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 |

Совершенствование методик идентификации и оценки опасности источников блуждающих токов, воздействующих на магистральные нефтегазопроводы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Фуркин Алексей владимирович

совершенствование методик идентификации и
оценки опасности источников блуждающих токов, воздействующих на магистральные
нефтегазопроводы

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ухта – 2012

Диссертация выполнена
в Ухтинском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук
Руслан Викторович Агиней
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
профессор
Владимир Орович Некучаев
кандидат технических наук
Эрнест Владимирович Бурдинский
Ведущая организация: ОАО «Гипрогазцентр»,
г. Нижний Новгород

Защита состоится 22 марта 2012 г. в _1000 часов на заседании диссертационного
совета Д 212.291.02 при 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 разослан 20 февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор Н.М. Уляшева

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Коррозионный износ стенок магистральных трубопроводов, транспортирующих углеводороды, является основным фактором, снижающим их надежность и ресурс. Для подземных трубопроводов характерна электрохимическая коррозия наружной поверхности труб.

Особую опасность представляет электрохимическая коррозия, вызванная воздействием блуждающих токов. Вследствие высокой плотности коррозионного тока, сквозное разрушение стенок трубопроводов в этих условиях может развиться в течение 2-3 лет.

Существующие методики поиска, локализации и оценки опасности источников блуждающих токов (далее – БТ), воздействующих на трубопроводные системы, разработаны специалистами ОАО «ВНИИСТ», ОАО «Гипроспецгаз» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и ориентированы на антропогенные источники блуждающих токов, основные из которых – электрифицированные железные дороги и системы передачи тока «линия-грунт». Однако методики, адаптированные к неклассическим источникам БТ природного характера, не разработаны, несмотря на то, что такие источники отмечены в России (нефтепровод «Восточная Сибирь – Тихий океан», газопровод «Пунга-Вуктыл»), а также за рубежом, в частности, в Бразилии, Канаде, Белоруссии.

Под действием неклассического источника БТ изменение потенциала «труба-земля» может происходить без токообмена между грунтом и трубой, что предопределяет необходимость разработки комплексного подхода по идентификации, оценке опасности источников БТ, а также регулированию режимов работы средств катодной защиты, на основе результатов лабораторных, полупромышленных и полевых испытаний.

Работа базируется на результатах научных работ многих отечественных и зарубежных ученых и исследователей, среди которых: Е.А. Беляев, Г.Г. Винокурцев, В.И. Глазков, Н.П. Глазов, А.Г. Гумеров, Н.П. Жук, Д.Н. Запевалов, А.М. Зиневич, О.М. Иванцов, А.М. Керимов, Ф.М. Мустафин, В.В. Николаев, Н.А. Петров, А.Е. Полозов, В.В. Притула, В.Н. Протасов, И.В. Стрижевский, Д.К. Томлянович, Ф.К. Фатрахманов, К.Л. Шамшетдинов, А.И. Яблучанский, W.V. Baeckmann, R. Browseau, N. Kioupis, K. Maroulis, W. Schwenk, R.N. Parkins и др.

Цель работы: Совершенствование методик идентификации и оценки опасности блуждающих токов, воздействующих на магистральные нефтегазопроводы.

Задачи исследования:

  • Усовершенствовать комплекс методик для поиска и оценки опасности БТ.
  • Выполнить анализ источника блуждающих токов на участке магистрального газопровода «Пунга – Вуктыл» на основе результатов электроизмерений.
  • Провести лабораторные и полупромышленные испытания влияния протекающего по модели трубопровода тока на потенциал «труба - земля».
  • Разработать комплекс практических рекомендаций по идентификации, оценке опасности и защите трубопроводов, подверженных влиянию неклассических источников блуждающих токов.

Научная новизна:

1) Впервые предложено классифицировать источники блуждающих токов, по наличию токообмена между трубопроводом и грунтом, который они вызывают.

2) Экспериментально установлено, что зависимость потенциала «труба-земля» Uт-з от силы тока I, протекающего по трубопроводу без токообмена, описывается выражением общего вида: Uт-з=Uст+kI, где Uст - стационарный потенциал трубопровода относительно м.с.э. в данной точке, В; k – параметр, численно равный 0,012 Ом для модели трубопровода диаметром 25 мм с толщиной стенки 3 мм и 0,23 Ом для трубопровода диаметром 530 мм и толщиной стенки 8 мм (при I[ -1;7] А).

3) Впервые предложено и научно обосновано использовать в качестве критерия единства источника блуждающего тока, коэффициент корреляции между массивами данных синхронных измерений потенциала «труба-земля» на различных нитках коридора магистрального нефтегазопровода в одном сечении и в различных сечениях участка трубопровода.

4) Установлено, что приращения потенциала «труба-земля», создаваемые моделью станции катодной защиты и протекающим по трубе током I, не зависят друг от друга и действуют на суммарный потенциал «труба-земля» аддитивно.

