Uzura Conductelor de Transport Gaze Naturale

CUPRINS

Rezumat

Summary

Capitolul I

Uzura conductelor de transport gaze naturale, cauzele ce duc la defectarea si degradarea conductelor de transport gaze naturale

Capitolul II

Investigare si diagnosticare a starii tehnice a conductelor

II.1. Considerații genarale

II.2. Protecție catodica

II.3. Investigarea de la suprafata a starii izalatiei

conductelor ingropate

II.4. Inspecția interioara a conductelor cu ajutorul

dispozitivelor de tip PIG intelligent

Capitolul III

Tipuri de defecte evidentiate la diagnosticarea conductelor spre evaluarea defectelor

III.1. Defecte geometrice produse prin deformarea tubulaturii

III.2. Evaluarea defectelor de tip lipsa de material

III.3. Evaluarea defectelor de tip fisura

Capitolul IV

Metode si procedee tehnologice de reparare a conductelor

Capitolui V

Avantajele tehnico – economice ale implementerii noilor

sisteme de mentenanta folosite la reabilitarea conductelor

de transport gaze naturale

Concluzii

Bibliografie

REZUMAT

Sistemului Național de Transport Gaze (SNT)-este de importanță strategică și face parte din proprietatea publică a statului, este delimitat de robinetul de ieșire din panoul de măsură (apartinând producătorului de gaze, operatorilor de inmagazinare a gazelor, importator la punctul de trecere al frontierei în cazul conductelor de interconectare la sitemele de transport din țările învecinate), până la robinetul de ieșire din stațiile de reglare-măsurare-predare aparținând operatorului de transport, respectiv până la punctul de trecere al frontierei în cazul conductelor de interconectare la sistemele de transport din țările vecine.

Operatorul Sistemului Național de Transport Gaze (S.N.T.G Transgaz S.A) are responsabilitatea de a asigura buna funcționare a conductelor și de a oferii servicii într-un mod adecvat și sigur.

Capitolul I al acestei lucrării prezintă studiile facute cu privire la uzura conductelor de transport gaze naturale.

Capitol II prezintă metode de diagnosticare a conductelor cu ajutorul tehnologiilor moderne, aceste metode prezentând avantajul că se poate inspecta fără a scoate din funcțiune tronsonul de conductă supus inspecției cu dispozitivele de tip PIG inteligent, ce duc la obținerea unui număr mare de informații necesare efectuării planurilor de mentenață și reabilitare a conductelor de transport gaze naturale.

Capitolul III prezintă tipurile de defecte: lipsa de material, coroziune și defecte de tip fisură acestea prezentând cel mai mare risc deoarece ele pot exista în tubulatură încă de la punerea în funcțiune, iar în timp produce efectul de concentrare a tensiunilor mecanice.

Capitolul IV cuprinde mentenanța ce ține seama de rezultatele obținute în urma evaluării și diagnosticării stării tehnice a conductelor. Defectele conductelor sunt remediate cu ajutorul procedeelor specifice acestora în funcție de natura și gradul de degradare a acestora și întocmirea de programe de lucrări ce urmează a fi executate.

Capitolul V cuprinde ierarhizarea criteriilor tehnico-economice aplicate la remedierea defectelor ce se realizează pe baza eficienței economice și selectarea procedeului adecvat fiecărei intervenții pentru lucrările de mentenanță pe conductele destinate transportului gazelor naturale.

Iar în ultima parte a acestui capitol am prezentat o serie de concluzii.

SUMMARY

National Gas Transmission System (NTS) is of strategic importance and is part of the public property of the state, it has the output valve panel measure belongs (producer gas, gas storage operators, importer crossing point border where interconnection pipelines transport mainframe neighboring countries) to tap out of control-measuring stations-delivery carrier belonging respectively to the border crossing point where the pipes interconnecting transmission systems neighboring countries.

 National Gas Transmission System Operator (SNTG Transgaz SA) is responsible for the smooth operation of the pipeline and to offer services in an appropriate and safe.

Chapter I of this paper presents studies done on gas pipelines wear.

Chapter II shows diagnostic methods pipes with modern technologies, these methods the advantage that it can inspect without shutdown section of pipe inspected intelligent PIG type devices, leading to a large amount of information necessary for the plans maintenance and rehabilitation of gas pipelines.

Chapter III shows the types of defects: lack of material, corrosion and crack-type defects which are of the highest risk because they can exist in the tubing since its commissioning, and while the effect of mechanical stress concentration.

Chapter IV includes maintenance that takes into account the results obtained in the evaluation and diagnosis of the technical state of pipelines, pipeline defects are repaired using their specific procedures depending on the nature and extent of their degradation and intormirea works programs to be executed .

Chapter V contains the hierarchy of technical and economic criteria applied to remedy defects by starting on process efficiency and selecting appropriate interventions for each maintenance work on pipes for the transport of natural gas.

And the last part of this chapter presented a number of conclusions.

CAPITOLUL I

UZURA CONDUCTELOR DE TRANSPORT GAZE NATURALE

(CAUZELE DEFECTĂRII ȘI DEGRADĂRII CONDUCTELOR DE TRANSPORT GAZE NATURALE)

Conductele magistrale de transport gaze naturale sunt conductele care funcționează în regim presiune mai mare de 6 bar inclusiv instalațiile, dotările și echipamentele.

Defectele la conducte apar ca urmare a unor acțiuni fizice, chimice și combinații ale acestora.

Acțiunile fizice reprezintă exercitarea de sarcini exterioare și interioare care generează tensiuni mecanice cu intensitate ridicată ducând la oboseala materialului.

Acțiunile interioare ce pot produce defecte sunt determinate de variatia presiunii din sistem.

Sarcinile exterioare, pot fi produse de deplasări locale ale patului de rezemare al conductelor determinate de alunecările de teren.

Conform statisticilor de degradare a conductelor de transport gaze, 18 % dintre avariile cauzate de acțiunile fizice s-au localizat în zone cu defecte ascunse care au existat pe tubulatură înainte de pozarea conductelor în gropile de poziție.

Alte cauze ale cedării conductelor de transport gaze naturale sunt coroziunea interioară și exterioară. Fenomenele chimice determină degradarea datorită coroziuni chimice sau electrochimice și datorită curenților electrici vagabonzi.

Coroziunea este principalul fenomen care determină degradarea conductelor ducând la micșorarea treptată (locală sau generală) a grosimii peretelui conductei.

Coroziunea chimica :

coroziunea chimică reprezintă procesul de avariere a materialelor metalice în urma acțiunii chimice directe a mediului, fără să existe un schimb de sarcini electrice. Reacțiile prin care decurge atacul chimic al metalelor sunt reacții metal – gaz (metal – oxigen, hidrogen sulfurat, în absența umidității) sau metal – lichid (atacul metalului de către lichidele organice, aluminiu dizolvat în tetraclorură de carbon).

Factorii care influențează coroziunea chimică sint:

factori care modifică viteza procesului, cum sunt: deformațiile și incluziunile superficiale ale metalului.

factori care exercită o acțiune intensivă, cum sunt: natura și compoziția fazei metalice și a agentului corosiv, temperatura (mărește viteza procesului și accelerează difuzia agentului coroziv la suprafața metalului) și durata procesului;

Coroziunea electrochimică

reprezintă atacul distructiv exercitat asupra metalelor sau aliajelor de către mediul coroziv prin intermediul unor reacții chimice care implică un transfer de ioni și electroni sub influența unei diferențe de potențial electric.

Factorii care influențează coroziunea electrochimică sunt următorii:

starea suprafeței: gradul de rugozitate dă indicii asupra comportării materialului la coroziune, creșterea gradului de prelucrare a suprafețelor metalice mărește rezistența la coroziune.

oxigenul molecular: prezent în toate soluțiile aerate, joacă un rol complex, conturat prin două acțiuni contradictorii: la concentrații mici și medii, oxigenul intensifică procesul de coroziune prin depolarizare catodică; la concentrații mari acționează ca agent pasivator, mărind stabilitatea peliculelor protectoare formate pe suprafața metalului.

natura metalului: se consideră că un metal se corodează într-un mediu dat dacă potențialul său reversibil este mai mic decât potențialul oricărui proces posibil de polarizare catodică. Un metal este cu atât mai rezistent la coroziune cu cât este mai pur și mai omogen.

În urma studiului efectuat privind lucrările de mentenanță la conductele de transport gaze naturale din România între anii 2005-2010 s-a ajuns la concluzia că 92 % dintre intervenții au fost determinate de corodarea tubulaturilor și numai 8 % au fost determinate de deteriorări ale conductelor datorită imperfecțiunilor și defectelor materialului tubular și îmbinărilor sudate prin ruperea tubulaturii.

Uzura interioară cea mai puternică este localizată în zonele de acumulare a fazelor lichide corozive.Uscarea insuficientă a gazelor, ce duce și la diminuarea capacitătii de transport.

Un alt factor care duce la spargerea conductei este hidrogenul sulfurat, acesta difuzează în materialui conductei, fapt ce conduce la fragilizarea peretelui și cordoanelor de sudură.

Factorii exteriori care determină ruperea conductei prin hidrogen sânt:

prezența în sol a compușilor sulfuroși care întârzie trecerea hidrogenului atomic în hidrogen molecular.

degradarea sau desprinderea izolației exterioare care poate avea loc prin deformarea exagerată a conductei la lansarea în sanț la temperaturi mici și așezarea acesteia pe corpuri dure sau umplerea șanțului cu pamânt amestecat cu pietre. Înlăturarea acestor inconveniente se poate realiza prin mărirea razei de curbură și plasarea sub conductă și deasupra ei a unui strat gros de nisip;

prezența în sol a ionilor agresivi ca cei de clor, care pot forma hidrogenul atomic în reacție cu sărurile din sol;

degajarea de hidrogen atomic prin sistemul de protecție catodică sau prin activitatea bacteriană din jurul conductei;

Tensionarea conductei generată de alunecarea terenului este foarte puternică și duce în special la fisurarea cordoanelor de sudură circumferențiale. Alunecările de teren sunt caracteristice solurilor în pantă și zonelor din apropierea cursurilor de apă, dar și în cazul în care în imediata apropiere a a conductei au fost executate lucrări de excavații cu adâncimi mai mari decât adâncimea la care se află conducta.

Alți factori importanți de care depinde comportarea în exploatare a conductelor sunt:

calitatea lucrărilor de montare a conductelor și realizarea lucrărilor de fabricare a componentelor;

calitatea țevilor din care sunt alcătuite tubulaturile conductelor.

