Общие принципы диагностики трубопроводов

В условиях интенсивного старения основных фондов трубопроводных систем, сооруженных в 1960-1980 гг., для обеспечения их безопасности и надежности особое значение приобретает создание эффективной системы контроля качества и диагностики трубопроводов. Старение трубопроводов – одна из основных причин повышения количества нештатных и аварийных ситуаций.

Анализ нештатных ситуаций на трубопроводных системах показывает, что вызывающие их факторы связаны:

- со стихийными природными процессами (землетрясения, оползни, обвалы, наводнения и др.);

- с нештатной (несанкционированной) деятельностью человека (нарушения технологии эксплуатации трубопроводов, криминальные факторы и др.);

- с несовершенством проектных решений, нарушением технологии строительства и ремонта;

- с вредным воздействием на трубопроводы транспортируемой среды, грунта, физических полей.

Учет всех этих факторов необходим для оценки реального состояния эксплуатируемого или строящегося трубопровода. Для такой оценки система контроля качества и диагностики должна быть комплексной и включать в себя различные методы и средства, применение которых направлено на достижение единой конечной цели: оценки состояния трубопровода в целом, а также условий и сроков его безаварийной эксплуатации, остаточного ресурса. Система магистральных трубопроводов является сложной транспортной системой большой протяженности, для определения фактического технического состояния которой необходимы изучение и регулярные наблюдения не только за самим трубопроводом и его сооружениями, но и за природно-климатическими явлениями вдоль всей трассы.

Основными характеристиками, определяющими эксплуатационные и проектные параметры магистрального трубопровода, являются:

- надежность;

- безопасность (техническая и экологическая);

- безаварийность;

- управляемость;

- экономичность;

- контролепригодность.

Если надежность трубопровода определяется параметрами его безотказности, долговечности, ремонтопригодности, его безопасность, безаварийность, управляемость и экономичность определяются выбором технических решений и средств, то уровень контролепригодности трубопроводной транспортной системы определяется степенью эффективности решения задач диагностирования ее технического состояния и обеспечивается в результате преобразования структуры проверяемого объекта к виду, удобному для использования системы технической диагностики.

Ядром предлагаемой системы диагностики, объединяющим началом всех видов и методов обследования является банк данных, создание которого необходимо и определяется большими объемами обрабатываемой информации, глубиной ретроспективного анализа, сложными и порой противоречивыми методиками расчета остаточного ресурса и прогнозирования технического состояния трубопровода. Для этого необходимы программные продукты и технологии создания и ведения такого банка данных на всех стадиях жизненного цикла трубопровода.

Банк данных дает возможность проследить за «жизнью» конкретного трубопровода, способствует совершенствованию и апробации действующих методик и технологий, осуществлению системного и комплексного мониторинга. Все это должно обеспечить важный вклад не только в науку, но и практику проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводных транспортных систем, обеспечить проверку обоснованности действующих норм и правил, их необходимую корректировку и пересмотр.

Надежность, безопасность и безаварийность работы магистральных трубопроводов сегодня определяются и рассчитываются на стадии изысканий и проектирования путем выбора трассы, материалов, комплектующих, основных технических решений, методов и технологии строительства. Необходимо на этом этапе определиться с методами контроля, с применяемыми средствами диагностики, с регламентами и периодичностью контроля, а также с тем, позволят ли предложенные технические решения осуществлять беспрепятственный контроль и диагностику трубопровода при эксплуатации.

На этом же этапе определяется необходимость оборудования опасных (категорийных) участков трубопровода стационарными средствами превентивной диагностики, осуществляющими непрерывный контроль и мониторинг состояния этих участков с выдачей данных в автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП). То есть такой подход делает необходимым экспертизу принятых в проекте технических решений с точки зрения осуществления принципа контролепригодности, а также полноты и достаточности предусматриваемых объемов диагностики.

