Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение требований безопасности для населения и экологии страны, усиление экономических санкций со стороны государства за их нарушение выдвинули необходимость разработки мероприятий по предупреждению отказов, продлению срока службы магистральных нефтепроводов (МН) в число первоочередных задач, стоящих перед нефтетранс-портными предприятиями России.
Проблема обеспечения безопасности эксплуатации и продления срока службы линейной части нефтепроводов всегда находилась в центре внимания Акционерной компании по транспорту нефти "Транснефть", ее дочерних акционерных обществ (Открытых Акционерных обществ магистральных нефтепроводов - ОАО МН), эксплуатирующих магистральные нефтепроводы России. Традиционно эта проблема решалась с помощью гидравлических переиспытаний нефтепроводов повышенным давлением и устранения выявленных при этом дефектов; проведением капитального ремонта со сплошной заменой труб или с заменой изоляционного покрытия.
Выбор участков нефтепровода для капитального ремонта производился на основе статистики аварий, результатов электрометрических измерений, данных визуального контроля при проведении шурфования. Ограниченность этой информации не позволяла достоверно и своевременно выявить те участки, которые в первую очередь нуждались в восстановлении их работоспособности. Кроме этого, проведение переиспытаний и сплошного капитального ремонта требовали больших материальных затрат и необходимости вывода нефтепровода на длительное время из эксплуатации.
Анализ состояния аварийности магистральных нефтепроводов показал, что к концу 80-х годов интенсивность потока отказов, аварий приобрела тенденцию к возрастанию. Это было обусловлено ростом аварийности на МН со сроками службы 15...20 лет и выше. С ростом срока эксплуатации нефтепроводов, постоянно находящихся под воздействием перекачиваемой нефти и окру-
жающей среды, увеличивается количество коррозионных и усталостных повреждений в металле труб. Эти повреждения снижают несущую способность линейной части МН по сравнению с проектной, что приводит к увеличению вероятности отказов.
Таким образом, применявшиеся ранее методы поддержания и восстановления работоспособности нефтепроводов были не в состоянии предупредить роста их аварийности по мере увеличения продолжительности эксплуатации. Кроме этого, создавшаяся в России с начала 90-х годов экономическая ситуация не позволила как по финансовым, так и по техническим возможностям использовать в дальнейшем технологию сплошного ремонта с заменой труб в качестве основного метода ремонта линейной части (ЛЧ) МН.
Научные разработки отечественных ученых (И.Г.Абдуллина, В.Л.Березина, П.П.Бородавкина, Л.И.Быкова, А.Г.Гумерова, А.П.Гусенкова, Э.М.Гутмана, Р.С.Зайнуллина, О.М.Иванцова, Н.А.Махутова, О.И.Стеклова, Э.МЛсина и др.) и зарубежных исследователей в области обеспечения надежности и продления срока службы магистральных трубопроводов не охватывают всех вопросов решения данной проблемы.
Исчерпание возможностей традиционно применяемых средств по предотвращению аварий и прямых потерь нефти с ростом продолжительности эксплуатации МН, по обеспечению стабильности поставок нефти, потребовало поиска новых эффективных средств для решения всего комплекса перечисленных выше задач.
Целью диссертационной работы является разработка системы предупреждения отказов и продления сроков службы магистральных нефтепроводов России, которая позволит продлить их срок эксплуатации на период не менее 30 лет.
В работе решены следующие основные задачи. - 1. На основе проведенного анализа состояния магистральных нефтепроводов, причин аварийности линейной части сформулированы основные положения системы предупреждения отказов и продления сроков службы МН, ко-
і позволяет продлить их срок эксплуатации на период не менее 30 лет, не лая нормальный режим работы.
-
Разработана методология четырехуровневого интегрированного диаг-іческого контроля МН с помощью внутритрубньгх инспекционных снаря-ВИС) и оценки их технического состояния по результатам диагностиро-I.
