Рекомендации по выбору способа мониторинга технического состояния трубопроводов

Дата публикации: 22.09.2015

Аннотация: в данной статье авторы рассматривают современные методы диагностики технического состояния магистральных трубопроводов. Авторы приводят обзор условий применения этих методов и дают рекомендации по их выбору для проведения качественной диагностики особо ответственных участков магистральный трубопроводов.

Ключевые слова: промышленная безопасность, экологическая безопасность, магистральный трубопровод, акустическая эмиссия, система АЭ мониторинга, «Эхо» метод неразрушающего контроля, метод радиоимпульсной рефлектометрии.

В настоящее время требование обеспечения промышленной и экологической безопасности является естественным и неотъемлемой частью развития промышленности.

Для нефтяной промышленности особо ответственным является контроль технического состояния участков переходов нефтепроводов через реки, железные и автодороги, вблизи населенных пунктов. Эти участки, как правило, являются более нагруженными, а экологический ущерб, в случае утечки нефти, многократно возрастает.

Своевременная диагностика технического состояния трубопроводов позволяет предупреждать аварийные ситуации, связанные с повреждениями трубопроводов в процессе их эксплуатации, и, следовательно, минимизировать затраты на ремонтно-восстановительные работы.

В ходе технического обслуживания магистральных трубопроводов нередки затруднения эксплуатации, вызванные нарушением полнопроходного сечения. Это может произойти по следующим причинам:

1. попадание в трубопровод строительного мусора, земли, кусков дерева и других предметов, по недосмотру оставленных в трубопроводе после строительства или ремонта;
2. застревание очистных устройств и автономных приборов диагностики, движущихся с потоком нефти: диагностические устройства, скребки, разделительные поршни и др.;
3. попадание и накопление мелких частиц породы, а также окалины и мелких кусочков металла, оставшихся на внутренних стенках труб;
4. образование ледяных пробок вследствие замерзания скопившейся в низких местах воды, попавшей в трубопровод при строительстве;
5. накопление большого количества парафиновых или полимерных отложений;
6. отложение кристаллогидратов (газогидратов) в газопроводах, образующихся при наличии влаги в газе при определенном давлении и температуре [1].

Известен ряд способов получения информации о состоянии линейной части магистрального трубопровода: устройства для контроля состояния проходного сечения трубопровода, использование внутритрубных инспекционных снарядов с ультразвуковыми датчиками, использование передвижных газоанализирующих установок, электрометрия и акустические определители мест утечек. Также, поставленные задачи частично решают традиционные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, рентгенографический, визуально-измерительный и так далее).

В данной статье рассматриваются другие современные способы диагностики магистральных трубопроводов, применение которых пока не имеет массовый характер. Это такие способы, как применение метода акустической эмиссии (АЭ), использование стационарной системы непрерывного АЭ мониторинга, использование «Эхо» метода НК и метода радиоимпульсной рефлектометрии.

Применение метода акустической эмиссии

Преимущество проведения АЭ контроля – это возможность зафиксировать не только недопустимые дефекты, но и дефекты, которые еще не достигли критического состояния, только начинают развиваться. При оценке результатов, полученных при проведении АЭ контроля, необходимо учитывать в какой стадии развития находится дефект – в активной стадии  акустической эмиссии или в стадии временного ее снижения. Одним из способов распознавания стадии акустической эмиссии является слежение за изменением параметров АЭ. Для этого необходимо обеспечить непрерывный мониторинг магистрального трубопровода или проводить регулярный периодический контроль.

Недостатком периодического АЭ контроля магистрального трубопровода является необходимость проведения большого объема подготовительных работ для обеспечения возможности установки АЭ датчиков.

Несмотря на возможность осуществления мониторинга в процессе эксплуатации трубопровода, недостатками такого подхода являются дороговизна установки стационарной системы, зона контроля не более 1000 метров, необходимость создания условий для защиты аппаратной части системы и обеспечения ее бесперебойной работы. С 1993 г. подобные стационарные системы мониторинга успешно эксплуатируются в системе «Транснефть» на переходах через реки. Всего построено более 20 систем, однако ввиду очень высокой стоимости, необходимости постоянного обслуживания и так далее, системы непрерывного мониторинга экономически оправданно устанавливать только на особо ответственных участках нефтепроводов [2].

