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 | 3 |

Разработка методов диагностирования целостности защитных покрытий труб при строительстве магистральных газопроводов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

новоселов Федор Александрович

Разработка метОДОВ диагностирования целостности защитных покрытий труб
при строительстве магистральных газопроводов

Специальность - 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью
«Газпром трансгаз Ухта»

Научный руководитель: Кузьбожев Александр Сергеевич,
доктор технических наук
Официальные оппоненты: Решетников Александр Данович, доктор технических наук, заместитель директора экспертно-аналитического центра
ОАО «Оргэнергогаз»
Запевалов Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук, заместитель директора центра технологий строительства, ремонта и защиты от коррозии
ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Ведущая организация: ООО «ВолгоУралНИПИгаз», г. Оренбург

Защита диссертации состоится «15» мая 2013 г. в 10 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.02, созданного на базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район,
пос. Развилка.

Автореферат разослан «____» апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Ирина Николаевна Курганова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сохранение надёжности и долговечности газопроводов за счет повышения эффективности их противокоррозионной защиты является первоочередной актуальной задачей газотранспортных предприятий и обеспечивается комплексом мероприятий, направленных на предупреждение и своевременное устранение повреждений защитных покрытий труб.

В настоящее время все более широкое применение при строительстве, ремонте и реконструкции газопроводов находят трубы с полимерным покрытием заводского нанесения. Однако для контроля качества покрытий используют методы, которые были разработаны применительно к традиционным типам покрытий – битумному, из полимерных лент и т.п. Контроль существующими методами мало информативен, а испытания на адгезию в качестве приемочных испытаний в принципе неприемлемы, как по причине необратимой (даже с учетом последующего ремонта) утраты гидроизолирующих свойств монолитного покрытия, так и в силу малой достоверности испытаний из-за масштабного эффекта.

В этой связи применительно к заводским покрытиям актуальной задачей является разработка новых методов диагностирования целостности защитных покрытий труб при строительстве магистральных газопроводов.

Основным фактором нарушения целостности заводских защитных покрытий газопроводов является сдвиг и отслаивание на кромках, проявляющееся в условиях высоких, низких и знакопеременных температур при хранении труб. Эти негативные процессы развиваются, как правило, в условиях избыточного теплового влияния сварки при выполнении монтажных соединений и нагрева труб при нанесении термоусаживающихся манжет при ремонте и монтаже газопроводов. Методов предотвращения и торможения развития скрытых повреждений покрытий при хранении, монтаже и ремонте газопроводов до настоящего времени не было разработано, что не соответствовало современным требованиям качества строительства и эксплуатации газопроводов. В этой связи разработка практических мер по предохранению и поддержанию качества заводских защитных покрытий газопроводов на этапах приемки, хранения и монтажа в условиях Севера является актуальной задачей строительных и газотранспортных предприятий.

Поэтому разработка методов диагностирования и предохранения защитных покрытий труб при строительстве трубопроводов, является актуальной задачей.

Цель работы: Разработка методов диагностирования и предохранения защитных покрытий труб при строительстве трубопроводов для повышения их надёжности и долговечности.

Задачи исследования:

- исследовать кинетику развития дефектности защитных покрытий труб при длительном хранении в условиях Крайнего Севера, при монтаже труб в секции на трубосварочных базах и в трассовых условиях;

- оценить изменение свойств защитных покрытий на трубах сверхнормативного хранения в зависимости от воздействующих факторов: времени хранения, местоположения трубы в штабеле;

- рассчитать и экспериментально определить параметры теплового поля при сварке труб с защитными покрытиями, установить степень влияния температуры сварочного процесса на состояние защитных покрытий на торцевых кромках;

- на основе анализа существующих методов контроля защитных покрытий труб разработать более эффективный акустический импедансный метод диагностирования, позволяющий оценить точность определения границ отслаивания покрытий при сварке труб;

- разработать имитационные образцы металла труб с характерными дефектами и повреждениями защитных покрытий и опробовать разработанный метод диагностирования защитных покрытий на газопроводах длительной эксплуатации, имеющих характерные повреждения;

- разработать метод проверки эффективности устройств для отвода избыточного тепла от торцевой кромки покрытия при сварке.