O formă de fisurare a conductelor cu diametru mare este cea a cordoanelor de sudură longitudinale.Principalele cauze care duc la fisurare sânt :

amorsarea și dezvoltarea fisurilor sub acțiunea tensiunilor variabile la exteriorul conductei create de variația presiunii interioare;

acumularea sub bandă dezlipită a apei ;

neindepărtarea prin polizare a suprainălțării cordonului de sudură inainte de infășurarea benzii izolatoare ;

concentrarea coroziunii sub formă de ciupituri în lungul cordonului de sudură ;

În concluzie, unele dintre cele mai frecvente cauze de avarii la conductele magistrale sânt :

tensionarea exagerată creată de alunecarea terenului ;

variația presiunii în timp scurt și repetat;

gradul av din apropierea cursurilor de apă, dar și în cazul în care în imediata apropiere a a conductei au fost executate lucrări de excavații cu adâncimi mai mari decât adâncimea la care se află conducta.

Alți factori importanți de care depinde comportarea în exploatare a conductelor sunt:

calitatea lucrărilor de montare a conductelor și realizarea lucrărilor de fabricare a componentelor;

calitatea țevilor din care sunt alcătuite tubulaturile conductelor.

O formă de fisurare a conductelor cu diametru mare este cea a cordoanelor de sudură longitudinale.Principalele cauze care duc la fisurare sânt :

amorsarea și dezvoltarea fisurilor sub acțiunea tensiunilor variabile la exteriorul conductei create de variația presiunii interioare;

acumularea sub bandă dezlipită a apei ;

neindepărtarea prin polizare a suprainălțării cordonului de sudură inainte de infășurarea benzii izolatoare ;

concentrarea coroziunii sub formă de ciupituri în lungul cordonului de sudură ;

În concluzie, unele dintre cele mai frecvente cauze de avarii la conductele magistrale sânt :

tensionarea exagerată creată de alunecarea terenului ;

variația presiunii în timp scurt și repetat;

gradul avansat de coroziune interioară și exterioară ;

defectele din cordoanele de sudură ;

dezlipirea în timp a benzii de izolare;

fragilizarea oțelului (peretelui conductei) prin difuzia hidrogenului atomic ;

degradarea protecției exterioare ;

defectarea protecției catodice ;

intervențiile neautorizate pe traseul conductei .

Dacă se constată fisurarea conductei este necesar să se facă o analiză amanunțită asupra :

materialului conductei și al cordoanelor de sudură ( compoziție, structură, duritate, rezistența la rupere, alungire, limita de elasticitate, tenacitate etc.) ;

solul din jurul conductei (umiditate, rezistivitate electrică, compoziție) ;

apa subterană din apropierea conductei ( cloruri, sulfuri etc.) ;

coroziunea interioară și exterioară a conductei ;

concentrația și activitatea bacteriilor anaerobe ;

variația în timp a potențialului conductei asigurat de stația de protecție catodică ;

starea izolației protectoare (aderența, defecte, dezlipiri) etc.

Deci, principalele procese generatoare de defecte pe tubulaturile conductelor sunt:

coroziunea produsa din diferite cauze generatoare de diferite tipuri de defecte și deformarea tubulaturii conductei cauzată de acțiunea accidentală a unor forțe exterioare produse de utilajele de săpare sau decopertare, de interacțiunea conductei cu roci sau corpuri dure existente în șanțul de pozare, manipularea necorespunzătoare a tubulaturii la montarea conductei în șanț.

CAPITOLUL II

INVESTIGAREA ȘI DIAGNOSTICARE A STĂRII TEHNICE A CONDUCTELOR.

II.1.CONSIDERAȚII GENERALE

Cunoașterea precisă și detaliată a stării tehnice a conductelor permite operatorului acestora să aplice o mentenanță preventivă si predictivă, cu intervenții necostisitoare și să diminueze semnificativ riscul apariției avariilor, ale căror consecințe pot fi inlăturate numai prin lucrări de mentenanță corectiva (reparații).

Pentru a determina cu exactitate starea tehnică a conductelor și pentru a stabilii măsurile ce trebuie aplicate pentru ca acestea să funcționeze în siguranță pe o perioadă de timp cât mai mare se realizează centralizarea tuturor caracteristicilor, defectelor, reparațiilor (RT, RK), a diferitelor inspecții și constatări intr-o bază de date.

Concluziile care rezultă dintr-o astfel de bază de date au la bază un algoritm de evaluare a riscului prezentat în urmatoarea figura :

Fig.2.1. Evaluarea riscului asupra unei conducte.

Urmărind într-un interval mai mare de timp variația frecvenței de defectare a conductelor, se observă că, pe durata de funcționare a unei conducte, probabilitatea cea mai mare de apariție a cedărilor corespunde perioadei de timp în care conducta este noua (și se produc defectările precoce, în cursul probării, punerii în funcțiune și exploatării primare a conductei) și perioadei de timp când conducta aflată în exploatare este veche (și frecvența cedărilor crește continuu, mai ales datorită efectelor coroziunii avansate, impunând, pentru menținerea costurilor de exploatare a conductei în limite raționale, luarea măsurilor de reabilitare, modernizare sau înlocuire a conductei).

Această variație a frecvenței de defectare urmărită în timp se poate prezenta într-o diagramă numită de tip „cadă de baie” :

Fig. 2.2. Graficul de variație în timp a probabilității de defectare a conductelor

I. Etapa cedărilor timpurii ; II.Etapa funcționării normale ; III.Etapa cedărilor târzii ;

IV. Prelunagirea etapelor II și III în cazul conductelor bine inspectate, monitorizate și întreținute.

Inspecția periodică, monitorizarea permanentă a stării tehnice și aplicarea oportună a măsurilor de întreținere a conductelor de transport, pot determina o creștere importanta a perioadei de exploatare normată, caracterizată printr-un nivel minim al ratei de defectare.

Investigarea și diagnosticarea conductelor, este un proces extrem de complex, care necesită o tehnologie de vârf.

Tehnicile sau metodele folosite pentru inspecția și supravegherea conductelor pot fi :

metode proactive (P) – asigurând-se ca conductele nu se defectează în cursul exploatării normale

metode reactive (R) – asigurând-se ca defectele sunt detectate înainte de a cauza probleme majore.

În tabelul următor sunt prezentate principalele metode de inspecție și supraveghere și posibilitățile oferite de acestea :

Tabelul 2.1. Metode de inspectare și monitorizare a conductelor.

Inspecția periodică, monitorizarea permanentă a stării tehnice și aplicarea oportună a măsurilor de întreținere a conductelor de transport, pot determina creșterea perioadei de exploatare normată, caracterizată printr-un nivel minim al ratei de defectare.

Determinarea stării tehnice a conductelor se poate realiza prin una sau mai multe din următoarele metode:

► Metoda evaluării directe, care utilizează datele din Fișele tehnice ale conductelor și informațiile furnizate de rapoartele de patrulare terestră, investigarea de la suprafață a stării izolației de protecție anticorozivă a conductelor metalice îngropate și determinarea corozivității /agresivității solului, în vederea stabilirii planurilor de examinare directă a stării tehnice a tubulaturii conductelor; la locațiile specificate în aceste planuri se execută gropi de intervenție, care asigură accesul direct la tubulatură și se fac determinări privind grosimile de perete,configurația și dimensiunile anomaliilor existente.

► Metoda inspecției “in – line”, care constă în verificarea stării tehnice a tubulaturii conductelor și depistarea anomaliilor prin investigarea conductei din interior cu metode magnetice și ultrasonice cu ajutorul dispozitivelor de tip PIG inteligent sau al echipamentelor de diagnosticare exterioară;după depistarea anomaliilor se stabilește nivelul presiunii maxime de operare în siguranță în prezența acestor anomalii.

Din parctica exploatării conductelor magistrale de transport gaze naturale se cunoaște faptul că, viața unei conducte sau durata ei de funcționare este influențată într-o mare măsură de calitatea izolației exterioare a acesteia.

În acest context, se subliniază că, rezistența mecanică reziduală și siguranța în exploatare a conductelor metalice (cu tubulatura din țevi de oțel) este determinată în principal de următoarele categorii de factori:

● factori privind agresivitatea gazelor transportate și, mai ales, factori privind agresivitatea solului în care se amplasează conductele, acțiunea corozivă a acestora determinând generarea în tubulaturile conductelor a defectelor superficiale locale care cauzează în majoritatea cazurilor avarierea conductelor :

Gazele naturale au o compoziție chimica diferită de la un zăcământ la altul, care pe langă apa sub formă de vapori, apa liberă de condensare (dulce) ,apa sărată de zăcământ și particule solide antrenate din rocă, gazele naturale conțin hidrocarburi condensabile și alți compuși chimici ( N2, H2S, CO2,etc.),o parte dintre aceștia în prezența apei devenind extrem de agresivi.

Anlizând aceste aspecte,se impune tratarea gazelor naturale înaintea introducerii

acestora în conductele de transport.

Pentru oțelurile din care sunt realizate țevile conductelor care compun sistemul național de transport al gazelor naturale sunt asigurate caracteristicile de compoziție chimica și caracteristicile mecanice prescrise în standardele de referință.

Tubulaturile conductelor realizate din oțelurile X42, X52 și X60 au caracteristicile mecanice la tracțiune (rezistența la rupere Rm ; limita de extensie convențională Rt0,5 și alungirea procentuală A50,8 sau A5) situate deasupra valorilor minime prescrise în standarde, ceea ce denotă că la fabricarea conductelor se practică un control riguros al calitații materialului tubular utilizat și tehnologiilor de sudare aplicate.

Tabelul 2.2. Caracteristicile oțelurilor utilizate cu cea mai mare pondere la realizarea conductelor pentru transportul gazelor naturale

Oțelurile pentru țevi sudate ale conductelor pentru gaze sunt destinate fabricării prin sudare electrică sub strat de flux fiind supuse și încercării la presiune hidraulică.

Desfășurarea procesului tehnologic de construire a unei conducte magistrale de transport gaze naturale,comportă în general următoarele faze :

izolarea anticorozivă exterioară a țevilor ;

transportul țevilor izolate pe traseu ;

sudarea conductei pe tronsoane și amplasarea lor în firul conductei ;

decopertarea stratului fertil acolo unde natura terenului o impune ;

săparea șanțului ;

lansarea conductei în șanț ;

efectuarea probelor de presiune ;

astuparea completă a șanțului.

