Классификация разрушений трубопроводов.

Разрушение трубопроводов, обусловленное недостаточной несущей способностью конструкций, является наиболее частой причиной кратковременных и длительных остановок трубопроводов. Поскольку разные участки трубопровода находятся в различных топографических и гидрогеологических условиях и время доставки ремонтно-восстановительных бригад к месту аварии, в значительной мере, зависит от наличия вдольтрассовых дорог, то время восстановления разрушенных участков даже при одинаковых видах разрушений может быть различным. Так, полное разрушение сечения трубы в плотном сухом грунте может быть восстановлено в течение несколько часов. В то же время для устранения аналогичного разрушения в болоте, особенно сложенном жидким болотистым грунтом, может потребоваться несколько суток. Соответственно, убытки от практически одинаковых разрушений могут различаться в десятки и сотни раз.

Анализируя большинство аварий, можно классифицировать следующие причины их возникновения:

Заводские дефекты труб, включая дефекты заводских сварных швов; дефекты сварных соединений труб, выполняемых на сварочно-монтажных базах и в трассовых условиях; повреждения труб при их транспортировке и строительстве; повреждения трубопроводов сельскохозяйственными машинами; перенапряжение труб, обусловленное различного рода отклонениями от требований проекта либо ошибками, допущенных при проектировании; перенапряжение труб в результате воздействия на них неучтённых нагрузок; коррозия; нарушение правильного режима эксплуатации; прочие причины.

Заводские дефекты труб – металлургические дефекты (слоистость стенок труб, закаты, неметаллические включения, плены); использование сталей с нерасчётными характеристиками прочности, пластичности, вязкости; отклонения геометрических характеристик от расчётных (толщина стенки, диаметр труб, величина притупления кромок); дефекты заводских сварных швов (непровары, смещение кромок, шлаковые включения, ослабление околошовных зон основного металла, трещины, царапины и задиры, наносимые на металл в процессе изготовления труб, места ремонта заводского сварного шва).

Дефекты сварных соединений труб, выполняемых в полевых условиях, в основном те же, что и в заводских сварных швах (непровары, подрезы, шлаковые включения, неравнопрочность металла шва с основным металлом, «охрупчивание» околошовных зон и др.).

Механические повреждения труб при транспортировке, строительстве и эксплуатации – вмятины, царапины, задиры, приварка «заплат», «корыт», приварка различного рода крепёжных элементов, утонение концевых участков труб, при перетаскивании их волоком, сквозные повреждения, гофры.

Перенапряжение труб, обусловленное нарушениями требованийпроекта или ошибками проектных решений – довольно частая причина разрушений труб. Наиболее характерными примерами такого рода разрушений труб являются дополнительное к проектному искривление трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях влоть до образования гофр, принятие в проектах недостаточно обоснованных конструкций, недоучёт продольных сил в трубах и продольных перемещений и т.п.

Перенапряжение труб в результате неучтённых нагрузок. К таким нагрузкам относятся: силовое воздействие оползающих грунтов при укладке труб в тело оползней, размыв подводных трубопроводов, колебания размытых участков под воздействием потока и т.п.

Коррозия труб приводит к образованию различных выемок, каверн, свищей в стенке трубы, уменьшению её толщины. Различают следующие виды коррозионных повреждений: сплошная равномерная коррозия охватывает значительные участки труб; сплошная неравномерная коррозия за одно и то же время разъедает стенку труб в различных точках на разную глубину; местная коррозия разрушает металл на локальных участках в форме язв, точечных разъеданий, сквозных проржавлений. При работе трубопровода в среде сероводородного газа, характерно образование в металле микротрещин, металл насыщается атомарным водородом, что резко снижает его пластические свойства. «Охрупчивание» металла с одновременным образованием микротрещин быстро приводит к разрушению труб. Особенно активно эти процессы происходят в зоне сварных швов, где нарушения кристаллической решётки металла значительны, а следовательно, и больше имеется возможностей для насыщения металла водородом и снижения его пластических свойств.

Нарушение правильного режима эксплуатациизаключается в превышении рабочего давления, несвоевременном обследовании трубопроводов и выявлении опасных участков (выпучины, размывы труб в руслах рек, интенсивная коррозия, провисы и т.п.).

Разрушения трубопроводов для жидких и газообразных продуктов транспортировки имеют существенные различия. Как правило, разрушения трубопроводов для жидких продуктов (нефть, нефтепродукты, вода и т.п.) распространяются на участке протяжённостью от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров. Разрушения протяжённостью в десятки метров происходят довольно редко. Разрушения газопроводов обычно имеют большую протяжённость, иногда несколько километров. Минимальными разрушениями на газопроводах можно считать несколько десятков метров, (тридцать) метров.

