УДК 006.86

Метод компенсации овализации магистрального трубопровода на этапе строительно-монтажных работ

Лескова Елена Александровна – руководитель группы линейного отдела Филиала АО «Гипротрубопровод» – «Самарагипротрубопровод».

Аниськина Алена Наильевна – главный эксперт проекта отдела комплексной экспертизы Самарского филиала ФАУ «Главгосэкспертиза России».

Леденев Сергей Александрович – главный специалист линейного отдела Филиала АО «Гипротрубопровод» – «Самарагипротрубопровод».

Аннотация: В статье рассматривается проведение внутритрубной диагностики с созданием давления перед диагностическим снарядом в качестве одного из вариантов компенсации «овализации» на этапе строительно-монтажных работ магистрального трубопровода.

Ключевые слова: магистральный трубопровод, внутритрубный диагностический прибор, внешняя нагрузка, дефект, овализация, давление.

Магистральный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа является неотъемлемой составляющей поставки сырья и готового топлива потребителям. Большие объемы и удобное расположение трубопроводных систем на Евроазиатском континенте дают России возможность оказывать влияние на геополитическое развитие энергетического рынка (рис.1). Для обеспечения бесперебойных поставок необходимо гарантировать надежность и безопасность при строительстве и эксплуатации трубопроводных систем.

Один из ключевых способов достижения надежности и повышения безопасности заключается в правильном выборе конструктивных и технологических решений при прокладке линейной части трубопроводов, которые определяются на стадии проектирования и реализуются при строительстве или реконструкции трубопровода.

Если несущая способность трубопровода недостаточна для восприятия нагрузок во время эксплуатации, это может привести к его разрушению. Поэтому для выявления дефектов до ввода трубопровода в эксплуатацию на этапе завершения строительно-монтажных работ проводится внутритрубная диагностика трубопровода с последующим проведением дополнительного дефектоскопического контроля и устранением дефектов.

Рисунок 1. Сеть трубопроводов России.

На примере трех объектов магистрального нефтепровода номинальным диаметром 1200 мм можно увидеть (табл. 1), что при диагностике трубопровода профилемером PRN на этапе завершения строительно-монтажных работ, выявляется значительное количество дефектов типа «овализация».

При значениях овальности, превышающие 5% или при значении внутреннего диаметра трубы менее диаметра требуемого для пропуска внутритрубного диагностического прибора, необходимо устранить дефект до ввода трубопровода в эксплуатацию [1, с. 57].

Однако вскрытие трубы на участках выявленных дефектов (табл. 1) и фактического снятия нагрузки от грунта засыпки «овализация» трубы была не подтверждена либо ее значение не превышало 5% [1, с. 40].

Таблица 1. Данные о количестве дефектов типа «овальность» выявленных при проведении ВТД на этапе СМР.

Одним из факторов, влияющих на возникновение овализации трубы, являются внешние нагрузки. Подземные трубопроводы испытывают воздействия от давления грунта засыпки и подвижных нагрузок, которые могут находиться над трубопроводом (автомобили, тракторы, различные сельскохозяйственные машины и т. д.). Стальные трубы, ведут себя в грунте значительно лучше, чем жесткие, так как деформации их стенок от действия активных сил встречают сопротивления грунта. Если магистральный нефтепровод или газопровод рассчитан по первому предельному состоянию, т.е. на прочность под действием внутреннего давления, то нет оснований опасаться, что трубы могут потерять устойчивость от внешних нагрузок. Обычно магистральные трубопроводы работают при значительном внутреннем давлении, которое с избытком воспринимает все возможные в процессе эксплуатации внешние нагрузки [2, с. 33].

Однако до ввода в эксплуатацию трубопровода, внутреннее давление в трубе отсутствует и на отдельных участках возможно изменение кольцевой формы трубы.

