Факторы риска в трубопроводах

Кран с питьевой водой в каждом доме – это не роскошь, а достижение прогресса, но лишиться такого приятного удобства можно в один миг, если образовался гидроудар в трубопроводе. Гидравлический удар может стать причиной не только отсутствия воды, но и привести к затоплению квартиры.

О том, каким образом возникает такое опасное явление и как его избежать, будет подробно рассказано в данной статье.

Природа гидравлического удара в трубопроводах

Гидроудар – это ударная волна, которая распространяется по поверхности водопровода, а также по элементам арматуры. Разрушительное действие такого явления связано, прежде всего, с невозможностью жидкости сжиматься.

Если воду можно было, например, как газ сжать в несколько раз, то трубы не разрывались бы от резкого увеличения давления. Чрезмерное давление возникает в том случае, когда движение жидкости резко останавливается, но вызвать гидроудар могут и другие явления в системе водоснабжения .

Причины

Наиболее часто гидравлический удар происходит при резком закрытии запорной арматуры. Когда вода течёт по трубам и выливается из крана, то в системе водопровода сохраняется постоянное значение давления, но в момент резкого перекрытия арматуры, это значение может увеличиться в несколько раз, в результате чего, стенки трубы не выдерживают напора и лопаются.

Причиной гидроудара могут также стать:

• Резкое включение или выключение мощного насоса.
• Воздушные пробки имеющиеся в контуре водопровода или отопления.

Включение и отключение насоса может быть спровоцировано нестабильным электроснабжением объекта, на котором находятся мощные насосные станции для перекачки воды. Воздушные пробки также занимают не последнее место в возникновении такого опасного явления, поэтому прежде чем эксплуатировать замкнутые системы с жидкостью, следует убедиться в полном отсутствии воздуха в них.

Последствия

При многократном воздействии высокого давления, которое возникает в результате гидравлического удара, даже очень надёжные системы могут потерять герметичность. Разрыв трубопровода может произойти и от однократного, но сильного гидравлического удара.

В результате такого воздействия водоснабжение объектов, к которым подведена водопроводная труба, полностью прекращается. К сожалению, последствия такого явления не ограничиваются только отсутствием воды в кране.

Если разрыв трубы произошёл в многоквартирном доме, то после разрыва трубы и попадания жидкости в жилое помещение будет повреждено имущество владельцев квартиры, а также соседей этажом ниже.

Если разрывается магистральная труба водопровода, по которой снабжается водой целый район города, то авария уже может расцениваться как ЧП.

В результате такого происшествия жильцы десятков многоквартирных домов останутся не только без питьевой воды, но и без канализации, так как все бачки унитазов запитываются от трубы холодного водоснабжения. Воспользоваться душем, даже при неповреждённом трубопроводе с горячей водой, также вряд ли получится.

Если в результате гидравлического удара повреждается труба с горячей водой, то такое происшествие, кроме материального ущерба, может привести к серьёзным ожогам. Особенно опасна может быть разгерметизация системы отопления, в которой теплоноситель всегда находится под значительным давлением, а температура жидкости составляет более +70 градусов.

Гидроудар. Гасители гидроудара. CAR19 VALTECПоследствия гидроударов в трубопроводах большого диаметра в черте города, могут быть также весьма плачевными. Кроме возможных травм, которые могут получить пешеходы, находящиеся рядом с местом аварии, значительное истечение жидкости очень часто приводит к парализации участка автодороги, особенно в том случае, когда на данном участке осуществляется перевозка пассажиров транспортом работающем на электрической тяге.

Последствия от возникновения гидроудара, могут привести к значительному ущербу, поэтому так важно научиться предотвращать появление резкого усиления давления в трубопроводах.

Способы защиты

Соблюдение правил монтажа водопроводных и отопительных коммуникаций позволяет свести к минимуму вероятность возникновения такого опасного явления, как гидравлический удар, но полностью исключить его только правильно спроектированными системами не получится. Для избегания такой неприятной ситуации необходим комплексный подход и соблюдение правил безопасности и технических инструкций.

Значительно снизить вероятность возникновения гидравлического удара, можно если следовать следующим правилам при проведении монтажа водопроводов и их эксплуатации.

