Совершенствование методов планирования ремонтных работ на основе анализа надежности нефтепроводной системы

The author presents the methodology for identifying risks in operation of main oil pipelines, which can be based upon in improvement of methods for planning overhauls of the main pipelines. A method for calculating reliability indicators of the system is reviewed, including analysis of the type distributions of the system elements failures pattern. The reliability of the system is determined by purely mathematical operations on the obtained distributions. Such an approach is typical for the system (structural, mathematical) theory of reliability, the key task thereof being the transition from the elements reliability indicators to the system reliability indicators. It is advisable to resolve the problems of calculating the actual reliability of a complex technical system taking for consideration the dependencies of its elements, based on the approach assuming that reliability of the elements and the system shall be calculated in the general multi-level simulation process wherein both physical and structural models are used. Physical models of elements reliability are used at lower levels, while structural models are used at higher ones. Установлена своевременность и актуальность идентификации и формализации структурно-логических связей показателей эксплуатации линейной части магистральных нефтепроводов. Представлена методология идентификации рисков при эксплуатации магистральных нефтепроводов, которая может быть положена в основу совершенствования методов планирования их капитальных ремонтов. Рассмотрен метод для расчета показателей надежности технической системы, предусматривающий анализ типовых распределений отказов ее элементов. Надежность системы находится чисто математическими операциями над полученными распределениями. Подобный подход характерен для системной (структурной, математической) теории надежности, основной задачей которой является переход от показателей надежности элементов к показателям надежности системы. Задачи расчета реальной надежности сложной технической системы с учетом зависимостей ее элементов целесообразно решать на основе подхода, который состоит в том, что расчет надежности элементов и системы проводится в общем многоуровневом имитационном моделирующем процессе с применением физических и структурных моделей. Физические модели надежности элементов используются на низших уровнях, а структурные модели – на высших.

Assessment of the Thermal Radiation Spread in Special Conditions

Increase of the requirements for the safety of hazardous production facilities stimulates the development and improvement of the methodological approaches to accidents consequences assessment on the main gas and other pipelines. Existing models for determining heat fluxes from radiating flame surfaces are focused on assessing damage under standard conditions when the epicenter of the accident is at the same altitude level with potential recipients and there are no barriers between them. In practice, special conditions are often implemented, in particular: fires on the pipelines located in the mountainous areas, safe passage of aircraft near the burning site, protection of objects from thermal radiation by installing impenetrable screens. Approaches are proposed related to assessing heat fluxes at the receiving sites located at different altitude levels with the fire source, as well as during accidents with ignition on the gas pipelines in the presence of screens protecting against thermal radiation. A parameter is introduced that describes the effect of the multilevel location of the source and the recipient on radiation — the coefficient of change in the thermal radiation flux from the side surface of a column-type fire in the absence of a wind, depending on the location height and distance in relation to the ground source of combustion of the site receiving the radiation. An expression is given for determining safe height of the flight of aircraft over a column-type fire in the range of flame heights from 50 to 850 m. Isolines of the fields of heat fluxes from the flame of a high-speed flat jet are calculated when the radiation is screened by a wall located at a normalized distance. The results obtained make it possible to predict the consequences of accidents on the main gas pipelines with gas ignition considering the relief, to assess the boundaries of safe corridors for flights of the aircraft near gas pipelines, and to efficiently develop means of protecting objects surrounding the main pipelines from thermal radiation from a flat torch.

On the assessment of the potential for extracting information on defects in the main pipeline by the method of radar analysis of natural oscillation frequency

The paper deals with the issue of diagnostics of main pipelines by the vibration method, exploring the influence of the formation of cracks in the walls of the pipeline on the change in the frequency characteristics of the pipeline. By analyzing the difference in the natural oscillation frequency of a pipe with a crack and without it, it is possible to assess the location of the defect with a certain accuracy. The issue of the possibility of reading the natural oscillations of the main pipeline from the surface of the soil located above the pipeline is also being studied.

Features of designing underwater crossings of main pipelines under the conditions of riverbed and floodplain multi-branchness