Переходы

Подводные переходы

Трубопроводный транспорт газа, нефти и нефтепродуктов в настоящее время является основным средством доставки этих продуктов от мест добычи, переработки до мест потребления. Трубопроводы на своём протяжении пересекают огромное количество разнообразных водных препятствий: малых и больших рек, озёр, водохранилищ, глубоких болот, сложенных слабыми грунтами. Накопленный опыт позволяет прокладывать трубопроводы по дну морей, в частности, Каспийского, Чёрного и Балтийского.

Необычайно широк диапазон различного рода воздействий, оказываемых на подводные трубопроводы в зависимости от вида пересекаемых водных препятствий: течение, волны, лёд поверхностный, донный, шуга, переформирование дна водоёмов, наружное давление воды при укладке на больших глубинах, воздействие якорей, волокуш и других предметов, опускаемых судами на дно водоёмов. Все эти воздействия являются лишь дополнением к основной нагрузке – внутреннему давлению, достигающему 75 – 100 кгс/см².

Если учесть, что ремонт подводных трубопроводов представляет собой задачу иногда более сложную, чем собственно строительство нового перехода, то становится очевидным, насколько сложны условия работы подводных трубопроводов и, следовательно, насколько продуманными и научно обоснованными должны быть расчёты и технология их строительства. При проектировании и строительстве переходов должна быть решена задача создания подводных трубопроводов, которые могли бы работать без аварий и ремонтов в течение 40 – 50 лет. Только в этом случае средства, затрачиваемые на их строительство, можно считать оправданными, а водоёмы – защищёнными от возможного попадания в них вредных для животного и растительного мира продуктов.

К подводными относятся трубопроводы, укладываемые ниже поверхности воды при пересечении рек, водохранилищ, озёр, морских акваторий. К подводным относят и трубопроводы, прокладываемые в болотах, сложенных слабонесущими грунтами, не допускающими прохождение по ним обычной техники (тракторов, трубоукладчиков и т.п.) даже при применении разгружающих щитов, сланей и т.п. устройств.

В зависимости от пересекаемого водоёма они получили соответствующее название: морские, речные, болотные по которым осуществляется транспорт нефти, газа и их продуктов.

Особую группу подводных трубопроводов составляют так называемые выпускные трубопроводы, предназначенные для выпуска сточных вод или каких-либо иных жидких отходов на далёкое расстояние от берега. Также сооружаются трубопроводы-водозаборы для забора чистой воды на значительном удалении от берега и подачи её водоприёмники насосных станций.

Подводные трубопроводы, полностью пересекающие водную преграду в составе магистрального трубопровода, называют переходами трубопроводов через соответствующую водную преграду (например, переход трубопровода через Каму, Камское водохранилище, Обскую губу и т.п.). Все подводные переходы такого рода являются, как правило, высоконапорными трубопроводами и обеспечивают транзитный проход всего объёма газа, нефти или иного продукта, перекачиваемого по магистральному трубопроводу.

Трубопроводы, не пересекаемые целиком водную преграду, называют в зависимости от их назначения подводными морскими, озёрными, речными и т.п. Они имеют целевое назначение, к примеру, для транспорта нефти или газа от морского месторождения на береговой приёмный пункт и т.д.

Приведём классификацию подводных трубопроводов.

1. По глубине погружения H:

II категория – участки рек, на которых глубинные переформирования достигают 2м, а плановые – 10м. Трубопроводы не оголяются и не подвергаются силовому воздействию потока, если они заглублены более чем на 2м, а врезка в берега более 15м. К этой категории относятся участки переходов через реки шириной более 50м.

III категория – участки рек, на которых наибольшие глубинные переформирования достигают 2м, а плановые – нескольких десятков и даже сотен метров. К этой категории относятся участки переходов через поймы рек с многорукавностью.

IV категория – участки горных рек с особыми формами руслового процесса, реки с явно выраженной неустойчивостью русла, на которых в течение нескольких дней или недель переформирование русла могут достигнуть по глубине более 2м, а в плане – несколько десятков метров.

Строительство подводных переходов через такие участки рек нецелесообразно.

Классификация морских трубопроводов по условиям работы пока ещё до конца не разработана из-за сложности процессов, происходящих в морских глубинах. В её основу должна быть положена устойчивость дна морской акватории, характеристики волн, морских течений на отдельных участках прокладки подводного трубопровода, влияния приливов и отливов. Например, на глубинах более 200 – 300м практически нет влияния волн, поэтому волновое разрушение дна отсутствует, воздействие волн на трубопровод, не заглублённый в дно, также отсутствует. В то же время в прибойной зоне под воздействием волн идёт непрерывное переформирование дна, причём глубина переформирования может в некоторых случаях достигать 10 – 15м. Сила удара волн на оголённый трубопровод может достигать нескольких тонна-сил на 1м². В первом случае возможна укладка труб без заглубления в дно, во втором – невозможна.