Руководящий документ РД 39Р-00147105-025-02 Методика определения остаточного ресурса изоляционных покрытий подземных трубопроводов.
РД 39Р-00147105-025-02
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИОННЫХ
ПОКРЫТИЙ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Дата введения 2002-11-01
ПРЕДИСЛОВИЕ
1 РАЗРАБОТАН Самостоятельным структурным подразделением хозрасчетной научно-исследовательской лабораторией "Трубопроводсервис" и кафедрой "Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ" Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Творческий коллектив: Абдуллин Н.В., Ведерникова Т.Г., Веселов Д.Н., Гамбург И.Ш., Гильметдинов Р.Ф., Домрачев Е.Н., Квицинская М.С., Квятковский О.П., Коновалов Н.И., Маркухов О.В., Мустафин Ф.М. (руководитель), Соловьев А.Б., Тарасов А.В., Фархетдинов И.Р., Харисов Р.А., Щепетов А.Е.
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом по ГУП "ИПТЭР" от 18 июля 2002 г.
3 Разработчики выражают благодарность специалистам ВФ АО "ВНИИСТ", ООО "Старстрой", РЦ НТО "Башпромбезопасность", Башкирскому управлению ГОСГОРТЕХНАДЗОРа России, АК "Транснефть" "УФАГИПРОТРУБОПРОВОД" за полезные замечания и предложения к первой редакции инструкции.
4 РД СОГЛАСОВАН с ГОСГОРТЕХНАДЗОРом России (письмо от 15 сентября 2002 г., N 10-03/868).
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1 Настоящий руководящий документ (РД) устанавливает методические основы для оценки остаточного ресурса изоляционных покрытий подземных стальных трубопроводов по результатам расчетов переходного сопротивления изоляционных покрытий.
1.2 РД разработан и рекомендуется для оценки остаточного ресурса находящихся в эксплуатации подземных стальных трубопроводов диаметром до 1400 мм включительно с избыточным давлением среды не выше 20,0 МПа, прокладываемых подземно и в насыпи.
В РД использованы вероятностно-статистические методы оценки остаточного ресурса изоляционных покрытий подземных стальных трубопроводов.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
2.1 В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативно-технические документы и стандарты:
ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии
ГОСТ 9.602-89*. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии
ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения
СНиП 2.05.06-85 *. Магистральные трубопроводы
ВСН 008-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозионная и тепловая изоляция
ВСН 012-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ
ВСН 009-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Средства и установки электрохимзащиты. Дополнение. Электрохимзащита кожухов на переходах под автомобильными и железными дорогами
3 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Трубопровод рассматривается как система последовательно соединенных элементов (труб и деталей). Разрушение одного из элементов выводит из строя весь трубопровод.
Ресурс трубопровода - суммарная наработка трубопровода от пуска до перехода в предельное состояние.
Наработка - период эксплуатации трубопровода без учета простоев.
Срок службы трубопровода - календарный период времени от ввода трубопровода в эксплуатацию до его перехода в предельное состояние.
Предельное состояние изоляционного покрытия трубопровода - техническое состояние изоляции трубопровода, при котором исключена его дальнейшая эксплуатация. В качестве предельного состояния может быть принято разрушение как изоляционного покрытия трубопровода в целом, так и определенного его участка при условии, что ремонт из-за его частой повторяемости опасен для окружающей среды или экономически нецелесообразен.
Отказ изоляционного покрытия трубопровода - прекращение выполнения функции изоляции трубопровода от внешних воздействий вследствие разрушения.
Остаточный ресурс изоляционного покрытия трубопровода - время эксплуатации изоляции трубопровода с момента текущего диагностирования до перехода в предельное состояние.
Диагностирование (техническое) изоляционного покрытия трубопровода - определение технического состояния изоляционного покрытия трубопровода.
Вероятность безотказной работы изоляционного покрытия трубопровода - вероятность того, что за рассматриваемый период в изоляционном покрытии трубопровода не возникнет отказов.
Параметр технического состояния - характеристика, определяющая работоспособность элементов трубопроводов (толщина, сплошность, допускаемое напряжение, переходное сопротивление и т.д.) [3].
В методике кроме описанных используются следующие обозначения:
4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Данная методика определения остаточного ресурса изоляционных покрытий подземных трубопроводов предназначена для определения срока службы изоляционных покрытий стальных трубопроводов диаметром до 1400 мм (включительно), с избыточным давлением среды до 20,0 МПа, прокладываемых подземно или в насыпи.
Анализ технического состояния изоляционных покрытий осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51164-98, ВСН 012-88, ВСН 008-88 и СНиП 2.05.06-85* "Магистральные трубопроводы".
Определение срока службы изоляционных покрытий подземных стальных трубопроводов важно для осуществления планирования работ по капитальному ремонту трубопроводов с заменой изоляции.
Знание закономерностей влияния времени и комплекса основных факторов на срок службы изоляционных покрытий позволяет осуществлять оптимальный выбор изоляционных покрытий, их толщину и количество слоев в период проектирования конкретного трубопровода [11, 12].
