2. Аварии трубопроводов

Безаварийная работа магистральных трубопроводов - одно из основных требований, предъявляемых в газовой и нефтяной отраслях к трубопроводам в связи с их большой протяженностью и старением (значительная часть магистральных трубопроводов в нашей стране находятся в эксплуатации 20-30 лет и более). Выход из строя магистрального трубопровода из-за аварийного отказа может привести к нарушению нормальной работы отдельных экономических районов в связи с перебоями подачи газа, нанести большой материальный ущерб, а часто - и человеческие жертвы.

В настоящее время на территории Российской Федерации эксплуатируется 241,6 тысяч километров магистральных и около 350 тысяч километров промысловых трубопроводов. По протяженности подземных трубопроводов для транспортировки нефти и газа Россия занимает второе место в мире после США. При этом основные фонды трубопроводного транспорта России стареют с возрастающей скоростью - например, средний возраст газопроводов Северо-Запада составляет 30 - 35 лет, что неизбежно приближает кризисные явления. Средняя частота аварий в России за последние 10 лет составляет 0,17 аварий/год/1000 км для газопроводов и 0,25 аварий/год/1000 км для нефтепроводов [1, 2].

Основными причинами аварий на трубопроводах являются повреждения в результате внешних воздействий при производстве труб, их монтаже и эксплуатации, а также наружная коррозия, в том числе общая язвенная коррозия и коррозионное растрескивание под напряжением.

Наиболее уязвимыми на сегодня являются магистральные газопроводы Северного коридора - многониточной системы газопроводов, проложенных из районов северных месторождений (Уренгойское, Заполярное, Медвежье и др.) до границ Белоруссии с одной стороны и до границы с Финляндией - с другой. В том же коридоре проходит трасса строящегося магистрального газопровода Ямал - Европа.

В последние годы выделяется высокая доля аварий именно этого участка магистральных трубопроводов по причине стресс-коррозии (71,0%). В 2003 г. 66,7% аварий также имели стресс - коррозионные характер. Распределение числа аварий по годам здесь представлено на рис.2.1.

Рис.2.1 Распределение аварийных разрушений МГ ООО “Севергазпром” в 1981-2003 гг. для труб диаметром 1020…1420 мм

В последние годы в России основной проблемой аварии магистральных газопроводов является стресс-коррозия. Стресс-коррозия является причиной более 50% всех аварий на северо-западных магистралях начиная с 2003 года. Мониторинг состояния почти 10000 км магистральных газопроводов Северного коридора с помощью внутритрубных снарядов-дефектоскопов, выполненный в 2002 году, позволил установить, что из 22.500 дефектов почти половину составляет коррозионные дефекты и дефекты стресс-коррозионного происхождения глубиной от 15 до 30% от толщины стенки трубы. Достаточно большой процент в общем количестве дефектов занимают дефекты проката, ликвационные полосы, зоны расслоений, дефекты кольцевых швов, дефекты продольных сварных швов. Количество дефектов коррозионного растрескивания под напряжением составляет 5-6 на каждом 5-ти километровом участке трубопровода.

Таблица 2.1 Данные о разрушениях магистральных газопроводов Северного коридора в процессе эксплуатации за период с 2001 по 2003 годы.

Таким образом, доминирующим механизмом разрушения является коррозионное растрескивание под напряжением (стресс-коррозия).

Растрескивание под напряжением труб происходит при одновременном воздействии растягивающих напряжений, агрессивной среды и при наличии электрохимической антикоррозионной защиты, которая применяется для предотвращения активной почвенной коррозии и электрокоррозии труб. Начальная стадия стресс-коррозионного повреждения представляет собой зарождение продольных поверхностных полуэллиптических трещин, располагающихся в полосе трубы, имеющей обычно размеры не более 400 мм поперек трубы и до нескольких метров в длину. Размеры этой поврежденной области определяются, в основном, состоянием изоляции трубы и размерами области насыщенного водой грунта, в которой создались благоприятные условия для зарождения и развития стресс - коррозионных трещин. Типичный вид стресс-коррозионных трещин показан на рис.2.2.

