Аварии на газотводах

Не первый раз в СМИ описываются случаи серьезных аварий, происходящих на газопроводах среднего давления.

Описание хода развития событий и последствий взрыва на газопроводе в Москве, произошедшего в ночь на 10 мая 2009 года, больше похоже на хронику военных действий:

"Взрыв на участке газопровода, расположенном вблизи Озерной улицы, произошел около полуночи. По оценкам специалистов, взорвалось более 40 тысяч кубометров газа. Вспыхнул пожар, площадь которого составила 600-800 квадратных метров; столб огня поднимался на 200 метров.."

Судя по приведённым в статье данным, а именно:

"..по данным сотрудников Мосгаза, давление в трубе метрового диаметра составляло 12 атмосфер..",

взрыв в Москве 10.05.2009 года произошёл на газопроводе среднего давления (газоотводе от магистрального газопровода до газораспределительной станции).

Возможные причины аварий

Возможной причиной разрушения трубопровода и последующего пожара могут служить дефекты стенок трубопровода, не обнаруженные при проведении диагностических работ.

В отличии от нефтепроводов, диагностика газопроводов низкого и среднего давления вызывает серьёзные технологические трудности. Основная причина – невозможность обеспечить плавное движение очистных и диагностических внутритрубных снарядов в сжимаемой газовой среде.

Двигаясь рывками, внутритрубный дефектоскоп не в состоянии собрать достоверные данные о состоянии стенок трубопровода.

Типовой график скорости движения магнитного дефектоскопа в газоотводе представлен на рис.1 ниже.

Рис. 1. График скорости движения диагностического снаряда в газоотводе

1 - реальная скорость движения магнискана по записи от бортовых одометров (в пиках скорость до 7.5 м/с и выше); 2 - допустимый диапазон скорости, при котором возможна надежная диагностика дефектов (максимум 2 м/с); Ось X - пройденная диагностическим снарядом дистанция в метрах. Ось Y - скорость движения снаряда в м/с.

На графике видно, что движение диагностического снаряда (магнискана) в газопроводе с малым давлением и расходом газа происходит с многочисленными остановками и следующими за ними "рывками". Детальный анализ показывает, что остановки происходят в местах сужения трубопровода.

Снаряд останавливается даже на незначительных сужениях, таких как кольцевые сварные швы. Чтобы снаряд "стронулся" после такой остановки, за ним должен накопиться определенный перепад давления. После страгивания снаряда весь запас потенциальной энергии сжатого газа на достаточно протяженном участке за снарядом переходит в кинетическую энергию снаряда. Снаряд набирает значительную скорость и только через какое-то время начинает замедляться.

В результате большие участки газопровода диагностические снаряды проходят со скоростью, значительно превышающей скорость надежной регистрации дефектов стенок трубы.

Современные методы диагностики газопроводов

В настоящее время для внутритрубной диагностики газопроводов используются, в основном, магнитные дефектоскопы (магнисканы). Максимальная скорость движения таких снарядов, при которой возможна надежная диагностика дефектов, ограничена в силу определенных физических явлений.

Дело в том, что при магнитной диагностике необходимо с помощью постоянных магнитов, расположенных на снаряде, намагничивать участок трубы, к которому прижимаются датчики, измеряющие напряженность магнитных полей рассеивания вблизи дефектов стенки трубопровода. Для надёжного замера датчики должны скользить по внутренней поверхности трубопровода, не теряя контакта со стенкой.

Сигнал со всех магнитных датчиков записывается во внутреннюю память магнискана с определенной дискретностью. Последующая компьютерная расшифровка записанных данных позволяет определить расположение дефектов, таких как трещины, коррозионные повреждения стенки трубы и др. Эти данные позволяют своевременно отремонтировать участки трубопровода с опасными дефектами.

Но при большой скорости движения магнискана невозможно записать показания датчиков с достаточной дискретностью. Кроме того, происходит "отскок" датчиков от стенки трубы из-за ударов о швы и другие неровности.

Поэтому вероятность пропуска опасного дефекта сильно возрастает на тех участках трубы, где скорость движения магнискана превышает максимальную допустимую данной технологией скорость.

Неравномерность движения является основной причиной неудовлетворительных результатов обнаружения дефектов при внутритрубной диагностике газопроводов.

Природа неравномерномерности движения в газопроводах заключается в следующем: во время остановки в полости газопровода за снарядом повышается давление газа, которое при достижении давления, превышающем усилие страгивания, действуя подобно пружине, "выбрасывает" диагностический снаряд из сужения.

В результате участки газопроводов, расположенные за сужениями, остаются непроверенными на предмет опасных дефектов от диагностики к диагностике в течении многих лет.

Эта проблема особенно актуальна для газоотводов, менее актуальна для магистральных газопроводов и практически отсутствует на нефтепроводах. То есть чем меньше сжимаемость и больше плотность перекачиваемого продукта, тем менее вероятны рывки.

В снарядах-поршнях традиционной конструкции реализация плавного продвижения через сужения трубопровода невозможна. Резкие изменения скорости приводят к потере диагностических данных на многих участках газопровода.

В связи с этим внутритрубная диагностика газоотводов среднего давления если и проводится снарядами-поршнями традиционной конструкции, то полученные данные не могут обеспечить надёжную оценку прочности газопровода.

Это обстоятельство, конечно, существенно повышает вероятность аварий на газоотводах. Т.к. именно полнота данных собираемых при внутритрубной диагностике является необходимым условием безопасности эксплуатации "по состоянию". А именно такой подход к эксплуатации трубопроводной системы официально принят в России и других странах.

Выход из положения - уменьшение максимальной скорости движения снарядов.

В последнее время для решения проблемы неравномерности движения в газопроводах предлагается использовать (и уже используются при диагностике магистральных газопроводов) снаряды с управляемым байпасным отверстием.

В снарядах с байпасным отверстием имеется канал с регулируемыми электроникой заслонками. Через этот канал осуществляется перетекание газа в случае, если накопленное за снарядом давление заставляет его двигаться со скоростью, делающей диагностику невозможной.

У данной системы есть недостатки, которые сильно уменьшают эффективность ее использования при диагностике в газоотводах (т.е. при относительно низких давлениях и малом расходе газа).

Дело в том, что при прохождения сужения такому снаряду необходим тот же перепад давления, что и снаряду-поршню традиционной конструкции. Иначе несущие манжеты (или другие упругие элементы несущие вес снаряда) не смогут пройти сужение.

При выходе из сужения накопленный перепад давления неизбежно разгонит такой диагностический снаряд. Даже если электроника, управляющая заслонками, при увеличении скорости сработает мгновенно, на механическое перемещение самих заслонок и на "стравливание" газа через открывающееся отверстие уйдет время, за которое снаряд разгонится.

Концепция активного поршня заключается в более эффективном использовании энергии перекачиваемого газа.

ООО «АПРОДИТ» предлагает более эффективый метод прохождения сужений. При этом используется энергия перекачиваемого газа для плавного продвижения снаряда через сужение.

Применяются подвижные уплотняющие манжеты, которые приводятся в движение при определенном перепаде давления газа, возникающем в случае, когда снаряд замедляет движение на входе в сужение.

Двигаясь специальным образом, манжеты активно проталкивают снаряд через сужение с малой скоростью, обеспечивая преодоление сужений до 70% от номинального диаметра. За счет активных движений манжет происходит более быстрое прохождение сужения и значительный перепад давления просто не успевает накопиться.

Принцип действия подвижных манжет описан в заявке на изобретение № 2008148176 «Способ перемещения устройства в трубопроводе и устройство для реализации способа (его варианты)».

В данном способе нет необходимости использовать энергию электрических батарей или аккумуляторов для регулирования скорости движения. Используется непосредственно кинетическая энергия газовой струи, истекающей через байпасный канал снаряда.

Промышленное применение активного поршня повысит качество диагностических работ в газоотводах.

В ООО «АПРОДИТ» разработана конструкция внутритрубного очистного снаряда с подвижными манжетами для малых трубопроводов диаметром 150 мм.

Рис.2. Чистящий скребок с подвижными манжетами и передатчиком

1 - Полиуретановые чистящие диски (подвижные) ; 2 - Отверстия для прохода газа; 3 - Механизм привода манжет (внутри центрального канала); 4 - Передатчик ПНТ-04 (внутри корпуса).

Опытная модель успешно испытана. Испытания проводились в стенде, собранном из стеклянных труб диаметром 150 мм (6 дюймов).

В стенде смоделированы 3 типовых препятствия, встречающихся в трубопроводах:

• Не до конца открытый шаровой кран,
• Поворот трубы на 90 градусов с R=1.5 х Dy (состоящий из 3 сегментов),
• Равнопроходный тройник с нижним расположением отвода.

Рис. 3. Испытательный стенд с прозрачными трубами диаметром 150мм

1 - Камера запуска ; 2 - Помпа; 3 - Вытеснитель; 4 - Шаровой кран (не полностью открытый); 5 - Поворот ; 6 - Тройник.

Опытная модель успешно преодолела все препятствия данного стенда. Механическая система привода манжет работала в штатном режиме. Видеоотчет об испытании размещен на You Tube.

Привлечение дополнительного финансирования позволит ускорить создание гаммы снарядов для трубопроводов различного диаметра и назначения.

За счет лучшей проходимости внутритрубных снарядов с активными подвижными манжетами возможно их использование не только в газопроводах, но и в других трубопроводах, где применение снарядов-поршней стандартной конструкции или снарядов с байпасным отверстием затруднено или неэффективно.

Широкое внедрение таких снарядов существенно повысит качество внутритрубной диагностики и снизит аварийность трубопроводов. А значит, удастся предотвратить аварии, подобные взрыву газопровода в Москве 10 мая 2009.

Серийный выпуск позволит занять определенную рыночную нишу по диагностике немагистральных трубопроводов на коммерческой основе.

Если у Вас есть вопросы или предложения по разработке или продвижению снарядов с активными манжетами, то Вы можете связаться с АПРОДИТ по электронной почте: mail@aprodit.ru