Классификация капитального ремонта магистральных трубопроводов

Оглавление

Введение

Транспортировка сырой нефти осуществляется по сети трубопроводов, которые поставляют нефть от скважин к хранилищам на промысле или к магистральным терминалам. По магистральным трубопроводам нефть перекачивают к нефтеперерабатывающим заводам или терминалам танкеров. Переработка нефти осуществляется либо в районах ее добычи, либо на значительных расстояниях от нее вблизи главных потребителей и рынков сбыта.

Линии газопроводов подразделяются на газосборные, магистральные и распределительные. Транспортирующие, или магистральные, трубопроводы поставляют газ местным службам, которые распределяют его для промышленного и коммунального использования, а также для других нужд.

Использование цельнотянутых бесшовных, тонкостенных и упроченных труб, введение компьютерного контроля, дистанционное обслуживание с помощью мониторов, улучшение технологии сварки – главные составляющие прогресса в строительстве и эксплуатации трубопроводов. Трубопроводы приходится строить через неровности рельефа, леса, болота, в экстремальных климатических условиях. Нефть и продукты ее переработки перекачиваются насосными станциями, расстояние между которыми определяется рельефом, скоростью транспортировки и другими факторами. Различные виды сырой нефти или, в случае продуктопроводов, продукты ее переработки, обычно транспортируются с минимальным смешением. Компрессорные станции поддерживают давление, необходимое для постоянного движения природного газа. Диаметр трубопровода, число и мощность насосных и компрессорных станций определяют производительность трубопровода.

В настоящее время условия работы трубопроводного транспорта  характеризуются с одной стороны естественным старением магистральных трубопроводов, а с другой повышением требований к их экологической безопасности и необходимостью поддержания линейной части магистральных трубопроводов в работоспособном состоянии для бесперебойного оказания транспортных услуг нефтегазовым компаниям с целью поставки запланированных объемов нефти и газа отечественным и зарубежным потребителям. Вместе с тем, в условиях жесткой ценовой политики государства в отношении транспортных тарифов, постоянно существует дефицит средств на выполнение требуемых объемов капитального ремонта и реконструкции магистральных нефтепроводов. 
Главная задача в транспортировке - обеспечение надежного функционирования системы магистральных трубопроводов за счет комплекса плановых мероприятий, в том числе капитального ремонта.

Анализ технического состояния трубопроводов России показывает следующее: средний возраст магистральных газопроводов равняется 27-ми годам,  нефтепроводов свыше 33-ти лет; из 150 000 км газопровода всей страны около 36 000 км, из 50 000 км нефтепроводов всей страны около       20 000 км, нуждаются в переизоляции и ремонте.

Старение трубопроводов объективно связано с увеличением рисков при эксплуатации. Это объясняется снижением защитных свойств изоляционных покрытий, накоплением и развитием дефектов в трубах и сварных соединениях, изменением напряженно-деформированного состояния, процессами старения самого трубного металла.

Неотъемлемой частью рациональной системы обслуживания трубопроводов является их своевременный ремонт. Эффективность ремонта зависит от получения достоверных данных о дефектах и местах их расположения на трубопроводе (это позволяет определять объемы ремонта, сроки и средства на его проведение) и от используемой технологии работ.

1. Классификация капитального ремонта магистральных трубопроводов

Капитальный ремонт — наибольший по объему и содержанию плановый ремонт, который проводят при достижении предельных значений износа в линейных сооружениях, и связанный с полной разработкой, восстановлением или заменой изношенных или неисправных составных частей сооружений.

К капитальному ремонту линейной части относят:

• все работы, выполняемые при текущем ремонте;
• вскрытие траншей, подземных трубопроводов, осмотр и частичную замену изоляции;
• ремонт или замену дефектных участков трубопровода и запорной арматуры, их переиспытание и электрификацию арматуры;
• замену фланцевых соединений, кронштейнов, опор и хомутов с последующим креплением трубопроводов к ним;
• просвечивание сварных швов;
• очистку полости и испытание трубопроводов на прочность и герметичность;
• окраску надземных трубопроводов, арматуры, металлических и ограждающих конструкций;
• ремонт колодцев и ограждений;
• берегоукрепительные и дноукрепительные работы на переходах трубопроводов через водные преграды;
• сооружение защитных кожухов на пересечениях с железными и шоссейными дорогами;
• ремонт и сооружение новых защитных противопожарных сооружений. [2].