• При запуске водопровода или отопления в эксплуатацию, запорные элементы арматуры должны открываться очень медленно. Перекрытие подачи жидкости, также должно осуществляться очень плавно. Плавное закрытие и открытие запорной арматуры должно осуществляться не только на промышленных объектах, но и при запуске водоснабжения и отопления в частном доме. Чрезмерное давление при возникновении гидравлического удара способно легко повредить домашние коммуникации, поэтому не стоит пренебрегать правилами технической безопасности, в случае когда вода в частном доме подаётся со значительным давлением.
• Если в системе водопровода или отопления установить автоматические устройства плавного открытия и закрытия запорной арматуры, то можно полностью исключить человеческий фактор при возникновении гидравлического удара. Конечно, при использовании электроники, водопроводные системы становятся зависимыми от электрического тока, но, чтобы полностью исключить вероятность выхода из строя по причине установленных автоматов, необходимо оборудовать такие механизмы резервным источником электроэнергии. Такая подстраховка абсолютно необходима, как на крупном предприятии, так и для нормального функционирования коммуникаций расположенных в частном доме. Автоматической регулировкой рекомендуется оснастить и насосные станции. В этом случае, также можно избежать гидроудара от резкого перепада давления в результате включения или отключения мощного насосного оборудования.
• Применение гидроаккумуляторов и демпферных устройств, также позволяет свести к минимуму последствия резкого увеличения давления в водопроводной сети. Такие устройства обычно состоят из металлического корпуса с расположенной внутри мембраной. При возникновении гидроудара, мембрана перемещается, что позволяет вместить излишек жидкости. Когда угроза разрыва трубопровода минует и давление уменьшится мембрана будет возвращена в исходное положение за счёт воздуха расположенного с обратной стороны.
• Для уменьшения давления в водопроводных сетях может быть использован предохранительный клапан, который открывается при достижении жидкости определённого значения. Такие устройства также способны предохранить трубопровод от разрушения, но для организации такого вида защиты, потребуется сделать дополнительную отводку от клапана к канализационной системе
• Для защиты от гидроудара в частном доме или квартире можно использовать очень простой способ, в котором компенсация чрезмерного давления осуществляется за счёт растяжения стенок трубопровода. Совсем необязательно производить монтаж отопления или водоснабжения с применением таких материалов, но участок трубопровода выполненный с использованием термостойкого каучука, способен полностью принять на себя гидроудар в небольшой системе.
• Шунтирование термостата, является эффективной мерой борьбы с гидроударом небольшой силы, поэтому такое “улучшение” автономного отопления может быть произведено только в частной системе отопления. Как правило, достаточно сделать отверстие диаметром 0,5 мм в основном клапане, чтобы при возникновении высокого давления излишек жидкости свободно перемещался в контур с холодной водой.
• Термостат с защитой установленный в систему отопления, также позволяет избежать такого опасного явления, как гидроудар. Принцип работы такого устройства заключается в том, что в основном клапане термостата располагается дополнительный небольшой механизм, который открывается вне зависимости от температуры жидкости. Такой внутренний клапан начнёт пропускать жидкость, когда давление теплоносителя приблизится к максимально допустимому значению, тем самым предохраняя трубы от разрыва.

Один из примеров возникновения гидроудара во внутри квартирном водопроводе

Как защитить от гидравлического удара коммуникации в квартире

Разгерметизация водопровода в квартире может привести к очень серьёзным последствиям, особенно в том случае, когда вследствие прорыва, был причинён ущерб соседям, квартира которых расположена этажом ниже, где произошла авария.

На участке водопровода находящегося в квартире, могут быть установлены старые металлические трубы, которые со временем ржавеют и могут разрушаться в процессе эксплуатации, не говоря уже об убийственной” силе гидроудара.

ВАЖНО! Чтобы свести к минимуму вероятность возникновения протечки, рекомендуется установить краны вентильного типа, которые в силу конструктивной особенности не способны мгновенно перекрыть воду. Шаровые рычажные краны, которые так удобны не только на кухне, но и душе, могут стать причиной серьёзной аварии.

Несмотря на то что гидроаккумуляторы наиболее часто используются в частных домах, водоснабжение которых осуществляется посредством насоса находящегося в глубокой скважине, такие изделия помогут защитить и водопровод находящийся в квартире от гидроудара.

Кроме этого, накопленная жидкость в таких устройствах, можно будет использовать в случае временного отключения водоснабжения. Защитить водопровода от гидроудара можно также с помощью специальных гасителей, которые устанавливаются в трубу холодного или горячего водоснабжения.

Самовольно устанавливать какие-либо приборы в системе централизованного отопления категорически запрещается. Чтобы защитить жилплощадь от возникновения гидроудара, следует допустить специалиста управляющей компании во время тестового запуска отопления.

Если все воздушные пробки будут вовремя удалены из радиаторов и трубопроводов, то можно будет не опасаться гидроудара, по причине соблюдения всех необходимых мер для предотвращения такого явления в котельной и на пути доставки теплоносителя в квартиру.

