|
|
WYBRANE ZAGADNIENIA Z KONSTRUOWANIA RUROCIĄGÓW
W ASPEKCIE NIEZAWODNOŚCI ICH PRACY
Stanisław Trzop
Nieszczelność rurociągów i przyczyny ich powstania
Wysoki poziom niezawodności, jakim powinien charakteryzować się transport rurociągowy nie wyklucza całkowicie możliwości wycieku transportowego medium z rurociągu do środowiska przez powstałe nieszczelności lub też pęknięcia awaryjne. Jak wynika ze statystyki średnioroczna liczba wycieków o zagrożeniu ekologicznym wynosi 0,7 : 1,7 na 1.000 km rurociągu.
Stan pełnej zdatności eksploatacyjnej rurociągu może być naruszony przez:
Przejście ze stanu zdatności w stan ograniczonej zdatności /np. kontynuacja pracy rurociągu przy obniżonym ciśnieniu roboczym/ lub niezdatności, powodowana jest przez osłabienie ścianki rurociągu lub utratę jej szczelności.
W procesie użytkowania rurociągu od jego uruchomienia aż do wycofania z eksploatacji można wyróżnić trzy podstawowe okresy pracy charakteryzujące się różnym stopniem intensywności niezdatności użytkowej (rys. 1).
T1 - okres początkowy charakteryzujący się dużą intensywnością uszkodzeń spowodowanych wadami materiałowymi, projektowymi, montażowymi, które to w procesie badań materiałowych, montażowych oraz przekazywania rurociągu do użytkowania nie zostały wykryte. W fazie prób wytrzymałościowych i okresie wstępnej eksploatacji osiągają wartość krytyczną, są ujawniane i naprawiane.
T2 - okres normalnej eksploatacji, podczas której mogą się pojawić sporadyczne uszkodzenia.
T3 - okres, w czasie którego wzrasta intensywność uszkodzeń spowodowana starzeniem materiału. W tym okresie zachodzi potrzeba podjęcia decyzji o jego remoncie, wymianie lub wycofaniu z eksploatacji.
W zależności od poziomu technicznego i rygoru eksploatacyjnego długość okresu T2 czyli żywotność rurociągu może być przedłużona ( T4 ) lub skrócona poniżej żywotności planowanej.
Utrzymanie sprawnej ochrony biernej i czynnej oraz przeprowadzenie okresowych badań stanu technicznego rurociągu ( "in line inspection" ) przy pomocy urządzeń rejestrujących i lokalizujących zagłębienia i zniekształcenia ścianki, ubytki korozyjne, pęknięcia, rozwarstwienia, rysy podłużne i inne wady decydujące o wytrzymałości rurociągu można znacznie przedłużyć żywotność rurociągu. Istnieją przypadki eksploatacji 60 letnich rurociągów z normalnymi parametrami projektowymi - zdolnością przepustową rurociągu.
Podjęcie decyzji o wymianie starzejącego się odcinka rurociągu o wzrastającej intensywności niezdatności do pracy lub jego remoncie, względnie o obniżeniu jego przepustowości - wymaga przeprowadzenia badań określających jego faktyczny stan techniczny oraz analizyekonomiczno-technicznej jak również oceny oddziaływania na środowisko.
Awarie rurociągów. Badania na wyciętym materiale.
Nie wgłębiając się w szczegóły analityczne poszczególnych przypadków awarii, z danych widocznych na poszczególnych zdjęciach oraz orzeczeń [2] z badań wynika:
Jak wiadomo [4] do zainicjowania i rozwinięcia pęknięcia kruchego konieczne jest współdziałanie jednoczesne następujących czynników:
Czynniki te muszą przekroczyć pewien poziom krytyczny, przy czym zachodzi wzajemne powiązanie między nimi, mniejsza wielkość jednego z czynników może być równoważona przez zwiększenie pozostałych.
Szczególnie niepożądany jest efekt dodatniej fali uderzeniowej ( 5 ) jaka powstaje w rurociągu przy nie ustalonych przepływach cieczy z uwagi na dynamiczny charakter oddziaływania. Daje impuls do powstania przeciążenia udarowego bezpośrednio inicjującego pęknięcie.
Jest to tak zwany "karb eksploatacyjny" którego oddziaływanie można przez poprawne zaprojektowanie rurociągu ograniczyć i kontrolować, ale nie można go całkowicie wyeliminować.