Pentru realizarea conductelor din sistemul național de transport al gazelor naturale s-au folosit practic toate tipurile de țevi calificate și recomandate pentru utilizarea în astfel de aplicații:

țevi laminate la cald fară sudură, reglementate calitativ de STAS 8185, mărcile de oțel cel mai mult folosite fiind OLT 45 sau Grad B ;

țevi sudate longitudinal reglementate de specificația API-5L, mărcile de oțel cele mai utilizate fiind X 52 si X 60 ;

țevi sudate elecoidal, având calitatea reglementată de STAS 11082, principalele mărci de oțel folosite la realizarea acestora fiind X42, X46, X52 și X60.

Grosimile de perete s ale țevilor utilizate la realizarea tubulaturii conductelor variază, în funcție de presiunile de lucru și de clasele de locație ale conductelor, intre 6,4 mm si 12,7 mm, grosimile uzuale fiind cuprinse între 7,1 mm si 9,5 mm.

Factorii privind regimul de lucru la transportul gazelor prin conducte (calitatea gazelor transportate, presiunea de operare a conductei, regimul de curgere a gazelor în conductă, temperatura de lucru etc.), a căror monitorizare și menținere în limitele prescrise determină comportarea corespunzatoare a conductelor sau crearea condițiilor de cedare a acestora în cursul exploatării. În această categorie pot fi incluși și factorii care determină suprasolicitarea mecanică accidentală a conductelor (alunecările de teren, acțiunea apelor freatice etc.)

II.2. PROTECȚIE CATODICĂ.

Protecția catodică face parte din grupa metodelor de protecție activă.

Protecția catodică, se bazează pe aportul de electroni la suprafața metalică de protejat. Prin acest procedeu, potențialul metalului este micșorat până la o anumită valoare, numită potențial de protecție catodică, la care cantitatea de ioni metalici pozitivi ce trece în soluție devine neglijabilă. Starea de imunitate (potențialul standard minim, care stopează trecerea ionilor metalici în solutie), de protectie se obține prin deplasarea potențialului de electrod al materialului către valori mai negative, realizându-se astfel protecția catodică.

Conductele din oțel au un potențial electrochimic de -550……-600mV la care se admite pentru protecția catodică asigurarea unui potențial de intre valorile -850…-1200mV.

Acesta nu poate fi realizat la conductele care prezintă ramificații sau zone supraterane daca nu sunt separate prin legături electroizolante.

Sistemele de protecție catodică aplicate conductelor sânt:

– sistemul cu stație de protectie catodică (SPC);

– sistemul cu anozi galvanici atașați conductei.

Aplicarea protecției catodice cu sursa de curent

Metoda de protecție constă în legarea instalației de protejat la polul negativ al unei surse de curent, concomitent cu introducerea în același mediu a unui anod legat la polul pozitiv al sursei.

Problemele care le ridică realizarea protecției catodice cu sursă de curent externă, așa numita "protecție electrică" sunt:

– potențialul de protecție;

– densitatea de curent necesară pentru atingerea acestui potențial

– acoperirile de protecție ale suprafeței metalice

– caracteristicile anodului și aspectele economice.

Potențialul de protecție, este, teoretic, acea valoare la care procesul de coroziune încetează, adică potențialul de echilibru al metalului în condițiile date.

În cazul structurilor subterane, electrodul de Cu/CuSO4 saturat, este recomandat și utilizat din cauza simplicității și ușurinței realizării lui, chiar în condiții de șantier

Fig 2.3. Electrodul de referința Cu/CuS04 saturat: 1—tub de plastic; 2—sârmă de cupru; 3—închidere poroasă(dop de plută, spre ex.); 4-dop de cauciuc; 5—soluție CuS04 saturată plus cristale de CuSO4

Potențialul unei structuri protejate catodic se determină cel mai bine, prin plasarea electrodului de referință cât mai aproape posibil de structură, astfel încât să se evite erorile cauzate de căderea de tensiune, prin mediu.

Densitatea de curent necesară pentru atingerea potențialului minim de protecție este în funcție de mediul în care se găsește metalul. În tabelul de mai jos sunt date câteva valori pentru densitatea minimă de protecție, în funcție de mediu.

Tabelul 2.3. Densitatea minimă de curent pentru protecția catodică a oțelului.

Curentul necesar protecției unei structuri metalice îngropate, poate varia în limite foarte largi, depinzând de natura mediului, dacă a fost sau nu izolată și de calitatea izolației.

Acoperirile izolatoare. Fac obiectul unei deteriorări gradate, a cărei viteză depinde de calitate și de mediu. Astfel, este necesar să se efectueze teste periodice de rezistență ale izolației în timpul exploatării, pentru a se evalua performanțele acoperirii.

Caracteristicile anodului. Anozii, utilizați în cazul protecției catodice cu sursă exterioară de curent, pot fi confecționați din materiale active, pasive sau inerte în condițiile date.

Ca materiale active utilizate curent servesc oțelul carbon și aluminiul (profile uzate). Dintre materialele pasive se folosesc aliaje de fero-siliciu, aliaje plumb-stibiu (cu sau fără argint), iar ca materiale inerte-grafitul și platina pe suport de titan, tantal sau niobiu.

Schema de principiu a protecției catodice cu sursa exterioară de curent se prezintă astfel:

Polul pozitiv al sursei de curent este legat de o priză anodică specială introdusă în pamânt în apropierea construcției protejate.Curentul care se scurge de la priza anodică în sol se raspândește în acesta și ajunge pe conducta protejată polarizând-o catodic pâna la potențialul de protecție. Curentul ajuns pe conducta protejată este colectat în punctul de drenaj, de unde printr-un conductor special este dirijat spre polul negativ al sursei de curent.

Fig.2.4. Schema protecție catodică

1-sursa de curent continuu(redresor);2-conductori de legătură;3-punct de drenaj;4-conducta;5-izolație;6-priăa anodică.

Sistemul de protecție catodică cu sursă exterioară de curent al conductelor îngropate în sol are două variante:

protecția conductei este asigurată de o singură stație de lungime
infinită.

protecția conductei este asigurată de mai multe stații de lungime
finită.

Fig.2.5. Repartizarea potențialului pe un sector de lungime infinită.

Polarizația catodica, scazând de la valoarea maximă, E0 (în punctul de drenaj) până la valoarea minimă de protecție,Ep, continuă să se reducă și mai departe,apropiindu-se asimtotic de valoarea zero, pe care o atinge teoretic la infinit.

Stația de lungime finită. Dacă de-a lungul conductei se montează mai multe stații de protecție, fiecare din ele influențează potențialului stației vecine și repartizarea potențialului se supune unei legi hiperbolice :

Fig.2.6. Repartizarea potențialului pe un sector de lungime finită.

Polarizația catodică scade de la valoarea maximă Eo (în punctul de drenaj) până la valoarea polarizației minime de protecție, Ep și începe din nou să crească până la valoarea maximă a stației vecine. Astfel pentru aceeași polarizație maximă, lungimea porțiunii de conductă protejată de o stație de lungime finită este mai mare decât în cazul stației de lungime infinită, adică:

l2>l1

Atât la punerea în funcțiune, cât și la exploatarea instalațiilor de protecție catodică este necesar să se măsoare, periodic, potențialul conductei. In acest scop se montează pe conductă prize de potențial, la distanțe de maxim 500 m una de alta.

Toate conductele protejate catodic, toate intrările și ieșirile din diverse instalații tehnologice branșate la o conductă protejată catodic trebuie separate de aceasta sau de alte conducte la care se branșează cu flanșe electroizolante. Rezistența de izolare electrică a acestor îmbinări izolante între flanșe trebuie să fie de minimum 1MΩ.

Fig.2.7. Montarea unei flanșe electroizolante.

Aplicarea protecției catodice cu anozi reactivi metalici

Protecția catodică cu anozi protectori constă în conectarea electrică la construcția de protejat a unui anumit număr de anozi (blocuri sau plăci de metal) cu un potențial mai electronegativ decât metalul construcției. Cele două metale scurtcircuitate formează un element galvanic, în care metalul mai electronegativ devine anod și se dizolva motiv pentru care procedeul este numit și cu "anozi de sacrificiu", în timp ce metalul protejat devine catod, pe el desfașurându-se preponderent reacția catodică de coroziune .

Realizarea protecției catodice cu anozi protectori ridică următoarele probleme:

– alegerea materialului anodic;

– asigurarea polarizării instalației de protejat până la un potențial suficient de negativ

Anozii protectori pentru protecția oțelului sunt confecționați în prezent din trei metale:

zinc, magneziu, aluminiu.

II.3. INVESTIGAREA DE LA SUPRAFAȚĂ A STĂRII IZOLAȚIE CONDUCTELOR INGROPATE.

În zonele în care există defecte de izolație metalul conductei intră în contact direct cu mediul în care conducta este îngropată, amorsându-se reacții de coroziune care pot duce la străpungerea peretelui metalic și producerea de accidente tehnice.

Este foarte importantă localizarea precisă a traseului conductei, deoarece toate metodele de localizare a defactelor de izolare se bazează pe măsurători de curenți si potențiale efectuate exact deasupra conductei.

Tehnicile performante utilizate pentru depistarea de la suprafață a defectelor de izolație sunt:

– metoda Pearson (gradient de curent alternativ)

– metoda potențialelor la intervale mici CIPS (Close interval potențial Survey)

– metoda gradientului în curent continuu DCVG (Direct Curent Voltage Gradient)

Metoda Pearson, se bazează pe principiile măsurării curenților și gradienților în curent alternativ. Se folosește mai rar, deoarece are o precizie mai scazută. Este o metodă productivă (nefiind foarte laborioasă) de determinare a defectelor de izolație la conductele îngropate. Mai este denumită și metoda de joasă frecvență.Mărimea defectelor nu poate fi apreciată decât relativ la variația semnalului receptat. Nu se pot trage concluzii despre starea de corodare a zonelor cu defecte de izolație. Această metodă este foarte eficientă și se aplică acolo unde înainte de toate este important să se localizeze defectele.

Aplicarea acestei metode este valabilă atunci când se dorește să se obțină cât mai ieftin o imagine de ansamblu a stării izolației unei conducte metalice îngropate.