Технологический набор работ при капитальном ремонте трубопроводов примерно соответствует набору работ по их сооружению. Однако с точки зрения технологии, организации и управления значительно сложнее, имеет свои специфические особенности. В организации проведения работ эти особенности заключаются в следующем: операции по вскрытию, подъему, очистке от старой изоляции, сварочно-восстановительные, изоляционно-укладочные работы и работы по засыпке трубопровода не могут быть совмещены в специализированном потоке, но должны быть выполнены в строгой технологической последовательности.

Особенности в технике и технологии проведения работ следующие:

• специфичность подготовительных работ, заключающаяся в определении положения трубопровода;
• наличие комплекса демонтажных работ, предшествующих выполнению всех остальных ремонтно-строительных операций;
• меньший удельный вес монтажных работ и больший — подъемно-укладочных операций;
• наличие специфических операций при ремонте стенки трубы, усилении стыков при частичной или полной замене трубы, секции или плети на отдельных участках трубопровода;
• сложность и трудоемкость производства вскрышных работ там, где требуется высокая квалификация машиниста для предотвращения повреждения стенки трубы ковшом (или ротором) экскаватора, а также значительная доля ручного труда;
• сложность и трудоемкость предварительной очистки трубопровода от старой изоляции и продуктов коррозии, существенное конструктивное отличие специальных ремонтно-строительных машин от тех же машин, применяемых при строительстве трубопроводов.

При производстве капитального ремонта линейной части трубопроводов выполняют следующие основные технологические работы: подготовительные, погрузочно-разгрузочные, транспортные, земляные, подъемно-очистные, сварочно-восстановительные, изоляционно-укладочные и контроль качества работ.

2. Структура ремонта магистральных трубопроводов

2.1 Подготовительные работы

Подготовительные работы при капитальном ремонте магистральных трубопроводов включают уточнение положения (в горизонтальной и вертикальной плоскости) трубопровода, планировку полосы отвода со срезкой валика и при необходимости расчистку ремонтно-строительной полосы от кустарника, деревьев и валунов.

Правильное определение положения трубопровода до начала земляных работ позволяет значительно облегчить условия работы по вскрытию и обеспечивает сохранность тела трубы. Обычно положение трубопровода по трассе ремонтируемого участка определяют с применением специальных трассоискателей или шурфованием.

Работы по планировке участка ремонтируемого трубопровода начинают после отвода земельных участков, получения разрешения на производство работ от заказчика и определения действительной глубины залегания трубопровода.

Планировочные работы в основном заключаются в срезке (обычно бульдозером) валика, бугров, неровностей, подсыпке низинных мест и др.

Ширину полосы планировки на период ремонта линейной части магистрального трубопровода определяют проектом производства работ, она должна быть согласована с землепользователями и лесничествами заблаговременно.

До начала земляных работ необходимо произвести отсоединение всех устройств электрохимзащиты и контрольно-измерительных колонок, уточнить места пересечения трубопровода по трассе с подземными коммуникациями, которые могут быть повреждены во время вскрышных работ. Работы по вскрытию трубопровода в местах прохождения подземных коммуникаций разрешается производить только после официального (письменного) согласования с организациями, в ведении которых эти коммуникации находятся.

2.2 Земляные работы

Земляные работы при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов выполняют в строгом соответствии с проектной документацией, основываясь на следующих положениях:

• применение наиболее рациональных средств механизации;

• своевременное выполнение подготовительных работ и мероприятий, обеспечивающих эффективное проведение земляных работ в течение всего периода;

• организация поточного выполнения вскрышных работ и максимальное совмещение их по времени с подъемно-очистными и изоляционно-укладочными работами;

• соблюдение правил техники безопасности, производственной санитарии, пожарной и экологической безопасности.

Тип и марки землеройной техники для вскрытия трубопровода различных диаметров следует выбирать в зависимости от местных геологических и топографических условий. Земляные работы наиболее целесообразно производить с применением специального вскрышного экскаватора с укороченной средней секцией, позволяющего вскрывать трубопровод ниже нижней образующей за один проход рабочего органа.

При отсутствии специальных экскаваторов вскрытие трубопровода следует осуществлять только одноковшовыми экскаваторами с обратной лопатой.

При производстве вскрышных работ одноковшовым экскаватором снимается слой грунта над трубой и с правой стороны на глубину, превышающую первоначальную глубину заложения трубопровода на 80-100 мм, который при последующей планировке дна траншеи выполняет роль мягкой подушки.

