Закономірності корозійно-механічної деградації трубопроводів у складних умовах експлуатації

Abstract

Розроблено об'єднану принципову схему оцінки потенційних небезпек, розрахунку та контролю експлуатаційних ризиків, яка відповідає діючим нормативним документам та містить низку істотних удосконалень, котрі дають змогу покращити заходи з контролю експлуатаційних ризиків. Вперше доведено необхідність урахування ефекту Баушінгера при оцінці несучої здатності матеріалу морських трубопроводів під час укладання та в процесі експлуатації. Проведено математичну інтерпретацію та введено силовий і деформаційний критерії оцінки ефекту Баушінгера. Досліджено корозійно-механічну деградацію сталі трубопроводу на повітрі та у 12 модельних середовищах і показано, що найбільша небезпека втрати трубопроводом несучої здатності внаслідок корозійно-механічної деградації є у хлоридно-сульфатних і підкислених хлоридно-сульфатних електролітах. Вперше проведено математичну інтерпретацію та розроблено підходи до прогнозування живучості основного металу та зварних з'єднань трубопроводів на повітрі і в корозійних середовищах Для спрощення інженерних розрахунків введено коефіцієнти живучості. Доведено необхідність істотного удосконалення та оновлення наявної нормативної бази з оцінки та прогнозування безпеки і надійності трубопроводів. Розвинуто наукові основи Концепції досягенння безпеки трубопровідних систем на всіх стадіях життєвого циклу - від проектування до експлуатації. Проведено гармонізацію європейського стандарту ISO 13703:2000 «Нафтова і газова промисловість. Проектування і встановлення трубопровідних систем на морських експлуатаційних платформах» з урахуванням національної специфіки.

Разработана расширенная методология исследования деформации и разрушение трубопроводных систем и введен ряд новых нестандартных эксплуатационно-ориентированных критериев оценки имеющегося состояния материала трубопровода. Предложено, оптимизировано и адаптировано для объектов продолжительной эксплуатации нефтегазового комплекса (нефтегазопроводов) алгоритмы и общие схемы оценки и расчета эксплуатационных рисков, вероятности отказов и внештатных ситуаций, оценки масштабов непосредственных и долговременных последствий аварийных ситуаций и т.п., а также объединенную принципиальную схему оценки потенциальных опасностей расчета, и контроля эксплуатационных рисков, которая отвечает действующим нормативным документам правительства и содержит ряд важных усовершенствований, которые дают возможность поднять на качественно новый уровень мероприятия по контролю эксплуатационных рисков. Впервые доказана необходимость учета эффекта Баушингера при оценке несущей способности материала морских трубопроводов во время укладки и в процессе эксплуатации. Проведена математическая интерпретация и введено силовой и деформационный критерии оценки эффекта Баушингера. Впервые предложено использовать как один из параметров оценки эксплуатационных рисков угол наклона завершающего участка кривой низкотемпературной коррозионной ползучести, а также впервые зафиксировано скачкообразное изменение деформации ползучести в подкисленных хлоридных электролитах (МС8), что свидетельствует о развитии локальных коррозионных дефектов. Изучено влияние химического состава, рН среды и уровня механических напряжений на характер хода коррозионных процессов и показано, что увеличение уровня номинальных напряжений во всех модельных средах приводит к активизации коррозионной деградации стали трубопровода. Впервые выявлено аномальное увеличение коррозионной активности грунтового электролита вследствие синергического кумулятивного действия коррозионно активных компонентов находящихся в определенных соотношениях молярных концентраций (МС6). С целью лучшего сравнения коррозионной активности грунтовых электролитов и более корректной оценки эксплуатационных рисков предложено использовать диаграммы коррозионной деградации стали трубопровода. Впервые проведена математическая интерпретация и разработаны подходы к прогнозированию живучести основного металла и сварных соединений трубопроводов на воздухе и в коррозионных средах. Показано, что она может служить важным критерием для оценки эксплуатационных рисков, остаточного ресурса работы элементов трубопровода с повреждением и определения очередности выполнения ремонтных работ и мероприятий по восстановлению их нормального функционирования. Для упрощения инженерные расчеты введены коэффициенты живучести. Доказана необходимость важного усовершенствования и обновления имеющейся нормативной базы по оценке и прогнозированию безопасности и надежности трубопроводов. Проведена гармонизация европейского стандарта ISO 13703:2000 «Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и установление трубопроводных систем на морских эксплуатационных платформах» с учетом национальной специфики. Получили дальнейшее развитие научные основы Концепции обеспечения безопасности трубопроводных систем на всех стадиях жизненного цикла - от проектирования до эксплуатации.

Offered, optimized and adapted for the objects of long exploitation of oil & gas complex algorithms and general charts of estimation and calculation of operating risks, probabilities of refusals and supernumerary situations, estimations of scales of direct and long term consequences of emergency situations, etc., and also incorporated of principle chart of estimation of potential dangers of calculation, and control of operating risks, which answers the operating normative documents of government and contains the row of important improvements which enable to heave up on a high-quality new level measures on control of operating risks. The necessity of Baushinger effect account is first proved at the estimation of bearing strength of material of marine pipelines during drafting and in the process of exploitation. Mathematical interpretation is conducted and the power and deformation criteria of estimation of Baushinger effect are entered. Mathematical interpretation is first conducted and approaches are developed to prognostication of survivability of parent metal and welded connections of pipelines on air and in corrosive environments. It is shown that it can serve as an important criterion for the estimation of operating risks, remaining resource of work of elements of pipeline with a damage and determination of order of implementation of repair works and measures on renewal of their normal functioning. For simplification engineering calculations are entered coefficients of survivability. The necessity of important improvement and update of present normative base from an estimation and prognostication of safety and reliability of pipelines is proved. Harmonization of the European standard of ISO 13703:2000 is conducted «Oil and gas industry. Planning and establishment of the pipeline systems on marine operating platforms» taking into account a national specific. Scientific bases of creation of the renewed Conception of providing of safety of the pipeline systems are stopped up at all stages of life cycle - from planning to exploitation.