Metoda CIPS de măsurare a potențialelor la intervale mici, este o metodă simplă ce nu depistează în mod direct defectele de izolație, ea depistează locul unde este posibil să existe defecte de izolație. Nu poate fi utilizată dacă conducta nu are sistem de protecție în funcțiune.Curentul care se injectează în conductă este furnizat de stația de protecție catodică la parametrii nominali de lucru.Curentul aplicat conductei trece din metal către sol în locurile în care izolația este deteriorată sau chiar lipsă, ceea ce conduce la o cădere de potențial măsurabilă.Teoretic, unde este defect sau cu cât defectul este mai mare, cu atât căderea de potențial ar trebui să fie mai mare, dar această cădere este influențată și de alți factori cum ar fi: rezistivitatea solului, prezența apei în sol și poziționarea exactă a electrozilor deasupra conductei.

Pentru evidențierea gradientului de potențial în sol, se folosește un achizitor de date care măsoară și memorează valorile potențialelor și un electrod lung de Cu/CuSO4 cu ajutorul căruia se măsoară aceste potențiale. Deci,una din bornele achizitorului de date este conectată la electrodul de Cu/CuSO4, iar cealaltă bornă este conectată la o rola cu fir subțire de cupru, fir care se conectează la priza de potențial de unde se incepe măsurarea. Prin efectuarea măsurătorilor se obține un șir de valori ale potențialelor ON și OFF (circuit închis și deschis), care servesc la trasarea diagramelor:

Fig. 2.8. Prezentarea diagramelor ON și OFF obținute în urma măsurătorilor prin metoda CIPS

Pentru interpretarea acestei metode se utilizează valoarea de -850mV(în unele cazuri -950mV) față de electrodul de referință nepolarizabil Cu/CuSO4 ce desparte protecția de subprotecție, iar curba OFF este curba la care se face raportarea.

În urma elaborării diagramelor de potențial, se vor determina zonele neprotejate procedând la creșterea curentului la stațiile de protecție catodică ,dar având grija ca valoarea maximă a potențialelor OFF să nu depășeasca -1200Mv(sau în unele cazuri -1300mV), deoarece se riscă desprinderea catodică din cauza supraprotecției.

Metoda DCVC, a gradientului de potențial în curent continuu,este o metodă nouă, simplă, și cu o precizie mare în depistarea defectelor de izolație.

Cu ajutorul acestei metode, se pot obține cu o precizie ridicată urmatoarele informații despre conducta inspectată:

– localizarea poziției defectului cu o mare precizie, evitând costurile de excavare

– posibilitatea de a determina gravitatea defectului, fiind foarte important în stabilirea

priorității reparării lor;

– caracterul coroziv sau necoroziv al defectelor, precum și depistarea acelor zone care sunt

insuficient protejate catodic;

– identificarea zonelor metalice care iau protecția catodică de la conducta verificată;

– în cazul în care existaă flanșe electroizolante, se poate determina starea izolației acestor

flanșe;

– se pot identifica prizele de potențial defecte;

– stabilirea conductelor care au un numar mare de defecte;

– oferă posibilitatea operării sub linii de înaltă tensiune;

– ofera posibilitatea operării și in zonele betonate sau asfaltate;

– permite investigarea eventualelor interferenîe,(curenți de dispersie sau alte surse de

protecție catodică).

Tehnica gradientului de potențial este într-o legătură directă cu protecția catodică aplicată conductei. În principiu se utilizează doi electrozi de Cu-SO4 conectați la un milivoltmetru de construcție specială cu punctul zero la mijlocul scalei, milivoltmetru ce măsoară diferența de potențial între aceștia în zona unei pâlnii de potențial generate de un defect de izolație. Gradientul de potențial devine din ce în ce mai mare și mai concentrat cu cât curentul ce se scurge dinspre instalația de protecție catodică este mai mare și cu cât apropierea de defect este mai pronunțată. În general , cu cât defectul este mai mare cu atât gradientul de potențial este mai mare.

Cei doi electrozi sunt poziționați de-a lungul conductei la o distanță de 1,5 m unul față de celălalt. Unul dintre electrozi va măsura un potențial mai pozitiv decât celălalt indicând direcția curentului care cauzează gradientul de potențial.

În momentul depășirii unui defect de izolație, indicația milivoltmetrului se inversează și scade proporțional cu îndepărtarea de defect.

Întorcându-se spre locul unde i s-a inversat indicația pe aparat, operatorul va găsi un punct unde indicația aparatului va fi nulă, defectul găsindu-se în acest caz la mijlocul distanței dintre cei doi electrozi.Procedura se repetă perpendicular față de axa conductei. În punctul de intersecție a liniilor imaginare ce unesc cei doi electrozi, în cele doua poziții, perpendiculare una fată de cealaltă, în care s-au identificat citirile nule ale aparatului se găsește epicentrul gradientului de potențial care se află exact deasupra defectului de izolație. Precizia cu care poate fi localizat epicentrul unui defect de izolație este ±15cm.

Fig.2.9. Identificarea defectelor cu metoda gradientului de potențial.

II.4.INVESTIGAREA INTERIOARĂ A CONDUCTELOR CU METODA

DISPOZITIVELOR DE TIPUL PIG INTELIGENT.

Investigarea din interior cu vehicule "inteligente " a conductelor de transport gaze este o metodă modernă care oferă o imagine reală și corectă asupra integrității materialului tubular, prin punerea în evidență a mai multor defecte cum ar fi:

– coroziuni interioare și exterioare;

– defecte ale cordoanelor de sudură;

– imperfecțiuni și defecte de tip pierdere de material din peretele tubulaturii conductei

(caverne, scobituri);

– imperfecțiuni și defecte de tip fisură din peretele conductei;

– abateri de la geometria secțiunii transversale a conductei ( ovalizări, deformări locale,

prezența racordurilor,valvelor,etc,);

– pozițiile defectelor și imperfecțiunii conductei, depistate în lungul conductei și pe

circumferința tubulaturii.

Pentru fiecare dintre informațiile enumerate, sunt module specializate care pot fi introduse independent sau cuplate în ansamblu, în funcție de scopul urmărit și de complexitatea inspecției.

Se prezintă o desfasurare logică a planului de inspecție a conductelor:

Fig .2.10. Planul de inspecție al conductelor.

Punctul de plecare îl reprezintă analiza cărții construcției și a conductei, pentru a se stabilii dacă conducta se poate godevila.

Primele etape sunt verificarea și măsurarea conductei. Înaintea începerii programului de curățire a unei conducte în care nu a mai fost întreprinse operațiuni cu PIG. Pentru conductele negodevilabile se efectuează operația de eliminare a gâtuirilor (reducții,robineți cu secțiune de trecere mai mică decât diametrul interior al conductei etc.) ,a teurilor fără grătare de protecție împotriva deflecției pigului :

Fig.2.11. Teu fără grătar de protecție și niplu interior

Racordurile la conducte se prevăd cu gratare în zona de racordare dacă, Dn/dn <3 , unde Dn este diametrul nominal al conductei iar dn este diametrul nominal al racordului.

Razele minime de curbura în funcție de diametrul nominal al conductei sunt:

Tabelul.2.4. Raze minime de curbură pentru comductele godevilabile

coturi cu raze mici de curbură si gușă, schimbări de direcție cu elemenți în care se blochează PIG-ul.

Fig.2.12..Schimbare de direcție.

Între două curbe succesive se va păstra o porțiune rectilinie de minim trei diametre nominale.

Diametrul interior al robinetelor trebuie să fie același cu cel al diametrului interior al conductei pe care se montează.Pentru acestea se admit abateri maxime.

Tabelul.2.5. Abaterea maxima a diametrului interior al conductelor godevilabile.

Fig.2.13. Montare robinet cu diametrul egal cu diametrul conductei cu ajutorul obturării mecanice.

Pentru verificarea și măsurarea conductei se utilizează PIG de măsurare cu segmente flexibile. Acesta este un pig cu un corp din oțel slab, echipat cu segmente flexibile din poliuretan, discuri de ghidare subdimensionate și taler de măsurare din aluminiu. Segmentele fac fața obstrucțiilor interne medii și asigură doar o curățire foarte ușoară, care este esențială în acest stadiu.Discurile de ghidare oferă susținere și centrează pig-ul în conductă iar talerul cu diametrul de pâna la 90% din diametrul minim intern al conductei cu rolul de a indica dacă conductele sunt capabile din punct de vedere geometric să facă față pigurilor de curățire mai agresive si apoi PIG-urilor inteligente.

La orice modificare de diametru pig-ul se poate bloca. Ca exemplu la întalnirea unui racord PIG-ul inteligent a fost blocat acesta nefiind dotat cu grătar după ce au existat mai multe treceri a pigurilor de curățare . Acesta s-a blocat și a fost extras din conductă și a fost recuperat.

Fig.2.14. Detectarea PIG-ului cu aparatură specifică și tăierea cuponului de țeavă pentru extragerea acestuia.

Datorita magnețiilor prezenți pe pigul inteligent conducta se magnetizeaza și nu mai poate fi sudata din aceasta cauza este necesar sa se utilizeze echipamente de masura a acesteia și de demagnetizare a ei.

Se realizează instalarea gărilor de lansare-primire permanente sau instalarea unor gări demontabile, inspectarea lor și a instalațiilor de ridicare, a etanșeităților și a vanelor care se vor manevra în procesul de inspecție, desfășurarea operațiilor de curățare pentru pregătirea conductei, de colectare a datelor , precum și asigurarea personalului care va asista operația și care efectuează încărcarea și descărcarea pigului sau manevrarea utilităților. Aceste gări sunt de regulă realizate din țeavă cu diametrul cu 2" mai mare decât cel al conductei și trebuie construite în funcție de PIG-urile inteligente care sunt mai lungi decât cele de serviciu.Gara de lansare trebuie să poată accepta un PIG inteligent de aceea lungimea tubulară este critică. Gara de primire trebuie să adapteze PIG-ul între ultima supapă și capătul reductorului.

Fig.2.15. Instalarea gărilor de lansare – primire PIG.

Fig.2.16. Gări de lansare-primire PIG

Înaintea introducerii PIG-ului inteligent este necesară o curățire generală a conductei. Această operație de curățire, de godevilare, se realizează folosind godevile flexibile din material care permit traversarea oricăror secțiuni. Godevilul, trebuie să fie bidirecțional pentru a putea fi deblocat dacă este nevoie.

Viteza de deplasare a acestuia nu trebuie să depășească 1.5 – 2 m/s, dar, aceasta variază în funcție de diferența de presiune în spatele și în fața pistonului, deci, se va putea regla viteza de deplasare a pistonului, acționând asupra presiunii gazului în punctul inițial și în punctul final al tronsonului pe care se realizează operația de godevilare.

