Магистерский диплом на тему Разработка технических решений по ремонту нефтепроводов с коррозионными дефектами

Содержание:

Обозначения и сокращения 6
Введение 7
Глава 1. Исследование методов и средств технической диагностики и ремонта нефтепроводов с коррозионными дефектами 12
1.1 Состояние и перспективы развития нефтепроводной системы Китая 12
1.2 Обзор методов и средств технической диагностики нефтепроводов 18
1.3 Обзор существующих методов расчета на прочность трубопроводов с дефектами 26
1.4 Постановка задач исследований 38
Глава 2. Методика выбора метода ремонта нефтепровода с коррозионными дефектами по результатам диагностики (на примере участка нефтепровода Казахстан–Китай) 40
2.1 Разработка методики оценки ремонтопригодности трубопроводов 40
2.2 Оценка ремонтопригодности трубопроводов с коррозионными дефектами и дефектами типа углублений 43
Глава 3. Технология ремонта коррозийного дефекта на участке нефтепровода «Казахстан-Китай» 62
3.1 Выбор технологии ремонта по результатам диагностики 62
3.2 Описание технологии ремонта 63
3.3 Подготовительные работы 75
3.4 Подготовительные работы 77
3.5 Земляные работы 78
3.6 Изоляционные и укладочные работы 80
3.7 Испытание трубопровода 83
3.8 Разработка рекомендаций по защите нефтепровода от коррозии 85
3.8.1 Пассивные способы защиты трубопроводов от коррозии 85
3.8.2 Активные способы защиты от коррозии 87
Заключение 97
Список используемых источников 100

Введение:

С ростом спроса энергии на рынке быстро развивается трубопроводный транспорт нефти и газа. В мире построено много крупных систем газоснабжения и сетей нефтепроводов. Без эксплуатации различных видов трубопроводов невозможно представить себе жизнь в целом. Они находятся практически в каждом населенном пункте, исполнены множеством узлов и ответвлений для более надежной и качественной транспортировки газообразных и жидких веществ. Производство труб осуществляется из металлов и сплавов самых разных типов.
Китай располагает мощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения внутренней и внешней политики. Роль страны на мировых энергетических рынках во многом определяет её геополитическое влияние.
Энергетический сектор обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, способствует консолидации субъектов государства, во многом определяет формирование основных финансово-экономических показателей страны. Природные топливно-энергетические ресурсы, производственный, научно-технический и кадровый потенциал энергетического сектора экономики являются национальным достоянием государства. Эффективное его использование создает необходимые предпосылки для вывода экономики страны на путь устойчивого развития, обеспечивающего рост благосостояния и повышение уровня жизни населения.
Соответствовать требованиям нового времени может только качественно новый топливно-энергетический комплекс – финансово устойчивый, экономически эффективный и динамично развивающийся, соответствующий экологическим стандартам, оснащенный передовыми технологиями и высококвалифицированными кадрами.
Транспортная система является неотъемлемой частью ТЭК. Она расширяется за счет строительства новых и реконструкции существующих трубопроводных магистралей. Изменяется география их строительства.
Вместе с тем трубопроводы являются чрезвычайно опасными объектами. Относительно ситуации в Китае приходится констатировать факт существенного отставания нормативно-технической базы от потребностей современного трубопроводного строительства. Это вынуждает строителей обращаться к зарубежным стандартам (например, стандарту для североамериканской нефтяной промышленности — API 653, API 570), неадаптированным к китайским требованиям по расчету строительных конструкций.
Коррозия является ключевым фактором, влияющим на надежность и срок службы трубопроводных систем. Нередко встречающиеся коррозионные перфорации происходят вскоре после ввода в эксплуатацию трубопроводов. Это не только приводит к потере утечки нефти, но также приводит к потере материалов, рабочей силы и остановке производства из-за технического обслуживания, и может привести к несчастным случаям, таким как пожар из-за коррозии. Коррозия нефтепроводов серьезно сказывается на надежности трубопроводных систем, вызывая огромные экономические потери, вызывая загрязнение окружающей среды и влияя на среду обитания человека. Необходимо отметить, что на сегодняшний день большинство ремонтов нефтепроводов, как в Китайской Народной республике, так и в мире, производятся по причине коррозийных дефектов. Данный факт объясняет актуальность тематики настоящей выпускной квалификационной работы.
Тема данной выпускной квалификационной работы – «Разработка технических решений по ремонту нефтепроводов с коррозионными дефектами».
Со временем любые металлические трубы неминуемо подвергаются коррозии под действием «агрессии» внешней среды, что ведет к их разрушению. Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико–химического взаимодействия с окружающей средой [1]. Данный процесс является неизбежным, но его можно значительно отсрочить с помощью некоторых защитных способов. Для этого используются специальные составы, образующие на металлической поверхности небольшую защитную пленку, а также электрохимическую защиту, которая не дает агрессивной подземной среде влиять на структуру трубопровода. Защита трубопроводов от коррозии направлена на то, чтобы остановить или, хотя бы, замедлить все окислительные процессы.
Коррозия металлических сооружений наносит большой материальный и экономический ущерб. Она приводит к преждевременному износу агрегатов, установок, линейной части трубопроводов, сокращает сроки бесперебойной эксплуатации, приводит к авариям и, как следствие, вызывает потери транспортируемого продукта (экологические проблемы).
Цель выпускной квалификационной работы – разработка оптимального технического решения по ремонту нефтепровода с коррозионными дефектами на примере объекта в Китае.