Методы вскрытия трубопровода (рис.1) в основном зависят от принятой технологии ремонта трубопровода и выполняются в соответствии с ППР (проект производства работ). При этом одним из основных требований к габаритам траншеи является возможность свободного выполнения отдельных операций в траншее.

Рис.1 Схемы вскрытия магистрального трубопровода:

а - одноковшовым экскаватором с двух сторон; б - одноковшовым экскаватором с одной стороны; в - строительным роторным экскаватором; г - специальным вскрышным экскаватором

Важным требованием к разработке траншей при капитальном ремонте линейной части является вскрытие трубопровода до его нижней образующей без повреждения поверхности трубы, а также уменьшение доли ручного труда. Для этих целей используют роторный вскрышной экскаватор, который вскрывает трубопровод до его нижней образующей за один проход. В настоящее время вскрышные работы на трубопроводах большого диаметра в основном производят одноковшовыми экскаваторами.

Следующей технологической операцией является подкоп под вскрытым трубопроводом. Разработку грунта в этом случае необходимо производить специальной подкапывающей машиной типа МПР НИТЦ «Ротор», МПТ-1020 (720), ПТ-НН П и МПР.

Самоходная подкапывающая машина устанавливается на вскрытый трубопровод и разрабатывает грунт под ним, создавая технологический просвет для нормальной работы очистных, грунтовочных и изоляционных машин. Ротор, разрабатывая грунт под трубопроводом, перемещает его в боковые приямки.

Отремонтированный участок трубопровода (после проверки качества изоляции и составления акта на скрытые работы) в целях предохранения от механических повреждений и температурных влияний засыпают. Засыпку трубопровода с образованием валика при необходимости, обычно выполняют бульдозерами, роторными траншеезасыпателями или одноковшовыми экскаваторами.

2.3 Подъем трубопровода и очистка от старой изоляции

Подъемно-очистные работы включают:

• подъем вскрытого участка трубопровода и монтаж очистной машины;

• очистку от старой изоляции и визуальный осмотр трубы;

• укладку на лежки.

Поверхность трубопровода при ремонте очищают в два этапа:

1. предварительно - при подъеме трубопровода;

2. окончательно - после выполнения сварочно-восстановительных работ.

К подъемно-очистным работам приступают сразу после вскрытия трубопровода. С помощью подъемных механизмов (трубоукладчиков) его приподнимают и на него насаживают очистную машину для снятия с поверхности трубопровода старой изоляции и продуктов коррозии. После очистки приподнятый трубопровод укладывают на бровке траншеи на лежки, расстояние между которыми определяется расчетом. Высота лежек должна быть достаточной для осмотра трубопровода со всех сторон.

Работы по укладке трубопровода на опоры и его предварительной очистки производятся непосредственно после проходки подкапывающей машины.

Технологическая последовательность работ по предварительной очистке и укладке трубопровода включает:

• поддержание вскрытого участка (с сохранением его положения) трубоукладчиком и насадку на трубу очистной машины с разъемным рабочим органом;

• очистку (предварительную) от старого изоляционного покрытия и визуальный осмотр очищенной поверхности трубы;

• установку очищенного участка трубопровода на специальные опоры типа УП, гидрокрепи, деревянные лежки, «Самоходный подъемник - Атлант» и др., с сохранением его положения.

При поточной организации ремонта трубопровода, когда не требуется восстанавливать стенку трубопровода, работы выполняются одним механизированным потоком, без укладки трубы на опоры.

Предварительная очистка ремонтируемого трубопровода заключается в удалении с его наружной поверхности старого дефектного изоляционного покрытия, продуктов коррозии, окалин, грязи и т.п.

Технологическая операция по очистке и укладке на опоры с сохранением положения ремонтируемого трубопровода в траншее может быть осуществлена с помощью двух трубоукладчиков и специальных самоходных опор.

2.4 Сварочно-восстановительные работы

После очистки трубопровода от старой изоляции и продуктов коррозии к работе приступает комиссия по отбраковке труб, которая должна состоять из представителей заказчика, подрядчика и районного отделения Госнадзора.

Перед обследованием плети очищенного и уложенного на опоры трубопровода должны быть пронумерованы, привязаны к пикетам и отмечены на рабочих чертежах (профиль трассы).

Вся поверхность трубопровода должна быть обследована для уточнения характера повреждения стенки трубы. Поврежденные места на поверхности трубы должны быть четко зафиксированы мелом или масляной краской для замера их протяженности и площади. Размеры дефекта(глубина, длина ширина) замеряют. Для обследования трубы снизу может быть применено специальное зеркало.

