авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленныхплощадок

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Глотов иван владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ
НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПЛОЩАДОК

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ухта – 2009

Диссертация выполнена
в Ухтинском государственном техническом университете

Научный руководитель: кандидат технических наук
Руслан Викторович Агиней
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Владимир Николаевич Волков
кандидат технических наук
Игорь Николаевич Бирилло
Ведущая организация: ООО «Газпром трансгаз Ухта»

Защита состоится 22 октября 2009 г. в 1000 часов на заседании диссертационного
совета Д 212.291.02 в Ухтинском государственном техническом университете по
адресу: 169300, г. Ухта, Республика Коми, ул. Первомайская, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета.

Автореферат размещен на интернет-сайте Ухтинского государственного технического университета http://ugtu.net в разделе «Диссертационный совет».

Автореферат разослан 19 сентября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Н.М. Уляшева

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Обеспечение надежной и безопасной работы нефтегазопроводов промышленных площадок (ПП) насосных и компрессорных станций (НС и КС) и предотвращение их разрушения по причине коррозии имеет большое значение, так как это может привести к катастрофическим последствиям в силу большого количества обслуживающего персонала и концентрации дорогостоящего, технологически важного оборудования.

Практика эксплуатации подземных трубопроводов показывает, что качество их антикоррозионной защиты определяется главным образом эффективностью работы средств электрохимической защиты (ЭХЗ), основным критерием которой служит поляризационный потенциал трубы относительно окружающего коррозионно-активного грунта.

В работах Н.А. Петрова, Н.П. Глазова показано, что избыточный поляризационный потенциал может приводить к наводораживанию и охрупчиванию металла труб, а также к повреждениям изоляционного покрытия изоляции, особенно с учетом повышенных температур продукта в трубопроводах КС и НС. Недостаточный потенциал не обеспечивает эффективную защиту металла труб от развития коррозионных повреждений.

В настоящее время разработан ряд методов, позволяющих измерить поляризационный потенциал металла трубы относительно грунта, однако часть из них сложны в практической реализации, другие недостаточно точны.

На практике задача оптимизации работы средств ЭХЗ трубопроводов решается регулированием выходных параметров станций катодной защиты (СКЗ), применением дополнительных СКЗ или распределенных анодных заземлителей. Однако на трубопроводах ПП ее решение усложняется наличием утечек тока из-за близкого расположения трубопроводов, сложным пространственным взаимным влиянием одной СКЗ на потенциал нескольких трубопроводов или нескольких СКЗ на один трубопровод, влиянием экранирующих объектов (стальных опор, фундаментов) и сторонних источников токов (подземных кабелей аккумуляторных станций, связи и телемеханики).

В настоящее время разработаны методические приемы для оптимизации работы средств ЭХЗ в условиях ПП. Огромный вклад в развитие этих методов внесли Ф.К. Фатрахманов и Г.Г. Винокурцев.

Однако разработанные методики не учитывают целого ряда влияющих факторов (свойств грунта в момент измерения, состояния изоляции, наличия блуждающих токов), что не позволяет оптимизировать потенциал на всем протяжении трубопровода по требованиям ГОСТ Р 51164-98.

Это предопределяет необходимость разработки комплексного подхода в оптимизации средств противокоррозионной защиты, включая изоляционное покрытие и средства электрохимической защиты, базирующегося на основе результатов лабораторных и полевых испытаний.

Работа базируется на результатах научных работ многих отечественных и зарубежных ученых и исследователей, среди которых: Г.Г. Винокурцев, Ю.И. Гарбер, Н.П. Глазов, А.Г. Гумеров, Н.П. Жук, А.М. Зиневич, О.М. Иванцов, Ф.М. Мустафин, Н.А. Петров, А.Е. Полозов, В.В. Притула, В.Н. Протасов, И.Л. Розенфельд, И.В. Стрижевский, Ю.А. Теплинский, Ф.К. Фатрахманов, Л.И. Фрейман, W.V. Baeckmann, R. Browseau, F. Gan, Z.-W. Sun, W. Schwenk, R.N. Parkins и др.