Некоторых недостатков установки стационарной системы лишена система периодического АЭ мониторинга, предложенная «НТЦ «НЕФТЕГАЗДИАГНОСТИКА». Отличительной особенностью данного способа является то, что по длине трубопровода размещают АЭ преобразователи, нагружают трубопровод, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о наличии источников АЭ, связанных с развивающимися дефектами или течами, и степени поврежденности трубопровода.

Таким образом, одной мобильной аппаратной частью АЭ системы можно проводить контроль большого количества объектов, например, водных переходов или разных трубопроводов практически с любой заданной периодичностью. При этом обеспечивается стабильность проведения контроля и возможность сравнения результатов АЭ контролей, проводимых в разное время, для прогнозирования развития ситуации. При первом обследовании акустические сигналы записываются на носителе информации и хранятся в паспорте трубопровода. При последующих обследованиях эти данные используются как эталон для сравнения с полученными измерениями акустических характеристик трубопровода и оценки возможных изменений состояния трубопровода.

При такой компоновке решаются две основные проблемы.

Первая: кратно снижается стоимость системы, так как стоимость АЭ преобразователей и кабелей связи незначительна по отношению к стоимости аппаратной части АЭ системы.

Вторая: исключается наиболее трудоемкая операция при проведении периодического АЭ контроля, а именно открытие шурфов и установка АЭ преобразователей, которая проводится один раз при монтаже системы. Данное изобретение направлено на снижение стоимости диагностики и повышение чувствительности диагностики за счет качественной установки стационарных АЭ преобразователей. Повышение достоверности диагностики происходит за счет обеспечения постоянства условий измерений (стабильности параметров). Система поддается модернизации, так как можно применять различные, более современные мобильные аппаратные части АЭ системы, для единожды установленных стационарных герметичных АЭ преобразователей.

В таком случае сбор информации может производится с любой заданной периодичностью, без лишних затрат на откопку шурфов, и что важно, при одинаковых условиях проведения контроля. Данные каждого контроля сохраняются на электронных носителях. Сравнительный анализ этих данных позволяет оценить состояние контролируемого трубопровода не только на момент обследования, но и проследить развитие возможных дефектов и соответственно предотвратить возникновение опасной ситуации.

В таком случае одним АЭ прибором можно обследовать практически любое количество переходов, а так как стационарно устанавливаются только датчики, то, учитывая их достаточно небольшую стоимость, вполне рентабельно устанавливать такой вариант системы не только на переходах, но и на линейной части трубопроводов без ограничения размеров контролируемой зоны [3].

«Эхо» метод неразрушающего контроля

Другим перспективным методом мониторинга трубопроводов на сегодняшний день является «Эхо» метод неразрушающего контроля.

Суть метода: при постоянном сечении трубопровода течение жидкости в нем имеет малую турбулентность без завихрений и разрывов однородности, излучения звука практически нет. При помощи микрофона, приставленного к стенке трубы с внешней стороны, прослушивается характерный шум протекающей жидкости. Этот характерный шум распространяется по жидкости и металлу труб в обе стороны от источника и может быть обнаружен чувствительной аппаратурой на расстоянии до 100 м в зависимости от давления в трубопроводе и грунтовых условий (в сухом грунте дальность регистрации возрастает). Место, где нарушается полнопроходность сечения трубопровода, выявляется по уменьшению интенсивности звука при удалении от источника при помощи специальной регистрации фонограммы на компьютере. Определение точного местоположения (позиционирование) с точностью до 1 м осуществляется корреляционным способом при помощи двух датчиков, расположенных по разные стороны от источника звука.

Условия применения метода:

• при проведении измерений необходимо соблюдение полной тишины, то есть отключения механизмов вблизи места работ на трубопроводе (300-500 м);
• время измерения и записи в компьютер в каждой точке не менее 10-20 мин.

Автоматическая поисковая система «Эхо» позволяет оперативно обнаруживать места сужения проходного сечения трубопровода (отложения парафина, механических примесей), в том числе местоположение застрявших технических устройств (диагностические снаряды, очистные поршни и скребки).

