Разработка методов повышения надежности эксплуатации северных газопроводов

Актуальность проблемы. Поставки российского газа по мощной газотранспортной системе протяженностью свыше 150 тыс. км осуществляются из северных месторождений, поэтому надежности эксплуатации газопроводов Западной Сибири и Европейского Севера придается первостепенное значение.

Дополнительно следует отметить, что газопроводы имеют большие сроки эксплуатации и требуется уделять специальное внимание современной диагностике, ремонту в больших объемах, т. е. иметь значительные затраты. В масштабах отрасли это делает актуальной, наряду с надежностью, и задачу минимизации затрат, что может быть выполнено благодаря разработке эффективных методов продления ресурса, оценки и прогноза технического состояния газопроводов.

Наконец, очевидна сложность эксплуатации северных газопроводов, # которые являются головными участками газотранспортной системы и эксплуатируются при высоких рабочих давлениях в трудных природно-климатических условиях, т. е. подвержены более значительным нагрузкам, чем, например, газопроводы центральных районов.

Тем самым, исследования задач повышения надежности эксплуатации северных газопроводов относятся к актуальным приоритетным проблемам газовой промышленности.

Целью работы является разработка аналитических методов повышения надежности эксплуатации северных газопроводов и новых технических решений, направленных на обеспечение конструктивной прочности и устойчивости эксплуатации участков в сложных условиях, в том числе, в непроектном положении.

Основные задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решены следующие задачи:

• Исследование особенностей эксплуатации МГ в сложных климатических условиях Севера, проведение статистического анализа отказов магистральных газопроводов по газотранспортным предприятиям ОАО «Газпром» и анализ современных методов оценки надежности и работоспособности магистральных газопроводов.

• Создание автоматизированной расчетной системы анализа типовых дефектов магистральных газопроводов и методики расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) участков газопроводов в непроектном положении (пространственное искривление оси), которая реализована в виде комплекса программ для персонального компьютера.

• Разработка экспресс-метода прогноза ресурса МГ, базирующегося на комплексной оценке их технического состояния на основе интегральной оценки условно введенных и имеющих разный весовой уровень коэффициентов надежности и опасности газопроводов.

• Разработка новых технических решений, в том числе новой технологии организации ремонтных работ по замене изоляционного покрытия на МГ, а также муфтовой конструкции для ремонта газопровода с дефектами и опорных конструкций для надземных газопроводов.

Научная новизна:

Разработана и реализована в рамках единого программного комплекса автоматизированная расчетная система анализа типовых дефектов газопроводов.

Составлена и апробирована путем решения тестовых задач расчетная программа на ПЭВМ по определению НДС участков газопроводов в непроектном положении, в основе которой лежит аппроксимация оси газопровода степенными полиномами и кубическими сплайнами.

Предложена и отработана методика комплексной оценки технического состояния и продления срока безопасной эксплуатации северных газопроводов.

Разработана новая технология организации ремонтных работ по замене изоляционного покрытия на МГ, причем впервые было разработано конструктивное решение по нанесению горячим способом мастичных материалов с повышенной вязкостью на трубопроводы диаметром 820 мм и выше.

Предложены новые технические решения по ремонту газопроводов с дефектами.

Практическая ценность и реализация работы:

Разработанная трехуровневая концепция управления надежностью МГ и принятие на ее базе соответствующих управленческих и технических решений позволяет предупредить многие отказы, продлить срок службы газопроводов, наиболее оптимально распределить технические и материальные ресурсы, оптимизировать затраты на эксплуатацию, а также распределить финансовые ресурсы в соответствии от приоритетности направлений транспорта газа и реального технического состояния его объектов.

Автоматизированная расчетная система комплексного анализа типовых дефектов позволяет оперативно провести расчеты дефектов, выявленных методами технической диагностики и может эффективно использоваться в линейно-производственных управлениях (ЛПУ) для анализа технического состояния газопроводов и последующего принятия решения.

