Факторы риска в трубопроводах

Строительство и эксплуатация нефте- и газопроводов в районах Сибири и Дальнего Востока являются стратегически важными для Российской Федерации и имеют геополитическое значение.

Следует отметить, что магистральные трубопроводы, проложенные в регионах холодного климата, относятся к критически важным объектам, и обеспечение их безопасности является первостепенной задачей [1], а их защищенность рассматривается как важнейший показатель по критериям риска, так как нарушение их работы влияет на состояние безопасности целого региона.

Опасность от предприятий газовой и нефтяной отраслей обуславливается возможностью химического поражения людей и заражения значительных площадей, также взрыво- и пожароопасностью. Уровень риска и негативные последствия от техногенных аварий и природно-техногенных катастроф за последние годы становится неприемлемым для дальнейшего социально-экономического развития территорий Сибири и Крайнего Севера. Здесь крайне важно учитывать риски, связанные со спецификой строительства, прокладкой и эксплуатацией магистральных трубопроводов для защиты людей и окружающей среды от нанесения ущерба в результате вероятных аварий и техногенных катастроф.

Аварии на магистральных трубопроводах часто несут существенный ущерб окружающей среде, нередко бывают причиной гибели людей и приводят к значительному экологическому и экономическому ущербу.

Магистральные нефте-газопроводы отличаются по сравнению с другими видами транспорта высокой производительностью и значительной протяженностью, а также высокой уязвимостью от агрессивных воздействий со стороны внешней среды. Кроме того, из-за большой протяженности по длине трассы меняются конструктивно-технологические параметры и эксплуатационные условия, что ведет к изменению вдоль трассы как интенсивности аварий, так и сценариев их развития и величины ущерба.

Под опасностью или риск-фактором понимается потенциальный источник потерь (вреда), который может быть нанесен людям, имуществу или окружающей среде, а также любое неконтролируемое событие или условие, способное самостоятельно или в совокупности с другими событиями и условиями привести к инциденту, аварийной или чрезвычайной ситуации. При этом выделяются опасности, которые при наличии неопределенной ситуации могут привести к возможным серьезным последствиям [2]. Для расчета возможных экономических последствий от нанесенного ущерба используется моделирование возникновения чрезвычайных и аварийных ситуаций.

Проведенный анализ действующих нормативных документов [3, 4] показал, что разработанные методики и модели не всегда позволяют оценить напряженно-деформируемое состояние трубопровода при его работе в сложных природно-геологических условиях.

При анализе риск-факторов магистральных трубопроводов следует разделять природные и техногенные риски.

К природным относятся такие факторы, как наличие снежного покрова различной толщины; наводнения; затопления объектов нефте- и газопроводов; подводные переходы; лесные пожары; изменения ландшафта; землетрясения; термоэрозия; термокарстовые явления; ветровые нагрузки; обледенение; оползневые участки; заболачивание трассы.

Следует отметить, что в связи с большой протяженностью магистральных трубопроводов в регионах Севера отдельные их участки могут подвергаться затоплению паводковыми водами, которые превышают критические отметки. Для прогнозирования уровня затопления применяются цифровые модели рельефа [5, 6].

К техногенным рискам можно отнести следующие: ошибки в проектировании; коррозия металла; ошибки персонала; отказ оборудования; перемещение трубопровода при взаимодействии с мерзлыми грунтами; нерегулярное электроснабжение; изменение ландшафта после прокладки трубопроводов; образование трещин-свищей; образование газоконденсатных и гидратных пробок; изменение пластичности и предела текучести металла; утонение толщины стенок; длительность эксплуатации, старение изоляции.

Помимо факторов риска, связанных с техническим состоянием объектов магистральных трубопроводов, необходимо учитывать такие обстоятельства, как близость трубопровода к населенным пунктам и природным объектам, подверженным экологическому загрязнению; внешние антропогенные (например, несанкционированные врезки в магистральный трубопровод), а также природные воздействия (землетрясения, оползни).

