Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики» удк 621. 385 6 № госрегистрации: 01201063825 Инв. №
|
Скачать 3.09 Mb.
|
1.1.2. Анализ проблемной ситуации внедрения лазерно-информационной системы при мониторинге магистральных газопроводов и технологических объектов ЖКХПроблемы мониторинга объектов МГ и ЖКХ включают:
Существующие лазерные устройства (локаторы) дистанционного зондирования (на базе полупроводниковых и газовых лазерах) обособленно решают часть задач мониторинга МГ и ЖКХ – обнаружение (с низкой достоверностью) только утечки газа из технологических объектов. Работа локаторов не эффективна в заводненных условиях (реки, озера, болота, лужи и т.п.) и в населенных пунктах, имеющих покрытия (бетон, металл и т.п.) – из-за ложного срабатывания, в основном от зеркального отражения излучения. Как показывает анализ существующих лазерных устройств дистанционного зондирования, их разработка и внедрение проводилось на интуитивном уровне, с учетом возникшего спроса на дистанционные устройства обнаружения утечек газа из газопроводов и наличии лазерных источников излучения, имеющих линии поглощения газа (в основном метана). На данном этапе нет теоретических основ по созданию лазерных локаторов ближнего действия, для мониторинга окружающей среды, за исключением фундаментального издания (Мусьяков М.П. и др. Проблемы ближней лазерной локации), где рассмотрены в основном локационные вопросы (обнаружение физических объектов, определение расстояний до них и т.п.). Существующие локаторы, из-за своей уникальности: не технологичны в производстве, сложны в эксплуатации, требуют высококвалифицированное и регулярное техническое обслуживание. В локаторах отсутствует какая-либо унификация на системном уровне, они не могут эксплуатироваться в автономном режиме (без оператора). В каждом локаторе оригинальные обработка и представление информации, поэтому их сложно адаптировать под известные геоинформационные технологии, а тем более унифицировать ее. Точностные характеристики локаторов априорные и почти не поддаются проверке, а тем более сертификации. В данных устройствах практически полностью отсутствует пост обработка результатов зондирования. Разработка локаторов на базе полупроводниковых и газовых лазеров с использованием вычислительной техники полностью исключается, из-за отсутствия какой-либо теории проектирования конкретных устройств, а тем более комплексов в целом. В настоящее время только эффективное использование вычислительной техники, позволит оптимизировать и значительно ускорить процесс внедрения изделий (особенно с лазерными технологиями) в производство, а значит и в народное хозяйство, яркий тому пример – массовое создание в мире различного высокоэффективного обрабатывающего оборудования, использующего лазерные технологии. Решить все задачи мониторинга МГ, а также значительно повысить достоверность и эффективность работы лазерных устройств, а также их эксплуатационные возможности, позволит «Разработка методов и аппаратурных средств лазерно-информационной технологии мониторинга газотранспортных объектов» основанной на системном подходе к проблеме. 1.1.3. Дефекты линейной части магистральных газопроводов, причины возникновения и особенности проявленияЛюбая металлическая конструкция формируется в реальных условиях строительства и эксплуатации, неизбежно претерпевает при этом значительные изменения технического состояния, связанные с накоплением дефектов, и вследствие чего происходит снижение ее надежности. В качестве определения понятия дефекта может быть принято условие любого несоответствия какого-либо контролируемого параметра качества соответствующим регламентирующим нормам. Любой дефект при определенных условиях может инициировать отказ отдельного элемента или свей конструкции. Тогда главной причиной появления того или иного дефекта в общем случае можно считать отклонение рабочего параметра от его нормативного значения, которое как правило, задается научно или практически обоснованным допуском [85]. Основной металл и сварные соединения МГ содержат множество различных дефектов, возникающих в процессе изготовления труб, их транспортировки и монтажа на строительной площадки, эксплуатации на территориях с неблагоприятными инженерно-геологическими характеристиками грунтов и тяжелыми природно-климатическими условиями, ремонте газопровода. Необходимо отметить, что в ходе развития ГТС существенно менялись как показатели ее аварийности, так и долевое соотношение причин и факторов, их вызывающих. До конца 80-х годов доминирующим фактором аварий на МГ была общая коррозия. На сегодняшний день к основным факторам аварийности можно отнести следующие (Рисунок 1.1.16):