Научная новизна:

Экспериментально обоснован метод оценки изменения свойств защитного покрытия, позволяющий установить механизм развития отслоений покрытия под действием факторов окружающей среды, сопровождающийся упрочнением и снижением эластичности клеевого слоя на границе отслоений с адгезионной прочностью до 190–210 Н/см в сравнении с показателями бездефектных областей покрытия 130–150 Н/см;

Экспериментально обоснован метод и процедура калибровки импедансного акустического дефектоскопа на основе зависимостей величины выходного сигнала дефектоскопа и усилия отрыва приклеенного покрытия от его температуры, позволяющих определить оптимальный диапазон температур контроля, при котором выявляется не менее 95 % скрытых отслаиваний покрытия;

Расчетным путем обоснован метод определения параметров теплового поля при сварке труб на основе зависимостей температуры от времени и расстояния до источника сварки, проверенных экспериментально путем измерения температуры внутренней и наружной стенки трубы в окрестности сварного шва с расхождением расчетных и экспериментальных данных с учетом введенного поправочного коэффициента не более 5 %;

Разработан метод проверки эффективности теплоотводящих устройств при сварке на основе анализа полученных экспериментально диаграмм термического цикла сварки и введенного параметра количества получаемого покрытием тепла в единицу времени, а также использования экспериментальных средств количественной визуализации распределения температур.

Защищаемые положения:

- экспериментальное обоснование метода оценки изменения свойств защитного покрытия;

- экспериментальное обоснование метода акустического импедансного диагностирования защитного покрытия труб, позволяющего выявлять скрытые его отслаивания;

- расчетно-экспериментальное обоснование метода определения параметров теплового поля при сварке труб;

- метод проверки эффективности теплоотводящих устройств при сварке.

Практическая ценность работы заключается в разработке Рекомендаций ОАО «Газпром» «Инструкция по диагностике защитных покрытий труб ультразвуковыми методами», регламентирующих использование впервые разработанных методик при диагностировании отслаиваний защитного полиэтиленового покрытия труб, а также Рекомендаций ОАО «Газпром» «Методические указания по хранению, монтажу и ремонту труб с защитными покрытиями», устанавливающие требования к методике проведения работ по обеспечению целостности и ремонту защитных покрытий труб и монтажных секций труб на этапах приемки, хранения и монтажа в базовых и трассовых условиях.

Разработанные рекомендации внедрены в ходе нового строительства газопроводов Бованенково-Ухта и Ухта-Торжок, диагностировано порядка 1100 труб, из которых защитное покрытие 19 труб оперативно отремонтировано.

По результатам промышленного внедрения работ рассчитан ожидаемый экономический эффект (индекс эффективности не менее 8,5) в ООО «Газпром трансгаз Ухта» в 2012-2015 гг., достигаемый за счет снижения риска разрушений газопроводов вследствие внедрения информативных методик диагностирования защитных покрытий, своевременного выявления и устранения скрытых повреждений защитных заводских покрытий труб, а также за счет повышения качества нового строительства газопроводов, предотвращения повреждений покрытий труб при хранении, сварке и монтаже труб, устранения дефектов с минимальными затратами, ресурсосбережения (сокращения потерь от брака).