Для предупреждения возникновения внештатных ситуаций при транспортировке углеводородного сырья необходимо разработать систему мониторинга на случаи возникновения аварийных ситуаций, выявить потенциально опасные участки прохождения трубопроводов. Выявление таких участков наряду с аэровизуальным обследованием, мониторингом планово-высотного положения трубопровода, внутритрубной диагностикой, исследованием напряженно-деформированного состояния проводится с помощью технических средств и позволяет определить причины потери устойчивости трубопроводов.

При оценке безопасности участков магистральных трубопроводов, которые эксплуатируются в сложных инженерно-геологических условиях, важно знать динамику развития процессов на участках со сложными геологическими условиями. Как правило, на таких участках вследствие взаимовлияния трубопровода и окружающих грунтов в металле трубы возникают дополнительные нагрузки в виде изгибающих моментов и растягивающих или сжимающих сил. Если на таких участках трубопровода имеются различные концентраторы напряжений, то перенапряжение представляет реальную угрозу безопасности трубопровода. Во избежание этой угрозы необходимо оценить напряжения в трубопроводе с учетом происходящих грунтовых изменений в разных условиях.

При этом принимаются следующие допущения:

а) допустимое напряженно-деформированное состояние для трубопроводов находится в пределах упругого состояния металла труб и сварных соединений;

б) общее напряженное состояние трубопровода включает составляющие: напряжения, зависящие от внутреннего рабочего давления; напряжения, зависящие от температуры трубопровода; напряжения, определяемые внешними силами (реакции грунта, воды);

в) при расчетах напряжений от воздействия внешних сил трубопровод рассматривается как бесконечно протяженная упругая балка, находящаяся под действием поперечных и продольных сил;

г) магистральные трубопроводы относятся к тонкостенным сосудам. При этом радиальными напряжениями можно пренебречь по сравнению с окружными и продольными напряжениями.

Оценка риска постепенно становится механизмом, влияющим на принятие научно обоснованных решений по уменьшению техногенного и антропогенного воздействия на окружающую среду. Для решения этих задач необходимо формирование геоинформационной базы данных о распределении природных и техногенных источников опасности, вероятностях их перерастания в реальные угрозы и зонах возможных поражений с учетом взаимодействия потенциально опасных объектов с окружающей средой.

В ходе данной работы были сформированы базы геоинформационных данных по источникам антропогенных воздействий на территории Республики Саха (Якутия), идентифицированы опасности (сбор информации, проведен ретроспективный анализ динамики аварийных ситуаций на опасных объектах с обобщением основных причин аварий и отказов).

В качестве примера рассматриваются аварии на магистральном газопроводе Мастах-Берге-Якутск.

Конструкция магистральных трубопроводов, как правило, представляет собой сложную пространственную систему значительной протяженности с множеством разветвлений, пересечений, тройников, отводов и т.д., находящуюся в условиях действия многих нагрузок (внутреннее давление, неоднородное поле температур, сопротивление грунта и т.д.). Одной из особенностей этой конструкции является наличие связанных между собой надземных и подземных (горизонтальных, вертикальных и наклонных) участков трубопроводов, что объективно обуславливает как относительно высокую вероятность образования различных дефектов, так и выброс в окружающую среду в случае аварии большого количества взрывопожароопасных веществ.

Поэтому даже относительно незначительные отклонения фактических условий эксплуатации от проектных могут привести к разрушению магистрального газопровода [5].

Как показывает практика эксплуатации магистральных трубопроводов в условиях Севера, аварии и отказы оборудования, обусловленные опасными природными явлениями, геотехническими и технологическими факторами влекут за собой значительные последствия, особенностями которых являются:

значительные масштабы экологических бедствий;
непредсказуемость и значительные темпы развития аварийной ситуации;
трудности ликвидации аварий и их последствий;
возможность значительных разрушений и гибели людей.