На стадии эксплуатации должны вестись постоянное наблюдение и контроль за техническим состоянием трубопровода:

- обзорные наблюдения, состоящие в регулярном патрулировании обходчиками и/или с помощью авиационно-космических средств (вертолетов, самолетов, спутников);

- контроль и измерение параметров в реальном масштабе времени (мониторинг) с использованием АСУ ТП (оперативное вмешательство в предаварийной и аварийной ситуациях);

- периодическое традиционное приборное диагностическое обследование всей трассы трубопровода, насосных, компрессорных, резервуарных парков известными методами с целью определения мест возможного возникновения отказов;

- периодические углубленные диагностические обследования выявленных или потенциально опасных участков трубопровода с использованием внутритрубных, акустико-эмиссионных и др. современных компьютеризированных средств диагностики;

- анализ работы стационарных средств превентивной диагностики.

На этой стадии создаются оперативная (эксплуатационная) и архивная (ретроспективная) базы данных, являющиеся соответствующими разделами банка данных.

Перечисленные выше положения составляют в совокупности методологию диагностики магистральных трубопроводов.

Комплексная диагностика и инженерная оценка работоспособности трубопровода с целью обеспечения заданного уровня надежности является альтернативным подходом следующим решениям:

- технологическому, который заключается в снижении рабочего давления;

- гидравлическому переиспытанию участков трубопроводов повышенным давлением;

- выборочному ремонту потенциально опасных участков.

Хотя не вполне корректно непосредственно сравнивать разрешающие возможности этих способов, однако все они направлены на достижение определенного уровня надежности, и поэтому можно сравнить затраты на их реализацию.

Оценка затрат по применению указанных способов применительно к 1 км газопровода на период 5 лет при условии обеспечения одинакового уровня надежности показывает, что, если стоимость диагностики и инженерные оценки условно принять за единицу, то переиспытания составят более 2,6, а выборочный ремонт 3,5-5,0.

Компания «Бритиш Газ» утверждает, что с увеличением «возраста» трубопровода, вероятность отказов инспектируемого трубопровода значительно ниже, чем неинспектируемого.

Комплексная диагностика магистральных трубопроводов составляет основу их мониторинга. Под комплексностью понимается:

Охват всех сооружений трубопроводного транспорта. Линейной части, с установленным на ней оборудованием и арматурой, включая переходы под водными преградами, под шоссейными и железными дорогами. Компрессорных и насосных станций, резервуарных парков и подземных хранилищ, обслуживающих трубопроводный транспорт сооружений.

Освидетельствование физического состояния систем сооружений и конструкций объектов трубопроводного транспорта и определение их работоспособности (технологические параметры, техническая часть, включая состояние труб, арматуры, системы энергоснабжения, электрохимзащиты, КиП и автоматики, связи и телекоммуникаций).

Соблюдение экологической дисциплины, отслеживание долговременного влияния сооружений трубопроводного транспорта на окружающие природные массивы; фиксирование уровня взаимовлияния инженерных сооружений и неблагоприятных для них природных явлений.

Использование всего арсенала технических средств (аэрокосмические методы, ГИС технологии, электрометрия, внутритрубная диагностика, акустическая эмиссия, различные физические методы обнаружения утечек и др.).

Сумма знаний, полученных в результате такой комплексной диагностики, позволяет по разработанным специальным методикам делать оценку работоспособности трубопроводных систем и уровня их безопасности, а также остаточного ресурса их функционирования.

Под термином «диагностика» подразумевается обследование физического состояния локального участка или всего трубопровода, находящегося в эксплуатации, с использованием средств, реализующих один или несколько методов контроля, обеспечивающего выявление дефектов основного металла, труб, сварных соединений, изоляционного покрытия трубопроводов, работоспособности арматуры, средств электрохимзащиты, связи, систем телемеханики. Целью такого обследования, как
правило, является определение координат и параметров дефектных зон трубопровода, выработка рекомендаций по его ремонту и оценка условий его безаварийной эксплуатации, остаточного ресурса.