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

- IV Межд. науч.-техн. конф. «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов» (6-11 окт. 2008 г.);

- 3-ей международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири» (г. Тюмень, 2009 г.);

- V Межд. науч.-техн. конф. «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов» (4-9 окт. 2010 г.);

- X Межд. науч. конф. «Севергеоэкотех» (УГТУ, г. Ухта, 4-5 февр. 2010 г.);

- Межд. конф. «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии» памяти Г.В. Акимова (ИФХиЭ РАН им. А.Н. Фрумкина, г. Москва, 23-25 мая 2011 г.);

- IV Межд. научн.-техн. конф. «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2011), (ВНИИГАЗ, г. Москва, 2011 г.);

- VII Межд. науч.-практ. конф. «Ашировские чтения» (СамГТУ, п. Агой, 26-29 сент. 2011 г.);

- IX Всероссийской науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (РГУНиГ им. И.М. Губкина, г. Москва, 30 янв.-1 февр. 2012 г.);

- семинарах, деловых встречах, отраслевых совещаниях и научно-технических советах ОАО «Газпром» и его дочерних обществ за период 2007-2011 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 7 в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ и 1 патент РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 142 страницы текста, 63 рисунка, 11 таблиц и список литературы из 143 наименований.

Содержание работы

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

В первой главе выполнен обзор и анализ состояния заводских защитных покрытий трубопроводов и методик их диагностирования, раскрыты проблемы, возникающие при длительном хранении труб с защитными покрытиями в атмосферных условиях.

Исследованиями проблем защитных покрытий газопроводов в разное время занимались академические институты, ИФХиЭ им. А.Н. Фрумкина, ИОиНХ им.Н.С.Курнакова, ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», УрО РАН, учебные институты РГУ Нефти и газа им. И.М. Губкина, МГУ им. М.В. Ломоносова, РХТУ им. Д.И. Менделеева, отраслевые ВНИИСТ и Газпром ВНИИГАЗ.

Среди отечественных ученых следует выделить, Антонова В.Г.,
Герасимова В.В., Глазкова В.И., Глазова Н.П., Дорошенко П.Г., Зинкевича А.М., Карякину М.И., Котика В.Г., Михайловского Ю.Н., Петрова Н.Г., Притулу В.В., Протасова В.Н., Санжаровского А.Т., а также ученых «Газпром ВНИИГАЗ» Алексашина А.В., Запевалова Д.Н., Петрова Н.А., Скубина В.К.,
Харионовского В.В.

Несмотря на большое число работ и выполненных исследований в данном направлении, а также существенный прогресс в достижении высоких качественных показателей новых защитных покрытий труб, отмечен ряд проблем в области диагностирования защитных покрытий и в вопросах их надежности при строительстве трубопроводов.

Комплекс методов диагностирования защитных покрытий труб при строительстве включает магнитный контроля толщины покрытия и электроискровой метод контроля сплошности. В последнее время, в ряде работ разработан новый высокочастотный ультразвуковой метод диагностирования заводских покрытий. Однако в условиях массового строительства его реализация сопряжена с рядом практических и методических проблем: сложностью интерпретации результатов, необходимостью использования контактной среды при контроле, что сложно в зимнее время, отсутствием методик выявления отслоенного, но плотно прилегающего покрытия и т.д.

В работах тех же авторов описан опыт исследования образования сдвиговых деформаций и отслаиваний защитного покрытия применительно двухслойному заводскому покрытию, однако применение такого типа покрытий в настоящее время ограничено. Системные исследования применительно к трехслойным заводским покрытиям до настоящего времени были незначительны, способы сохранения работоспособности покрытий при хранении и монтаже труб имели только расчетное обоснование, но не были проверены и отработаны экспериментально в условиях нового строительства.

Для исследования кинетики развития дефектности трехслойных защитных покрытий труб при длительном хранении в условиях Крайнего Севера проводились наблюдения и эксперименты на 154 трубах диаметром 1020–1420 мм, находящихся длительное время (более 20 лет) на открытых площадках без защиты от действия негативных факторов окружающей среды, таких как температурные перепады, солнечное ультрафиолетовое излучение и т.д. Проводился визуальный контроль покрытий труб на торцевых кромках на наличие усадки и отслаивания, экспериментально определялась величина прочности адгезии покрытия к металлу труб. Измерения проводились по стандартной методике путем отрыва контрольной полосы покрытия с измерением механического усилия с помощью электронного измерителя адгезии АМЦ 2-20. Анализ полученных данных показал, что адгезионная прочность покрытия, определённая в различных областях покрытия труб изменяется в достаточно широких пределах. Наиболее характерными являются следующие результаты.