Для решения задач мониторинга и обеспечения безопасной эксплуатации объектов нефтегазового комплекса с использованием ГИС формируется база данных (БД) (рис. 1), имеющая ряд особенностей, проявляющихся через следующие характеристики:

определение и структура объекта, данные о котором содержатся в БД;
выявление связей между объектами;
определение основных свойств объектов, которые хранятся в БД;
выявление связей между свойствами объектов;
составление логической записи общей таблицы, включающей все свойства объекта;
создание нескольких таблиц из общей на основе процедур нормализации;
определение операций при использовании таблиц и создание на их основе запросов;
создание форм ввода и вывода данных.

Как показывает анализ статистики аварийных ситуаций, частота аварий трубопровода повторяется в одних и тех же местах (рис. 2) и наибольшую опасность представляют участки с высокой динамичностью геокриологических процессов [6].

Среди причин аварий наряду с чисто техногенными и природными отмечают воздействие процессов, которые возникают в результате взаимодействия природных и техногенных факторов. По своей интенсивности и опасным последствиям они нередко не только не уступают природным процессам, но весьма часто превосходят их, вызывая аварии и катастрофы.

Возникновение природно-техногенных аварий происходит в результате негативной обратной реакции природной среды на техногенное воздействие. Особенно характерна подобная негативная реакция в криолитозоне. Под влиянием строительства и эксплуатации инженерных сооружений происходит интенсификация природных мерзлотных процессов, что является предвестником критических ситуаций в состоянии инженерных сооружений и окружающей среды.

Для оценки с помощью ГИС параметров опасных процессов, нарушающих равновесное состояние геологической среды, созданы следующие цифровые модели: рельефа; водотоков; растительности; сейсмических воздействий; температурного поля, формирующегося вокруг трубопровода.

Все перечисленные объекты, включая картографическую основу, элементы трубопроводной системы, средства мониторинга, зоны и цифровые модели, являются элементами содержания БГД (базы геоинформационных данных).

Рис. 1. Структура базы данных

Рис. 2. Распределение аварий и отказов газопровода Мастах-Берге-Якутск

Для прогнозирования возникновения аварийных ситуаций и возникновения ЧС необходимо использовать информационные технологии, предусматривающие моделирование и использование цифровых карт местности на основе максимально точных прогнозных данных на случай затопления, распространения лесных пожаров, заболачивания местности, сейсмической активности территории и других факторов риска с учетом технического состояния систем [7, 8].

Рецензенты:

Левин А.И., д.т.н., зав. сектором отдела ритмологии и эргономики северной техники Якутского научного центра Сибирского отделения РАН, г. Якутск;

Старостин Е.Г., д.т.н., ведущий научный сотрудник отдела тепломассопереноса Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск.

Источник

Факторы риска и пилотное (экспериментальное) бурение

В практике бестраншейной прокладки подземных инженерных трубопроводных коммуникаций большое значение имеет грунтовый риск. Специалисту в области строительства трубопроводов никогда нельзя утверждать, что на будущей трассе бурения или проходки другим способом не возникнет препятствий и осложнений, которые вызовут дополнительные расходы материалов и оборудования.

К факторам риска, помимо различного рода препятствий, следует отнести следующие:

неизбежные потери буровой жидкости (например, при рыхлых грунтах, песчаных, галечных и каменистых), когда она проникает в трещины, пустоты и поры, не выполняя своей основной функции — смазки, и таким образом безвозвратно теряется. Это обстоятельство необходимо рассматривать как негативный момент, потому что, как правило, бентонит предназначен для многократного использования и его потери отразятся на стоимости производства строительных работ по принятой бестраншейной технологии;

резкий переход (граница) от одного грунта к другому по трассе; например, при проведении работ по прокладке трубопровода в скальных грунтах и случайном переходе в глинистые или иные песчаные грунты изначально большой вес бурильного аппарата в результате мгновенной просадки ведет к отклонению от трассы, т.е. к существенным негативным последствиям.

