Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность
(нефтегазовая отрасль). — Оренбургский государственный университет.
— Уфа, 2010. — 86 с.
Научный консультант - доктор технических наук, профессор Кушнаренко
В.М.
Цель работы: повышение безопасности трубопроводов,
транспортирующих сероводородсодержащие нефтегазовые среды.
Научная новизна работы:
предложена методика идентификации дефектов трубопроводов, позволяющая установить характерные признаки дефектов, отличить эксплуатационные дефекты от металлургических и технологических, и повысить объективность оценки потенциальной опасности дефектов и безопасность эксплуатации трубопроводов;
установлено, что в процессе эксплуатации стальных труб в течение 25 лет в сероводородсодержащей среде: основной металл сохраняет исходную феррито-перлитную структуру; в области металлургических дефектов количество эксплуатационных дефектов (водородных расслоений) увеличивается по экспоненциальному закону; в области технологических дефектов кольцевых сварных соединений возникают трещины; ударная вязкость KCU-40 металла труб снижается на 26-33 % по сравнению с исходной.
разработана методика и установлены критерии оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса участков трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, с дефектами утонение стенки трубы на основе градации коэффициентов запаса относительно разрушающего давления дефектных труб. Получена зависимость разрушающего давления в водородных расслоениях металла стенки трубы от площади повреждения. Разработаны модели приведения внутренних дефектов к дефектам утонение стенки трубы;
предложены зависимости значений изменения скорости распространения акустических волн в металле труб от значений величины накопленной поврежденности в процессе развития малоцикловой усталости металла, на основе которых разработана методика оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса участков трубопровода с дефектами формы;
уточнено значение коэффициента Фолиаса для труб с дефектными кольцевыми швами и введен коэффициент ослабления прочности сварного шва kС в интервале значений 1,5…2,0 при определении разрушающего давления. Предложена методика оценки потенциальной опасности объемных дефектов кольцевых сварных соединений, позволяющая обосновать возможность безопасной эксплуатации участков трубопроводов, содержащих дефектные сварные стыки;
предложена математическая модель напряженно-деформированного состояния ремонтируемой трубы, учитывающая «краевой эффект», силы трения и деформации сварных швов, возникающие при установке на трубе напряженной муфты, позволяющая определить оптимальное обжимающее давление сварной муфты;
предложена математическая модель технического состояния и проведено ранжирование потенциальной опасности запорной арматуры, позволяющие определить сроки ее плановой замены и повысить безопасность эксплуатации трубопроводов;
разработана система балльной оценки факторов, определяющих техническое состояние трубопроводов ОНГКМ, и определена зависимость связи значений факторов и интенсивности отказов трубопроводов, позволяющие обосновать объемы и сроки проведения ремонта дефектных участков трубопроводов для обеспечения необходимого уровня их безопасной эксплуатации.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
разработаны и внедрены в УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург» методика и стенд для проведения испытаний дефектных участков трубопроводов, позволяющие определить потенциальную опасность дефектов, необходимость и сроки проведения ремонта, а также заменить общее испытание трубопровода при продлении его срока безопасной эксплуатации;
разработана методика оценки поврежденности металла дефектных участков трубопроводов при циклических деформациях с прогнозированием их остаточного ресурса, используемая при проведении экспертизы промышленной безопасности трубопроводов;
предложены технологические методы повышения безопасности эксплуатации дефектных участков трубопроводов путем применения: входного контроля трубных изделий; импортозамещаемой отечественной запорной арматуры; эффективных ингибиторов коррозии; технологии ремонта трубопроводов напряженными муфтами.
Основные положения разработанных методик включены в: СТО Газпром 2-5.1-148-2007 «Методы испытаний сталей и сварных соединений на коррозионное растрескивание под напряжением»; СТО 0-13-28-2006 «Методика оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса трубопроводов, имеющих коррозионные поражения и несплошности в сварных швах и основном металле, выявленные при внутритрубной дефектоскопии», СТО 0-03-22-2008 «Стандарт организации по технической и безопасной эксплуатации газопроводов неочищенного сероводородсодержащего газа и конденсатопроводов нестабильного конденсата».
Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составил: в 2005 г. - 18 миллионов рублей, в 2007 г. - более 7 миллионов рублей.
Научная новизна работы:
предложена методика идентификации дефектов трубопроводов, позволяющая установить характерные признаки дефектов, отличить эксплуатационные дефекты от металлургических и технологических, и повысить объективность оценки потенциальной опасности дефектов и безопасность эксплуатации трубопроводов;
установлено, что в процессе эксплуатации стальных труб в течение 25 лет в сероводородсодержащей среде: основной металл сохраняет исходную феррито-перлитную структуру; в области металлургических дефектов количество эксплуатационных дефектов (водородных расслоений) увеличивается по экспоненциальному закону; в области технологических дефектов кольцевых сварных соединений возникают трещины; ударная вязкость KCU-40 металла труб снижается на 26-33 % по сравнению с исходной.
разработана методика и установлены критерии оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса участков трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, с дефектами утонение стенки трубы на основе градации коэффициентов запаса относительно разрушающего давления дефектных труб. Получена зависимость разрушающего давления в водородных расслоениях металла стенки трубы от площади повреждения. Разработаны модели приведения внутренних дефектов к дефектам утонение стенки трубы;
предложены зависимости значений изменения скорости распространения акустических волн в металле труб от значений величины накопленной поврежденности в процессе развития малоцикловой усталости металла, на основе которых разработана методика оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса участков трубопровода с дефектами формы;
уточнено значение коэффициента Фолиаса для труб с дефектными кольцевыми швами и введен коэффициент ослабления прочности сварного шва kС в интервале значений 1,5…2,0 при определении разрушающего давления. Предложена методика оценки потенциальной опасности объемных дефектов кольцевых сварных соединений, позволяющая обосновать возможность безопасной эксплуатации участков трубопроводов, содержащих дефектные сварные стыки;
предложена математическая модель напряженно-деформированного состояния ремонтируемой трубы, учитывающая «краевой эффект», силы трения и деформации сварных швов, возникающие при установке на трубе напряженной муфты, позволяющая определить оптимальное обжимающее давление сварной муфты;
предложена математическая модель технического состояния и проведено ранжирование потенциальной опасности запорной арматуры, позволяющие определить сроки ее плановой замены и повысить безопасность эксплуатации трубопроводов;
разработана система балльной оценки факторов, определяющих техническое состояние трубопроводов ОНГКМ, и определена зависимость связи значений факторов и интенсивности отказов трубопроводов, позволяющие обосновать объемы и сроки проведения ремонта дефектных участков трубопроводов для обеспечения необходимого уровня их безопасной эксплуатации.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
разработаны и внедрены в УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург» методика и стенд для проведения испытаний дефектных участков трубопроводов, позволяющие определить потенциальную опасность дефектов, необходимость и сроки проведения ремонта, а также заменить общее испытание трубопровода при продлении его срока безопасной эксплуатации;
разработана методика оценки поврежденности металла дефектных участков трубопроводов при циклических деформациях с прогнозированием их остаточного ресурса, используемая при проведении экспертизы промышленной безопасности трубопроводов;
предложены технологические методы повышения безопасности эксплуатации дефектных участков трубопроводов путем применения: входного контроля трубных изделий; импортозамещаемой отечественной запорной арматуры; эффективных ингибиторов коррозии; технологии ремонта трубопроводов напряженными муфтами.
Основные положения разработанных методик включены в: СТО Газпром 2-5.1-148-2007 «Методы испытаний сталей и сварных соединений на коррозионное растрескивание под напряжением»; СТО 0-13-28-2006 «Методика оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса трубопроводов, имеющих коррозионные поражения и несплошности в сварных швах и основном металле, выявленные при внутритрубной дефектоскопии», СТО 0-03-22-2008 «Стандарт организации по технической и безопасной эксплуатации газопроводов неочищенного сероводородсодержащего газа и конденсатопроводов нестабильного конденсата».
Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составил: в 2005 г. - 18 миллионов рублей, в 2007 г. - более 7 миллионов рублей.