 5.8).
Первый фактор - срок эксплуатации газопровода, один из первоочередных при выборе участков для проведения диагностических работ. Данный фактор, прежде всего, показывает уровень технических решений с точки зрения защиты от внешних воздействий, предусмотренных в проекте. Анализируя состояние газопроводной системы ОАО «Газпром» выбрали следующие временные интервалы: срок эксплуатации до 10 лет; от 10 до 30 лет и более ЗОлет.
Вторым фактором принят тип изоляционного покрытия, как определяющий характеристики пассивной защиты газопровода (срок службы, надежность, повреждаемость от внешних воздействий).
Третий фактор - возможность проведения внутритрубной дефектоскопии на участке газопровода. Так как ВТД дает наиболее полную картину состояния тела газопровода, но при этом остается достаточно дорогостоящим видом диагностики. Соответственно на участках где есть возможность проведения ВТД, комплексное коррозионное обследование состояния газопровода и средств электрохимической защиты можно проводить реже и нет так детально, как на участка, где такой возможности нет.
Четвертый фактор - снижение разрешенного рабочего давление (РРД). Определяется наличием на обследуемом участке дефектосодержащих элементов (трубы, катушки, соединительные детали) обнаруженные при проведении предыдущих обследований, для которых в результате расчета разрешенное рабочее давление принято менее нормативной (проектной) величины.
Пятый фактор - наличие аварий и инцидентов на данном участке, причиной которых могут быть как состояние изоляционного покрытия и защищенность газопровода от коррозии, так и внешняя среда.
Шестой фактор наличие на участке грунтов высокой коррозионной агрессивности, как на потенциально опасных участках при наличии сквозных повреждений изоляционного покрытия газопровода.
В результате ранжирования газопроводы распределены по пяти классам эксплуатационной надежности. Это позволяет выделить участки газопроводов для первоочередного проведения обследований, а так же позволяет выбрать наиболее эффективные и экономически целесообразные методы диагностики. При этом ранжирование производится для межкрановых участков.
Данный алгоритм может быть реализован для всех газопроводов ОАО «Газпром» в рамках АРМ ЭХЗ и являться основой для построения системы диагностических их обследований.
Применение его позволит сократить материальные затраты на проведение диагностических обследований; проводить реальную оценку состояния газотранспортной системы газопровода; добиться снижения аварийности газопроводов, за счет проведения своевременного обследования наиболее «проблемных участков».
Первичный сбор, передача и обработка информации в системе АРМ ЭХЗ может осуществляться с помощью оборудования, выпускаемого предприятием «Парсек», включающего контрольно-измерительные колонки, устанавливаемые на трассе МГ и подсистему «Пульсар Л», которая монтируется в блок-боксе УКЗ.
Подсистема «Пульсар Л» предназначена для дистанционного контроля и оперативного управления параметрами электрохимической защиты, сбора, обработки и хранения информации о коррозионных процессах и противокоррозионной защите подземных металлических сооружений.
Подсистема «Пульсар Л» комплектуется устройствами катодной защиты «Парсек ИПЕ» различной мощности.
Оба КИПа преобразуют в цифровой код следующие параметры ЭХЗ: защитный потенциал труба-земля, поляризационный потенциал методом отключения вспомогательного электрода и ток поляризации. КИП-А устанавливается в местах, где прокладка кабелей связи по каким-либо причинам невозможна или нежелатель 127 на. Поэтому основным источником питания КИП-А служит аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 6В с подзарядкой батареи от миниатюрного солнечного модуля МСМ-600. Возможно использование для подзарядки другого автономного источника электропитания, например на базе комплектного магниевого протектора. Передача информации производится по радиоканалу на базовый модем, устанавливаемый в подсистеме «Пульсар-Л». Максимальное расстояние от базового модема -1км при работе КИПов в режиме измерения. Количество узловых ретрансляторов до 20.