Заключение:

Не смотря на значительный технический прогресс в сфере защиты трубопроводов от коррозии, процесс коррозионного разрушения на подземных трубопроводах имеет место быть. Более 50% отказов и аварий на газопроводах возникают вследствие губительного действия коррозионных и стресс-коррозионных процессов. На сегодняшний день, решение задачи обеспечения эффективной комплексной противокоррозионной защиты в значительной степени определяет уровень надежности и безопасности магистральных газопроводов. В свою очередь, надежность и безопасность магистральных газопроводов — важнейший приоритет для обеспечения стабильности и роста экономического потенциала предприятия и страны.
Стальные трубопроводы являются основным устройством для транспортировки природного газа и сырой нефти по всему миру, что в свою очередь связано с постоянными финансовыми затратами. Популярность и эффективность трубопроводного транспорта можно объяснить рядом факторов:
1) малые временные затраты при транспортировке углеводородного сырья на большие расстояния;
2) требуется относительно короткий период времени для запуска новых сегментов рынка;
3) высокая эффективность;
4) высокая безопасность и экологичность;
5) возможность поставок больших объемов;
6) высокая рентабельность;
7) инновационные методы проектирования, прокладки, ремонта и обслуживания;
8) возможность задействования районов со сложными климатическими и географическими характеристиками;
9) возможность выступать как в роли импортера так и в роли экспортера ресурсов.
Часто трубопровод находится в сложных климатических условия или условиях агрессивной коррозионной среды, как пример – трубопровод, проходящий по морскому дну, что накладывает определенные трудности для проведения его ремонта, реконструкции или замены. Решение данной проблемы очень трудоемкий и ресурсоемкий процесс. В соответствии с этим защита от коррозии нефтегазопроводов является первостепенной задачей при прокладке новых трубопроводов и эксплуатации уже существующих.
На сегодняшний день, основная причина выхода из строя трубопроводов приходится на разрушительное действие почвенной коррозии (не менее 50% от общего количества аварий и отказов). Таким образом, уровень надёжности газопроводов находится в прямой зависимости от уровня защиты трубопроводов от коррозии. Помимо этого, фактор коррозии, в отличие от других факторов, может быть сведен к минимуму за счет целенаправленных действий эксплуатирующей организации (служба защиты от коррозии) и своевременных диагностических обследований трубопровода.
Для борьбы с коррозией предлагается:
— применение новых конструкций и способов нанесения изоляционных покрытий;
— использование инновационных, высокоустойчивых к коррозии конструкционных материалов;
введение в коррозионную среду соединений, способных уменьшить коррозионную активность (использование ингибиторов);
— рациональное строительство и эксплуатация деталей и сооружений из металлов (использование высокоэффективных и экономичных труб);
— диагностика и мониторинг объектов (создание надежных методов обследования действующих трубопроводов без нарушения режима их работы).
На практике не удается добиться полной сплошности изоляционного покрытия вне зависимости от вида применяемого ЗП. Различные виды покрытия обеспечивают различный уровень диффузионной проницаемости и поэтому обеспечивают различную степень изоляции трубы от окружающей среды. В процессе строительства и эксплуатации в изоляционном покрытии возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными для трубопроводов являются остающиеся без защиты сквозные повреждения защитного покрытия, где возможно развитие локальной коррозии с большими скоростями на небольших (менее 1%) участках поверхности трубопровода.
По завершению выпускной квалификационной работы получены следующие результаты:
 исследовано состояние и перспективы развития нефтепроводной системы в Китае;
 произведен обзор методов и средств технической диагностики нефтепроводов;
 исследованы существующие методы расчета на прочность трубопроводов с дефектами;
 рассмотрены методы диагностики состояния нефтепроводов;
 произведен выбор метода ремонта нефтепровода по результатам диагностики;
 разработана технология ремонта коррозионного дефекта на нефтепроводе.
По завершению работы необходимо отметить, что все поставленные задачи решены, цель работы в полной мере достигнута.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Исследование методов и средств технической диагностики и ремонта нефтепроводов с коррозионными дефектами
1.1 Состояние и перспективы развития нефтепроводной системы Китая