Установлено, что для бездефектных областей среднее значение адгезионной прочности, измеренное как в осевом, так и окружном направлении составляет
130–150 Н/см (рис. 1, а, б), при этом распределение контрольного параметра по интервалам приближенно соответствует нормальному.

В местах контакта смежных труб среднее значение адгезионной прочности составляет 170–250 Н/см, при этом, если непосредственно в области контакта произошло разупрочнение клеевого соединения (адгезионная прочность 30–50 Н/см), то по границе этой области наблюдается значительное увеличение контролируемого параметра до 350 – 370 Н/см (рис. 1, в, г).

Результаты измерения адгезионной прочности покрытия в окрестности отслоений показали, что на расстоянии в 3–5 см от границы отслоения наблюдается значительное упрочнение клеевого соединения покрытия и трубы, при этом контролируемый параметр достигает 370–390 Н/см (рис. 1, д, е). Среднее значение адгезионной прочности покрытия в окрестности отслоений по сравнению с бездефектными выше на 50–60 единиц и составляет 190–210 Н/см.

Таким образом, установлено, что в том случае, если покрытие не подвергалось каким-либо механическим воздействиям, его адгезионная прочность в пределах допустимого срока хранения изменяется незначительно. Увеличение адгезионной прочности покрытия на границе отслоений можно объяснить изменением свойств клеевого слоя (потеря эластичности, отверждение) под воздействием воздушной среды в полости отслоения при колебании температуры хранения.

Следует отметить разный механизм отслаивания при проведении измерений. Так, низкие значения контролируемого параметра наблюдаются при отслаивании покрытия со слоем сополимера и грунтовки (при этом под отслаиваемой контрольной полосой видна чистая металлическая поверхность), средние и высокие значения, при отслаивании с разрушением клеевого слоя (при этом на металле трубы остаются остатки клеевого слоя).

 дгезионная прочность защитного покрытия в-0

 дгезионная прочность защитного покрытия в-2

 дгезионная прочность защитного покрытия в-4

 дгезионная прочность защитного покрытия в бездефектной-5

Рис. 1 Адгезионная прочность защитного покрытия в бездефектной области (а, б), в области контакта смежных труб в штабеле (в, г) и в области сквозного дефекта с отслаиванием (д, е)

а, в, д – поле значений, б, г, е – гистограмма

Таким образом, можно сделать вывод, что любые механические воздействия, даже не способствующие возникновению сквозных повреждений вызывают изменения качества прилипания грунтовочного слоя к металлу. Очевидно, что любое сквозное повреждение также сопровождается снижением качества соединения грунтовочного слоя и металла, то есть в том случае, если повреждение будет отремонтировано стандартными методами, но при этом ремонтные материалы будут наноситься на старый грунтовочный слой, в окрестностях такого повреждения, под действием внутренних напряжений возможно развитие отслоений.

Во второй главе выполнены экспериментальные исследования по разработке и внедрению метода неразрушающего диагностирования защитных покрытий труб. Диагностирование отслоений под неповреждённым защитным покрытием труб возможно только с использованием ультразвукового и акустического импедансного методов неразрушающего контроля. Применяемый электроискровой метод, предназначенный для определения качества нанесения защитного покрытия по пробою электрическим разрядом, возникающим в местах сквозных дефектов, не чувствителен к отслаиваниям покрытия, не обладает необходимой разрешающей способностью и не позволяет установить границы отслоений.

Ультразвуковой (УЗ) высокочастотный эхо-метод позволяет с высокой точность определять границы отслоений при контроле, как с поверхности покрытия, так и с внутренней стороны стенки трубы. Основными недостатками УЗ-метода являются:

а) сложность интерпретации результатов;

б) необходимость использования контактной среды между пьезоэлектрическим преобразователем и поверхностью покрытия, что затрудняет контроль при отрицательных температурах.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.