стихийные бедствия [28,36,50,56].  Рисунок 1.1.16 - Причины возникновения аварий на МГ: 1-наружная коррозия (в том числе стресс-коррозия - 44,8%); 2-повреждения при эксплуатации; 3-нарушение условий и режимов эксплуатации; 4-строительные дефекты; 5-дефекты изготовления труб и оборудования; 6-стихийные бедствия Необходимо отметить, что уровень дефектности газопровода является одним из важнейших критериев качества, учитываемых при оценке конструктивной и эксплуатационной надежности. Рассмотрим основные виды дефектов, их происхождение и влияние на надежность магистральных газопроводов. Дефектом называется отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией [63,92]. В соответствии с ГОСТ дефекты разделяются на явные и скрытые, а также критические, значительные и малозначительные. Такое разделение дефектов проводят для последующего выбора вида контроля качества продукции. При любом методе контроля о дефектах судят по характеристикам, свойственным данному методу диагностирования. Критическим называется дефект, при наличии которого использование продукции по назначению невозможно, значительным – дефект, который не оказывает такого влияния. Дефекты также подразделяются на дефекты, подлежащие ремонту, из которых по степени опасности выделяются дефекты первоочередного ремонта. Дефект, подлежащий ремонту – каждое отдельное несоответствие нормативным документам: стенки, сварных швов, геометрических форм трубы, а также соединительные, конструктивные детали и приварные элементы на газопроводе или входящие в его состав, не соответствующие нормативным документам. Дефект первоочередного ремонта – дефект, ограничивающий эксплуатацию участка газопровода на срок 1 год и менее и снижающий проектную несущую способность газопровода, а также дефект, подлежащий ремонту для которого не определяется прочность и долговечность. По происхождению дефекты подразделяются на:
Наиболее общей является классификация дефектов по геометрическим размерам:
С точки зрения необходимости применения различных методов неразрушающего контроля дефекты конструкций подразделяются:
С точки зрения ремонтопригодности выявляемые при обследовании газопроводов и других конструкций дефекты подразделяются на:
Для металлических конструкций наибольшее распространение имеет подразделение дефектов на группы в зависимости от происхождения и причин их образования, точнее в зависимости от этапов изготовления конструкции: - металлургические; - строительные; - технологические; - эксплуатационные. Наиболее типичными для стальных труб дефекты повреждения и несовершенства конструкции, выявляемые при диагностировании, по характеру их появления могут быть подразделены на две основные группы: - производственно-технологические, дефекты, возникающие в процессе производства, в результате строительно-монтажных работ, например при отливке, прокатке, изготовлении, и при ремонте изделий; - эксплуатационные, дефекты, возникающие после некоторой обработки изделия в результате усталости материала, коррозии, изнашивания из-за неправильного технического обслуживания и эксплуатации. Обобщенная классификация дефектов выявляемых в магистральных газопроводах приведена на рисунке 1.1.17 [15,64,65].  Рисунок 1.1.17 - Классификация дефектов магистральных газопроводов Приведем более подробную характеристику выявляемых дефектов. Производственно-технологические дефекты (дефекты основного металла трубы) являются концентраторами напряжений и при длительной эксплуатации могут переходить в трещины, что в свою очередь будет благоприятствовать усилению коррозии основного металла стенки трубы (Рисунок 1.1.18).  