При условии, что сечение трубы перекрыто поршнем не полностью (продолжается транспортирование нефти), его местонахождение можно определить по следующей методике:

• выделяется протяженный участок трассы с застрявшим очистным поршнем;
• методом экспертной оценки на данном участке выявляются места наибольшей вероятности остановки поршня (крутые повороты, низины, подъемы);
• проводится измерение уровней и спектра шума с интервалом 300-500 м с регистрацией акустограмм в памяти компьютера; для записи 2 датчика, разнесенные на расстояние до 200 м, устанавливаются непосредственно на трубопроводе или контактируют с последним при помощи металлического штыря длиной 1 м;
• прослушивание записанных акустограмм или компьютеризированный анализ при помощи корреляционного способа обеспечивают точное выявление местонахождения поршня (или другого препятствия течению жидкости в трубопроводе).

Технические характеристики акустической системы «Эхо»:

• точность обнаружения не более 0,5 м;
• шаг сканирования трубопровода 150-200 м;
• время обработки одного участка не более 5 мин.

Система позволяет выполнять работы без вскрытия трубопровода с минимальным привлечением рабочих и технических средств [4].

Однако, указанные выше методы НК, обладая высокой информационной ценностью, не позволяют получать информацию о состоянии инородного объекта в магистральном трубопроводе в совокупном виде – материале, размере, проценте перекрытия площади сечения трубопровода инородным объектом.

Повышения достоверности и точности полученных результатов НК можно добиться за счет применения дополнительных методов, в частности, для обнаружения инородных объектов (ИО) в трубопроводах предлагается применять метод радиоимпульсной рефлектометрии (радиоволновой метод контроля).

Суть метода состоит в зондировании линии передачи (трубопровода-волновода) СВЧ импульсом наносекундной длительности с последующей фиксацией времени прохода отраженного от неоднородности импульса к входному концу волновода.

Для выделения полезного сигнала предварительно записывается эхограмма контролируемого участка трубы, в котором заведомо отсутствуют инородные объекты. По мере необходимости производят сравнение этой опорной эхограммы с контрольной, в результате которого выявляется отсутствующий ранее импульс.

Данный способ позволяет отслеживать динамику изменения картины отраженных импульсов, постепенно пополняя банк данных типовых участков отраженной картины, облегчая интерпретацию и повышая ее точность.

Одно из основных преимуществ данного способа диагностики – оперативность. Существуют и недостатки – наличие погрешности измерений временных интервалов. Данная погрешность относится к субъективной и обусловлена индивидуальными особенностями оператора. Для её устранения предлагается использовать высокоточное устройство для непосредственного измерения временных интервала и передачи данных на ПК [5].

Исходя из проведенного анализа современных методов диагностики магистральных трубопроводов, можно сделать следующий вывод: для проведения качественной и своевременной диагностики особо ответственных участков трубопроводов необходимо использовать несколько методов, дополняющих друг друга. Целесообразным является совокупное применение следующих методов: непрерывный мониторинг с помощью установки стационарной системы или системы периодического АЭ мониторинга с периодическим применением «Эхо» метода или метода радиоимпульсной рефлектометрии. Выбор методов остается за организацией, эксплуатирующей магистральный трубопровод.

Список информационных источников:

1. Коровин, К. А. Метод определения местоположения инородных объектов в газопроводе / К. А. Коровин, В. П. Шиян //Качество – стратегия XXI века: материалы XIV Международной научно-практической конференции / Томский политехнический университет (ТПУ); Академия проблем качества России (АПК РФ), Томское отделение. — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — с. 147-150.
2. Сайт ООО «НТЦ «Нефтегаздиагностика»
3. Лещенко В.В., Винокуров В.И., Беззубов А.В., Хохлов Н.П. Способ акустико-эмиссионного контроля технического состояния трубопроводов. // Патент RU 2207562. – Опубл. 27.06.2003г. Бюл. №12.
4. Гошко А.И. Трубопроводы целевого назначения Справочник в 2-х книгах. Кн. 2: Монтаж. Техническое обслуживание. Ремонт. М.: МЕЛГО, 2006.
5. Е.И. Стаднюк, В.П. Шиян Обнаружение и устранение гидратных пробок в газопроводах // Материалы XХ Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии». Томск: издательство ТПУ, 2014. – 105 – 106 стр.

А.А. Белов, Ю.Д. Иванов, А.А. Шестаков, С.Г. Царева, Э.В. Шишков

Последние Статьи

Гармонизация радиографического метода контроля с учетом современных тенденций развития цифровых систем

Разработка стратегии развития радиационного метода контроля с учетом современных тенденций развития цифровых систем

Световые границы опасной зоны работы крана

О цифровой трансформации документированных сфер деятельности

Модернизация кранов – повышаем безопасность и производительность

другие статьи