Поврежденные места должны быть очищены от продуктов коррозии до металлического блеска и четко обведены по контуру масляной краской. Результаты решения рабочей группы по оценке работоспособности технологических объектов должны быть нанесены масляной краской на трубопроводе в местах повреждений при помощи следующих обозначений: ШЛ - ремонт со шлифовкой; СВ - ремонт сваркой; ЗК - замена катушки; ВЗ -вварка заплаты; ПКМ - ремонт полимерными композиционными муфтами; ММ - металлические муфты.

На основе результатов обследования участка ремонтируемого трубопровода составляют акт, в котором приводят конкретные данные по протяженности участка, количеству плетей, метраж годных, отбракованных и подлежащих ремонту труб, о характере повреждений (глубина, протяженность и площадь коррозионного повреждения). К акту прилагают профиль трассы и журнал обследования.

Сварочно-восстановительные работы на трубопроводе должны проводиться после производства работ по отбраковке уложенного на лежки трубопровода. К сварочно-восстановительным работам при капремонте трубопровода относятся следующие: зашлифовка дефектов; заварка дефектов; вварка заплат; установка уплотнительных муфт; замена катушек, замена участков с временными муфтами из различных материалов (металлических, композиционных и др.).

Заварка поврежденных участков должна выполняться ручной дуговой сваркой.

Участки трубопровода с недопустимыми дефектами подлежат вырезке, а на их место врезают технологические катушки или трубы.

При производстве сварочно-восстановительных работ для сварки неповоротных стыков применяют самоходные сварочные установки типа СДУ и СЧУА, АС41П, АЭП52 и др.

2.5 Изоляционно-укладочные работы

Изоляционно-укладочные работы выполняют в следующей последовательности: окончательная очистка наружной поверхности трубопровода, нанесение грунтовки (праймера), нанесение нового изоляционного покрытия, укладка трубопровода на дно траншеи или подсыпка отремонтированного участка с подбивкой грунта под трубопровод.

2.6 Испытание отремонтированного трубопровода

При капитальном ремонте магистральных трубопроводов следует производить:

• очистку полости, испытание на прочность и проверку на герметичность трубопровода при ремонте с заменой труб;

• испытание на прочность и проверку на герметичность трубопровода при ремонте с выполнением сварочно-восстановительных работ и заменой изоляционного покрытия или только с заменой изоляционного покрытия.

• испытание отремонтированных участков следует производить гидравлическим способом.

В исключительных случаях (отсутствие потребных объемов воды большие перепады высот и т.п.) допускается испытание пневматическим способом при условии принятия необходимых мер безопасности, особенно при производстве пневмоиспытаний участков, расположенных в энергетических коридорах, в зонах минимальных расстояний от зданий и сооружений, пересечений с другими газонефтепроводами и коммуникациями и т.д.

Под гидравлическим испытанием понимается испытание на прочность и проверка на герметичность трубопровода путем создания в неработающем отремонтированном участке трубопровода внутреннего давления выше максимального рабочего в течение определенного времени с использованием воды в качестве испытательной среды.

Трубопроводы должны испытываться согласно проекту по специальной рабочей инструкции, составляемой строительно-монтажной организацией и заказчиком по каждому конкретному трубопроводу с учетом местных условий производства работ.

Для проведения гидравлических испытаний должна быть оборудована надежная связь по всей трассе испытываемого участка (при отсутствии бесперебойной связи проведение испытаний не допускается).

В состав основных работ по гидравлическому испытанию трубопровода входят:

1. подготовка к испытанию;

2. заполнение трубопровода водой, удаление воздуха;

3. подъем давления до испытательного;

4. испытание на прочность;

5. сброс давления до проектного рабочего;

6. проверка на герметичность;

7. сброс давления до 0,1-0,2 МПа (1-2 кгс/см2);

8. удаление воды из трубопровода.

Трубопровод считается выдержавшим испытание на прочность и проверку на герметичность, если за время испытания на прочность трубопровод не разрушился (не открылись крупные свищи и трещины), а при проверке на герметичность давление осталось неизменным и утечки отсутствовали.

3.Приоритетные участки для капитального ремонта магистральных трубопроводов.

Основными критериями ранжирования участков линейной части магистральных трубопроводов при определении приоритетности их вывода в капитальный ремонт следует считать:

1. Степень важности трубопроводов по функциональному назначению.

2. Техническое состояние трубопровода.