Рисунок 1.1.18 - Классификация дефектов основного металла стенки труб Как показывает практика, отказы на МГ с большим сроком эксплуатации связаны с коррозионными повреждениями стенок труб по причине выхода из строя изоляционных покрытий, выполненных при строительстве с применением пленок холодного нанесения и битумно-резиновых мастик. Для защиты труб от коррозии на них наносится покрытие – гидроизоляция. Однако при укладке труб гидроизоляция в отдельных местах может быть повреждена. Также, в среднем, через каждые 8-12 лет покрытия теряют свои защитные свойства и требуют своевременной замены. Полная защита газопровода имеющего противокоррозионную изоляцию, достигается при осуществлении активной электрохимической защиты (катодной, дренажной или протекторной). Дело в том, что коррозия носит в основном электролитический характер. Нижняя часть трубы, находящаяся в более плотном и влажном грунте, является анодом, верхняя, расположенная в менее влажном и более воздухопроницаемом грунте, катодом. Выделяющийся на аноде кислород интенсивно окисляет металл. Чтобы исключить, хотя бы частично, этот процесс, вдоль трассы располагаются станции катодной защиты, которые подают на трубу потенциал от 0,87 до 1,2В по отношению к грунту. Тогда труба по отношению к грунту становится катодом [54,63]. Обеспечить требуемое распределение потенциала по всей трубе не всегда удается. Поэтому коррозионные повреждения труб имеют место, несмотря на наличие гидроизоляции и катодной защиты. Дренажная защита, применяемая на участках газопровода, находящихся в районе блуждающих токов, заключается в отводе данных токов с трубы по кабелю в рельсовую сеть, что предотвращает стекание их в почву и разъедание труб [38]. Попытки установить сроки службы различной противокоррозионной изоляции стальных труб не имели успеха, так как они зависят от многих причин, главной из которых является качество изоляции и ее толщина. Чем больше толщина и качество изоляции труб, находящихся в идентичных почвах, тем выше защитные свойства, продолжительнее срок их службы. На качество изоляции влияет качество материала, подготовки поверхности трубы под изоляцию, выполнение изоляционных работ, осуществление мероприятий по защите изоляции от повреждений в процессе линейно-укладочных работ. С течением времени состояние противокоррозионной изоляции ухудшается, диэлектрические свойства снижаются и, как следствие, уменьшается защитная зона установок электрохимической защиты. Для обеспечения требуемой степени защиты газопровода от коррозии увеличивают, где это возможно, мощность действующих установок электрохимзащиты и добавляют, по необходимости, новые установки. Коррозия считается сильной (опасной), если коррозионные каверны достигают диаметра 30-40мм и глубины 4-5мм при толщине стенки 9-10мм. Некоторые источники указывают [39,63], что совместное воздействие коррозии и механических напряжений приводит к образованию очень опасных трещин особого рода, направление этих трещин приблизительно параллельно оси трубы. Трещины начинаются в виде мелких оспинок и в течение нескольких лет вырастают до угрожающих размеров, проникая в стенку трубы радиально, перпендикулярно поверхности. Эти трещины, называемые стресс - коррозийными, располагаются преимущественно в нижней части сечения трубы, вблизи заводского продольного шва, в виде рассеянных единичных трещин [24,50]. В последнее время на МГ больших диаметров среди аварий по причине коррозии возрастает доля стресс - коррозионных разрушений. Классификация стресс-коррозионных дефектов по степени их опасности основана на расчете изменения остаточной прочности дефектных труб во времени с учетом принятой модели развития дефектов. Средняя скорость роста глубины стресс - коррозийных трещин составляет от 0,15 до 1,5мм/год. Процесс их роста может сопровождаться взаимодействием и объединением соседних близко расположенных трещин до тех пор, пока размер развивающейся трещины не достигнет критического и не произойдет потери несущей способности дефектной трубы [21,41]. Количество повреждений, вызванных коррозией, составляет иногда 45-50% от общего числа зарегистрированных повреждений, но эта цифра неустойчива: на некоторых участках коррозионные повреждения могут быть единственными, на других их может совсем не быть [74]. Так, например, динамика аварийности на объектах магистральных газопроводов ОАО «Газпром» с 1991 по 2000г.г. показывает (Рисунок 1.1.19), что наибольшее количество аварий 17 приходилось на 2000г. и связаны они были с наружной коррозией.  Рисунок 1.1.19 - Динамика аварийности на газопроводах (всех диаметров) по причине наружной коррозии, в т.ч. стресс-коррозии К дефектам потери металла относятся как коррозионные дефекты, так и механические повреждения с выносом металла, полученные как в процессе транспортировки, так и при строительно-монтажных работах и эксплуатации труб (Таблица 1.1.10). Любая трещина, возникающая из-за случайного повреждения, может развиться (например, из-за перепада климатических температур, колебаний давления в газопроводе, возможного дополнительного внешнего нагружения изгибающим моментом) и вызвать значительные разрушения вследствие большой упругой энергии газопровода. Особенно часты разрушения по этой причине в период предпусковых испытаний. Таблица 1.1.10 Механическое повреждение труб