Для избежания факторов риска, как правило, производится пилотное (экспериментальное, опытное) бурение скважин диаметром меньше расчетного, а затем производится расширение горизонтальных скважин до требуемого диаметра протаскиваемого в образовавшуюся скважину трубопровода.

При пилотном бурении можно, например, наткнуться на объект большой твердости. В этом случае проблему прокладки трубопровода можно решить одним из следующих способов: пробурить объект насквозь (с использованием специальных высокопрочных бурильных головок); отодвинуть его в сторону при пилотном прогоне без нарушения трассы, если препятствие незначительного объема; изменить (сместить) трассу проходки в наиболее безопасное место, предварительно согласовав изменение проекта производства работ с заказчиком.

При сдвиге объекта необходимо учитывать то обстоятельство, что задвинутые в стенку бурового канала предметы (камни, плиты и т.д.) могут выпасть обратно в образовавшееся буровое отверстие, несмотря на укрепляющее воздействие буровой жидкости. Определенную негативную роль могут иметь и галечные (щебенистые) включения на буровой трассе, которые фактически высыпаются в нее, перекрывая путь оборудованию и протягиваемому в скважину трубопроводу. В этом случае необходимо укреплять горизонтальные скважины с помощью инъекций быстротвердеющего цементного раствора или искусственных смол, чтобы достичь стабильности бурового канала на время проведения работ по протягиванию трубопровода.

Следует отметить, что в процессе пилотного бурения могут быть обнаружены и зафиксированы различного рода природные или искусственные (металлические отходы производства) формации с сильными магнитными свойствами, которые могут искажать данные локационных приборов и тем самым спровоцировать отклонение трассы бурения от проекта. Для избежания этого негативного явления необходимо использовать локационную систему со специальным зондом с низкой частотой излучения.Остались вопросы?

Источник

Факторы, разрушающие целостность поверхности трубопроводных систем

Опубликовано: 11.06.2015 Рубрика: Статьи Автор: Единый Стандарт

Протяженность трубопроводов нефтяного и газового комплекса на территории России составляет приблизительно 250 тыс. км. Не менее 270 тыс. км. относится к тепловым и водопроводным сетям. Средний износ всей этой технологической «паутины» колеблется в пределах 60%, что накладывает на ее эксплуатацию особые требования. Для того, чтобы запустить программы по модернизации всей совокупной сети трубопроводов и обеспечить ее безопасную эксплуатацию необходимо, в первую очередь, провести исследование и оценку технологического оборудования. Основной целью этой процедуры является выяснение предельного уровня работоспособности всей трубопроводной системы.

В настоящее время ситуация складывается таким образом, что при наличии огромного количества организаций, обеспечивающих безопасность на подобных объектах, а также особенной регламентации (техническая документация, нормативные акты и т.д.) этой сферы, количество аварий, чрезвычайных ситуаций и несчастных случаев на них увеличивается с каждым годом. Причина, как правило, одна – последствия разнообразных коррозионных процессов. Именно поэтому вся трубопроводная инфраструктура (как подземная, так и наружная) нуждается в постоянном тщательном мониторинге. Специалисты эксплуатирующей организации должны контролировать состояние изоляции труб, учитывая, при этом, что их дефекты и повреждения в зависимости от факторов имеют различные причины возникновения.

Так, например, система трубопроводов пара и горячей воды, проходящая под землей, в случае гидроизоляции, сделанной с отклонениями от установленного регламента, вступает в прямой контакт с жидкостью (дожди, грунтовые и талые воды), ускоряя коррозионные процессы. Используемые с давних времен изоляционные материалы, защищающие поверхности труб от внешней среды, такие, как минеральная вата, сегодня не соответствуют современным требованиям безопасности. Снижение эффективности новых материалов происходит из-за неквалифицированного монтажа или его недостаточного качества. Сохранение целостности наружного слоя один основных факторов нормативной эксплуатации опасных производственных объектов (ОПО, — ред.) каковыми являются трубопроводные системы. Очень часто она нарушается по следующим причинам:

ненормативное передвижение трубопровода;
сверхплановые нагрузки;
колебания температурных режимов.