Цель работы: Разработать методику повышения эффективности противокоррозионной защиты подземных нефтегазопроводов в условиях промышленных площадок насосных и компрессорных станций.

Задачи исследования:

  • На основании лабораторных исследований установить регрессионные модели, наиболее точно описывающие потенциал трубопровода в условиях действия нескольких СКЗ.
  • Разработать методику оптимизации работы средств противокоррозионной защиты трубопроводов в условиях ПП.
  • Выполнить полевые испытания методики на территории промышленной площадки КС-10 ООО «Газпром трансгаз Ухта».
  • Разработать новые средства и способы измерения поляризационного потенциала подземных трубопроводов.

Научная новизна:

1) Экспериментально установлено, что определить потенциал в i-ой точке трубопровода в условиях защиты несколькими станциями катодной защиты можно с помощью регрессионной модели вида:

Ui=U0i+,

где U0i – потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; aij – параметр влияния j-ой станции катодной защиты на потенциал i-ой точки измерения;
Ij – сила тока на выходе j-ой станции катодной защиты, А; n – количество станций защиты, влияющих на потенциал в i-ой точке;

2) Доказано, что погрешность расчетной линейной модели относительно экспериментальных данных составляет менее 12%, а в практически значимом диапазоне потенциалов минус 0,85-2,5 В не более 6,0%, что соответствует достаточной точности оценок;

3) Обоснована возможность использования в качестве U0i величины собственного (стационарного) поляризационного потенциала металла трубопровода в данных условиях Uст, что способствует сокращению времени на измерения на 1-2 сут и повышению точности дальнейшего расчета на 5-10%.

4) Установлено, что задача оптимизации и расчета требуемых выходных параметров СКЗ может быть решена минимизацией выражения 0,

где Uкрит – критерий эффективности катодной защиты, выбираемый из регламентируемого диапазона исходя из электрических свойств грунта в момент измерения, k – количество точке измерения;

5) Впервые предложена формула для определения критерия Uкрит:

,

где Umax и Umin – максимальный и минимальный (по модулю) регламентируемый потенциал, В;

Iиз, Imax, Imin - измеренная (текущая), максимальная и минимальная годовые силы тока на станции, А

Защищаемые положения:

  • методика лабораторных испытаний моделей трубопроводов в условиях одновременного действия двух станций защиты;
  • регрессионные модели, характеризующие поляризационный потенциал сложноразветвленных трубопроводов ПП в условиях совместного действия СКЗ;
  • методика расчета оптимизированных выходных параметров СКЗ;
  • регламент повышения эффективности противокоррозионной защиты трубопроводов промышленных площадок НС и КС;
  • новые методы и устройства измерения поляризационного потенциала на территории ПП.

Практическая ценность работы заключается в разработке стандарта организации «Газпром трансгаз Ухта» «Методика по оптимизации работы средств противокоррозионной защиты подземных трубопроводов промышленных площадок КС».

Разработанная методика внедрена при оптимизации работы средств противокоррозионной защиты на трубопроводах промышленной площадки КС-10 Сосногорского ЛПУ МГ компрессорный цех №3. В результате установлены участки трубопроводов с недостаточным или избыточным поляризационным потенциалом, рассчитаны рациональные параметры защитного тока каждой из действующих станций, выведены в резерв несколько станций защиты, рекомендованы мероприятия по ремонту и установке новых анодных заземлений. Получен экономический эффект, заключающийся в повышении противокоррозионной защищенности подземных газопроводов за счет выравнивания поляризационного потенциала на различных участках трубопроводов и снижении расхода электроэнергии, потребляемой станциями защиты за счет оптимизации ее выходных параметров.

