ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Проблемы надежности и безопасности объектов топливно-энергетического комплекса из "Акустическая диагностика и контроль на предприятиях ТЭК" Большие трубопроводные системы (БТС). Одним из свойств комплексного понятия надежность является безопасность - способность объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды. Многие из отказов объектов ЕГСС сопряжены с утечками, выбросами взрывоопасного или токсичного газа. Аварийные ситуации могут не только приводить к нарушению технологических процессов, но и причинять вред здоровью людей и наносить ущерб природе. В соответствии с этим, наряду с отказами технологическими, следует рассматривать отказы по безопасности. Еще более существенны аналогичные проблемы в атомной энергетике вследствие ее большей потенциальной опасности. [c.20] Существуют различия между ЕГСС и трубопроводными системами, транспортирующими жидкости, в частности, в капельном состоянии [26]. В трубопроводах для транспортировки жидкостей при изменении режимов возникают ударные волны, которые могут быть причиной аварии и отказов оборудования. Благодаря сжимаемости газа процессы в газопроводах более инерционны. Ударные волны в газе при имеющих место в эксплуатации скоростях течения не представляют опасности для труб, запорного и компрессорного оборудования, так как возникающие скачки давления сглаживаются и переход от одного режима к другому происходит плавно. Длительность переходных процессов в магистральных газопроводах варьирует от нескольких десятков минут до нескольких часов. Поэтому отказы оборудования обычно не приводят к отказам на смежных компрессорных станциях (КС). Чем больше система, тем меньше сказываются последствия единичных отказов на результатах работы всей системы. Дефицит располагаемой мощности на одной из КС может быть частично возмещен за счет интенсивной работы смежных КС. Поскольку обычно несколько параллельных газопроводов работают с открытыми перемычками, то и поток флюида при отказах линейной части уменьшается пропорционально на всех гидравлически связанных нитках. Лишь при наиболее значительных отказах, которые следует квалифицировать как ава -рии, существенное отклонение режимов от номинальных происходит на нескольких последовательно расположенных КС. [c.20] Для объектов БТС характерны частичные отказы, в большинстве своем носящие характер постепенного ухудшения эксплуатационных свойств системы и относящиеся к числу постепенных отказов. К ним относятся уменьшение проходной площади поперечного сечения трубы из-за выноса песка, накопление конденсатов или гидратов в трубопроводах и отложений парафина на стенках нефтепроводов, что приводит к увеличению коэффициентов гидравлического сопротивления (или уменьшению эффективности) линейных участков. Утечки газа, если они прогрессируют (например, из-за коррозионных процессов), также являются примером постепенной потери работоспособности. Они приводят к тому, что из полностью работоспособного состояния объект переходит в частично работоспособное состояние. [c.21] Частичные отказы происходят систематически, поэтому меры борьбы с ними предусмотрены правилами технической эксплуатации. Ликвидация закупорок проводится химическими (заливка метанола против образования гидратов и др.) и механическими (пропускание скребков для очистки) способами. Частичными отказами являются снижение мощности оборудования из-за износа, уменьшение производительности скважин в процессе эксплуатации. [c.21] Для предотвращения тяжелых отказов (разрыв трубы) на газопроводах, находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии, производится снижение рабочего давления. Тем самым уменьшается производственная мощность объекта, что должно быть квалифицировано как частичный отказ системы. [c.21] Надежность БТС непосредственно связана с качеством продукта, которое включает качество подготовки газа и нефти к транспорту, компонентный состав продукта, содержание примесей, калорийность газа. Подготовка газа заключается в удалении вредных примесей и осушке промысловая подготовка нефти предусматривает ее обессоливание и обезвоживание. Качество подготовки непосредственно влияет как на показатели надежности, так и на эффективность работы предприятий ЕГСС. Наличие агрессивных примесей способствует активизации процессов внутренней коррозии и снижению долговечности оборудования. Недостаточная осушка газа приводит к более интенсивному образованию отложений во внутренней полости трубы. Все эти процессы также классифицируются как постепенные отказы. [c.21] Тенденции развития БТС обостряют проблемы надежности, требуют тщательной проработки решений при проектировании объектов, качественного улучшения техники и технологии, создания больших производственных ресурсов для компенсации отказов различных типов. Номенклатура и условия эксплуатации трубопроводов весьма разнообразны, но одним из их общих свойств является старение. Многие трубопроводы исчерпали свой