Концепция и схема продления сроков безопасной эксплуатации МГ, выработавших амортизационный срок эксплуатации, успешно используется в объединениях ОАО «Газпром» при проведении комплексной оценки технического состояния и продления сроков службы газопроводов.

Новые технические решения, большинство из которых защищено патентами, успешно используются в объединениях ОАО «Газпром».

В период с 2002 по 2004 г. г. с применением новой технологии организации ремонтных работ по замене изоляционного покрытия отремонтировано 1344,2 км магистральных газопроводов. В период до 2010 года намечено отремонтировать дополнительно порядка 22 000 км магистральных газопроводов. Суммарный годовой эффект от внедрения технологии в 2005 г. составил 14,153 млрд руб.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: конференции «Проблемы развития газодобывающих и газотранспортных систем отрасли и их роль в энергетике Северо-западного региона России» (Ухта, 1995 г.) — семинаре-совещании «Коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей. Проблемы. Решения» (Ухта, 1996 г.) — совещании «Проблемы разработки сложных нефтегазоконденсатных месторождений Тимано-Печорской провинции» (Ухта, 1996);

НТС ОАО «Газпром» «Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН, на магистральных газопроводах ОАО «Газпром» (Ухта, 2003 г.);

Четырнадцатой международной деловой встрече «Диагностика-2004» (Арабская Республика Египет, 2004).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 20-и печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 122 наименований, содержит 217 страниц машинописного текста, 75 рисунков, 29 таблиц и 2 приложений.

Выводы.

1. Рассмотрены особенности эксплуатации газопроводов в районах Западной Сибири и Крайнего Севера. Выполнен статистический анализ отказов магистральных газопроводов по газотранспортным предприятиям ОАО «Газпром» и дана классификация причин аварийности. Представлен анализ современных методов оценки надежности и работоспособности магистральных газопроводов.

2. Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния участков газопроводов в непроектном положении (пространственное искривление оси), которая реализована в виде комплекса программ на персональном компьютере. Путем решения модельных задач показана работоспособность методики и осуществлена оценка достоверности результатов расчета, а также даны рекомендации по использованию при практических расчетах реальных участков газопроводов.

3. На единой методологической основе — базе нормативных отраслевых документовсоздана автоматизированная расчетная система анализа типовых дефектов МГ, которая прошла опытную эксплуатацию при обработке результатов технической диагностики, проводимых в объединениях ОАО «Газпром». При ее помощи проведены расчеты НДС 192 участков в непроектном положении Надымского ЛПУ ООО «Тюментрансгаз». По результатам расчетов выявлено 8 участков, в которых напряжения достигают опасного уровня.

4. Предложена трехуровневая концепция управления надежностью МГ. На верхнем уровне — уровне департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа рассматриваются стратегические задачи, на среднем уровне разрабатываются региональные системы управления надежностью и ресурсом, в которые включены тактические задачи анализа надежности и на третьем (нижнем) уровне выполняются детальные инженерные работы по оценке технического состояния.

5. Разработан алгоритм и методология комплексной оценки технического состояния МГ по результатам технической диагностики, расчетно-экспериментальных исследований газопроводов. На примере газопровода Горький-Череповец показан алгоритм продления срока безопасной эксплуатации МГ в соответствии с ВРД 39−1.10−043−2001.

6.-Разработан и апробирован на реальном газопроводе экспресс-метод прогноза ресурса, базирующийся на комплексной оценке их технического состояния на основе интегральной оценки по критериям надежности и анализа факторов опасности эксплуатации.

7. Предложены новые технические решения, большинство из которых защищено патентами, по обеспечению безопасной эксплуатации и повышению надежности газопроводных конструкций. Так например, при использовании новой технологии организации ремонтных работ по замене изоляционного покрытия на газопроводах, впервые было разработано конструктивное решение по нанесению горячим способом мастичных материалов с повышенной вязкостью на трубопроводы диаметром 820 мм и выше.