Se recomandă trecerea succesivă a mai multor godevile care sunt prevăzute cu diferite elemente în scopul îndepărtării impurităților solide, lichide, crustelor interioare de pe peretele conductei.

Pentru curățirea generală se folosește o gamă variată de tipuri de pistoane: cu elemente abrazive, cu discuri de răzuire, pig magnetic cu perii:

Fig.2.17. Pig magnetic cu perii racloare și set garnituri aferente .

Pentru determinarea secțiunii minime de trecere se introduc întâi pistoane din poliuretan care se pot distruge în cazul blocării.Apoi se introduc pistoane de calibrare la care diametrul discului de calibrare montat pe piston este crescător de la 0.80Di la 0.95Di.Numărul de pistoane dintr-un set de calibrare se stabilește în funcție de starea discurilor pistonului la sosire.

Fig.2.18. Starea pistoanelor de curățire dupa trecerea prin conducte

Dacă se constată deteriorari ale discului de calibrare acestea nu arată locul exact al obstacolului, ceea ce necesită și o rulare a pistonului de verificare a geometriei conductei pentru a identifica zonele care creează obturări ale secțiunii de trecere sau zonele cu micșorare de diametru.

Următorul PIG de curățare are un singur modul, cu corp de oțel, este echipat cu o combinație de discuri poliuretanice de ghidare și de etanșare și perii de oțel. Discurile de ghidare sunt mai rigide și dimensionate în așa fel încât aproape egalează diametrul intern al conductei. Ele vor susține și vor centra PIG-ul și vor realiza totodată o acțiune de frecare minuțioasă pe peretele intern al conductei, pentru a desprinde și a împinge majoritatea depunerilor medii și dure în fața PIG-ului. Dimensiunea discurilor mai flexibile de etanșare este mai mare decât diametrul intern al conductei. Acest lucru asigură să fie o etanșare compactă în interiorul conductei. Mai este echipat și cu pachete magnetice de putere mare atașate pe corpul PIG-ului, astfel se formează un câmp magnetic care asigură capabilitatea de a aduna și a reține eficient reziduurile metalice.

Mai este dotat și cu o sursă de urmărire sau detectare, în cazul în care se blochiază în conductă în timpul operației de curățire.

Fig.2.19. PIG de curățire cu un singur modul prevăzut cu sursa pentru detectarea acestuia .

Pentru curățirea generală specializată, care se realizează în mai multe treceri,se folosește o gamă largă de tipuri de dispozitive de curățare. În imaginile urmatoare (fig.2.19) se arată necesitatea acestor operații de curățare.

Fig. 2.20. Imagini la ieșirea PIG-urilor de curățire și impurități colectate în habe.

Se repetă operațiile de trecere pâna când diametrul discului de calibrare nu se modifică la o trecere completă.

Ulterior acestor operații (de curățire), se execută godevilarea în vederea evaluarii stării conductelor realizate cu PIG-ul inteligent.

Aplicarea corectă și o interpretere bună a rezultatelor inspecției cu ajutorul PIG-urilor inteligente este foarte importantă în managementul integrității conductelor.

Principiile care stau la baza detectării cu PIG- uri inteligente a defectelor conductelor și a imperfecțiunilor sunt:

► inducția magnetică ( Magnetic Fiel Leakage – MFL )

► ultrasunetele ( UT )

► curenții turbionari ( EDDY )

Cele mai utilizate PIG-uri sunt cele prevăzute cu senzori magnetici sau cu traductoare ultrasonore.

PIG-urile realizate pe principiul inducției magnetice,au la bază devierea liniilor de câmp magnetic indus în corpul conductei, în funcție de variația secțiunii de trecere.Câmpul magnetic constant al magneților permanenți este dirijat cu ajutorul unor piese polare sub formă de perii sau patine, astfel încât circuitul magnetic se închide prin peretele conductei pe direcție axială sau circumferențială. Dacă secțiunea peretelui este constantă, liniile câmpului magnetic se distribuie uniform în meterial, dar la apariția unei variații de secțiune ca lipsă de material sau îngroșare, se produce o perturbare a distribuției liniilor de câmp în aceea zonă și care este sesizată cu ajutorul senzorilor așezați între piesele polare aprope de peretele conductei.Aceștia, transformă această perturbație în variația unor tensiuni electromotoare care apoi sunt înregistrate și stocate sub formă digitală. Precizia acestor dispozitive este mai bună dacă numărul senzorilor este mai mare,câmpul magnetic este mai intens iar distanța de la peretele conductei la traductori este mai mică.

Fig.2.21. Construcția unui PIG MFL cu magnetizare axială.

PIG-urile care funcționează pe principiul inducției magnetice (MFL) pot fi clasice, cu magnetizare axială și permit depistarea defectelor de tipul pierderilor de material (caverne de coroziune,plăgi,excavații),a deformărilor locale (cute,lovituri) și a imperfecțiunilor sau depistarea îngroșărilor cordoanelor de sudură, ale căror dimensiuni maxime sunt amplasate pe direcția circumferențială a tubulaturii. Chiar dacă magnetizarea se face pe o singură direcție ( axială), defectele din peretele conductei produc anomalii ale câmpului magnetic pe toate direcțiile.

Pentru a crește precizia de detectare a defectelor este necesar a micșora distanța dintre senzori.La PIG-urile standard distanța este de 40…..100mm , la PIG-urile moderne axiale de rezoluție înaltă (High Resolution – HR ) distanța este de 10…..17mm, lucru ce permite înregistrarea la o singură trecere a variației câmpului magnetic pe trei direcții: axială, radială și circumferențială,mărind astfel sensibilitatea dispozitivului.

La PIG-urile de rezoluție foarte înaltă, ( Ultra High Resolution – UHR ), distanța dintre senzori este de 4….12mm. Și în aceste condiții este relativă detectarea umflăturilor în care se acumulează hidrogenul și care conduce la fisurarea atât pe suprafața interioară cât și pe suprafața exterioară a conductelor.

Fig. 2.22. Construcția unui PIG MFL axial cu senzori dublii.

Defectele cu dezvoltare mai mare pe direcție axială sunt cele mai periculoase, iar detectarea lor se realizează cu PIG-urile MFL transversale (Circumferențial Magnetic Field Leakage – CMFL ) a căror construcție permite liniilor de câmp magnetic să se închidă în peretele conductei pe direcție circumferențială. Pentru acoperirea completă a circumferinței se utilizează PIG-uri dotate cu două module MFL circumferențiale, poziționate decalat.

Un astfel de PIG cu două module este prezentat în figura 2.23.

Fig. 2.23. PIG- CMFL cu doua module amplasate decalat.

Imperfecțiunile sau defectele de tipul fisurilor axilale sunt cel mai greu de depistat , dar se poate realiza cu PIG-urile MFL cu magnetizare transversală de înaltă rezoluție.Acest lucru se resimte și în prețul pentru utilizarea acestui despozitiv care este mult mai scump decât celelalte tipuri de PIG.

Tabelul 2.5. Precizia detectării defectelor cu ajutorul PIG-urilor tip MFL

PIG-urile pe bază de curenți turbionari eddy sunt utilizate pentru determinarea geometriei conductelor cu avantajul că nu mai sunt necesari senzori de contact.Traductorii inductivi în număr de 6….12 sesizează orice variație a distanței dintre corpul PIG-ului și tubulatura conductei datorită modificării curenților eddy.

Fig.2.26. Schema funcțională,detaliile și tipurile constructive principale ale PIG-ului geometric cu curenți eddy

a-.schema constructivă;b- schema detectării deformațiilor locale ale tubulaturii conductei;

c.-trecerea PIG-ului prin zonele curbe ale tubulaturii inspectate;

d.-PIG geometric cu discuri

e.-PIG geometric cu talere.

PIG-urile inteligente pentru cartografiere tridimensională sunt dispozitive complexe care utilizează sisteme inerțiale de măsurare,dotate cu odometre și senzori de profunzime pentru determinarea variației nivelului la care se află conducta și variațiile diametrului conductei.

Fig.2.27. Construcția unui PIG inerțial de cartografiere tridimensională.

Pentru toate categoriile de informații pe care le oferă inspecția cu PIG-uri inteligente

există introduse module în funcție de scopul urmărit și de complexitatea inspecției. Redarea rezultatelor inspecției cu aceste dispozitive inteligente o constituie o histogramă de distribuție a defectelor grupate pe clase de adâncime,sau grupate pe clase de gravitate.Aceste histograme au în abscisă poziția defectului pe lungimea traseului de conductă și în ordonată numărul de defecte constatate la inspecție.

CAPITOLUL III

TIPURI DE DEFECTE EVIDENTIATE LA DIAGNOSTICAREA CONDUCTELOR PENTRU EVALUAREA LOR PE MATERIALUL TUBULAR AL CONDUCTEI

În vederea determinării defectelor de coroziune, se folosesc modele predictive, bazate pe experiență de exploatare și utilizarea unor teste de laborator ce fundamenteaza rezultatele inspecțiilor cu PIG-uri inteligente.

Metodele bazate pe modele predictive :

Se utilizează în special pentru estimarea vitezei de coroziune interna deoarece sistemul este închis iar caracteristicile mediului cu care este în contact materialul sunt cunoscute și relativ constante. Pentru diferite caracteristici ale fluidului vehiculat există relații de calcul ce se particularizează prin coeficienți stabiliți pe baza unor date experimentale.

În cazul coroziunii externe, există un numar mare de factori aleatorii determinați de umiditatea și caracteristicile solului, solubitatea sărurilor prezente, PH-ul mediului etc. ceea ce face imposibilă utilizarea unor relații pentru determinarea vitezei de coroziune. În funcție de tipul solului, caracteristicilor de umiditate, valorilor medii ale rezistivității solului, s-au stabilit anumite grade de corozivitate și viteze medii de coroziune care sunt prezentate în tabelul 3.1. Aceste valori se pot utiliza atunci când se consideră că nu acționează sau sunt deteriorate sistemele uzuale de protecție anticorozivă (acoperiri de protecție, sisteme de protecție catodică etc.).

În absența oricăror date, NACE RP0102-2002 se recomandă luarea în considerare a unei viteze medii de 0,4 mm/an. Această valoare este valabilă cu un grad de încredere de peste 80% pentru coroziunea oțelului neprotejat, îngropat în diferite tipuri de sol. Desigur că vitezele de coroziune pot fi mult mai mari în cazul influenței unor factori care favorizează coroziunea localizată.