Aspekty projektowe, wykonawcze i eksploatacyjne zmierzające do podniesienia niezawodności pracy rurociągu.
Jak podkreślono w poprzednim punkcie niezawodności pracy rurociągów przesyłowych w znacznym stopniu zależy od jakości spoin hutniczych. Pęknięciom kruchym można zapobiec przez:
Przy obliczaniu grubości ścianki rurociągu należy brać pod uwagę, że kruchym pęknięciom nie zapobiegnie współczynnik obniżenia poziomu naprężeń rzędu 0,9, lecz właściwy dobór materiału, technologii wykonania rury i złącza z ograniczoną wielkością koncentratorów naprężeń.
Najskuteczniejszym sposobem wyeliminowania czynników mających wpływ na jakość użytkowanego rurociągu jest właściwy dobór materiałów podstawowych i pomocniczych, prawidłowo dobrane technologie i metody produkcji oraz montażu, wdrążony odpowiedni system badań i zapobiegania nieprawidłowościom. Wymaga to stosowania skutecznego Systemu Zapewnienia Jakości zarówno w procesie projektowania i realizacji, jak również w okresie eksploatacji.
Z pojęciem spełnienia określonych wymagań, które to określone winny być w uznanych normach i specyfikacjach technicznych, wiąże się nierozdzielnie system weryfikacji jakości produkcji jest integralną częścią systemu jakości, który w odniesieniu do rurociągów przesyłowych nie może być ograniczona jedynie do jakości zakupionych materiałów, czy też samych prac montażowych.
Model przewidywanego systemu powinien być adekwatny do potrzeby zapewnienia wymaganej jakości gotowego do eksploatacji rurociągu ujawnia się na ogół w trakcie jego użytkowania i jest uzależniona od wielu czynników. Rys. 2.
Pompy, armatura regulacyjna i odcinająca powinna być tak dobierana, aby ich czasy uruchamiana i zamykania nie były przyczynkiem powstawania uderzeń hydraulicznych.
Znajomość przebiegu zjawisk nie ustalonego przepływu jest nieodzowna tak w zakresie optymalnego projektowania, jak również poprawnej pracy rurociągu. Dane projektowe odnośnie charakterystyki układu współpracy pomp z rurociągiem oraz czasy wybiegu agregatów, zamykania armatury powinny być w miarę potrzeby korygowane odpowiednimi pomiarami eksploatacyjnymi.
Dla zabezpieczenia całego systemu rurociągu należy przewidzieć odpowiedni system kontroli zaburzeń przepływu i blokad, pozwalających złagodzić przyczyny oraz zmniejszyć skutki działań uderzeń hydraulicznych.
Rurociąg przesyłowy w okresie swego użytkowania pod wpływem obciążeń osiowych podlega wydłużeniu i skracaniu przenosząc swoje ruchy na rurociągi technologiczne. Szczególnie niebezpieczne jest oddziaływanie na kołnierze urządzeń rotacyjnych /pompy, kompresory/, co może być przyczyną naruszenia współosiowości i zatarcia urządzeń. W celu eliminacji przenoszenia powyższych oddziaływań rurociągi przesyłowe wzorem przepisów API należy kotwić skutecznie przy wyjściu z ziemi w obszarze baz magazynowych, stacji pomp, wzgl. tłoczni. Ocena stanu rurociągu przed jego przekazaniem do eksploatacji, a także jego okresowe badanie w trakcie eksploatacji przy pomocy tzw. tłoków inteligentnych staje się już obowiązkowa w krajach, w których ochrona naturalnego środowiska poprzez Prawo rurociągowe jest uregulowana.
Preferowane jest zbadanie rurociągu przed oddaniem go do eksploatacji, względnie początkowym okresie jego eksploatacji oraz obligatoryjnie w okresie starzenia w celu potwierdzenia zdatności użytkowej. Dzięki ww. badaniom tzw. "in line testing" nie tylko skraca się czas ujawniania wad w poszczególnych okresach eksploatacji (rys.1), ale użytkownik zdobywa dane w oparciu o które może podjąć trafne decyzje, co do naprawy lub wymiany pogarszającej się pod wzgl. wytrzymałości i szczelności części rurociągu.
LITERATURA:
mgr inż. Stanisław Trzop
Główny specjalista w INVESTGAS S.A.
WARSZAWA