Многолетняя практика применения регламентных норм учета русловых процессов и механизма транспорта донных руслоформирующих наносов подтверждает надежность принятых расчетов для проектирования и строительства подводных переходов магистральных трубопроводов (ППМТ) через большинство средних и крупных рек России. Но для рек, «перегруженных» донными наносами, традиционные расчетные методики параметров подводной траншеи трубопровода с учетом заносимости оказываются недостаточными и требуют дополнительных решений. Данная проблема была выявлена при строительстве основной и резервной ниток ППМТ ВСТО-2 через реку Амур и обусловлена гидроморфологическими особенностями, спецификой водного режима и значительным расходом донных наносов, характерными для этого водного объекта. В настоящей статье представлена усовершенствованная технология разработки траншеи ППМТ путем создания так называемых ложных траншей на участках с максимальными удельными расходами донных наносов. На примере строительства ППМТ ВСТО-2 (резервная нитка через реку Амур) рассмотрены сложности проектирования и строительства трубопровода при значительных объемах транспорта донных наносов, проанализированы риски строительства в данных условиях, описаны планирование и реализация технического решения по созданию ложных траншей для перехвата донных наносов. The long-term practice of regulatory standards for recoding of river bed evolutions and the transport mechanism of bottom riverbed-building sediments proves reliability of the adopted calculations for design and construction of underwater crossings of main pipelines through majority of medium and large rivers of Russia. However, in respect of the rivers which are «overloaded» with bottom sediments, the conventional calculation methods of parameters of the underwater pipeline trench, considering sediment accumulation, are insufficient and require additional solutions. This problem was identified during construction of the underwater crossing of the ESPO-II pipeline system across the Amur River and is associated with hydromorphological features, specifics of the water regime and significant flow rate of bottom sediments typical for this water body. This article presents an improved technology for developing an underwater trench by establishment of so-called false trenches in the areas with maximum specific flowrate of bottom sediment. Based on the example of construction of the underwater crossing of the reserve pipeline leg, the difficulties related to design and construction of a pipeline with significant amount of bottom sediment transport are considered, risks of construction under these conditions are analyzed, planning and implementation of a technical solution for establishment of false trenches for intercepting bottom sediment are described.

Optimization of the design of the pig launcher-receiver chambers of cleaning and diagnostic tools

По результатам проведенного анализа конструктивных решений камер пуска-приема средств очистки и диагностики (КПП СОД), применяемых при технической диагностике и техническом обслуживании магистральных трубопроводов в России и за рубежом, был установлен ряд проблем существующих конструкций, снижающих эксплуатационную надежность данного вида оборудования. Это, в свою очередь, обусловило актуальность задачи оптимизации конструкции КПП СОД, в том числе в части унификации используемых при их изготовлении деталей, увеличения доли заводских изделий. Были приняты решения, обеспечившие комплексный подход к вопросу повышения надежности и ремонтопригодности оборудования - разработана новая конструкция КПП СОД, позволяющая снизить металлоемкость и трудоемкость при изготовлении, сократить эксплуатационные затраты, повысить технологичность и прочностные характеристики. В рамках решения данной задачи выполнены расчетно-теоретические исследования с применением прикладного программного комплекса SIMULIA Abaqus. Надежность оптимизированной конструкции подтверждена результатами испытаний на прочность опытного образца КПП СОД с номинальным диаметром рабочей камеры DN 1000. Разработан типоразмерный ряд КПП СОД усовершенствованной конструкции с номинальными диаметрами рабочей камеры DN 150-1200 для применения на магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах. Based on the results of the analysis of the design solutions of launching and receiver stations of pipeline inspection gauges (pig launchers-receivers) used in process diagnostics and maintenance of main pipelines in Russia and abroad, a number of applied design issues was established. This, in turn, led to the relevance of the issue of optimizing the design of pig launchers and receivers, including the unification of parts used in their manufacture, thereby increasing the share of factory-made products. Decisions were made that provided a comprehensive approach to the issue of improving the operational reliability of this type of equipment - a new design of pig launchers and receivers was developed, which allows to reduce production metal consumption and labor intensity, reduce operating costs, increase constructability and reliability. As part of the solution of this issue, computational and theoretical studies using the SIMULIA Abacus software package were carried out. The reliability of the optimized design is confirmed by the results of durability tests of the pig launcher and receiver prototype with the nominal diameter of the working chamber of DN 1000. A dimension range of advanced designs of pig launchers and receivers with nominal working chamber diameters of DN 150-1200 for use in main oil and petroleum product pipelines was developed.