Чтобы уменьшить риск разгерметизации систем горячего водоснабжения, рекомендуется также заменить краны на винтовые конструкции, а трубопровод сделать из современных материалов, которые позволяют максимально эффективно справляться с избыточным давлением в трубопроводе.

Несколько слов о теории гидроудара

Возникновение гидравлического удара возможно только по той причине, что жидкость не сжимается настолько, чтобы произошла компенсация резкого скачка давления. При увеличении давления в одном месте его сила распространяется на весь участок трубопровода, и найдя “слабое звено” приводит к деформации либо разрушению материала.

Такой эффект возникающий в трубопроводах высокого давления был впервые обнаружен российским учёным Н. Е. Жуковским в конце XIX века. Жуковским также была выведена формула, по которой можно рассчитать минимальное время необходимое для закрытия крана, чтобы избежать опасного повышения давления в замкнутой системе водопровода.

Галилео. Эксперимент. ГидроударДанная формула имеет следующий вид:

где:

• Dp – увеличение давления в Н/м2;
• р – плотность жидкость кг/м3.
• u0 и u1  – среднее значение скорости жидкости в трубопроводе до и после закрытия крана.

Учёный доказал, что скорость распространения ударной волны зависит прежде всего от диаметра и материала трубы. Также этот показатель зависит от степени сжимаемости жидкости.

Расчёт обязательно следует проводить только после того, как будет экспериментально установлена плотность воды, которая в зависимости от количества растворённый в ней солей может существенно различаться. Скорость распространения гидроудара всегда рассчитывается по следующей формуле:

где:

• с – скорость ударной волны;
• L – длина трубопровода;
• T – время.

Подставляя значения в данную формулу можно точно определить скорость распространения гидравлического удара. Гидравлический удар представляет собой волну, которая имеет колебания с определённой частотой.

Вычислить, при необходимости, количество колебаний в единицу времени также не составит большого труда. Достаточно воспользоваться следующей формулой:

где:

• М – продолжительность цикла колебаний;
• L – длина трубопровода;
• а – скорость волны (м/с).

Для упрощения вычислений ниже будут приведены показатели скорости ударной волны при гидравлическом ударе для труб из следующих материалов:

• Сталь – 900 – 1300 м/с;
• Чугун – 1000 – 1200 м/с;
• Пластик – 300 – 500 м/с.

Подставляя эти значения в формулу можно точно рассчитать частоту колебаний гидроудара на участке водопровода определённой длины.

Такова теория гидравлического удара в самых кратких математических описаниях. При проектировании современных инженерных систем, для выполнения подобных расчётов, применяются мощные вычислительные машины, поэтому прибегать к ручному вычислению скорости и силы гидроудара нет никакой необходимости.

Заключение

Гидроудар в водопроводе может стать причиной серьёзных аварий в сфере ЖКХ. Особенно неприятными такие происшествия бывают в зимнее время года. Разрушение трубопровода отопления, может привести к переохлаждению и заболеванию людей, особенно когда без тепла остаются маленькие дети и пожилые граждане.

Поэтому чтобы максимально обезопасить себя от такого грозного явления, необходимо применять на практике все советы изложенные в данной статье.

Анализ факторов риска трубопроводов, проложенных в условиях криолитозоны с использованием гис-технологий

1 Капитонова Т.А. 1 Стручкова Г.П. 1 Тарская Л.Е. 1 Ефремов П.В. 1 1 Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова Сибирского отделения РАН
Рассматривается влияние факторов риска трубопроводов, проложенных на территории Республики Саха (Якутия) и в регионах Восточной Сибири и Дальнего Востока, на их функционирование.

Оценивается влияние природных, техногенных и природно-техногенных факторов риска на безопасность трубопроводного транспорта. Сформированы базы геоинформационных данных по источникам антропогенных воздействий на территории Республики Саха (Якутия).

На примере газопровода Мастах-Берге-Якутск показано, что наибольшую опасность для магистральных трубопроводов представляют участки с высокой динамикой геокриологических процессов. Оценка факторов риска необходима для принятия научно обоснованных решений по уменьшению антропогенного воздействия на экологическую ситуацию.

Для обеспечения бесперебойной работы магистральных трубопроводов и уменьшения риска возникновения ЧС и последствий аварийных ситуаций необходимо вести постоянный мониторинг критически важных объектов, их техническую диагностику и использовать информационные технологии для выработки системы принятия решений в случае возникновения ЧС.