К основным дефектам типа нарушений сплошности с учетом их происхождения можно отнести дефекты литейного происхождения (различного рода трещины на поверхности отливки, раковины, пористость, неметаллические включения) (Таблица 1.1.11). Таблица 1.1.11 Дефекты литейного происхождения
Дефекты, возникающие в деталях при эксплуатации. Это трещины усталости, коррозионные поражения, трещины надрывы в поверхностном слое в результате высоких одноразово приложенных напряжений, превышающих прочность деталей, механические повреждения поверхности – забоины, вмятины, риски, наклеп и др. [13,95,96]. Трещины усталости – наиболее распространенный эксплуатационный дефект, который образуется в результате эксплуатации металла. Основная причина их возникновения – действие высоких переменных напряжений. Трещины усталости бывают двух типов:
Ширина раскрытия данных трещин не превышает нескольких микрон. К данным дефектам относят также одиночные трещины различного происхождения, колонии трещин, в том числе коррозионное растрескивание под напряжением. Трещины, входящие в состав колонии, как правило, имеют большую длину и раскрытие от 0,05 до 1мм. Колонии микротрещин, характеризуются образованием межкристаллических микротрещин, как правило, проникающих на большую глубину, но имеющих малую длину (преимущественно, не более 30мм). К металлургическим (заводским) дефектам (Таблица 1.1.12) относятся расслоения и дефекты, которые образуются при изготовлении листового проката и труб из сталей с нерасчетными характеристиками прочности, пластичности и вязкости. Известно, что одной из возможных причин разрушения газопроводов, связанной с качеством стали и технологией производства труб, является именно расслоение. Расслоения обычно локализованы вблизи поверхности разрушения, нормальны к плоскости излома и параллельны к поверхности проката. Таблица 1.1.12 Металлургические дефекты
По опубликованным данным, второе место после отказов, связанных с коррозией, занимают разрушения, вызванные наличием дефектов в сварных стыках (швах) газопроводов (Рисунок 1.1.20).  Рисунок 1.1.20 - Классификация дефектов сварного шва Описание и состав классов дефектов кольцевых сварных швов приводится в таблице 1.1.13. Таблица 1.1.13 Классы дефектов сварного шва
Из выше приведенного списка наиболее опасными концентраторами в сварных соединениях являются непровар корня шва, несплавления, подрезы. Эти дефекты являются, по сути, готовыми зародышами для трещин, как за счет уменьшения поперечного сечения, так и за счет концентрации напряжений в острых углах трещиноподобных дефектов (непровар). Если прочность газопровода, выполненного из цельнотянутых труб, зависит главным образом от качества сварочно-монтажных и изоляционных работ, то прочность и герметичность газопровода, сооруженного из труб с продольным или спиральным швом, зависит от качества заводских швов.Нарушения прочности швов свидетельствует в первую очередь о том, что принятая на заводе изготовителе технология сварки труб не обеспечивает стабильного провара корня шва. Сравнительно редко встречаются разрывы труб не в местах сварки, а в самом теле трубы. Это объясняется либо недоброкачественностью металла трубы, либо наличием вмятин, образовавшихся в результате проведения строительно-монтажных работ [10,12]. Нарушение технологии сварки, а также применение некачественных сварочных материалов, в частности электродов, приводят к разрушению сварных стыков газопроводов. Дефекты, наблюдаемые в сварных стыках трубопроводов, могут быть разделены на две группы. К первой группе относятся дефекты, вызывающие нарушение герметичности трубопровода, как, например, сквозные поры, трещины, разрывы. Поры имеют обычно групповой характер и приводят к образованию в стыках свищей. Наиболее часто поры наблюдаются в замыкающих участках стыков (замках) при газовой и электродуговой сварке. Ко второй группе относятся дефекты, выявляемые внешним осмотром или просвечиванием швов гамма-лучами