Защищаемые положения:

  • усовершенствованная методика локализации источника блуждающего тока, основанная на построении векторных диаграмм падения напряжения в грунте с учетом его электрического сопротивления грунта в месте измерения позволяет повысить точность определения местоположения источника БТ;
  • вывод, основанный на результатах лабораторных и полупромышленных исследований, о том, что протекание электрического постоянного тока по трубопроводу вызывает смещение потенциала «труба-земля» без токообмена между трубой и грунтом;
  • разработанный порядок регулирования режимов работы средств электрохимической защиты (далее – ЭХЗ) в условиях действия источника блуждающего тока, работающего без токообмена позволяет повысить эффективность защиты нефтегазопровода от коррозии с условиях действия БТ;
  • идентификационными признаками источника блуждающего тока, работающего без токообмена являются единство источника блуждающего тока, отсутствие точек «натекания – стекания», отсутствие в электрическом сигнале «труба-земля» переменной составляющей, кратной промышленным частотам.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением современных электроизмерительных приборов и программных средств, корректностью лабораторных моделей трубопроводов по соответствию коррозионно-активной среды, измерительных электродов, типа корродирующего материала, согласованностью результатов лабораторных исследований с результатами, полученными на полупромышленном стенде и на действующем газопроводе.

Практическая ценность работы заключается в разработке алгоритма автоматизированной настройки средств ЭХЗ участка нефтегазопроводов, работающего в условиях действия неклассического источника БТ. Внедрение этой системы позволит устанавливать потенциалы трубопровода в рамках, регламентируемых нормативными документами, что обеспечит эффективную работу систем защиты от коррозии и снизит расход электроэнергии, потребляемой станциями защиты, за счет оптимизации их выходных параметров, повысит срок службы средств защиты. Алгоритм реализован на системе электрохимической защиты трубопроводов Сосногорского линейно-производственного управления ООО «Газпром трансгаз Ухта».

По материалам исследований получен патент на изобретение РФ 2352688, опубл. 20.04.2009 г. «Устройство для измерения поляризационного потенциала трубопровода», поданы заявки на изобретения РФ: № 2011134224, опубл. 15.08.2011 г. «Способ определения местоположения источника блуждающего тока» и №2008122670, опубл. 10.12.2009 г. «Способ определения коррозионной поврежденности поверхности», что свидетельствует о новизне и промышленной применимости полученных в работе результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 7-ой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности «Новые технологии в газовой промышленности», г. Москва, РГУНиГ им. Губкина И.М., 28-30 сентября 2007 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», г. Тюмень, ТюмГНГУ, 2007 г.; 14-ой Международной конференции по трубопроводному транспорту, г. Санкт-Петербург, 2008 г.; XV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири – 2008», ООО «ТюменНИИгипрогаз», г. Тюмень, 2008 г.; Конференциях сотрудников и преподавателей УГТУ, г. Ухта, 2007, 2009, 2010, 2011 гг.; Международной конференции «Актуальные вопросы противокоррозионной защиты» (PACP-2009), г. Москва, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2009 г.; 3-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири», ТюмГНГУ, г. Тюмень, 2009 г.; Пятой международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов», ДОАО «Оргэнергогаз», г. Туапсе, 2010 г.; 7-й Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта», ПГУ, Новополоцк, Белоруссия, 2011 г.; Международной деловой встрече «Диагностика 2011», ДОАО «Оргэнергогаз», г. Геленджик, 2011 г.; Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт – 2011», УГНТУ, Уфа, 2011 г.; Международной конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2011), ООО «Газпром ВНИИГАЗ», г. Москва, 2011 г., Межрегиональном семинаре «Рассохинские чтения», УГТУ, г. Ухта, 2012 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 24 работы, из них 6 - в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 145 страниц текста, 68 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 110 наименований.

Содержание работы

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

В первой главе «Анализ существующих методов обеспечения надежности трубопроводов в условиях действия блуждающих токов» показано, что известные источники БТ можно разделить на две группы: техногенного и природного характера (рисунок 1). При этом часть источников БТ действует без прямого токообмена между металлом трубопровода и грунтом, как правило, за счет явления электромагнитной индукции. В частности, в работах А.И. Яблучанского приведены методики оценки опасности влияния и устранения негативного воздействия высоковольтных линий электропередач.

Наиболее изучены техногенные источники БТ, связанные с работой электрифицированных железных дорог и линий передачи тока по грунту. Поэтому методики поиска, оценки опасности наиболее полно разработаны именно для этой группы источников. Среди методов защиты от действия таких источников БТ наибольшее распространение получили различные виды электродренажных устройств, электроизолирующие фланцы трубопроводов, автоматизированные средства электрохимической защиты (ЭХЗ).