По материалам исследований поданы две заявки на изобретения РФ (№2007120375/17 Способ измерения поляризационного потенциала трубопровода; №2007116775/20 Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода), по одной из которых получен патент РФ, что свидетельствует о новизне и промышленной применимости полученных в работе результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

  • Седьмой Всероссийской конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» 25-28 сентября 2007г., РГУНиГ им. И.М. Губкина, г. Москва;
  • Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», г. Тюмень, 2007 г.;
  • Конференции сотрудников и преподавателей УГТУ, г. Ухта, 2007, 2008, 2009 гг.;
  • VII Международной интернет-конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении», г. Брянск, 15 октября - 15 ноября 2007 г.;
  • Международной конференции «Целостность и прогноз технического состояния газопроводов» (PITSO-2007), г. Москва, 2007 г.;
  • Восьмой научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транснефть», ОАО «Северные МН», г. Ухта, ноябрь 2007 г.;
  • Международных молодежных конференциях «Севергеоэкотех - 2007, 2008, 2009», УГТУ, г. Ухта, 2007, 2008, 2009 г.;
  • Девятой научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транснефть», ОАО «Северные МН», г. Ухта, ноябрь 2008г.;
  • XV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири – 2008»,
    ООО «ТюменНИИгипрогаз», г. Тюмень, 19-23 мая 2008 г.;
  • 3-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири», ТюмГНГУ, г. Тюмень,
    2009 г.

Результаты, полученные в работе, использованы при выполнении научно-исследовательской работы по хоздоговорной работе № 41/08 от 04. 06. 2008 г. «Разработка методики по оптимизации параметров работы электрохимической защиты подземных технологических трубопроводов на промышленных площадках компрессорных станций».

Публикации: по теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 6 - в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, содержит 174 страницы текста, 83 рисунка, 25 таблиц и список литературы из 105 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и значимость выбранной темы, степень ее разработанности, охарактеризованы научно-методические пути ее решения.

В первой главе «Анализ методов защиты от коррозии трубопроводов промышленных площадок» показано, что математический расчет распределения поля катодной защиты сети трубопроводов ПП, защищенных несколькими СКЗ, аноды которых установлены по периметру ПП, существенно сложен вследствие влияния большого количества трудно учитываемых факторов. Это осложняет реализацию существующих методик оптимизации работы ЭХЗ, поэтому в ряде случаев потенциал трубопроводов ПП не соответствует требованиям (рисунок 1).

  Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода-4

  Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода-5

Рисунок 1 – Пример распределения защитного потенциала по длине трубопровода компрессорной станции

Предложена структурная схема реализации комплексной методики оптимизации работы ЭХЗ трубопроводов ПП, включающая: проведение лабораторных исследований с получением эмпирических зависимостей на моделях; анализ данных об объекте; разработку и реализацию комплекса мероприятий (рисунок 2).

Рисунок 2 - Структура реализации комплексной методики оптимизации ЭХЗ
трубопроводов ПП

Показано, что для достижения качественной защиты существует проблема достоверности измерения поляризационного потенциала. Анализ существующих методов измерения потенциала трубопроводов, показал, что они не обеспечивают требуемой точности измерений в условиях одиночных дефектов изоляционного покрытия и неравномерности процессов натекания тока катодной защиты.

Во второй главе « Методика лабораторных испытаний» показано, что плотность катодного тока, являющаяся одним из критериев защиты, при совместной защите трубопровода двумя станциями, согласно принципу суперпозиций, является функцией суммарной силы тока действующих СКЗ.

Для моделирования совместной защиты разработан лабораторный стенд (рисунок 3), включающий емкость с грунтом, модели двух СКЗ и три типа модели трубопровода в изоляции которых выполнены повреждения в виде складок (тип 1), пропусков (тип 2), множественных точечных дефектов (тип 3).

Методика испытаний заключалась в последовательном определении зависимости поляризационного потенциала от силы тока на выходе каждой их двух станции отдельно, а также при их при и их совместной работе.

  Эскиз испытательного стенда Во третьей главе «Анализ-6

Рисунок 3 – Эскиз испытательного стенда

Во третьей главе «Анализ результатов лабораторных испытаний» показано, что были выполнены шесть различных экспериментов с изменением типов моделей трубопроводов, типов применяемых электродов сравнения, работы экранов защитного тока и анодов (рисунок 4).

 Параметры лабораторных испытаний оказаны графики-7

Рисунок 4 - Параметры лабораторных испытаний

На рисунке 5 показаны графики зависимости и варианты аппроксимации.