проектный ресурс, а их замена является дорогостоящим и не всегда реальным мероприятием. Кроме того, в силу рассеяния реальных рабочих ресурсов трубопроводов их эксплуатация в проектных режимах еще не является гарантией их безопасности. [c.21] Долговечность трубопроводов газового комплекса во многом зависит от того, насколько своевременно введена электрохимическая защита. Интенсивность отказов из-за коррозии на трубопроводах с катодной защитой составляет 0,08 отказа на 1000 км в год. На долговечность и безотказность труб влияют разнообразные случайные факторы. Некоторые из них проявляются постоянно, другие же обусловлены причинами, повторение которых маловероятно или вообще исключено. Например, в связи с прекращением поставок импортного оборудования (по политическим мотивам) в свое время было чрезмерно форсировано производство труб на отечественных заводах, что привело к резкому ухудшению их качества. Поэтому не удивительно, что срок жизни трубопроводов колеблется в широких пределах. Если один из первых построенных в б. СССР газопроводов Дашава-Киев, после 40 лет эксплуатации находился в работоспособном состоянии, то некоторые газопроводы, построенные в последующие годы, з е полностью вышли из строя. [c.22] Специфические условия Западной Сибири и Крайнего Севера также снижают надежность проложенных там трубопроводов. Грунты, особенно многолетнемерзлые, характеризуются локальными неоднородностями, которые трудно предусмотреть при проектировании и учесть при строительстве. В ре -зультате со временем происходит смещение первоначального положения пле -ти, увеличиваются внутренние напряжения в теле трубы, что резко повышает вероятность появления трещин и разрывов металла. Переход к трубам большого диаметра сопряжен с увеличением влияния температурных факторов на продольную устойчивость, сохранность и долговечность изоляционных покрытий. [c.22] Серьезные последствия для окружающей среды имеют постепенно развивающиеся нарушения из-за техногенного воздействия на природу при строительстве газопроводов. К таким нарушениям относятся заболачивание местности, размывание грунтов из-за повреждения растительного покрова, термо-абразивное разрушение береговой линии в местах пересечения рек трубопроводами, засоление отдельных участков при нарушении режимов фильтрации почвенных вод и др. Может оказаться, что некоторые нежелательные эффекты пока еще неизвестны. При разведке и разработке месторождений, при эксплуатации газопроводов имеют место потери природного газа. Метан -газ более легкий, чем воздух, мигрирует в верхние слои атмосферы. Установлено, что процесс накопления метана в атмосфере является одной из главных причин парникового эффекта. Необратимые изменения состава газовой оболочки Земли могут привести со временем к катастрофическим последствиям. [c.22] поставляемых смежными отраслями (машиностроение, металлургия), качеством строительства и монтажа объектов, наработкой и техническим ресурсом оборудования, а также условиями эксплуатации. Весьма широк сортамент применяемых труб, как по диаметру, так и по маркам стали. Оборудование БТС чрезвычайно разнообразно по функциональному назначению и номенклатуре, зачастую выпускается малыми сериями. Если та или иная модель выпускается длительное время, ее конструкция подвергается неоднократной модернизации, и качество изготовления не всегда остается высоким. Перекачивающие агрегаты - газовые компрессоры и жидкостные насосы - представляют собой сложные механизмы, состоят из различных функциональных блоков и сами по себе могут рассматриваться как технические системы, изучение надежности которых представляет большой интерес. Отказы агрегатов вызываются разрушением механической части, несрабатыванием автоматики, нарушением правил технической эксплуатации, а также внешними причинами, из которых наиболее часто встречаются перерывы в электроснабжении. [c.23] Безотказность работы оборудования во многом зависит от условий его эксплуатации. Запыленность воздуха в пустьшных и полупустынных районах приводит к снижению срока службы агрегатов. Особые условия эксплуатации имеют место на промыслах и заводах, принимающих газ с агрессивными добавками. [c.23] Состояние перекачивающих агрегатов контролируется системами диагностики, разнообразными по конструкции и принципам действия. С совершенствованием методов контроля и появлением новых поколений диагностического оборудования улучшаются показатели надежности агрегатов. [c.23] Экономичность и безопасность эксплуатации ядерных энергетических установок в штатных, переходных и аварийных режимах зависит от безотказной работы насосов, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя в активной зоне, парогенераторах и вспомогательных контурах реактора. В наиболее жестких эксплуатационных условиях функционируют насосы первого контура - главные циркуляционные насосы (ГЦН), прокачивающие облученный теплоноситель, находящийся при высоком давлении и температуре. Из-за большого радиационного