Защитные свойства изоляционных покрытий наиболее полно характеризуются переходным сопротивлением, представляющим собой интегральную оценку защитной способности системы "труба-покрытие-грунт" [1, 4, 5, 15]. При помощи этого показателя с достаточной степенью точности можно оценить достоинства и недостатки изоляционного материала и влияние на покрытие внешних условий. Переходное сопротивление позволяет оценивать состояние изоляционных материалов в процессе эксплуатации без нарушения и вскрытия траншеи.
Подземные стальные трубопроводы предохраняют от коррозии средствами комплексной защиты: изоляционными покрытиями и катодной поляризацией. Качество комплексной защиты оценивается переходным сопротивлением, которое характеризует состояние изоляционного покрытия и позволяет определять расход тока катодной поляризации. Снижение значения переходного сопротивления в период эксплуатации трубопровода вызывает необходимость увеличивать ток катодных станций и их количество или ремонтировать изоляцию на данном участке [13].
5 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
К важнейшим эксплуатационным свойствам изоляционных покрытий трубопроводов относятся толщина, влагопроницаемость, водопоглощение, сплошность, переходное электросопротивление, стойкость к отслаиванию под действием катодного тока, адгезия, термостойкость и долговечность [16, 19].
Скорость коррозии стали под полимерным покрытием зависит от множества факторов: наличия электролита и кислорода под покрытием, уровня пассивации и гетерогенности поверхности, скорости отвода продуктов реакции, присутствия ингибиторов, рН и химического состава среды, температуры, давления, наличия блуждающих токов и др. В различных условиях определяющим фактором скорости коррозии (контролирующим процессом) могут оказаться разные процессы, от которых зависят требования к толщине изоляции. Кроме того, если контролирующей стадией окажется отвод продуктов коррозии (что весьма вероятно во многих случаях), то этот процесс вообще непосредственно не зависит от толщины покрытия. Таким образом, выработать единое требование к необходимой толщине изоляции не представляется возможным [14].
Размерность коэффициента влагопроницаемости - кг/(м·с·Па).
Водопоглощение покрытий характеризует их способность впитывать влагу и тем самым снижать свои диэлектрические свойства. Технические требования по водопоглощению нормируют для каждого вида покрытий на основании результатов испытаний, за норму принимают данные по лучшим образцам.
Сплошность нанесенного покрытия определяется отсутствием в нем сквозных микро- или макродефектов. Сплошность покрытия контролируют, помещая его между разноименными полюсами источника постоянного электрического тока. При этом величина электрического напряжения строго нормирована и определяется из следующих соображений: если в покрытии имеются микродефекты, то напряжение должно быть достаточным для пробоя слоя воздуха толщиной, равной толщине покрытия. В этом случае через микродефект происходит замыкание электрической цепи и срабатывает световой или звуковой индикатор.
Требования к сплошности изоляционных покрытий трубопроводов определены в нормативных документах.
Адгезия (прилипаемость) изоляционного покрытия к металлу трубы определяется адгезионной прочностью соединения, которую измеряют при нормальном отрыве или касательном сдвиге в единицах силы на единицу площади, а также при отслаивании - в единицах силы на единицу ширины полосы отслаивания. Последний способ наиболее широко применяется в практике трубопроводного строительства.
Устойчивость покрытий к действию катодного тока должна предохранять покрытия от отслаивания вследствие действия электрохимической защиты трубопроводов.
Термостойкостью изоляционного покрытия трубопровода называют предельную температуру, при которой в течение всего срока службы трубопровода значения основных эксплуатационных характеристик покрытия не выходят за пределы допустимых.
Долговечностью покрытия называют предельное время эксплуатации при заданных условиях, в течение которого значения основных эксплуатационных характеристик изделия не выходят за пределы допустимых.
Ударная прочность изоляционного покрытия трубопровода характеризует его стойкость к внешним механическим ударам. Ударной прочностью изоляционного покрытия называют минимальную энергию удара, приводящую к потере сплошности покрытия.
Механические свойства покрытий нормируются в технических требованиях пределом прочности при разрыве и относительным удлинением [6].
6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ДОСТИЖЕНИЯ ЗАДАННОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Экспериментальные полигонные исследования и натурные определения изменения переходного сопротивления изоляции на действующих трубопроводах показали, что наибольшая точность и наименьшая погрешность расчетов по зависимости (3). Поэтому указанная зависимость рекомендуется для расчетов срока службы и остаточного ресурса изоляционных покрытий трубопроводов.
Определение времени достижения заданного значения переходного сопротивления изоляции производится при необходимости сравнения покрытий с разными или одинаковыми параметрами и выбора оптимального способа изоляции для конкретных условий строительства трубопровода на стадии проектирования. Анализ зависимости для прогнозирования изменения переходного сопротивления изоляционных покрытий показал, что, решая обратную задачу, можно определить время достижения заданного значения переходного сопротивления [20, 21].