 Овальность определяется как разность максимального и минимального наружных диаметров трубы в одном сечении, отнесенная к номинальному наружному диаметру трубы (рис.2):

Степень овализации трубы прямо пропорциональна распределенной внешней нагрузки на трубопровод (давления от грунта засыпки и от транспорта) и обратна пропорциональна цилиндрической жесткости оболочки трубы [1, с. 56].

Рисунок 2. Измерение овальности трубы.

Следовательно, для уменьшения степени овализации трубы без внутреннего давления следует либо назначать меньшую глубину заложения трубопровода, что не всегда возможно из-за сложного рельефа и пересекаемых коммуникаций либо увеличивать толщину стенки, что приводит к значительному увеличению стоимости объекта реконструкции или строительства магистрального трубопровода.

На участке магистрального трубопровода «Куйбышев-Унеча-2» перед проведением вскрытия участков трубопровода с дефектами был выполнен дополнительный этап гидроиспытания на давление 2,9 МПа и последующим повторным пропуском профилемера PRN. Отчет пропуска внутритрубного диагностического прибора показал снижение количества выявленных дефектов типа «овальность» с 420 штук до 127 штук.

В таблице 2 приведены значения овальности трубы от действия грунта засыпки на трубу 1020х12 мм сталь с классом прочности К56 в зависимости от внутреннего давления в трубе. Тип грунта засыпки принят «суглинок» со следующими характеристиками: плотность – 1900 кг/м³, угол внутреннего трения - 30°. Метод расчет давления грунта обратной засыпки трубы и гусеничной нагрузки (НГ-60) изложены в монографии Г.К. Клейна [3, с. 17] и пособии Л.И. Быкова, Ф.М. Мустафин [4, с. 532]. Расчет выполнен в ПП ANSYS.

Таблица 2. Значение овальности от действия грунта засыпки и гусеничной нагрузки (НГ-60) на трубу 1020х12 мм К56 в зависимости от внутреннего давления в трубе и глубины заложения.

Можно сделать вывод, что при создании внутреннего давления в трубе при проведении внутритрубной диагностики исключит появление «ложных» дефектов типа «овализация» и необходимость проведения трудоемких работ по вскрытию трубопровода и проведения его дополнительного дефектоскопического контроля (рис.3 и рис.4).

Для выполнения данного требования необходимо включить в нормативно-техническую документацию СП 86.13330.2022 [5] на строительство новых и реконструкцию действующих магистральных трубопроводов требование по проведению внутритрубного диагностирования после завершения строительно-монтажных работ с созданием давления перед диагностическим прибором в зависимости от максимальной глубины заложения трубопровода и проверку трубы на отсутствие недопустимых деформаций по п.12.4.2 СП 36.13330.2012 [6, с. 56] при заглублении трубопровода более 8 м.

Рисунок 3. Результаты расчета в ПП ANSYS трубы 1020х12 К56 при заглублении 9 м без внутреннего давления.

Рисунок 4. Результаты расчета в ПП ANSYS трубы 1020х12 К56 при заглублении 9 м, с внутренним давлением 0,7 МПа.

Список литературы

1. ГОСТ Р 55989-2014 Магистральные трубопроводы. Нормы проектирования на давление свыше 10 МПа. Основные требования. М.: Стандартинформ, 2015.106 с.
2. Камерштейн А.Г., Рождественский В.В., Ручимский М.Н. Расчет трубопроводов на прочность Справочная книга. М.: Государственное научно-техничекое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. 375 с.
3. Клейн Г.К. Расчет труб, уложенных в земле подземных трубопроводов. М.: Госстройиздат, 1957. 197 с.
4. Быков Л.И., Мустафин Ф.М. и др. Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов. С.П.: «Недра», 2006. 829 с.
5. СП 86.13330.2022 СНИП III-42-80*Магистральные трубопроводы. М: Минстрой России, 2022. 173 с.
6. СП 36.13330.2022 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85. М: Гострой, ФАУ «ФЦС», 2012. 97 с.