Рис.2.2 Стресс-коррозионные трещины в трубе аварийного магистрального газопровода.

В процессе развития сети полуэллиптических трещин увеличивается их длина и глубина, пока они не объединяются в единую поверхностную трещину глубиной до 0.5 толщины стенки трубы и длиной, определяющейся протяженностью поврежденной области. Если размеры трещины превысят критические, определяемые характеристиками трещиностойкости материала и напряжениями в трубе, данная трещина явится очагом развития магистральной хрупкой или вязкой трещины. Развитие вязкой магистральной трещины в газопроводах приведет к протяженным разрушениям с тяжелыми последствиями из-за большой энергии сжатого газа в протяженном газопроводе (расстояние между компрессорными станциями составляют многие десятки километров). Вязкие магистральные трещины в нефтепроводах не развиваются из-за отсутствия запасенной энергии в сжатой жидкости (нефти). Типичная поверхностная стресс-коррозионная трещина большой протяженности, образовавшаяся путем слияния отдельных развившихся полуэллиптических стресс-коррозионных трещин, показана на рис.2.3.

Рис.2.3 Поверхностная стресс-коррозионная трещина, послужившая очагом протяженного вязкого разрушения газопровода.

Стресс-коррозия трубопроводов является результатом тяжелых условий эксплуатации подземных трубопроводов, подверженных воздействию почвенных вод различного химического состава, неэффективной полимерной пленочной гидроизоляции большинства эксплуатирующихся в нашей стране трубопроводов и следствием применения электрохимической защиты трубопроводов. Современная многослойная гидроизоляция, выполняемая на заводах-изготовителях труб, является несопоставимо более надежной по сравнению с изоляцией полимерной пленкой, выполнявшейся при прокладке трубопроводов в 60-90 годы прошлого века. Применение современной заводской изоляции позволит в будущем если не решить полностью, то значительно снять остроту проблемы стресс-коррозионных повреждений трубопроводов.

Необходимость электрохимической защиты можно проиллюстрировать случаем протяженного разрушения магистрального газопровода, вызванного локальной электрокоррозией блуждающими токами.

На рис.2.4 и 2.5 приведены соответственно общий вид электро-коррозионного повреждения и профиль трубы в зоне повреждения.

Рис.2.4 Электро-коррозионное повреждение со свищем, развитие которого привело к протяженному разрушению магистрального газопровода. Размер повреждения 200 мм вдоль трубы х 100 мм поперек трубы. Изоляция пленочная. Электрохимическая защита.

Рис.2.5 Профилограмма участка электро-коррозионного повреждения. Номинальный наружный диаметр трубы 1020 мм, толщина стенки 8 мм.

Пример данной аварии говорит об опасности электрокоррозионных повреждений магистральных газопроводов, особенно расположенных рядом с электрифицированными железными дорогами и линиями электропередач. Необходимо улучшение качества изоляции трубопроводов. На трубопроводах с пленочной изоляцией применение электрохимической защиты является, безусловно, необходимой мерой защиты от общей и электро-коррозии. материал труба газопровод металл

Механические повреждения трубопроводов при строительстве и эксплуатации также могут приводить к авариям. Наиболее вероятно образование сквозных дефектов ограниченных размеров, которые при достаточно высокой вязкости металла труб не приводят к протяженным разрушениям. В этом случае образуется свищ, который для газопроводов не является опасным, если может быть вовремя обнаружен и отремонтирован. Для нефтепроводов свищи являются большой проблемой, так как утечка нефтепродуктов приводит к загрязнению окружающей среды.

Таким образом, среди всех видов разрушений можно выделить протяженные вязкие разрушения газопроводов, представляющие наибольшую опасность. Остановимся на них более подробно.