Зависимость (3), преобразовав и прологарифмировав обе части, можно представить в виде
7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ТРУБОПРОВОДОВ
8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Для ведомств и организаций, эксплуатирующих трубопроводы, большой интерес представляет более точное определение срока службы изоляционных покрытий конкретных трубопроводов, находящихся в работе длительный период времени.
принимала наименьшее значение:
Для решения данной задачи преобразуем формулу (8) к виду
Решение данного уравнения имеет вид:
Время достижения заданного значения переходного сопротивления следует определять по формуле
Определение срока службы изоляции следует производить по формуле
9 ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
9.1 Пример расчета остаточного ресурса изоляционных покрытий эксплуатируемых трубопроводов
Определение остаточного срока службы изоляционного покрытия подземного трубопровода при наличии катодной поляризации после пяти лет эксплуатации.
Исходные данные:
|
|
|
|
|
|
, Ом·м | , Ом·м | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
6,2 ·10 | 3,2 ·10 | 2,6 ·10 | 2,5 ·10 | 2,4 ·10 | 2,3 ·10 |
Решение:
|
|
|
|
|
|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
10,4 | 20,3 | 30,4 | 40,3 | 50,2 |
Получим по формуле (13):
Остаточный срок службы изоляции:
9.2 Пример расчета срока службы изоляционного покрытия трубопровода в период проектирования
Расчет срока службы изоляционных покрытий подземных трубопроводов при наличии катодной поляризации в период проектирования трубопровода.
Конечное переходное сопротивление определяется по номограмме (приложение А).
Срок службы изоляции определяется по формуле (7):
9.3 Пример расчета срока службы различных изоляционных покрытий
Определить срок службы изоляционного покрытия.
Определение срока службы изоляции ведется по формуле (5):
Достаточно большие сроки службы изоляционных покрытий трубопроводов получены из-за высоких требований ГОСТ Р 51164-98 к качеству изоляции и, следовательно, к значению постоянного коэффициента
Решение:
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии /Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1998.
2 ГОСТ 9.602-89*. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. - М.: Госстандарт СССР, 1989.
3 ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения. - М.: Госстандарт СССР, 1989.
4 СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы /Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1999.
5 ВСН 008-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозионная и тепловая изоляция. - М.: Миннефтегазстрой СССР, 1989.
6 ВСН 012-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ. Ч.1. - М.: Миннефтегазстрой СССР, 1989. - 60 с.
7 ВСН 009-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Средства и установки электрохимзащиты. Дополнение. Электрохимзащита кожухов на переходах под автомобильными и железными дорогами. - М.: Миннефтегазстрой СССР, 1989.
8 Новоселов В.Ф., Коршак А.А., Димитров Б.Н. Типовые расчеты противокоррозионной защиты металлических сооружений нефтегазопроводов и нефтебаз: Учеб. пособие. - Уфа: УНИ, 1985. - 100 c.
9 Адлер Ю.П., Маркова В.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Недра, 1976. - 280 с.
10 Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное руководство. - М.: Недра, 1971. - 192 с.
11 Бабин Л.А., Григоренко П.Н., Ярыгин Е.Н. Типовые расчеты при сооружении трубопроводов: Учеб. пособ. для вузов. - М.: Недра, 1995.
12 Чирсков В.Г., Березин В.Л., Телегин Л.Г. Строительство магистральных трубопроводов: Справочник. - М.: Недра, 1991.
13 Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов: Учебник для ВУЗов. - М.: Недра, 1987.
14 Воронин В.И., Воронина Т.С. Изоляционные покрытия подземных газопроводов. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990. - 200 с.
15 Зиневич A.M., Глазков В.И., Котик В.Г. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии. - М.: Недра, 1975. - 288 с.
16 Борисов Б.И. Защитная способность изоляционных покрытий подземных трубопроводов. - М.: Недра, 1987. - 126 с.
17 Цикерман Л.Я. Диагностика коррозии трубопроводов с применением ЭВМ. - М: Недра, 1977. - 319 с.
18 Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров: Учеб. для вузов /М.В.Кузнецов, В.Ф.Новоселов, П.И.Тугунов, В.Ф.Котов. - М: Недра, 1992. - 238 с.
19 Защита подземных металлических сооружений от коррозии: Справочник /И.В.Стрижевский, А.Д.Белоголовский, В.И.Дмитриев и др. - М.: Стройиздат, 1990. - 303 с.
20 Мустафин Ф.М., Фархетдинов И.Р. Оценка остаточного ресурса изоляционных покрытий трубопроводов. //Трубопроводный транспорт нефти и газа: Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. - Уфа: УГНТУ, 2002.
21 Мустафин Ф.М., Лукьянова И.Э. Разработка методики прогнозирования остаточного ресурса нефтегазопромысловых трубопроводов. //Трубопроводный транспорт нефти и газа: Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. - Уфа: УГНТУ, 2002.
Приложение А
(справочное)
Номограмма для определения конечного переходного сопротивления