Tabelul 3.1. Gradele de corozivitate și vitezele medii de coroziune pentru diferite condiții

Metodele bazate pe rezultatele inspecțiilor cu PIG-uri inteligente :

Pot conduce la determinarea cu acuratețe suficientă a vitezei de creștere a defectelor de coroziune dacă aceste rezultate (concretizate în lungimea, lățimea și adâncimea fiecărui defect) sunt valorificate corespunzător. Viteza de coroziune se determină pe baza diferenței dintre adâncimea defectului la momentul inițial și adâncimea determinată în momentul inspecției. Pentru defectele externe de coroziune este important să se determine cauza și să se estimeze momentul declanșării procesului de coroziune prin corelarea cu alte informații cum ar fi:

deteriorări provocate de alte lucrări în zonă

întreruperi accidentale ale protecției catodice etc.

In lipsa acestor informații se consideră că procesul de coroziune se desfășoară uniform pe toată durata. Dacă se dispune doar de rezultatele unei singure inspecții, durata luată în calcul este fie din momentul instalării conductei, fie jumîtate din această durată, apreciidu-se ca inițial starea izolației a fost bună, iar protecția catodică a funcționat corespunzător.

Cele mai bune rezultate se obțin evident dacă se dispune de rezultatele a două inspecții și există determinări, privind modificarea dimensiunilor defectelor locale de tip lipsă de material. În aceste condiții viteza de coroziune Vcor pentru fiecare defect va fi:

Vcor= (3.1.)

h2 este adâncimea maximă a defectului determinată la ultima inspecție, h1 adâncimea maximă a aceluiași defect determinată la inspecția anterioară, tins durata dintre cele două inspecții.

Compararea rezultatelor inspecțiilor se poate face pe baza urmatoarelor elemente: listele cu caracteristicile defectelor, imaginile defectelor obținute prin prelucrarea informatică a semnalelor, grupările de defecte (clustere) sau diagramele semnalelor.

Cele mai bune rezultate se obțin dacă cele două inspecții s-au realizat cu același tip de PIG inteligent, de către același furnizor de astfel de servicii, și se determină viteza de coroziune pe baza comparării diagramelor semnalelor.

Imperfecțiunile (anomaliile de configurație, dimensiuni, microstructură etc. prezente în peretele tubulaturii unei conducte, care nu afectează inadmisibil capacitatea portantă a conductei) și defectele (imperfecțiunile cu influențe negative semnificative asupra funcționării corecte și capacității portante a unei conducte, care impun luarea unor măsuri de supraveghere și mentenanță ) tubulaturii conductelor, care se pot depista cu ocazia inspecțiilor efectuate cu metodele anterior prezentate, se pot clasifica în mai multe categorii :

III.1. Defecte geometrice produse prin deformarea locală a tubulaturii conductelor

În această categorie se încadreaza toate abaterile de dimensiuni și formă care modifică semnificativ configurația secțiunii transversale a tubulaturii conductei, principalele tipuri de astfel de imperfecțiuni sau defecte fiind : scobiturile și deformările locale (urmele de lovituri sau de interacțiune cu diverse elemente din mediul în care se află amplasată conducta).

Deformările locale sunt defecte sau imperfecțiuni mai puțin severe, deoarece nu modifică grosimea peretelui tubulaturii, producând numai variații locale ale curburii secțiunii transversale a acesteia. Deformările locale influențează curgerea gazelor în conducte și pot produce dificultăți majore la efectuarea operațiilor de curățire sau spălare și la inspecția interioară a conductelor, prin blocarea deplasării sculelor de lucru sau a dispozitivelor de tip PIG inteligent. Deformările locale de natură elastică, produse, de interacțiunea conductelor cu bucăți de rocă se pot elimina prin simpla indepărtare a cauzei, în timp ce deformările locale de natură plastică sunt mai greu de remediat și pot avea efecte mai nocive, deformarea plastică locală putând produce ecruisarea materialului tubulaturii și diminuarea importantă a tenacității acestuia.

Fig 3.1. Defecte de tip deformare locală depistate pe tubulaturile unor conducte ce au dus la blocarea PIG-ului.

Scobiturile, care constau din deformarea plastică locală a tubulaturii conductei și îndepărtarea de material prin efect de așchiere, sunt defecte sau imperfecțiuni cu mare severitate. La realizarea acestora, odată cu îndepărtarea materialului se produce și ecruisarea stratului superficial al fundului scobiturii, astfel că prezența acestor imperfecțiuni sau defecte poate conduce la declanșarea unor procese de fisurare fragilă și la inițierea ruperii. (fig.3.2.)

Fig.3.2. Defecte de tip scobituri,obținute prin deformarea plastică locală și indepărtarea de material prin efect de așchiere, depistate pe tubulaturile unor conducte

Deformările locale și scobiturile sunt defecte foarte severe dacă sunt amplasate pe îmbinările sudate ale țevilor și/sau tubulaturii conductelor.

III.2. Evaluarea defectelor de tip lipsă de material .

Aceste imperfecțiuni sau defecte constau în subțierea generală sau locală a peretelui tubulaturii conductei prin pierderea de metal în prezența sau absența unui proces coroziv. Cele mai întalnite imperfecțiuni sau defecte din această categorie sunt micșorările uniforme ale grosimii peretelui tubulaturii produse de procesele de coroziune generală și plăgile sau cavernele de coroziune produse de coroziune localizată, la interiorul sau la exteriorul tubulaturii conductelor. Defectele din această categorie sunt cele mai întalnite. (fig.3.3.)

Imperfecțiunile și defectele de tip lipsă de material apărute pe suprafața exterioară a tubulaturii conductelor pot fi evidențiate atât prin inspecțiile cu dispozitive PIG inteligent, cât și prin inspecțiile periodice efectuate pentru stabilirea stării protecției catodice și depistarea defectelor de izolație. În cea de-a doua modalitate de evidențiere, inspecția stării izolației indică deteriorarea sau distrugerea locală a stratului de protecție anticoroziva .

Fig.3.3. Defecte de tip lipsă de material.

Dacă pe suprafețele țevilor există defecte locale produse de coroziune, efectele de diminuare a capacității portante a țevilor, determinate de prezența acestor defecte, se apreciază considerând că fiecare din aceste defecte are trei dimensiuni caracteristice: adâncimea maximă d, lungimea (extinderea în direcția axei longitudinale a țevii) L și lățimea (extinderea în direcția circumferențială).

Pentru evaluarea defectelor de tip lipsă de material se folosesc mai multe metode cuprinse în standarde. La conductele cu un nivel al tenecității corespunzător unei energii de rupere kv ≥ 21 J care pot produce avarieri la tensiuni influențate de limita de curgere a oțelului din care sunt realizate țevile se folosesc metode clasice cum ar fi: ANSI/ASME B31.G.;B31 MODIFICAT și RSTRENG, iar la conductele cu un nivel al tenacității corespunzător unei energii de rupere de KV ≥ 41 J ,cu posibile avarieri prin cedare plastică, se folosesc metode moderne :LPC(Proiectul de grup pentru coroziunea conductelor-LCGSP); DNV Joint Industriy Project; DNV RP-F 101; PAFFC (Criteriul de Avariere in Cazul Defectelor Axiale ale Conductelor) și metoda CORLAS.

Toate aceste metode diferă prin presupunerile făcute cu privire la : nivelul tensiunilor care determină cedarea conductelor,valoarea considerată pentru limita de curgere a oțelului în zona defectelor, modul de schematizare a profilului axilal al defectelor, valoarea coeficientului de corecție geometrică (coeficientul Folias), având fiecare particularitățile ei.

Relația utilizată în prezent pentru determinarea valorii tensiunii mecanice admise ad într-o conductă cu defecte superficiale de tip lipsă de material produse de coroziune este :

ad Ks Rt 0,5 yks (3.2.)

in care Ks este inversul coeficientului de siguranță considerat la proiectarea conductei ( Ks ≤ 1), σy = σc reprezintă limita de curgere efectivă a materialului tubulaturii conductei, iar Ks este factorul de slăbire a tubulaturii conductei în prezența defectelor de coroziune.

Factorul Ks se calculează în diverse moduri, relația cu cea mai mare pondere de utilizare fiind :

Ks (3.3.)

în care A reprezintă aria secțiunii longitudinale a defectului de coroziune ; A = KdLd ,

cu Kd = 1, dacă secțiunea defectului se asimilează cu un dreptunghi (fig.3.3.a), Kd = 0,85 dacă se aplică metoda "ariei efective" (fig.3.3.b)sau Kd = 0,67 dacă secțiunea defectului se consideră de formă parabolică (fig.3.3.c); Ao = Ls, iar KF – factorul de corecție, care ține seama de micșorarea rigidității tubulaturii conductei în prezența defectului.

b.

c.

Fig. 3.3.Modalități de definire a ariei secțiunii longitudinale a defectelor de tip lipsă de material : a. metoda dreptunghiului ;b. metoda ariei efective ; c. metoda parabolei.

Valoarea presiunii Pcd, pană la care poate fi exploatată în siguranță conducta realizată din țevile care prezintă defecte superficiale locale produse de coroziune, se determină cu o relație de forma :

Pcd =2 t/ D ad (3.4)

Calculând presiunea Pcd și comparând valoarea acesteia cu Pc, corespunzatoare unei conducte realizate din țevi fără defecte superficiale produse de coroziune, se poate aprecia oportunitatea menținerii în funcțiune a conductei sau aplicării unor lucrări de mentenanță corectivă.

Caracterizarea formei și dimensiunilor unei anomalii de tip “lipsă de material” presupune, măsurarea grosimilor de perete ale elementului de conductă în zona imperfecțiunii sau defectului și înscrierea rezultatelor obținute într-o fișă de măsurare/înregistrare a dimensiunilor anomaliei, conform prevederilor din API Standard 579.

Pentru a întocmi Fișa de măsurare/înregistrare a dimensiunilor anomaliei depistate pe un element al unei conducte trebuie parcurse următoarele etape:

►Etapa 1. Precizarea dimensiunilor caracteristice ale elementului de conductă cu anomalii de tip “lipsă de material”: diametrul exterior nominal al elementului de conductă De, grosimea nominală (de proiectare/livrare) a peretelui elementului de conductă tn.

►Etapa 2. Stabilirea dimensiunilor de caracterizare a extinderii anomaliei pe suprafața (interioară sau exterioară) a elementului de conductă: extinderea în direcție axială/longitudinală sp, denumită și lungimea anomaliei și extinderea în direcție circumferențială/transversală cp, denumită și lățimea anomaliei. Modul în care sunt definite și se pot măsura dimensiunile sp și cp ale anomaliilor superficiale locale de tip “lipsă de material” de pe elementele de conductă rezultă cu ușurință examinând figura urmatoare.