Китай – один из крупнейших рынков энергетических ресурсов в мире, потенциал которого в ближайшие десятилетия будет существенно возрастать. Для обеспечения растущего потребления энергоресурсов Китай осуществляет формирование крупномасштабной сети трубопроводного транспорта как внутри страны, так и с учетом интеграции с международными системами энергообеспечения. За последнее десятилетие длина трубопроводной системы нефте-, газо- и продуктопроводов КНР увеличилась более чем втрое.
В течение последних нескольких лет была сформирована система транскитайских трубопроводов (Запад–Восток-1, Запад–Восток-2 и др.), позволившая доставлять газ и нефтепродукты из северо-западных районов Китая, а также из Туркменистана и Казахстана в промышленно развитые регионы на востоке страны с высоким уровнем жизни и активным энергопотреблением. Одновременно для приема сжиженного природного газа (СПГ), сырой нефти и нефтепродуктов была существенно оптимизирована и расширена система трубопроводов на востоке страны (в сыром виде – на НПЗ в СиньцзанУйгурский АО).
Общая длина трубопроводной инфраструктуры в Китае составляет около 3% от общемирового показателя. При этом по развитости нефте-, газо- и продуктопроводов Китай занимает первое место среди стран АТР (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Структура протяженности нефтепроводов стран АТР

Китай – крупнейшая по численности населения и энергопотреблению страна в мире с высоким уровнем государственного участия в отраслях ТЭК, прежде всего, в секторе добычи нефти и газа. Быстрое экономическое развитие и моторизация экономики и населения привели в последние десятилетия к ускоренному росту спроса на все виды энергетических ресурсов.
В результате быстрого увеличения потребления энергии, прежде всего, углеводородного сырья, Китай планомерно выстраивает полную и замкнутую структуру трубопроводного транспорта. Развитая трубопроводная инфраструктура гарантирует увеличение поставок импортного сырья как по международным трубопроводам, так и от морских нефтеналивных портов и терминалов. Внутри страны расширение географии собственной добычи и объема потребления углеводородов обуславливает высокие темпы строительства магистральной и распределительной трубопроводной инфраструктуры.
Учитывая быстрые темпы экономического роста и энергопотребления, следует признать, что перспективы роста трубопроводной сети в Китае значительны. Только за последнее десятилетие трубопроводная инфраструктура нефте-, газо- и продуктопроводов КНР увеличилась более чем втрое с 29 тыс. км до 88,2 тыс. км.
По ежегодным темпам роста протяженности магистральных трубопроводов лидируют продуктопроводы. С начала 2000-х гг. их протяженность в Китае увеличилась в 12 раз, что обусловлено сокращением затрат на транспортировку продуктов переработки нефти посредством замещения железнодорожного и водного транспорта – трубопроводным. Кроме того, относительно быстрыми темпами развиваются магистральные газо- и нефтепроводные сети, увеличившись за последние 11 лет в 2,7 и 2,4 раза соответственно. Существенная переориентация поставок жидких углеводородов (нефти и нефтепродуктов) с железнодорожного на трубопроводный транспорт позволила высвободить дополнительные мощности для наращивания объема перевозки угля.
Во второй половине 2000-х гг. в Китае происходило, как уже говорилось, активное строительство международных нефтепроводов. В 2006 г. закончилось формирование и введен в эксплуатацию первый международный нефтепровод, «Атасу – Алашанькоу», по которому нефть из Казахстана стала поступать в западные и центральные районы Китая. В 2011 г. в северо-восточные регионы КНР пошла первая нефть из России по трубопроводу «Сковородино–Дацин».
Дальнейшее расширение магистральной нефтепроводной сети в Китае связано с завершением строительства транскитайских линий нефтепроводов, оптимизацией нефтепроводной инфраструктуры на востоке и в центральных регионах. Кроме того, учитывая, что до настоящего времени значительный объем нефти внутри станы транспортируется по железной дороге, крупные национальные компании работают над созданием интегрированной сети нефтепроводов, которая бы всецело покрывала растущий спрос на жидкие углеводороды в Китае.