радиоактивных элементов в процессе строительства, но не вызвавшие нарушения герметичности трубы. К числу таких дефектов сварных швов относятся, несквозные поры и шлаковые включения, подрезы, непровар, несквозные трещины, расположенные как в корне шва, так и по кромкам - дефекты в виде несплошности металла по сварному шву. Несмотря на то, что эти дефекты не нарушают герметичности сварных соединений, наличие их значительно уменьшает прочность и часто приводит к последующему разрушению стыков. Имеются также случаи разрывов труб в сварных стыках, не имеющих дефектов. Это объясняется главным образом большим расхождением механических свойств металла шва и основного металла вследствие применения электродов, которые не обеспечивают пределa прочности и предела текучести металла шва, приблизительно равными соответствующим прочностным характеристикам основного металла. Разрушение в этом случае объясняется действием значительных напряжений, возникающих в газопроводе при изменении температуры металла трубы во время эксплуатации, а также в процессе укладки газопровода в траншею. Кроме низкого качества сварки, причиной разрывов также является изгиб труб, происходящий в результате изменения влажности и температуры грунта (особенно интенсивно в первую весну после укладки и засыпки газопровода при строительстве, а также после ремонта газопровода с подкопом под трубу). Известно, что при изменении температуры в пределах от +2 до —2°С характер напряжений и деформаций не может влиять на механические свойства металла труб. Однако совершенно другое воздействие оказывает подобное изменение температуры на грунт, в котором уложена труба. При замерзании или оттаивании грунтов эти изменения в большинстве случаев приводят к разрушению газопровода. Замороженные влажные грунты при оттаивании дают значительную осадку, как за счет происшедшего уплотнения, так и вследствие понижения сопротивления сдвигу при этом, чем больше глинистых частиц в грунте, тем меньшим сопротивлением сдвигу он обладает. Следовательно, изгиб газопроводов, уложенных в грунт происходит в результате неравномерной осадки, возникающей под действием веса трубы, лежащего над ней насыпного грунта и неоднородности основания. При этом установлено, что осадка труб неизбежна; она тем больше, чем более рыхлый и влажным является грунт дна траншей. Неравномерность осадки газопроводов, вызываемая различными свойствами грунтов, является наиболее важной среди прочих причин изгиба трубы. Еще одной причиной, от которой зависят надежность и безопасность МГ, является качество и уровень проектных и строительно-монтажных работ. Существуют следующие дефекты, связанные со строительством МГ: - повреждение изоляционного покрытия, и как следствие – интенсивное коррозионное повреждение, приводящее к потере металла и уменьшению стенки трубы (коррозия считается особо опасной, если коррозионные каверны достигают диаметра 40мми поражения стенки трубы на глубину до 50% и более); - деформация геометрии стенки трубы – коробления, вмятины, гофры, сужение и др.; - вскрываются места непроваров в сварных швах – поры, раковины, шлаковые включения, трещины. Потеря металла - локальное уменьшение толщины стенки трубы в результате коррозионного повреждения газопровода. Потери металла делятся на объединенные и одиночные. Объединенная потеря металла – это группа из двух и более коррозионных дефектов, объединенных в единый дефект, если расстояние между соседними дефектами меньше или равно значения 4-х толщин стенки трубы в районе дефектов. Одиночная потеря металла – это один дефект потери металла, расстояние от которого до ближайших потерь металла превышает значение 4-х толщин стенки трубы в районе дефекта. Уменьшение толщины стенки трубы – плавное утонение стенки, образовавшееся в процессе изготовления горячекатаной трубы или технологический дефект проката. Классификация дефектов геометрии стенки трубы приведена на рисунке 1.1.21.  Рисунок 1.1.21 - Классификация дефектов геометрии трубы Характеристика дефектов геометрии стенки трубы приведена в таблице 1.1.14. Таблица 1.1.14 Дефекты геометрии стенки трубы