Fig.3.4. Caracteristicile dimensionale ale anomaliilor de tip lipsă de material.

În zonele în care se află multiple anomalii se consideră că grupurile defectelor care interacționează între ele constituie o singură anomalie care are dimensiunile sp și cp corespunzătoare întregii zone în care anomaliile corespunzătoare fiecărui grup se află distribuite, iar anomaliile care nu interacționează se comportă ca niște anomalii individuale.

Pentru a analiza încadrarea anomaliilor în aceste situații și pentru a stabilii dimensiunile sp și cp ale anomaliilor individuale se folosește următorul algoritm :

• fiecare anomalie se consideră individual și i se stabilesc dimensiunile de gabarit sp și cp;

• se presupune că fiecare anomalie este încadrată într-un dreptunghi de gabarit cu laturile sp și cp și se construiește dreptungiul de interacțiune cu laturile 2sp și 2cp, care circumscrie simetric dreptunghiul de gabarit;

• anomaliile ale căror dreptunghiuri de interacțiune se suprapun parțial sau total se consideră ca o singură anomalie, cu dimensiunile de gabarit sp și cp corespunzătoare întregii zone în care aceste anomalii sunt situate;

• pentru anomaliile individuale astfel definite se repetă algoritmul (o dată sau de mai multe ori, până când rămân numai anomalii individuale).

Fig.3.5 Stabilirea dimensiunilor de gabarit ale anomaliilor individuale corespunzătoare

grupurilor de animalii de tip lipsă de material.

►Etapa 3.Se intocmește planul de măsurare a profilului grosimii de perete a tubulaturii in zona fiecărei anomalii de tip lipsă de material.Pentru realizarea acestei operații se stabileste amplasarea, orientarea și lungimea unor plane de inspecție în zona anomaliei, iar aceste plane fiind orientate circumferențial/transversal (numerotate j p C , cu jp = 1 … npc) și axial/longitudinal (numerotate k p A , cu kp = 1 … npa) trebuie să fie suficient de lungi pentru ca determinările de grosime să caracterizeze complet anomalia de tip “lipsă de material” care se analizează, așa cum se poate observa în figura 3.6 ; numărul planelor de inspecție se alege astfel încât să fie respectată condiția npc * npa = N ≥ 15, iar distanța dintre planele de inspecție Ls se alege, în cazul anomaliilor care pot fi examinate vizual, astfel încât determinările să permită definirea completă a profilului grosimii de perete în zona anomaliei care se analizează; în cazul anomaliilor neaccesibile vizual se recomanda aplicarea următoarei relații:

Ls≤min[0,36 (3.2.)

unde D este diametrul interior al elementului de conductă, D = De – 2tn., iar N numărul de noduri ale rețelei planului de inspecție.

Fig. 3.6. Alcătuirea planului de măsurare a profilului grosimii de perete a tubulaturii.

►Etapa 4.Măsurarea grosimii de perete ti , i = 1….N, in toate cele N noduri ale rețelei de plan de inspecție. Valorile ti , i = 1 … N, se prezintă într-un tabel, prin analiza căruia se stabilește grosimea minimă măsurată a peretelui în zona defectului, tmm = min[ti, i = 1 … N] și grosimea efectivă (reală, masurată) t a peretelui elementului de conductă în afara zonei defectului,apoi folosind valorile măsurate se poate reprezenta grafic configurația acelui defect.

►Etapa 5.Prelucrarea statistică a rezultatelor măsurării grosimii de perete în zona defectului. Șirul de valori ti , i = 1….N, se prelucrează statistic în urmatorul mod:

se calculează media aritmetică a valorilor:

(3.3.)

– se calculează abaterea medie patratică a valorilor:

(3.4.)

se calculează coeficientul de variație a valorilor:

(3.5.)

Dacă COV ≤ 0,1 se consideră că defectul de pe tubulatura conductei este o zonă de subțiere locală uniformă, unde grosimea de perete are peste tot valoarea tam , care pentru o evaluare mai acoperitoare este tam ≈ tmm; iar daca COV > 0,1 se trece la construirea profilului grosimilor de perete.

►Etapa 6.Determinarea profilului critic al grosimilor de perete PCG pe direcție circumferențială și longitudinală. Pentru a defini PCG pe direcție circumferențială se proiectează într-unul din planele Cjp valorile minime ale ti determinate în fiecare plan longitudinal Akp , iar pentru a defini PCG pe direcție longitudinală se proiectează într-unul din planele Akp valorile minime ale ti determinate în fiecare plan circumferențial Cjp , așa cum se poate observa în fig. 3.6.

Cunoscând toate aceste date se întocmește fișa de măsurare/înregistrare a dimensiunilor defectului,care utilizează pentru realizarea ei facilitățile de calcul numeric și de reprezentare grafică oferite de produsul informatic Excel.

Pentru exemplificare se prezintă un model de fișă de măsurare/înregistrare a dimensiunilor defectului de tip listă de material pentru o conducta X:

Tabelul 3.2. Precizarea dimensiunilor caracteristice ale tronsonului cu defecte

Tabelul 3.3. Grosimile de perete măsurate în nodurile rețelei de plane de inspecție ti

Tabelul 3.4.Rezultatele interpretării statistice a grosimilor măsurate în zona defectului

Se prezintă grafic rezultatele măsurării grosimii de perete în zona defectului:

Fig.3.7.Prezentarea grafică a rezultatelor măsurării grosimii de perete în zona defectului.

Se realizează profilul critic al grosimilor PCG, pe direcție longitudinală și pe direcție circumferențială în zona defectului:

Fig.3.8. PCG pe direcție longitudinală și circumferențială.

Pentru folosirea oricărei metode de evaluare a defectelor de tip lipsă de material prezentate, se pot construi diagrame de acceptare a defectelor – DAD. Acestea permit evaluarea rapidă a efectelor pe care le au asupra capacității portante, defectele locale existente pe tubulatura unei conducte și clasificarea defectelor în acceptabile (care pot fi tolerate fără a exista pericolul apariției unor avarii în cursul exploatării conductei) sau inacceptabile (care pot produce avarierea conductei și trebuie obligatoriu inlăturate prin realizarea unor lucrări de mentenanță). DAD se poate utiliza și pentru a estima duratele de exploatare necesare pentru ca procesele de coroziune să transforme (prin mărirea dimensiunilor caracteristice d, L si C) un defect acceptat într-un defect tolerat temporar și apoi într-un defect neacceptat, cunoașterea acestor durate fiind utilă pentru planificarea oportună a lucrărilor de mentenanță.

În figura următoare se prezintă modul în care au fost prelucrate și interpretate rezultatele inspecției efectuate cu PIG inteligent pe o conductă de transport gaze naturale

Fig,3.9. Caracterizarea și ierarhizarea defectelor cu ajutorul DAD de pe un tronson de conductă

Se observă că din multitudinea de defecte depistate, numai trei au punctele caracteristice situate în afara domeniului de acceptare și trebuie analizate mai profund pentru a stabilii ce efecte are asupra rezistenței mecanice reziduale și duratei de viață remanente a conductei și pentru programarea lucrărilor de mentenanță pentru remedierea defectelor.

Ca metode alternative de evaluare a gravității defectelor superficiale de tip lipsă de material se recomandă :

► procedurile de evaluare prescrise de API Standard 579 ;

► simularea numerică bazată pe folosirea metodei elementelor finite –MEF.

Ca mijloc de evaluare operativă a defectelor și validarea rezultatelor prin aplicarea celor două metode alternative se recomandă folosirea diagramei de acceptare a defectelor.

III.3. Evaluarea defectelor de tip fisură

Fisurile sunt defectele cu cea mai mare nocivitate, care produc puternice efecte de concentrare a tensiunilor mecanice și micșorează sensibil capacitatea portantă a conductelor. Dimensiunile lor se pot modifica în timp prin creștere (dezvoltare) stabilă, până la atingerea unor dimensiuni critice, la care se poate produce propagarea instabilă și ruperea tubulaturii. În funcție de caracteristicile de tenacitate ale materialului tubulaturii, fisurile pot genera fenomene de rupere fragilă (ce se desfășoară cu viteze mari și se propagă pe distanțe mari, dând naștere la avarii cu consecințe importante) sau fenomene de rupere ductilă (ce se desfășoară cu viteze mici și sunt precedate de procese de deformare plastică).

Fisurile pot fi generate în decursul exploatării conductelor, datorită intervenției fenomenelor de oboseală, coroziune sub tensiune, coroziune în prezența hidrogenului etc., sau pot exista în tubulatura conductei încă de la punerea sa în funcțiune (fisuri produse la laminarea țevilor sau în imbinările sudate ale tubulaturii conductelor).

Fig.3.10. Defecte de tip fisură depistate pe tubulatura conductelor.

Principala metoda de evaluare a gravității defectelor de tip fisură prezente pe țevile și imbinările sudate care alcătuiesc tubulatura conductelor pentru transportul gazelor naturale se bazează pe construcția și utilizarea diagramei de analiză a ruperii – FAD (Failure Assesement Diagram). Principiul general de evaluare a integrității unei conducte care transportă gaz sub presiune utilizat de această metodă constă în compararea mărimilor ce caracterizează starea de solicitare mecanică de la vârful defectelor de tip fisură existente în aceasta, cu mărimile ce caracterizează rezistența la cedare a oțelului din care este realizată conducta.

La definirea conceptului FAD pentru o conductă sub presiune se consideră urmatoarele circumstanțe :

► tubulatura conductei conține un defect (real sau convențional) de tip fisură, cu forma, dimensiunile și poziția cunoscute ;

► solicitările mecanice ale conductei (în cursul exploatării sau la proba hidraulică) determină dezvoltarea unor tensiuni mecanice, pe direcția normală defectului plan tip fisură, cu intensitatea și atingerea unui nivel KI factorului de intensitate a tensiunilor la vârful defectului ;

► în condițiile de solicitare mecanică considerate pentru conducta sub presiune, materialul metalic (oțelul) din care este confecționată aceasta are caracteristicile de rezistență mecanică Rt0,5 , Rm, c = y și tenacitatea la rupere KIC cunoscute ;

► cedarea conductei se produce la atingerea unei combinații critice a factorilor ce descriu două stări limită de solicitare mecanică a acesteia :

– starea limită corespunzatoare deformării plastice generalizate a materialului din secțiunea ce conține planul defectului de tip fisură, care se atinge dacă

= c sau Lr = / c = 1 ;

– starea limita corespunzătoare ruperii fragile, prin inițierea procesului de propagare instabilă a fisurii existente pe tubulatura conductei, care se atinge dacă KI = KIC sau Kr = KI / KIC = 1.