-
Проведены натурные испытания на прочность труб с дефектами поте-;талла коррозионного и механического происхождения и на основе обоб-я их результатов разработана нормативная отраслевая методика оценки юсти дефектов МН по данным внутритрубньгх дефектоскопов. На основа-:татистического анализа диагностической информации 23 тыс. км обсле-шых МН АК "Транснефть" установлено, что в среднем опасными по ре-атам расчетов на прочность (требующими ремонта или снижения рабоче-вления) являются не более 1.5% дефектов от общего количества обнару-гмых дефектов, остальные 98.5% дефектов являются неопасными и не тот принятия срочных мер по ремонту.
-
Разработана методика прогнозирования индивидуального остаточного ica нефтепровода с трещиноподобными дефектами с учетом случайного пера его нагружения, позволяющая определять интервальные оценки вре-безаварийной эксплуатации участков МН.
-
Разработана методика определения периодичности обследования маги-ьньгх нефтепроводов внугритрубными инспекционными снарядами, бази-іаяся на принципе балльной оценки факторов риска.
-
Проведены исследования эффективности существующих в настоящее і в мировой практике методов ремонта магистральных трубопроводов без овки перекачки. Сравнительный анализ показал, что по комплексу техни-ономических критериев наиболее эффективной и перспективной техноло-зыборочного ремонта является композитно-муфтовая технология (КМТ).
-
Проведены натурные испытания на прочность и долговечность труб с ;тами, отремонтированными по КМТ. Положительные результаты испы-
таний на трубах отечественного производства с наиболее опасными дефектами при наиболее неблагоприятных режимах нагружения доказали высокую эффективность КМТ по полному восстановлению прочности и долговечности отремонтированных участков нефтепроводов.
8. Разработана методика выборочного ремонта МН по результатам внут-ритрубной диагностики, определяющая наиболее эффективные методы ремонта для каждого вида дефектов в зависимости от их геометрических параметров.
Научная новизна.
В диссертации впервые получены следующие результаты.
-
Предложено решение задачи предупреждения отказов и продления срока службы магистральных нефтепроводов осуществлять на основе системного, комплексного подхода. Этот подход состоит в обнаружении в нефтепроводе средствами внутритрубной диагностики дефектов любого происхождения и ремонте их до того, как они получат развитие до критического состояния; предусматривает классификацию дефектов по степени опасности на основании результатов расчетов на прочность, составление программ ремонта на основе информации об опасных дефектах, проведение мониторинга за развитием остальных дефектов по результатам периодического диагностирования с использованием компьютерных банков данных.
-
Определены требования к функциям систем технического обслуживания и ремонта линейной части (ЛЧ) МН. Установлено, что основной функцией системы технического обслуживания должно быть информационное обеспечение ремонта. Показано, что эта функция наиболее эффективно выполняется при использовании средств внутритрубной диагностики.
-
Сформулированы основные требования, обеспечивающие эффективность проведения внутритрубной диагностики; обоснована экономическая целесообразность применения снарядов высокого разрешения.
4. Разработана расчетная методика прогнозирования индивидуального
остаточного ресурса нефтепровода в зонах трещиноподобных дефектов с уче
том случайного характера нагружения.
5. Разработан методический подход определения периодичности диагно
стирования магистральных нефтепроводов внутритрубными инспекционными
^нарядами, основанный на анализе факторов риска эксплуатации.
-
Сформулированы основные требования к проведению выборочного ремонта. Показано, что этим требованиям в наибольшей степени отвечает технология композитно-муфтового ремонта, эффективность которой для широко--о круга наиболее опасных дефектов подтверждена результатами натурных испытаний.
-
Разработана методика выбора ремонтной технологии дефектных участков магистральных нефтепроводов по результатам внутритрубной диагно-;тики, определяющая состав работ по техническому обслуживанию и ремонту нефтепроводов, проводимых на основе диагностической информации.
На защиту выносятся результаты научного обобщения разработок в эбласти повышения надежности эксплуатации систем магистральных нефте-троводов на основе использования внугритрубных инспекционных снарядов и )ффективных методов ремонта.
Практическая ценность работы.
