Магистральным газопроводам

Одной из наиболее важных задач трубопроводного транспорта углеводородов является сокращение риска возникновения аварийных ситуаций. Ее решение позволит снизить безвозвратные потери транспортируемых продуктов, улучшить экологическую обстановку, предотвратить разрушения инженерных сооружений и обеспечить таким образом оптимальное функционирование трубопроводных систем. Актуальность данной проблемы связана с высокой частотой отказов магистральных трубопроводов, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям. Надежность трубопроводных систем снижается в процессе эксплуатации вследствие накопления внутренних и внешних повреждений, усиливающихся при одновременном взаимосопряженном воздействии на металл механических напряжений и коррозионных сред и проявляющихся на действующих объектах в виде коррозионно-механич-еских разрушений (КМР), и естественного старения трубопроводных коммуникаций.

Блистеринг и расслоение металла в очаге разрушения отсутствуют. Эти явления характе,}ны для разрушений магистральных трубопроводов, связанных с наводороживанием металла (сульфидное растрескивание, перезащита и др.). Отмечаемое же в ряде актов технического расследования отказов магистральных газопроводов небольшое расслоение металла часто не является таковым, а, как правило, образуется при движении магистральной трещины и является следствием допустимой в настоящее время ликвационнои неоднородности стального листа по его толщине.

Анализ принятой в настоящее время технологии изготовления сварных прямошовных труб большого диаметра, которые составляют до 75-80 % от объема используемых труб при строительстве магистральных трубопроводов, показывает, что на отдельных переделах технологического процесса может формироваться значительная остаточная неоднородность физико-механических и электрохимических свойств металла по периметру трубы. Технологически унаследованная гетерогенность свойств поверхности при

Изучение влияния различных видов термической обработки (отжиг, нормализация, закалка) на чувствительность металла труб и их сварных соединений к коррозионному растрескиванию проводилось в УГНТУ на образцах (100 х 20 мм - толщина стенки трубы), вырезанных из отечественных (сталь 17Г1С) и импортных труб фирм "Маннесманн" и "Валлурек" . При термической обработке температура нагрева в печи составляла 910° С с выдержкой в течение 1 часа и последующим охлаждением с печью, на воздухе и в воде. Склонность стали к коррозионному растрескиванию оценивалась электрохимически, путем определения величины анодного тока растворения при значениях потенциалов, соответствующих Фладе-потенциалу на анодных поляризационных кривых. В качестве рабочего электролита использовался раствор солей угольной кислоты, моделирующий приэлектродную среду, образующуюся при катодной защите магистральных трубопроводов (1н. Na,CO3 + 1н. NaHCO3). Электрохимические исследования проводились в трехэлектродной ячейке (рис. 31) со вспомогательным электродом из платины. Нагрев образцов осуществлялся в масляной бане. Температура поддерживалась терморегулятором RH-3. Предварительно образцы активировались при потенциале минус 900 мВ (ХСЭ). Затем потенциал уменьшался по абсолютной величине со скоростью развертки 4 мВ/с и снималась анодная поляризационная кривая. Одновременно с электрохимическими исследованиями проводились измерения твердости (HRB).

МЕХАНИЧЕСКИХ РАЗРУШЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ

Наиболее опасным видом коррозионно-механического разрушения магистральных трубопроводов, наряду с рассмотренным в главах 1-4 коррозионным растрескиванием, является малоцикловая коррозионная усталость [12, 38], характерная в отличие от первого для магистральных нефтепродуктопроводов.

Анализ условий эксплуатации магистральных трубопроводов показал, что наряду со статической труба испытывает циклически изменяющуюся нагрузку с широким спектром частот. При этом, кроме высокочастотной составляющей спектра, обусловленной работой компрессорных станций, присутствуют низкочастотные колебания, возникающие в результате изменения температуры §тен-ки трубы, биений, изменения режимов перекачки и т. д., что может вызвать малоцикловую коррозионную усталость трубопроводов, транспортирующих, в первую очередь, жидкие углеводороды.

Следует отметить, что подавляющая часть повреждений, не связанных с дефектами строительно-монтажного происхождения и воздействием внешних факторов магистральных трубопроводов, транспортирующих жидкие углеводороды, обусловлена, в первую очередь, возникновением и развитием усталостных трещин. Отмеченные выше циклические деформации в металле труб, возникающие за счет изменения давления и температуры перекачиваемого продукта для указанной группы трубопроводов, соответствуют критериям малоциклового нагружения, а в присутствие коррозионных сред вызывают малоцикловую коррозионную усталость металла (МКУ).

Использование указанных моделей для прогнозирования долговечности реальных магистральных трубопроводов в условиях МКУ затруднено. Это связано, с одной стороны, с тем. что модель Коффина - Мэнсона, позволяющая прогнозировать усталостную долговечность при наличии геометрических концентраторов напряжения, не пригодна для описания стадии распространения

Исследования проводились на воздухе и в среде (1н. NaHCO, -1н. Na,CO3) как без поляризации, так и при ее наложении при величинах минус 0,82, 0,70, 0,62 В (ХСЭ). Выбор данной среды был обусловлен проведенным в первой главе анализом эксплуатации магистральных трубопроводов, показавшим, что в местах повреждения противокоррозионных покрытий образуется слой катодных отложений, представляющих из себя соли угольной кислоты.