3. Условия эксплуатации трубопровода.

4. Оценка последствий вывода участка трубопровода в капитальный ремонт.

Развитие приоритетности вывода участков линейной части магистральных трубопроводов в капитальный ремонт заключается в определении очередности вывода участков магистральных трубопроводов в ремонт по первому критерию.

В первую очередь подлежат выводу в ремонт те участки трубопроводов, возможные аварии на которых будут связаны с опасностью для жизни людей. К приоритетным участкам капитального ремонта могут быть отнесены следующие участки магистральных трубопроводов:

• проходящие в непосредственной близости от мест компактного проживания и деятельности людей;

• в пределах территорий компрессорных станций, насосных станций, газораспределительных станций, станций подземного хранения газа, нефтебаз;

• транспортирующие нефть и газ на экспорт;

• на переходах через автомобильные и железные дороги, пересечениях с воздушными линиями электропередач напряжением 500 кВ и более и др.

Развитие приоритетности вывода участков линейной части магистральных трубопроводов в капитальный ремонт по второму критерию должно учитывать срок эксплуатации трубопровода, состояние металла и изоляционного покрытия труб, сведения о коррозии и отказах трубопровода.

Приоритетность участков по третьему критерию должна учитывать условия эксплуатации участка трубопровода, подлежащего выводу в ремонт, а именно:

• конструкцию трубопровода (диаметр и толщину стенки труб, метод укладки, глубину заложения, наличие балластировки);

• технологический режим эксплуатации (рабочее давление и температуру, производительность);

• природно-климатическую зону прохождения трубопровода (вечная мерзлота, болота, горные районы, морские акватории и др.);

• наличие переходов через искусственные и естественные препятствия;

• размеры охранной зоны трубопровода (нарушение минимально допустимых расстояний прохождения трассы);

• параметры функционирования ЭХЗ.

Развитие приоритетности по четвертому критерию должно учитывать оценку последствий вывода участков линейной части магистральных трубопроводов в капитальный ремонт, исходя из:

• объемов возможных недопоставок нефти и газа;
• затрат на ликвидацию последствий возможной аварии;
• затрат на капитальный ремонт с учетом недопоставок нефти и газа.

4. Методы ремонта линейной части магистральных трубопроводов

1. Ремонт трубопровода  в траншее с подкопкой под трубу (рис. 2). На ремонтируемом участке трубопровода через каждые 10 м оставляют земляные перемычки (подушки) длиною 3м, а десятиметровые участки вскрывают с выборкой грунта под трубою на глубину до 40-50 см. Далее трубопровод очищают от старой изоляции и продуктов коррозии, восстанавливают стенки труб и наносят соответствующий тип изоляционного покрытия. После ремонта и засыпки десятиметровых участков ремонтируют участки трехметровых перемычек; при этом все операции выполняют вручную.

Рис. 2.

Технологическая схема ремонта трубопровода в траншее

Преимущества:

• не надо поднимать трубопровод с траншеи, что существенно сокращает расходы;
• трубопровод остается рабочим.

Недостатки:

• разработка части грунта выполняется вручную, что является экономически не выгодно;
• нанесение изоляции должно быть сплошным, а не кусками, что приводит к низкой адгезии.

2. Ремонт трубопровода  с подъемом и укладкой его  на берме траншеи (рис. 3). Участок ремонтируемого трубопровода вскрывают и обследуют стыки. Затем трубопровод приподнимают из траншеи и укладывают на расстоянии 1,5 м от бровки траншеи на лежки. После выполнения операций по предварительной очистке, восстановлению стенки трубы и нанесению изоляционного покрытия трубопровод опускают обратно в траншею и засыпают. Такой метод применяют преимущественно на трубопроводах малых диаметров, так как появляется опасность повреждения и разрыва стыков и самого трубопровода при его подъеме.

Рис. 3.

Технологическая схема ремонта трубопровода с подъемом и укладкой его на берме траншеи:1 - прибор для уточнения положения трубопровода; 2 - бульдозер; 3 - вскрышной экскаватор; 4 - передвижная дефектоскопическая лаборатория; 5 - очистная машина; 6 - трубоукладчик; 7 - троллейная подвеска; 8 - сварочный агрегат; 9 - лежки; 10 -передвижная электростанция; 11 - емкость для грунтовки; 12 - грунтовочная машина; 13 - изоляционная машина; 14 - прибор для контроля качества изоляционного покрытия; 15 - изолированный трубопровод