Experimental substantiation of the corrosion rate of pipe steel

Определяющее значение в развитии дефектности металла труб имеет коррозионный фактор, а также деградация механических свойств трубных сталей в процессе эксплуатации трубопроводов. Авторами приведены результаты экспериментальных исследований по оценке скорости коррозии и склонности к трещинообразованию трубных сталей, наиболее распространенных на длительно эксплуатируемых магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах. Разработана методика определения количественных показателей коррозионно значимых параметров для обоснования вывода в капитальный ремонт трубопроводов на основе результатов натурных экспериментальных исследований скорости коррозии фрагментов трубной стали при различных условиях поляризации и коррозионной активности грунта. Объект исследования - фрагменты труб (пластины) 50×50×3 мм, изготовленные из стали марок 09Г2С и 17Г1С. Полученные результаты позволили сформулировать рекомендации по уточнению количественных критериев коррозионно значимых факторов для обоснования вывода трубопровода в капитальный ремонт: 1) необходимо учитывать марку трубной стали (установлено, что сталь 17Г1С на 20-30 % более устойчива к коррозии, чем сталь 09Г2С, особенно в части образования локальных повреждений - язв и питтингов); 2) при значениях удельного электрического сопротивления грунта менее 20 Ом⋅м скорость коррозии возрастает примерно на порядок независимо от марки стали и наличия системы электрохимической защиты. This work presents the results of experimental studies on the assessment of the corrosion rate and the cracking tendencies of pipe steels, most common in the main oil and oil product pipelines that have been used for a significant amount of time. A methodology was developed for determining quantitative indicators of corrosion-significant parameters to justify the overhaul of main pipelines based on the results of field experimental studies of the corrosion rate of pipe steel fragments under various conditions of polarization and corrosive activity of the soil. The object of the study is pipe fragments (plates) with the dimensions of 50×50×3 mm, made of steel with the grades 09G2S and 17G1S. The results made it possible to formulate recommendations for refining the quantitative criteria of corrosion-significant factors to justify the overhaul of the pipeline: 1) it is necessary to take into account the pipe steel grade (it was found that 17G1S steel is 20-30 % more resistant to corrosion than 09G2S steel, especially in the formation of local damages - corrosion pits and pittings); 2) at values of specific soil resistance less than 20 Ohm⋅m, corrosion rate increases by about an order, regardless of the steel grade and the usage of an electrochemical protection system.

Improving reliability of shut-off and control fittings in main pipelines using a quality management mechanism

Отказ трубопроводной арматуры приводит к значительным убыткам, связанным с потерей транспортируемого продукта, вынужденной остановкой трубопровода, ликвидацией последствий утечек. В этой связи задача обеспечения надежности запорной, регулирующей и запорно-регулирующей арматуры (ЗРА), поставляемой для нужд топливно-энергетического комплекса, включая трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов, имеет безусловную актуальность и значимость. Цель статьи - анализ системы оценки соответствия ЗРА, поставляемой на объекты магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов. Рассмотрены основные требования к данному виду трубопроводной арматуры, установленные в государственных и отраслевых нормативно-технических документах, проблемы, возникающие в процессе ее оценки. На основе практического опыта определено, что наилучшие результаты в области контроля и повышения качества трубопроводной арматуры на всех стадиях ее жизненного цикла обеспечивает комплексная система оценки соответствия ЗРА, включающая в себя проведение экспертизы технической документации, комплексного аудита производителя и испытаний изделий в сочетании с обменом информацией между изготовителями и организациями, эксплуатирующими поставляемую продукцию. The problem related to reliability of shut-off fittings, control fittings and shut-off and control fittings (SCF) supplied for the needs of the fuel and energy sector, including pipeline transport of oil and petroleum products, is of absolute urgency and importance. The purpose of the article is to analyze assessment system of conformity of the SCF supplied to the main oil and oil product pipelines. Within the framework of the work, the main requirements for this type of pipeline fittings established in state and industry regulatory and technical documents, problems arising in the process of its assessment are considered. Based on practical experience, it was determined that the best results in the field of control and improvement of quality of the pipeline fittings at all stages of their life cycle are achieved using a complex assessment system of conformity of the SCF, which includes examination of technical documentation, comprehensive audit of the manufacturer and testing of product in combination with the organization of information exchange between the manufacturers and the companies operating the supplied products.

FORMATION OF A MATHEMATICAL MODEL AND ALGORITHM FOR IMPLEMENTATION OF CALCULATION MAIN PIPELINE - OF SHELL STRUCTURE

The paper considers methods of numerical calculation of elements of shell structures - main pipelines under various types of loading. Refined equations of motion for cylindrical shell structures are given. To solve boundary value problems of thin-walled structures, the Bubnov-Galerkin method, finite differences using the sweep method is used. As an example, the solution of the boundary value problem of a cylindrical shell under static loading by the finite difference method is given. And also the results of the study of the numerical convergence of the calculated values.

The issue of "oil shrinkage" during the compounding of oils in the processes of production, collection, preparation and transportation of hydrocarbon raw materials

The article discusses the issue of industrial compounding, which improves the quality of the raw materials supplied to the main pipelines. Compounding from "to compound" (English) - to mix. When mixing different types of oil obtained, "incompatibility" is possible, which is expressed in the precipitation of a solid sediment and violation of the stability of the colloidal system and due to the differing properties of oils. Attention to this problem is due to the tightening of requirements for the quality of raw materials that must comply with modern standards. The article discusses the causes of the problem of "incompatibility" of oil during compounding and effective ways of solving it, substantiates the need for a preliminary study of the properties of mixed oil in order to identify possible incompatibility of various types of oil. The standard tests for determination of incompatibility indices characterizing the ability of raw materials to mix are considered. The article substantiates the need to develop methods for diagnosing the incompatibility of oils as the most important task of modern chemical science, the solution of which will improve the quality of the raw material obtained and solve many technological problems in the compounding process.