Рисунок 1

Классификация источников блуждающих токов

На ряде участков магистральных нефтегазопроводов, построенных вдали от населенных пунктов и промышленных объектов, обнаруживается действие источники БТ природного характера. Анализ показал, что выявить участки работы таких источников при предпроектном обследовании трассы не представляется возможным. Методик оценки опасности блуждающих токов, регулирования действующих средств ЭХЗ не разработано.

Во второй главе «Совершенствование комплекса методик для локализации и оценки опасности блуждающих токов на многониточные нефтегазопроводы» разработан общий алгоритм поиска и устранения действия источников блуждающих токов, заключающийся в последовательной реализации трассовых измерений (рисунок 2).

Рисунок 2

Общая последовательность реализации методик по устранению

негативного действия источника БТ

Для более точной локализации источника тока предложена усовершенствованная методика, в которой предполагается учитывать удельное электрическое сопротивления грунта в месте измерения (рисунок 3). При этом векторные диаграммы строят с применением приведенного значения градиента v, определяемого по формуле:

(1)

где К – количество измерений удельного электрического сопротивления между местами установки электродов сравнения; U – измеренная разность потенциалов между электродами сравнения, В; i – удельное электрическое сопротивление грунта в i-той точке, Омм.


1 – электрод сравнения; 2 – вольтметр; 3 – трубопровод; 4 – направление местоположения источника без учета ; 5 – направление, скорректированное с учетом

Рисунок 3 - Построение вектора направления течения тока от источника БТ

В третьей главе «Проведение натурных исследований на участке газопровода «Пунга-Вуктыл»» показано, что западная часть трассы газопроводов проложена на территории национального природоохранного парка «Югыд-Ва» Республики Коми и пересекает Уральские горы. Срок эксплуатации каждой из четырех ниток трубопроводов на этом участке составлял от 10 до 30 лет. Изоляция выполнена из полимерных лент трассового нанесения и экструдированного на заводе полиэтилена.

В 1985 г. при коррозионном обследовании данных газопроводов были выявлены участки, имеющие знакопеременные во времени потенциалы «труба – земля», предположительно вызываемые источником БТ. Реконструкция в 1991 г. действующих систем ЭХЗ не обеспечила снижения воздействия блуждающих токов на многониточную систему трубопроводов.

На участке многониточного трубопровода протяженностью около 40 км (292-338 км) были установлены пять зон с наибольшим изменением поляризационного потенциала: 298; 304; 309; 319; 328 км. Протяженность каждой из зон составляла 0,5 - 1,0 км.

Результаты измерений показали, что отключение СКЗ не повлияло на вариацию потенциала. Таким образом, было установлено, что действующие станции катодной защиты не влияют на периодическое изменение потенциала «труба-земля».

Далее в соответствии с рисунком 2 выполнялся комплекс измерений, целью которого было установление места и направления движения тока по поверхности грунта. Первый этап измерений включал установку на каждой из пяти зон самопищущих приборов по схеме, изображенной на рисунке 4.

1, 2, 3, 4, 5, 6 медно-сульфатные электроды сравнения; 7 – регистрирующая аппаратура; 8 – трубопровод

Рисунок 4 - Схема определения направления воздействия источника на трубопровод

Анализ данных позволил сделать важный вывод – корреляции между разностями потенциалов «электрод – электрод» и «труба – электрод» не наблюдается. Напряжение в системах «электрод - электрод» оставалось стабильным и характеризовало натекание тока от анодов к трубопроводам (при выключенных СКЗ составляли менее 40 мВ), при этом потенциал «труба – земля» хаотически изменялся в диапазоне минус 4,5…+2,5 В относительно медносульфатного электрода.

Для локализации возможного источника постоянного тока были выполнены измерения интенсивности и направления движения токов в 1000 м от коридора трубопроводов. Результаты измерений показали, что при отключенных СКЗ напряжение между электродами составляло несколько милливольт, при этом оно не изменялось во времени и связано с допустимой разностью потенциалов применяемых электродов сравнения. При включенной системе ЭХЗ векторы показывали в направлении анодных заземлителей СКЗ, показания были стабильны во времени (рисунок 5).

Для анализа одновременности изменения потенциала были поведены синхронные измерения на всех пяти знакопеременных зонах. Результаты измерения показали, что на всех нитках, различных по сроку эксплуатации, типу и состоянию изоляции, изменение потенциала происходило синхронно на различных участках (рисунок 6).

Рисунок 5

Результаты локализации источник БТ на участке МГ

Рисунок 6 - Диаграмма изменения потенциала «труба-земля» во времени при синхронной записи на различных участках: 1

304 км; 2 309 км; 3 332 км

Для сравнительной оценки мощности источника тока были проведены измерения силы тока, протекающего по трубопроводу. Силу тока измеряли милливольтметром методом падения напряжения. Значение силы тока Iср, протекающего по трубопроводу, определяли в этом случае по формуле:

(2)


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.