К эксплуатационным дефектам относятся, прежде всего, коррозионные повреждения и усталостные трещины. В газопроводах встречаются все виды коррозии: точечная, язвенная, сплошная. При этом глубина повреждения варьируется от 0,5мм до сквозного отверстия. Наиболее опасными эксплуатационными дефектами являются «холодные» и усталостные трещины. В большинстве случаев трещины возникают в сварных соединениях с выходом или без выхода на основной металл. Также часто образование трещин в металле стенки трубы происходит в дефектных зонах концентрации напряжений и на границе вмятин. Трещины являются самым опасным дефектом, их наличие в трубах любых размеров и направлений не допускается. Классификация обнаруженных дефектов производится по действующей нормативно-технической документации по СНиП II-23-81 и РД 34.10.130-96 [64,90]. Повреждения газопроводов в большинстве случаев происходят после многолетней эксплуатации их без профилактических ремонтов. Дефекты эксплуатационного характера, возникающие вследствие постоянных циклических и вибрационных нагрузок, представляют собой растрескивание металла стенки трубы в зоне стыковки с запорной арматурой и тройниками, а также в зоне аномальных швов. На основе анализа причин повреждения газопроводов можно наметить некоторые пути их предотвращения. При строительстве новых и ремонте действующих газопроводов особое внимание следует обращать на качество монтажа, сварки и изоляции труб. Для повышения качества сварных соединений очень важно, чтобы проверка стыков осуществлялась на трассе сразу же после окончания процесса сварки. Технология сооружения и ремонта газопровода должна предусматривать возникновение минимальных растягивающих напряжений в трубах и сварных стыках в процессе строительства и ремонта. Для этого необходимо в процессе укладки создавать запас длины газопровода по сравнению с длиной траншеи в виде изгибов. Большое значение для снижения числа аварий и повреждений и предупреждения больших потерь перекачиваемого продукта в случаи аварии имеет своевременный уход за линейными сооружениями газопровода. Для сокращения случаев повреждений газопроводов по причине коррозионных разрушений большую роль играет своевременный и качественный капитальный ремонт. Благодаря этому, аварийность на газопроводах удастся удерживать на приемлемом уровне. Таким образом, из существующего обзора видно, что все вышеперечисленные реально существующие повреждения поверхности трубы МГ можно выявить в результате использования методов неразрушающего контроля и диагностирования. |
Похожие:
 |
Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики»... Информационно-координационного центра по взаимодействию с оэср института статистических исследований и экономики знаний ниу вшэ,... |
 |
Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики»... Информационно-координационного центра по взаимодействию с оэср института статистических исследований и экономики знаний ниу вшэ,... |
|
Профиль: История народов Азии и Африки Научный д и. н., профессор... Солощева М. А., «Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» |
|
Исследовательский университет «высшая школа экономики» ниу вшэ санкт-Петербург... Санкт-Петербургского филиала федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный... |
|
Центр социологических исследований сфу Национальный исследовательский университет – Высшая школа экономики, Санкт-Петербург |
|
Национальный Исследовательский Университет Высшая Школа Экономики... «Факторы формирования российского и американского экспорта вооружений в начале XXI века» |
|
Аналитический отчет Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский... |
|
Протокол Нижегородский филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования... |
|
Договор найма жилого помещения в общежитии №5 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет... |
|
Нормативно-правовое обеспечение организации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский... |
|
Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный Национальный исследовательский... |
|
В электронной форме Заказчик: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет... |
|
Конкурса: №10-11-16/Система прокторинга Наименование, место нахождения, почтовый адрес Заказчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего... |
|
Национальный исследовательский университет высшая школа экономики... Особенности проектирования беспроводных сетей, обеспечивающих работу с большим количеством пользователей |
|
Программа для ЭВМ Заказчик: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет... |
|
В электронной форме Заказчик: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский... |