Приведенные результаты могут быть использованы для прогнозирования долговечности магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях малоцикловой коррозионной усталости.

Вместе с тем до настоящего времени не исследован вклад вибрационного нагружения, присущего магистральным газопроводам (особенно вблизи компрессорных станций), в развитие КР. Хотя для оборудования компрессорных станций характерны высокочастотные колебания, связанные вращением ротора газоперекачивающего агрегата, паразитные колебания различной природы, а при наличии нескольких компрессоров - биения. Эти колебания, естественно, передаются трубе, которая является волноводом для акустических волн. При этом наблюдается значительная дисперсия мод колебаний [97]. На участках изменения профиля трассы магистральных газопроводов (поворотов, спусков и подъемов) возможна дополнительная генерация колебаний, связанных с изменением характера движения потока. Эти колебания могут оказать влияние на локализацию механоэлектрохимических реакций, протекающих в образовавшемся под отслоившейся изоляцией, модифицированном под воздействием токов катодной защиты электролите. Рассмотрим поведение твердой частицы в этих условиях с использованием [15].

В последнее время проводятся промышленные испытания комбинированного метода диагностики. Гидравлические переиспытания дополняют методом акустической эмиссии. При этом регистрируют акустический сигнал, возникающий при раскрытии трещин. Однако данный метод в настоящее время применяется для диагностики КР наземных трубопроводов, и вопрос об его эффективности применительно к подземным магистральным газопроводам в настоящее время открыт.

Современные ГТУ, применяемые для привода компрессоров, поддерживающих давление перекачиваемого по магистральным газопроводам природного газа, имеют КПД 26 — 28 %. Температура уходящих газов ГТУ составляет обычно 600-700 К, а в безрегенераторных 800 К. Потери теплоты с уходящими газами достигают 70 %. Широкое использование ВЭР сдерживается отсутствием энергоемких потребителей. В настоящее время теплота уходящих газов ГТУ утилизируется в основном для теплоснабжения самих компрессорных станций, прилегающих к ним жилых поселков и небольших тепличных хозяйств. Суммарные объемы утилизируемых ресурсов на эти цели не превышают 15 % располагаемых.

Природный газ играет очень большую роль как промышленное топливо и как сырье многих химических производств и как топливо для бытовых нужд. В .СССР эксплуатируют много месторождений, газ из которых транспортируют по стальным магистральным газопроводам

С ростом потока газа из северных в центральные районы страны по магистральным газопроводам происходит увеличение их диаметров и рабочих давлений. Как следствие, постоянно возрастают единичные мощности агрегатов. Одним из представителей таких агрегатов является ГПА с приводом от ГТУ типа ГТК-16. На базе технических решений, заложенных в этом агрегате, была создана ГТУ типа ГТН-16.

В газовой промышленности компрессорные машины обеспечивают перемещение по магистральным газопроводам огромных масс природного газа от месторождений в промышленные центры.

рождений передается в Байя-Бланка, Ла-Плата и Буэнос-Айрес. Затем был построен 610-мм газопровод Неукен — Байя-Бланка длиной 920 км, производительность его 9,2 млн. м3 в сутки. От этого газопровода построено ответвление до Медонито длиной 110 км и диаметром 610 мм. В последнее время обсуждается вопрос о строительстве газопровода через Магелланов пролив от о. Тиерра-дель-Фуего до южного побережья страны. В дальнейшем предполагается соединить его с существующим газопроводом диаметром 700 мм, по которому подается газ в Буэнос-Айрес, производительность его 13 млн. м3 в сутки. Потребность в газе превышает размеры его добычи. Аргентина импортирует газ из Боливии. Для этой цели построен газопровод. В 1945 г. газовые частные компании были национализированы и переданы государственной компании «ЯПФ», которая занимается добычей газа. Транспортом газа по магистральным газопроводам и распределением его по потребителям занимается государственная компания «Газ дель Эстадо». Добыча газа в Аргентине в 1975 г. составила около 10 млрд. м3.

Применительно к северным магистральным газопроводам, рассчитанных на давление 10 МПа и выше, нужны принципиально новые трубы. В связи с этим возникла идея применения многослойных труб.

Природный газ с газовых промыслов направляется по магистральным газопроводам к сравнительно далеким местам потребления. Попутный газ большей частью используют вблизи нефтяных промыслов для переработки в различные химические нефтепродукты, а также в качестве горючего.

Передача газа под давлением до 60 am разрешается только по магистральным газопроводам, прокладываемым вне населенных пунктов.

Для перекачки газа по газопроводам необходимо большое количество компрессорных станций. При перекачке по магистральным газопроводам газ обычно сжимается до 50—70 ата. На крупных газопроводах для этих целей в последние годы начали использовать центробежные компрессоры с приводом от газотурбинных установок.