фона непосредственный доступ персонала для профилактического осмотра этих насосов затруднен. Поэтому к надежности и работоспособности ГЦН предъявляют повышенные требования, причем проблема заключается в организации оптимального технического обслуживания насосов не по регламенту и наработке, а по их фактическому состоянию. Наиболее уязвимыми узлами ГЦН в настоящее время являются уплотнения и подшипники скольжения. Опыт эксплуатации АЭС в течение 250 реакторо-лет и проведение 128 перегрузок показывают, что отказы ГЦН из-за неисправностей уплотнений относятся к числу основных причин ежегодных простоев АЭС с водо-водяными реакторами типа ВВР, а надежность ГЦН в значительной степени определяется работоспособностью подшипниковых опор. [c.23] Велико влияние климатических и погодных условий, которые непосредственно сказываются на интенсивности отказов оборудования и на времени ликвидации аварий. Кроме того, от погодных условий зависит производственная мощность объектов. Например, при повышенных температурах падает рабочая мощность газотурбинных установок и, следовательно, пропускная способность газопроводов температура перекачиваемого газа влияет на энергетические затраты по его перекачке еще более существенно влияние температуры нефти на режимы работы МН. Прямым источником аварий могут служить природные воздействия (землетрясения, наводнения, лесные пожары). Не менее опасны для трубопроводов воздействия антропогенного характера. Много аварий возникает при применении мощной техники для земляных работ в районах с развитыми трубопроводными сетями. [c.24] Многократно возрастает цена аварий, сопряженных с выбросами агрессивных и токсичных жидкостей и газов, увеличиваются потери при единичной аварии на промыслах со сверхвысоким давлением и время ее ликвидации. Тем самым для указанных ситуаций проблема надежности сводится не только и не столько к безотказности, сколько к безопасности и живучести. [c.24] Диагностика БТС и оборудования. Улучшению показателей надежности и уменьшению аварийности на объектах БТС способствует своевременность профилактического обслуживания. Правильно выбрать сроки профилактики помогают средства и методы диагностики, которые весьма специфичны для различных видов оборудования. Особое место занимает диагностика трубопроводов подземного заложения. Из-за огромной протяженности магистральных трубопроводов и распределительных сетей практически невозможно непрерывное приборное освидетельствование как напряженного состояния в теле труб, так и сохранности изоляционных покрытий в процессе эксплуатации. Однако появляются принципиально новые методы диагностики, совершенствуются существующие методы и приборы, что создает условия для существенного повышения качества обслуживания газопроводов. Сжимаемость газа обусловливает также возможность использования внутритрубного пространства как аккумулирующей емкости. Повышение среднего давления в газопроводе имеет как положительные, так и отрицательные последствия с точки зрения надежности газоснабжения. С одной стороны, увеличение запасов в трубах обеспечивает возможность легче осуществлять маневрирование, сгладить дефицит при отказах, покрыть кратковременные пики спроса. Кроме того, чем больше среднее давление, тем меньше энергетические затраты на перекачку определенной массы газа. Но повышение давления приводит к увеличению утечек через неплотные соединения и сквозные отверстия в теле трубы (свищи). Одновременно возрастают напряжения в трубном металле и, следовательно, вероятность нарушения целостности трубы. [c.25] Диагностика трубопроводов может проводиться на основе применения любого физического метода или совокупности методов измерений. Однако практическая реализация того или иного метода может оказаться чрезмерно дорогостоящей, точность измерений - недостаточной для решения конкретной задачи, эксплуатация - излишне сложной и т.д. Кроме того, независимо от выбранного метода измерений, реализующая его измерительная система должна удовлетворять некоторым общим требованиям. Как правило, требуется, чтобы обеспечивались длительная и надежная работа без обслуживания устойчивость к различного рода помехам, в первую очередь акустическим и электромагнитным ограничение несанкционированного доступа невмешательство в нормальную эксплуатацию объекта возможность оперативной адаптации под конкретный объект документирование измерительной информации. [c.26] К аппаратуре подобного назначения предъявляются требования высокой надежности, компактности, малого энергопотребления, простых, по возможности встроенных в аппаратуру алгоритмов обработки информации, совместное применение нескольких, различающихся по физической природе методов получения диагностической информации. Для повышения достоверности заключений следует включить в число регистрируемых величин максимально возможное количество некоррелированных между собой параметров как единой, так и различающейся физической природы. [c.26] Вернуться к основной статье