магистральный трубопроводгеоинформационные системы
1. Махутов Н.А., Петров В.П., Гаденин М.М., Юдина О.Н. Разработка стратегий обеспечения заданного уровня защищенности критически важных объектов на основе анализа опасных процессов в природно-техногенной сфере // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2009. – № 6. – С. 16–32.
2. Слепцов О.И.

, Левин А.И., Стручкова Г.П. Безопасность газодобывающей отрасли // в книге Безопасность Республики Саха (Якутия): социальные, экономические и техногенные проблемы. – Новосибирск: Наука, 2008. – 296 с. 3. СТО РД Газпром 39-1.10.084-2003.

Методические указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов газотранспортных предприятий ОАО Газпром.
4. РД 03-418-01 Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов.
5. Слепцов О.И., Лыглаев А.В., Капитонова Т.А., Стручкова Г.П.

Исследование техногенных аварий и антропогенных воздействий на экологическую безопасность Республики Саха (Якутия) // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2007. – № 4. – С. 88–94.
6. Стручкова Г.П., Капитонова Т.А., Слепцов О.И.

Оценка влияния экзогенных процессов на объекты нефтегазового комплекса в условиях криолитозоны // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2011. – № 2. – С. 53–59.
7. Слепцов О.И., Аковецкий В.Г., Стручкова Г.П.

К вопросу управления безопасностью магистральных газопроводов // Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Пленарные доклады. – Якутск, 2004. – С. 220–223. 8. Слепцов О.И., Капитонова Т.А., Стручкова Г.П. Моделирование возникновения аварийных ситуаций при транспортировке углеводородного сырья в условиях криолитозоны // II Всерос. конф. «Безопасность и живучесть технических систем». – Красноярск, 2007. – С. 88–91.

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.

1. При этом принимаются следующие допущения:
2. а) допустимое напряженно-деформированное состояние для трубопроводов находится в пределах упругого состояния металла труб и сварных соединений;
3. 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);
4. 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.

Работа поступила в редакцию 26.03.2014.

Библиографическая ссылка

Основные причины, негативно влияющие на изоляционное покрытие трубопроводов

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.

https://www.youtube.com/watch?v=DtjG-pmZ4O4

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.

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?

Факторы риска, влияющие на эксплуатацию и надежность трубопроводов – интервью со спикером Международного саммита "Управление целостностью трубопроводов в России и СНГ"

Компания Fleming. взяла интервью у выдающегося спикера саммита Михаила Усольцева, инженера-проектировщика в компании «Транснефть-Балтика», в котором он рассказал о факторах риска, влияющих на эксплуатацию и надежность трубопроводов, превентивных мерах и методах контроля, а также о главных тенденциях и изменениях в отрасли.

Факторы риска, влияющие на эксплуатацию и надежность трубопроводов – интервью со спикером Международного саммита «Управление целостностью трубопроводов в России и СНГ»

Компания Fleming. взяла интервью у выдающегося спикера саммита Михаила Усольцева, инженера-проектировщика в компании «Транснефть-Балтика», в котором он рассказал о факторах риска, влияющих на эксплуатацию и надежность трубопроводов, превентивных мерах и методах контроля, а также о главных тенденциях и изменениях в отрасли.

Как долго Вы работаете в нефтегазовой отрасли и какие самые важные уроки вы усвоили?

Более 7-ми лет. На мой взгляд, на сегодняшнем этапе развития техники и технологий необходимо не только быть высококлассным специалистом в своей области, но и уметь налаживать продуктивные междисциплинарные взаимодействия.

Каковы, по Вашему мнению, ключевые проблемы и задачи в управлении целостностью трубопроводов в России и СНГ?

Я полагаю, что отсутствие интеграции данных является ключевой проблемой в управлении целостностью и безопасностью трубопроводов в России. Многие трубопроводы эксплуатируются более 30 лет и накопили огромное количество проектных и оперативных данных которые не объединены в единую базу.

Каковы, на Ваш взгляд, основные факторы риска, влияющие на эксплуатацию и надежность трубопроводов?

Мой список факторов риска выглядит так:

— Коррозионные процессы (точечная коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением на газовых трубопроводах);

— Несанкционированные врезки в трубопроводы;

— Человеческий фактор, обуславливающий появление дефектов в процессе строительства и ремонта трубопроводов.

Насколько серьезна проблема несанкционированной врезки в трубопроводы?

Несанкционированные врезки – одна из основных проблем в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов. Более 68 несанкционированных врезок было выявлено на территории только Ленинградской области нашей компанией в 2014 г.

и более 720 тонн дизельного топлива было украдено. Но врезки не только потеря транспортируемого продукта, но и причина загрязнения окружающей среды.

