Разработка методов расчета организационных и технологических параметров испытания магистральных газопроводов

Г г.

Магистральные газопроводы прокладывают в различных гидрогеологических условиях, что в совокупности с назначением определяет технологические условия его работы, обеспечение эксплуатационной надежности газопроводов и специальные требования к чистоте полости и герметичности [1,4,13,88]. Выполнение строительно-монтажных работ в процессе сооружения или ремонта газопровода не всегда обеспечивает отсутствие дефектов, несмотря на обязательный пооперационный контроль качества производства технологических работ [53]. Причинами появления отказов также могут быть некачественные трубы, нарушение технологии сварочных работ, повреждение труб при их разгрузке или погрузке на транспортные средства [12,23].

Научно-технический прогресс в области строительства и ремонта магистральных газопроводов прежде всего связан с разработкой и внедрением технологических процессов, обеспечивающих эксплуатационную надежность указанных объектов. Новая экономическая политика способствует поиску таких технологических решений, которые позволяют выполнить поставленные перед строительными и эксплуатационными организациями задачи в кратчайшие сроки с минимальными затратами ресурсов.

Магистральные газопроводы — уникальные строительные объекты, имеющие большое народнохозяйственное значение. Для надежной эксплуатации они должны удовлетворять специальным требованиям по прочности, герметичности и чистоте полости. Прочность газопровода должна быть обеспечена на всем его протяжении, так как разрушение хотя бы в одном месте приводит к прекращению транспорта продукта, а в отдельных случаях и к более серьезным последствиям. Экономический ущерб от аварийного простоя газопровода очень велик. Нарушение герметичности приводит к значительным потерям транспортируемых продуктов, простою потребителя. Ликвидация дефектов при эксплуатации г г вызывает большие затраты в связи с остановками перекачки и большим объемом строительно-монтажных работ.

Очистка полости и испытание — завершающие технологические операции комплекса линейных работ по строительству и капитальному ремонту газопровода. Процесс испытания по существу сводится к проверке качества поперечных сварных стыков. Однако, во многих случаях выявляются дефекты продольных швов, стенок труб, арматуры и др., т. е. проверяется работоспособность газопровода.

Один из путей повышения надежности [24] магистральных и промысловых газопроводов: за счет более полного выявления потенциальных очагов аварий на стадии испытаний. Процесс сооружения и капитального ремонта газопроводов как в России, так и за рубежом включает в себя обязательные предпусковые испытания внутренним давлением [25,26].

Цель трассовых испытаний, наряду с проверкой прочности и герметичности всего газопровода, заключается в обнаружении дефектов труб заводского характера и повреждений, возникших при транспортировке, а также в процессе производства сварочно-монтажных и изоляционно-укладочных работ. Следовательно, роль испытаний в формировании начального уровня качества и эксплуатационной надежности магистральных газопроводов весьма значительна.

Испытание газопровода является сложным технологическим процессом, а сравнение методик производства работ достаточно сложная методологическая работа, тем более, что в настоящее время не представляется возможным выполнить всесторонний анализ функционирования различных систем газопроводов, испытания которых были выполнены по различным методикам. Тем не менее, важность заключительной технологической операции делает актуальным сравнение не только количественных, но и качественных определений, нашедших отражение в к зарубежных и отечественных нормах [57,67]. Г.

С целью дальнейшего совершенствования организационных и технологических процессов сооружения и капитального ремонта газопроводов необходимо определить не только комплекс мероприятий для выполнения строительно-монтажных работ при испытании [20,27,86], но и обеспечить возможность принятия альтернативных решений в зависимости от материально-ресурсного оснащения строительно-эксплуатационной организации [69,89]. В частности, приведенные в нормативно-технической литературе [28,29] данные по технико-экономической оценке выполнения работ по очистке полости и испытанию газопроводов как правило учитывают: во-первых, производство отдельных видов работво-вторых, вполне определенную структуру ее выполнения.

В связи с этим возникла необходимость в проведении специальных исследований, направленных на изучение вероятностно-статистических особенностей изменения организационно-технологических параметров испытания газопроводов с целью совершенствования производства работ при их строительстве и капитальном ремонте.

Представленная работа является комплексным теоретическим исследованием по изучению методов организации и технологии выполнения работ по испытанию на прочность и герметичность магистральных газопроводов.

Использование вероятностно-статистических моделей для описания технологических процессов очистки полости и испытания газопровода, а также разработанных алгоритмов численного поиска эффективных решений системы уравнений, описывающих эти процессы, позволило впервые выявить особенности прогнозирования продолжительности выполнения работ с учетом возможного появления отказов. Результаты многовариантных расчетов использования различных схем подключения наполнительно-опрессовочных агрегатов к испытываемому газопроводу, показали возможность эффективного применения разработанных методов расчетов в наиболее важных задачах организации выполнения подготовительных работ.

Считая температуру испытательной среды постоянной, был рассмотрен процесс падения давления, вызванный отсутствием герметичности с учетом возможного наличия в газопроводе воздушных пробок. Получено соотношение, описывающее изменение давления в испытываемом газопроводе во времени в зависимости от площади сквозных отверстий. Установлено, что суммарная по участку испытания площадь сквозных отверстий в реальном (с точки зрения выявляемости при гидравлическом испытании) диапазоне является случайной величиной. Зная закон распределения этой случайной величины, можно найти распределение случайного времени как функции одного случайного аргумента. Полученные зависимости позволяют оценивать вероятность обнаружения сквозных отверстий определенных размеров на участке испытания с учетом всех практически важных физических факторов.

Впервые разработана методика расчета, позволяющая количественно оценить эксплуатационную надежность газопровода и взаимосвязь испытательного давления с обеспечением безопасной работоспособности газопровода.

Разработана диалоговая система оценки технико-экономических показателей, подготовки регламента и технологической схемы гидравлического испытания газопровода на прочность и герметичность на заключительном этапе строительства или капитального ремонта линейной части магистрального газопровода. Диалоговая система, основу которой составляет пакет прикладных программ, выполнена в виде оболочки для персонального компьютера и включает в себя автономные графические, расчетные и архивные блоки, позволяющие в кратчайшие сроки подготовить необходимую проектно-техническую документацию.

Выполненные исследования являются актуальными, так как связаны с г Г реализацией задач комплексной программы «Высоконадежный газопроводный транспорт». Разработанные методики и алгоритмы, реализованные в виде пакета программ для персонального компьютера, позволяют эффективно управлять процессом выполнения обязательных технологических операций в части испытания газопровода на прочность и герметичность, способствуя повышению темпов строительства и ремонта магистральных газопроводов, обеспечивая высокий уровень эксплуатационной надежности газопроводных объектов.

Результаты исследований включены в следующие научно-технические разработки:

• разработка регламента и технологической схемы гидравлического испытания газопровода;

• рекомендации для разработки рабочих инструкций на очистку полости, испытание и удаление воды при испытании магистральных газопроводов на прочность и герметичность.

Организация и технология испытания газопровода на прочность и герметичность гидравлическим методом внедрена при реконструкции трубопровода Оха — Комсомольск (424 км — 605 км). Указанные разработки используются при проектировании, организации и проведении работ по испытанию и вводу магистральных газопроводов в эксплуатацию при их сооружении и капитальном ремонте. t г г.

Основные выводы.

1. Проанализированы особенности назначения технологических параметров выполнения работ по испытанию газопроводов на прочность и герметичность по нормативным документам различных стран. Установлено, что параметры испытания газопроводов на прочность в зарубежных нормах несущественно отличаются от величин испытательных давлений и продолжительности выдержки под этим давлением, регламентируемых в отечественных нормах. Нормативные требования стандартов на параметры испытания газопроводов отличаются детальным изложением качественных характеристик всех технологических процессов при отсутствии методологического обеспечения самого процесса испытания, что позволило обосновать целесообразность и перспективность исследования особенностей изменения организационно-технологических параметров испытания газопроводов.

2. Разработаны вероятностно-статистические модели, описывающие технологические процессы очистки полости и испытания газопровода гидравлическим способом. Получены функциональные зависимости для прогнозирования продолжительности выполнения работ с учетом возможного появления отказов. Результаты многовариантных расчетов использования различных схем подключения наполнительно-опрессовочных агрегатов к испытываемому газопроводу, показали возможность эффективного применения разработанных методов расчетов в наиболее важных задачах организации выполнения подготовительных работ.

3. Считая температуру испытательной среды постоянной, был рассмотрен процесс падения давления, вызванный отсутствием герметичности с учетом возможного наличия в газопроводе воздушных пробок. Получено соотношение, описывающее изменение давления в испытываемом газопроводе во времени в зависимости от площади сквозных отверстий. Установлено, что суммарная по участку испытания площадь сквозных отверстий в реальном (с точки зрения выявляемости при гидравлическом испытании) диапазоне является случайной величиной. Полученные зависимости позволяют оценивать вероятность обнаружения сквозных отверстий определенных размеров на участке испытания с учетом всех практически важных физических факторов.

• 4. Предложена методика критериального расчета качества выполнения работ по испытанию газопровода гидравлическим методом на основе использования кинетического уравнения и методов вероятностно-статистической обработки информационного потока данных по испытанию. Установлено, что разбиение испытываемого газопровода на части приводит к более высокому уровню качества испытаний, что в первую очередь связано с увеличением уровня испытательного давления на данном участке газопровода. Разработанный критериальный подход к оценке формирования эксплуатационной надежности газопровода в процессе гидравлического испытания позволяет оценить предлагаемую технологическую схему испытаний всего газопровода с точки зрения качества выполнения работ.

5. Разработана диалоговая система оценки технико-экономических показателей, подготовки регламента и технологической схемы гидравлического испытания газопровода на прочность и герметичность при строительстве или капитальном ремонте линейной части магистрального газопровода. Диалоговая система, основу которой составляет пакет прикладных программ, выполнена в виде оболочки для персонального компьютера и позволяет в кратчайшие сроки подготовить необходимую проектно-техническую документацию.

J «j <