В случае разрушения целостности гидроизоляционных трубопроводных материалов на внешней поверхности металла образуется скопление жидкости и влаги, что напрямую ведет к его эрозионно-коррозионному разрушению. Кроме этих причин к коррозии металла приводят такие факторы как:

токсичные газы, образовавшиеся в жидкости;
перепады температурных режимов;
токи, которые появляются в земле (блуждающие).

Подобные причины, тем более, если они воздействуют в совокупности, достаточно агрессивно провоцируют коррозионные процессы металлических поверхностей труб. По оценкам специалистов, их скорость может достигать 1 мм за год. Это означает, что трубопроводы могут выйти из строя через 5 лет. Кроме того, сквозь трещины металла, вызванные разрушающим действием коррозии, жидкость попадает на внутреннюю поверхность трубопровода и еще больше провоцирует негативные последствия. Далее появляются микроскопические протекания, которые трудно обнаружить при визуальном осмотре.

Именно поэтому необходимо в постоянном режиме отслеживать состояние параметров, характеризующих фактическое состояние гидроизоляции трубопроводной сети. Существуют специальные диагностические системы контроля, осуществляющие их мониторинг. Посредством этого метода можно своевременно отследить любые перепады температурных режимов в трубе и наличие влаги в изоляционных материалах. Это позволит не только увеличить срок действия технологического оборудования, но и сократить потери тепла, а также увеличить эффективность работы трубопроводной системы.

Негативные последствия, возникающие при эксплуатации трубопроводов, поставили перед профессиональным сообществом важную задачу – определить основной перечень конкретных причин, приводящих к аварийным ситуациям на предприятиях, эксплуатирующих подобные объекты. Они, как правило, бывают следующими:

коррозионные процессы металла;
усталостные симптомы;
неисправности и дефекты, вызванные неквалифицированным монтажом;
отклонение от технической документации при изготовлении материала;
конструкционные ошибки;
неправильная эксплуатация опасного производственного объекта;
прочие.

Более жесткие требования к безопасной эксплуатации трубопроводов предъявляются в нефтяной и газовой промышленности. Это, прежде всего, связано с опасностью транспортируемого вещества и эксплуатацией труб исключительно, под землей.

В этих отраслях существуют объекты, которые должны подвергаться постоянному контролю. Это:

трубопроводы, которые эксплуатируются свыше 5 лет в условиях, где обнаружена высокая коррозионная опасность;
все трубопроводные системы, функционирующие более 10 лет (независимо от износа);
трубы, отработавшие свой нормативный ресурс;
все трубопроводы, подвергшиеся ремонту или восстановлению.

Чтобы осуществить качественное обследование трубопроводных систем необходимо выполнить следующие процедуры:

определить фактическое расположение трубы и всех инфраструктурных, а также близлежащих объектов;
сформулировать степень коррозионного воздействия подземной жидкости;
оценить вероятность присутствия блуждающих токов;
провести диагностику зон, влияющих на напряжение металлической поверхности трубопровода;
оценить фактическое состояние изоляции труб;
осуществить контроль на предмет выявления дефектов в изоляционном материале;
спланировать ремонтные работы на объекте;
зафиксировать фактическое состояние работоспособности действующего оборудования.

Таким образом, современные требования, предъявляемые к эксплуатации опасных производственных объектов, являются своеобразным стимулом к созданию на них эффективной системы промышленной безопасности, что ведет, в свою очередь, к минимизации аварий, чрезвычайных ситуаций и несчастных случаев на трубопроводных системах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник