Внедрение новой концепции диагностики технологических трубопроводов в ОАО "Самотлорнефтегаз"

Галиуллин М.Ф. Генеральный директор ОАО "Самотлорнефтегаз"

Шевченко С.В. Заместитель генерального директора- главный инженер ОАО "Самотлорнефтегаз"

Вагайцев С.Н. Начальник отдела по управлению целостности трубопроводов ОАО "Самотлорнефтегаз"

Парипский А.В. Заместитель начальника отдела по управлению целостности трубопроводов ЗАО "НЦТО"

Саража С.В. начальник лаборатории НК ЗАО "НЦТО"

 

    Новый подход к обследованию трубопроводов

 

    Новый подход к обследованию трубопроводов В 2011 г. руководством компании «Самотлорнефтегаз» (ОАО «СНГ»), эксплуатирующей крупнейшее в России Самотлорское нефтегазоконденсатное месторождение, была поставлена амбициозная задача — обследование технологических трубопроводов путем сплошного сканирования их поверхности. 

    Отделом по управлению целостностью трубопроводов ОАО «СНГ» был изучен мировой опыт сплошного сканирования трубопроводов, в результате чего были приглашены для полевых испытаний на производственной территории ОАО «СНГ» разработчики самых передовых технологий в данной области из США и Великобритании. Проведенные испытания показали, что реализация данного подхода возможна при применении комплекса сле- дующих технологий: 

• длинноволновый метод, позволяющий проводить в зависимости от состояния трубопровода экспресс-контроль участка трубы длиной 20 – 70 м за одно измерение; при этом осуществляется выявление коррозионных областей и оценка общего коррозионного состояния участка трубопровода; определяется расстояние от места установки прибора до места повреждения (дефекта);
• электромагнитный метод с использованием системы PS-2000 компании TesTex Inc для детального обследования обнаруженной по результатам длинноволнового метода коррозионной области в несколько квадратных метров для локализации коррозии до области диаметром 2 – 4 см;
• ультразвуковой контроль для уточнения остаточной толщины в области локализации коррозии.

    ЗАО «НЦТО»* было доверено провести сплошное сканирование 74,2 км технологических трубопроводов на площадках подготовки и перекачки нефти Самотлорского месторождения.В кратчайшие сроки были заключены контракты на поставку указанного оборудования. Для теоретической и практической подготовки специалистов были привлечены инструкторы с заводов-изготовителей. По окончании недельного теоретического курса обучения сотрудники успешно сдали экзамены и получили соответствующие сертификаты и удостоверения. 

    В течение полутора месяцев специалисты ЗАО «НЦТО» совместно с инструкторами и инженерами из отдела по управлению целостностью трубопроводов ОАО «СНГ» разрабатывали алгоритм обнаружения дефектов на трубопроводе с использованием комплекса технологий. В итоге было принято решение разделить весь процесс на три этапа, принципиальная схема которого представлена на рис. 1.

 

    Назначение и возможности применяемого оборудования 

 

    Длинноволновый метод 

 

   Длинноволновый метод, или метод нормальных ультразвуковых волн — LRUT (Long Range Ultrasonic Technology), позволяет проводить сплошной контроль труб без снятия изоляции и обна- руживать и оценивать такие дефекты, как коррозия, эрозия, кольцевые трещины на внутренней и внешней поверх- ности трубы. 

   Для проведения контроля необходим доступ к небольшому участку трубы без изоляции (0,5 м) для установки кольца с ультразвуковыми преобразователями (рис. 2а). Прибор излучает ультразвуковые волны в обе стороны вдоль трубы, используя трубу как волновод. Ультразвуковые преобразователи создают сплошной фронт волны, обеспечивающий 100 % покрытие окружности трубы. Нормальные волны распространяются на значительные расстояния в трубах под землей, под водой или покрытых изоляцией. Отражаясь от дефектов или конструктивных элементов, волна возвращается и фиксируется преобразователями. Контроль проводится без использования контактной жидкости, может проводиться через краску, зачистка поверхности не требуется. Акустический контакт обеспечивается кольцом со встроенной надувной камерой путем прижатия преобразователей к трубе. 

   Результаты контроля представляются в виде графиков (рис. 2б), аналогичных А-скану ультразвукового контроля, у которых по горизонтальной оси откладывается расстояние от места установки кольца до отражателя, а по вертикальной оси — амплитуда сигнала, по которой можно оценить размер дефекта. Результаты сохраняются в файл для дальнейшего анализа, составления отчетов, создания базы данных сигналов. 

   Когда направленная волна попадает на место изменения площади поперечного сечения, часть ее отражается и возвращается обратно на кольцо из преобразователей, а другая часть проходит дальше по волноводу, но уже с меньшей энергией. Процесс продолжается до тех пор, пока энергия не станет равной нулю. Принципиальная схема работы системы представлена на рис. 3. 

  

Рис. 1. Алгоритм обнаружения дефектов на трубопроводе

Рис. 2. Длинноволновый метод: а — проведение контроля; б — представление данных

  

 

Рис. 3. Принципиальная схема работы длинноволнового метода; 1 — кольцо; 2 — направленная волна; 3 — фланец; 4 — сварной шов; 5 — потеря металла

 

      Электромагнитные сканеры TesTex 

 

   В случае обнаружения аномалии при проведении контроля трубопровода системой экспресс-диагностики точное расстояние от аномальной зоны до установленного на трубопроводе кольца определяется при помощи программного обеспечения. После этого на предполагаемом дефектном участке вскрывается изоляция (при ее наличии) и производится более точное определение дефектов (их локализация) электромагнитной системой PS-2000 фирмы ТesTex, которая состоит из сканера, при помощи которого непосредственно проводится сканирование поверхности трубопровода, электронного блока, организующего работу системы, и ноутбука, обеспечивающего сбор, представление, обработку, хранение и тиражирование информации (рис. 4). По соотношению амплитуды и фазы сигнала оператором делается вывод о наличии дефекта на трубопроводе. 

 

Рис. 4. Система PS-2000: а — сканеры TesTex; б — система в сборе

   Принцип действия сканеров основан на использовании низкочастотного поля вихревых токов (LFET —Low Frequency Electromagnetic Technique). Данный способ позволяет преодолеть ограничения, присущие традиционным вихретоковым системам при контроле объектов из углеродистой стали. Выявляются коррозионные и эрозионные повреждения с внутренней и наружной стороны при потере толщины стенки 5 % и более. 

   Система работает в низкочастотном диапазоне, что позволяет одновременно выявлять дефекты как на внешней, так и на внутренней поверхностях. Сканирование проводится со скоростью до 0,3 м / с, возможен контроль объектов через покрытие толщиной до 6 мм, краску, окалину, ржавчину или зазор. Сканеры легкие и не оставляют намагниченности. За один проход сканера по трубе осуществляется контроль поверхности под ним шириной около 80 мм (рис. 5а). При этом в режиме реального времени формируется изображение, на котором с помощью цветной кодировки отображаются дефекты. Изображение (рис. 5б) представляет собой отклонение фазы или амплитуды сигнала с каждой из ка- тушек сканера от нулевого уровня, соответствующего бездефектному участку объекта. Изображение позволяет оценивать форму и размер дефектов (по форме сигнала и количеству реагирующих катушек), а также потерянную толщину (по зависимости фазы сигнала от глубины дефекта). 

Рис. 5. Контроль электромагнитной системой PS-2000: а — сканирование трубопровода; б — представление данных

   С помощью сканеров TesTex была подтверждена возможность контроля труб толщиной до 25 мм. 

  

   Ультразвуковая толщинометрия 

 

   Для окончательного подтверждения дефекта, а также определения остаточной толщины стенки трубы используются ультразвуковые толщиномеры. Для более детального обследования формы выявленных дефектов применялись ультразвуковые дефектоскопы на фазированных решетках HARFANG VEO фирмы SONATEST (рис. 6). 

 

 

Рис. 6. Уточнение результатов с использованием HARFANG VEO фирмы SONATEST

 

     Результаты диагностики с применением приборов сканирующего типа

 

    По состоянию на 31.12.2011 методом сплошного сканирования было проведено диагностирование 74,2 км технологических трубопроводов, что составило 100 % от запланированного объема. Всего было обследовано 237 единиц трубопроводов различного назначения. В результате было выявлено 1345 дефектов (фиксировались все дефекты с утонением толщины стенки трубы 20 % и более), в том числе 263 недопустимых дефекта с толщиной стенки меньше отбраковочной и 230 дефектов с толщиной стенки, близкой к отбраковочному значению. 

    Обнаруженные дефекты классифицировались на 3 типа: 

• недопустимые дефекты, (толщина стенки достигла отбраковочной в соответствии с расчетом по РД 39-132-94), такие дефекты устраняются незамедлительно;
• дефекты первого года (толщина стенки равна отбраковочной, плюс 0,5 мм); эти дефекты включаются в ближайший плановый предупредительный ремонт (устраняются в течение одного года с момента диагностирования) ;
• фиксируемые дефекты (все дефекты с утонением стенки на 20 % и более).

   Выявляемость недопустимых дефектов при стандартном диагностировании по «Правилам устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» ПБ 03-585-03 в 2010 г. составляла 0,22 шт / км. При проведении сплошного сканирования по результатам 2011 г. выявляемость составила 3,54 шт / км (по недопустимым дефектам). Таким образом, концепция сплошного сканирования по количеству об- наруживаемых дефектов оказалась в 16 раз эффективнее стандартных методов. Распределение недопустимых дефектов на каждом забракованном трубопроводе приведено на рис. 7. Видно, что большинство забракованных труб имеют 1 – 2 недопустимых дефекта и не требуют полной замены. Ресурс данных участков трубопроводов можно продлить после адресного ремонта и устранения этих дефектов. 

 

 

Рис. 7.  Распределение выявленных недопустимых дефектов N, шт. / трубопровод; M – число обнаруженных труб с недопустимыми дефектами в 2010 г. (9 шт.) и в 2011 г. (263 шт.): синий и красный цвета соответственно

 

   Примеры дефектов, выявленных на Самотлорском месторождении при сплошном сканировании трубопроводов с применением приборов PS- 2000 фирмы TesTex и длинноволнового метода, приведены на рис. 8 – 12. 

Рис. 8. Низконапорный водовод подтоварной воды КНС-26 ∅530 × 8 мм: а — участок водовода до вырезки катушки; б — язвенная коррозия с остаточной толщиной стенки до 1,9 мм

 

 

Рис. 9. Трубопровод выхода нефти с первой ступени сепарации до ОГ-200, КСП-10, ∅530 × 10 мм, L = 150 м с дефектом «ручейковая коррозия» длиной 5 м (была запланирована реконструкция трубопровода, который после адресного кап. ремонта вновь был запущен в эксплуатацию)

 

 

Рис. 10. Газопровод узла давления и учета газа на ГПЗ, КСП-9 Самотлорского месторождения, ∅530 × 8 мм, L = 150 м с обнаруженными многочисленными дефектами в виде утонения стенки до недопустимого значения (остаточная толщина 2,8 мм) по нижней образующей

 

 

Рис. 11. Низконапорный водовод (марка стали Ст20) подтоварной воды КНС-26 Самотлорского месторождения, ∅530 × 8 мм протяженностью 400 м (год ввода в эксплуатацию — 1993) с язвенной коррозией под слоем отложений с разной остаточной толщиной стенки: а — 1,9 мм; б — 3,9 мм

 

 

Рис. 12. Водовод выхода подтоварной воды с РВС № 1 – 4 на насосы некондиционной нефти № 1, 2 КСП-9 Самотлорского месторождения, ∅426 × 8 мм, L = 20 м с обнаруженной вмятиной глубиной 8 мм (была покрыта слоем шпатлевки и закрашена краской)

 

   В начале 2012 г. с целью повышения выявляемости дефектов было принято решение о сплошном сканировании трубопроводов без теплоизоляционного покрытия приборами фирмы TesTex. В результате выявляемость недопустимых дефектов (по состоянию на 9.04.2012) составила 10 шт. / км. Таким образом, эффективность сплошного сканирования выросла в 2,8 раза по сравнению с 2011 г. и в 45 раз по сравнению с результатами стандартного диагностирования. Причины роста: 

– изменение подхода к принципам сплошного сканирования, применение приборов и методов НК в зави- симости от типа прокладки трубопровода (наземные, уложенные на грунт или подземные трубопроводы), а также типа покрытия (теплоизолированные, изолированные лентой типа ПВХ и трубопроводы без изоляции);

– повышение квалификации специалистов, проводящих сплошное сканирование;

– расследование аварий, произошедших после сплошного сканирования ЗАО «НЦТО» (извлеченные уроки);

– наработка собственной базы данных о техническом состоянии трубопроводов, принадлежащих ОАО «СНГ».

    Заключение

 

   Таким образом, благодаря внедрению концепции сплошного сканирования удалось повысить выявляе- мость дефектов в 45 раз по сравнению с традиционными методами контроля. Новый подход позволил компании «Самотлорнефтегаз» сэкономить значительные средства на замене трубопроводов путем перехода к адресному ремонту, а также в короткие сроки значительно повысить эксплуатационную на- дежность большого количества обследованных трубопроводов и дать реальную оценку их технического состояния. 

   В 2012 г. с целью повышения эффективности сплошного сканирования трубопроводов ЗАО «НЦТО» было предпринято следующее: 

1. Для увеличения производительности принято решение создать вторую инспекционную группу. Приобретен дополнительный комплект электромагнитной системы фирмы TesTex — Prodigy 8C и ультразвуковая система TTF+ производства компании Plant Integrity Ltd, реализующая длинноволновый метод, способная фокусироваться на предполагаемом дефекте для более детального его обследо- вания.

2. Предложено все трубопроводы без теплоизоляционного покрытия при надземном способе прокладки диагностировать путем сплошного сканирования их поверхности электромагнитными системами произ- водства TesTex.

3. Разрабатывается аналогичный подход к сплошному обследованию днища и стенок резервуаров с использованием системы Falcon фирмы TesTex.

______________________________________

**ЗАО «НЦТО» было основано в 1999 г. группой специалистов, имеющих огромный практический опыт
работы в нефтяной и газовой промышленности, энергетике, машиностроении. На сегодняшний день
это крупнейшее в регионе предприятие, решающее задачи безопасной эксплуатации технических
устройств, эксплуатирующихся на опасных производственных объектах. На протяжении 12 лет
ЗАО «НЦТО» предлагает вниманию своих клиентов последние разработки ведущих мировых
производителей диагностического оборудования и внедряет самые современные методы НК
и диагностики различных технических объектов.
В настоящее время в центре работают высокопрофессиональные эксперты и специалисты
по всем видам деятельности, на которые распространяется лицензия предприятия. Повышение
квалификации сотрудников осуществляется как на территории РФ, так и за рубежом в учебных
центрах США и Великобритании с выдачей соответствующих международных сертификатов.
В собственности компании находится самое современное диагностическое оборудование
производителей с мировым именем (TesTex, Plant Integrity Ltd, и т. д.).