Аппроксимация результатов испытаний выполнена регрессионными математическими моделями общего вида:

- линейной UiЛин=U0i +An1I1+An2I2;

- полиномиальной UiПол=U0i +An1I1+ Bn1I21+An2I2 + Bn2I22;

- экспоненциальной UiЭксп=U0i +exp (Cn1I1 +Cn2I2 );

где U0i – потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; A, B и С – эмпирические коэффициенты аппроксимирующих кривых

а) б) в)

Варианты аппроксимации: 1 – линейной; 2 – полиномиальной; 3 – экспоненциальной зависимостью

Рисунок 5 - Пример зависимости разности потенциалов модели трубопровода от силы тока на левой станции а), правой б) и от совместного действия обеих СКЗ в)

В диапазоне от стационарного потенциала до минус 3,5 В рассчитаны суммарные квадратичные отклонения значений потенциала с помощью каждой из моделей от фактических. Установлено, что линейная модель является наиболее точной, погрешность относительно фактических данных составляет до 11,58%, а в практически значимом диапазоне потенциалов минус 0,85 - 2,5 В - менее 6,0%.

В общем виде линейную модель, определяющую потенциал в i-ой точке трубопровода, можно представить в виде:

Ui=U0i+, (1)

где U0i – потенциал при отключенных станциях защиты в i-ой точке, В; Аij – параметр влияния j-ой станции катодной защиты на потенциал i-ой точки измерения;
Ij – сила тока на выходе j-ой станции катодной защиты, А; n – количество станций защиты, влияющих на потенциал в i-ой точке.

В результате проведения расчетов установлено, что для повышения точности расчетных значений потенциала и снижения времени на измерения (деполяризацию), в качестве свободного члена в линейной модели, необходимо принимать значение собственного поляризационного потенциала трубопровода в данных условиях (данный металл трубы в данной коррозионной среде).

В четвертой главе « Практический регламент оптимизации работы средств электрохимической защиты ПП» разработана методика подбора требуемой силы тока на выходе станций с применением редактора Excel, реализующего способ последовательных приближений. Для расчета составляются линейные уравнения 1, для каждой точки измерения подбираются такие значения силы тока СКЗ, чтобы выполнялось условие минимизации выражения 0, (2)

где Ui – поляризационный потенциал в i-той точке, В; Uкрит – критерий эффективности катодной защиты, выбираемый из регламентируемого диапазона исходя из электрических свойств грунта в момент измерения, k – количество точке измерения.

В работе установлено, что расчет требуемых выходных параметров работы СКЗ будет корректен только для действующих условий натекания тока, в частности электрического сопротивления грунта, учет которого предложено выполнять расчетом значения Uкрит исходя из соотношения текущего (в момент выполнения измерения), наименьшего и наибольшего годового значения силы тока СКЗ:

, (3)

где Umax и Umin – максимальный и минимальный (по модулю) регламентируемый потенциал, В;

Iиз, Imax, Imin - измеренная (текущая), максимальная и минимальная годовые сила тока на станции, А

Автором разработан алгоритм комплексной методики повышения эффективности работы противокоррозионной защиты трубопроводов промышленных площадок. Особенностями методики является оценка работоспособности анодных заземлений и поиск повреждений изоляционных покрытий. Эти методы реализуются дистанционным способами с поверхности грунта. Кроме этого предложены методы локализации источников блуждающих токов.

В пятой главе «Практический регламент оптимизации работы средств электрохимической защиты ПП» представлены результаты внедрения разработанной методики при оптимизации работы средств противокоррозионной защиты на компрессорной цехе №3. Результаты электроизмерений показали, что из десяти контрольных точек на трех потенциал не соответствует требованиям НТД.

Анализ данных периодических измерений силы тока на выходе СКЗ №В2, показал, что максимальная сила тока (при неизменных регулировках станции)
Imax=5,16 А зафиксирована в мае, минимальная - в августе Imin=3,7 А. Сила тока на момент измерения (сентябрь 2008 г.) составляла Iиз= 4,05 А. Согласно (3) при Umax=-2,5 В и Umin=-1,05 В (по ГОСТ Р 51164-98), Uкрит=-1,4 В.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.