Результаты данной работы позволили на принципиально новом высоком фовне, с использованием системного подхода осуществить на практике решение задач по предупреждению отказов и продлению срока службы магистральных нефтепроводов благодаря созданию эффективной системы их техническо-"О обслуживания и ремонта. Для этого при непосредственном участии автора )ыл разработан ряд нормативно-методических документов:
на основе обобщения результатов испытаний труб с различными дефек-ами разработана и совершенствуется нормативная методика оценки опасности іефектов по данным внугритрубных дефектоскопов;
на основе анализа состава дефектов, обнаруживаемых при внутритруб-юй диагностике, внесены предложения в проект Закона о трубопроводном ранспорте и в СНиП на строительство магистральных трубопроводов, направ-іенньїе на обеспечение их эксплуатационной надежности;
разработан, согласован Госгортехнадзором России и утвержден в АК "Транснефть" руководящий документ: "Нормы периодичности обследования магистральных трубопроводов внутритрубными инспекционными снарядами" (РД 153-39-029-98);
на основе сравнительного анализа различных технологий выборочного ремонта разработано технико-экономическое обоснование приобретения технологии ремонта магистральных нефтепроводов, согласованное ведущими научно-исследовательскими организациями отрасли и утвержденное АК "Транснефть";
- на основании проведенных натурных прочностных испытаний труб отечественного производства с опасными дефектами, отремонтированными по КМТ, выпущен Итоговый Протокол по результатам испытаний, согласованный в Госгортехнадзоре РФ и утвержденный АК "Транснефть";
- на основании проведенных исследований выпущен отраслевой норма
тивный документ (РД 153-39-030-98) "Методы ремонта дефектных участков
нефтепроводов по результатам внутритрубной диагностики".
Проведение ремонта по данным диагностирования многократно повысило его эффективность. В результате достигнуто существенное повышение надежности, снижение аварийности магистральных нефтепроводов. В 1997 г. количество аварий составило 0,06 аварий на 1000 км нефтепроводов в год по сравнению с 0,25 в 1993 г.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на: Международной бизнес-конференции "Нефть и газ-95" (Москва 1995г.), Научно-технической конференции "Диагностика магистральных нефтепроводов и технологического оборудования трубопроводного транспорта неразрушающими методами контроля (Москва, 1995г.), Международных деловых встречах "Диагностика-94", "Диагностика-95","Диагностика-96", "Диагностика-97" (Ялта 1994, 1995, 1996, 1997 гг. соответственно), "Диагностика-98" (Сочи, 1998 г.), Международных научно-практических конференциях "Безопасность трубопроводов" (Москва
1995, 1997 гг.), Научно-практическом семинаре "Старение трубопроводов, технология и техника их диагностики и ремонта" (Москва, 1996 г.), научно-техническом семинаре "Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии" (Кострома, 1996г.), Четвертой Международной конференции "Транспортировка нефти и газа в бывшем Советском Союзе (Москва, 1996 г.), Международной конференции "Трубопроводный транспорт - связующее звено между производителями нефти и ее потребителями" (Москва, 1997г), Втором международном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтяной и газовой промышленности и энергетики будущего" (Москва, 1997г), 6-ом Всероссийском совещании-семинаре "Совершенствование Государственного надзора за безопасностью эксплуатации магистральных трубопроводов" (Уфа, 1997 г.), совещании в Госкомитете по нефти и газу Украины (Киев, 1997 г.), совещании в Институте электросварки им. Е.О.Патона (Киев, 1997 г.), международной научно-производственной конференции "Основные проблемы эксплуатации магистральных нефтепроводов Казахстана" (Атырау, 1997г.), Международной конференции по диагностике трубопроводов (Хьюстон, 1998г.), Международной конференции "Трубопроводные проекты в России и СНГ" (Москва, 1998), Международной конференции "Коррозия - 98" (Львов, 1998 г), Международной конференции европейских нефтяных компаний по вопросам охраны окружающей среды (Брюссель, 1998 г).
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, в том числе 2 монографии и учебное пособие.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 348 страницах, включая 43 рисунка, 48 таблиц, 51 страницу приложений и список использованных источников из 239 наименований.