Нефть или нефтепродукт из поврежденного трубопровода может стать причиной загрязнения рек и озер.

Какие превентивные меры и методы контроля Вы используете?

Наша компания использует систему LDS (Leak Detection System), которая обнаруживает утечку нефтепродуктов или сырой нефти. Система основана на законе сохранения энергии. Нарушение энергетического баланса в замкнутом трубопроводе провоцирует изменение показателей давления.

Я планирую поделиться опытом внедрения новой системы слежения для предотвращения несанкционированных врезок. Данная система устанавливается на объектах железнодорожного транспорта и имеет хороший потенциал для предотвращения несанкционированных врезок.

Какие тенденции развития и изменения в отрасли Вы видите?

На мой взгляд, одной из важнейших тенденций является усиление мер экологической безопасности, направленных на разработку все более и более безопасных методов транспортировки углеводородов.

Считаете ли Вы, что технологии будут все больше доминировать в будущем (беспилотные устройства для обнаружения утечек, диагностические и очистные устройства, визуализация на основе спутникового слежения, акустические технологии и др.)? Какие технологии самые многообещающие на Ваш взгляд?

Развитие технологий дает нам новые методы и средства для защиты магистральных нефтепроводов. Я не могу отдать предпочтение какому-то одному методу. Я считаю, что только комплексное использование методов сможет предотвратить несанкционированные врезки.

Вы – докладчик на международном саммите «Управление целостностью трубопроводов в России и СНГ». Каковы Ваши ожидания от предстоящего саммита? Выступления кого из коллег по форуму представляют наибольший интерес для Вас?

Выступления Романа Самсонова (прим. — тема «Европейские тенденции в подходах к развитию трубопроводов») и Дениса Тихомирова (прим. — тема «Нормативное регулирование безопасности трубопроводов»).

Факторы, влияющие на работу трубопроводов

Трубопроводы тепловых электростанций работают в сложных условиях.

Во время работы элементы трубопроводов находятся под постоянной нагрузкой: от давления протекающей среды; от массы металла труб, арматуры, протекающей среды, теплоизоляции; от нагрузок теплового удлинения; от вибрационных нагрузок.

Кроме того, в материалах деталей трубопровода могут возникать периодические нагрузки: от неравномерного нагрева их; от защемления подвижных опор; от чрезмерного трения в подвижных опорах трубопроводов.

Нагрузки от массы металла труб и теплоизоляции, внутреннего давления среды, давления ветра являются распределенными нагрузками, a нагрузки от массы арматуры и металлоконструкций — сосредоточенными.

Нагрузки от тепловых удлинений возникают в ветвях и опорах трубопроводов и всегда имеют сосредоточенный характер.

Нагрузки от давления протекающей среды относятся к внутренним нагрузкам, а нагрузки от массы, тепловых удлинений, вибрации, натяжки трубопроводов, распора встроенных в трубопровод компенсаторов, а также ветровые, давление грунта (в случае прокладки в земле) — к внешним.

Способность трубопровода противостоять перечисленным нагрузкам называется прочностью трубопровода. Прочность трубопровода зависит от прочности деталей, из которых он состоит.

Так как трубопроводы работают при низких и высоких температурах, при определении прочности металла, из которых изготовлены детали трубопроводов, исходят из прочностных характеристик сталей при соответствующих температурах.

Главным требованием к трубопроводам является надежность их работы. Неисправность в какой-либо части трубопровода может привести к выключению значительной мощности или к полной остановке электростанции.

Дляобеспечения надежной работы трубопроводов:

1) он должен быть правильно спроектирован, т. е. учтены все условия, влияющие на работу трубопроводов, выбраны необходимые материалы для всех деталей, рассчитана компенсация или самокомпенсация трубопроводов и целесообразно размещены и подобраны опоры и подвески по всей трассе трубопровода;

• 2) должны быть качественно изготовлены все детали трубопровода из материалов, предусмотренных проектом, и соблюдены технические условия при изготовлении;
• 3) в соответствии с проектом должны быть выполнены монтажные работы с соблюдением заданной технологии и технических условий на монтаж;
• 4) необходимо постоянное и систематическое наблюдение эксплуатационного персонала за работой трубопроводов без нарушения режима эксплуатации и превышения проектных параметров, указанных в инструкциях по эксплуатации данных трубопроводов.

Трубопроводы должны находиться всегда в исправном состоянии к подвергаться освидетельствованию в сроки, установленные инспекцией Госгортехнадзора или администрацией электростанции. Все нарушения температурных режимов при эксплуатации должны фиксироваться в эксплуатационных журналах.