În aceste circumstanțe, curba caracteristică FAD reprezintă locul geometric al punctelor având coordonatele (Lr, Kr), corespunzătoare combinațiilor critice de solicitări pentru conducta supusă analizei.

Ecuația acestei curbe este:

Kr = (3.6)

pentru nivelul 2 de rugozitate al conductei sau :

Kr = (Lr) = (1 – 0,14 Lr) (3.7)

pentru nivelul 3 de rugozitate al conductei.

Curba caracteristică delimitează în spațiul FAD două domenii :

un domeniu de siguranță ; un element de conductă sub presiune se consideră că funcționează în siguranță (în raport cu atingerea stărilor limită de solicitare ), dacă punctele de coordonate (Lrd, Krd) corespunzătoare stărilor de solicitare de la vârful defectelor pe care le conține se situează sub curba caracteristică a FAD (în domeniul de siguranță)

un domeniu de cedare, dacă punctele având coordonatele (Lrd, Krd) sunt dispuse deasupra curbei caracteristice a FAD (în domeniul de cedare).

Se poate observa că utilizarea FAD pentru evaluarea defectelor de tip fisură este similară cu cea corespunzătoare utilizării DAD pentru evaluarea defectelor superficiale locale de tip lipsă de material.

Fig.3.11.FAD pentru evaluarea integrității conductelor cu defecte de tip fisură.

Relațiile și criteriile precizate în API Standard 579 utilizând diagrama FAD pot fi particularizate pentru orice tip de defect de tip fisură prezent în peretele unui element de conductă (fisuri pătrunse, fisuri superficiale semieliptice sau fisuri interioare eliptice).

Pentru exemplificare, este prezentat conținutul acestei proceduri, considerând că defectele de tip fisură prezente pe elementul de conductă sunt defecte interioare și au dispunerea transversală pe axa de simetrie a acestuia:

Fig.3.12 Forma și dimensiunile caracteristice ale defectelor interioare de tip fisură cu

dispunere transvarsală pe tubulatura unei conducte.

Procedura de evaluare are, în cazul defectelor de tip fisură considerate, parcurge urmatoarele etepe:

► Etapa 1.Stabilirea datelor inițiale, care sunt:

– dimensiunile caracteristice ale conductei în zona defectelor: diametrul exterior (efectiv) De și grosimea de perete (efectivă) s; cunoscând aceste date, se determină, raza exterioară Re și raza interioară Ri ale conductei;

– dimensiunile și amplasarea defectelor; pentru fiecare defect se precizează: adâncimea defectului a0 = d, lungimea defectului (extinderea defectului în direcția circumferențială) lc0 = 2c0 = C și distanța de la defect până la cea mai apropiată discontinuitate structurală (racord, fund, armătură, robinet etc) Lmsd;

– caracteristicile mecanice ale materialului conductei în zona defectelor : modulul de elasticitate longitudinală (Young) E, limita de extensie convențională σys = Rt0.5, rezistența la rupere σuts = Rm, alungirea procentuală după rupere A2in și tenacitatea la rupere K1mat;

– încărcările mecanice ale conductei: presiunea maximă de operare p; forța axială maximă

F =πpRi2

► Etapa 2.Stabilirea caracteristicilor de calcul ale materialului conductei în zona defectelor. În această etapă se stabilesc:

– Curba caracteristică convențională la tracțiune – CCCT (curba σ = ft(ε) pentru

materialul (oțelul) din care este realizat elementul de conductă în care s-au depistat defectele; CCCT se poate defini analitic utilizând relațiile:

= E pentru < e

(3.8)

= K pentru > e

în care E este modulul de elasticitate (Young) al oțelului, e este deformația specifică liniară maximă :

e = , (3.9)

iar K, denumit modulul de rezistență al oțelului, m, denumit exponentul de ecruisare al oțelului și Re, desemnând limita elastică a oțelului se pot estima, cunoscând caracteristicile mecanice Rm (rezistența la rupere la tracțiune),Rt0.5 (limita de extensie convențională) și A5 (alungirea procentuală după rupere), aplicând formulele:

m = ; K =

(1.3)

= E (3.10)

În calcule se consideră curba caracteristică reală la tracțiune – CCRT (curba care exprimă dependența funcțională dintre tensiunea mecanică reală de tracțiune σr și deformația specifică liniară ε, σr = frt(ε), care se poate construi pe baza CCCT.

– Tenacitatea la rupere K1mat pentru oțelul conductei în care s-au depistat defectele. Aceste caracteristici se pot determina experimental, aplicând prescripțiile din standardele ASTM E1152 și ASTM E1820 sau se pot estima,cunoscând energia de rupere KV determinată prin încercarea la încovoiere prin șoc ;

– Factorii de siguranță parțiali și caracteristicile de calcul la evaluarea severității defectelor.

În calcule se consideră:

tensiunile date de încărcările p și F multiplicate cu PSFs,unde PSFs este factorul de siguranță corespunzător tensiunilor mecanice ale materialului;

tenacitatea la rupere a materialului kmat = k1mat / PSFk, unde PSFk,este factorul de siguranță corespunzător tenacității la rupere.

adâncimea defectelor de tip fisură a0 multiplicate cu PSFa ,unde PSFa, este

factorul de siguranță corespunzător dimensiunilor defectelor.

► Etapa 3. stabilirea tensiunii mecanice de referință σref și a deformației specifice de referință εref . În această etapă se realizează următoarele:

– stabilirea valorilor posibile ale adâncimii defectului în cursul evoluției sale;

– determinarea factorilor de formă ai elementului de conductă și ai defectelor existente pe

acesta;

– definirea caracteristicilor de calcul al tensiunii de referință;

– stabilirea intensităților tensiunilor primare de membrană Pm și de încovoiere Pb din

elementul analizat ;

– determinarea tensiunilor mecanice de referință σref(a);

– determinarea deformațiior specifice liniare de referință εref(a), corespunzătoare, pe

CCCT tensiunilor σref(a);

– definirea parametrului Lr(a), ce descrie tendința elementului de conductă analizat de a

atinge starea limită corespunzatoare deformării plastice generalizate.

► Etapa 4.Determinarea factorului de intensitate a tensiunilor K1 la vârful defectului de tip fisură. În această etapă se realizează următoarele:

– stabilirea valorilor coeficientului de influență G0(a) în funcție de grosimea peretelui în

raport cu diametrul;

– determinarea factorului de formă al defectului de tip fisură;

– determinarea factorului de intensitate a tensiunilor la vârful defectului de tip fisură K1(a)

– definirea parametrului Kr(a), ce descrie tendința elementului de conductă analizat de a

atinge starea limită corespunzătoare ruperii fragile, prin inițierea procesului de propagare

instabilă a fisurii:

( 3.11.)

► Etapa 5.Construirea diagramei de analiză a ruperii – FAD (Failure Assessment Diagram) pentru aprecierea severității defectelor de tip fisură. În această etapă se constuiește FAD, care are în abscisă parametrul Lr(a), în ordonată parametrul Krd(a) și curba caracteristică, prin care spațiul diagramei este împărțit în domeniul de acceptare a defectelor (domeniul de siguranță) și domeniul de neacceptare a defectelor (domeniul de cedare), definit, ca locul geometric al punctelor având coordonatele (Lr, Kr) corespunzătoare combinațiilor critice de solicitări (care conduc la apariția ruperii) pentru elementul de conductă analizat. Curba caracteristică a FAD este definită analitic de una din ecuațiile (3.6) sau (3.7); analizând se constată că trebuie utilizată FAD având curba caracteristică definită de ecuația (3.6.)

Fig.3.12 Evaluarea severității defectelor de tip fisură cu ajutorul FAD

– Se reprezintă pe FAD curba de evoluție a defectului definit ca locul geometric al punctelor de coordonate [ Lr(a),Kr(a)];

– Se stabilește poziția în câmpul FAD al punctului inițial al curbei de evoluție a defectului, cu coordonatele p[Lr(a0);Kr(a0)]; dacă acest punct este situat în domeniul de siguranță al FAD, defectul se acceptă, elementul de conductă putând funcționa în siguranță fără a fi necesare intervenții, iar dacă punctul este poziționat în domeniul de cedare al FAD, defectul este neacceptat și se poate continua exploatarea conductei la o presiune de operare diminuată (astfel încât defectul să nu producă avarierea conductei) sau trebuie luate măsuri de remediere a acestuia prin aplicarea unor lucrări de mentenanță corectivă în vederea eliminării acestuia.

– Stabilirea dimensiunilor la care defectul acceptat poate deveni neacceptat; dacă defectul de tip fisură cu dimensiunile caracteristice a0 si c0 este acceptat (punctul cu coordonatele [Lr(a),Kr(a)] este situat în domeniul de siguranță al FAD), se determină abscisa Lrmax a punctului în care curba de evoluție a defectului taie curba caracteristică a FAD și se determină dimensiunile amax si cmax, până la care defectul poate evolua rămânând acceptat.

CAPITOLUL IV

METODE SI PROCEDEE TEHNOLOGICE DE REPARARE A CONDUCTELOR

Metodele de reparare a conductelor de gaze naturale se recomandă in funcție de tipul defectării sau degradării conductei

In tabelul următor se prezintă câteva dintre procedeele de reparare a conductelor si principalele situații de utilizare a acestora :

Tabelul 4.1. Metode tehnologice uzuale utilizate la repararea conductelor

Procedeele prezentate în continuare sunt adecvate reparării peretelui tubulaturii conductelor. La fiecare procedeu tehnologic se prezintă particularitățile esențiale, situațiile în care sunt aplicabile, avantajele și dezavantajele utilizării.

IV.1.Repararea utilizând netezirea defectelor prin polizare

Procedeul constă în polizarea marginilor ascuțite și netezirea profilul defectelor locale de tip lipsă de material produse prin coroziune sau în transformarea prin polizare a defectelor ascuțite de tip crescătură sau fisură (capabile să se extinda rapid) în adâncituri cu rază mare de curbură, cum se observă în figura 4.1.

Fig. 4.1. Schema reparării defectelor locale folosind procedeul netezirii prin polizare

Deși polizarea are ca rezultat subțierea peretelui, efectul negativ al prezenței defectelor se diminuează sau se elimină prin reducerea efectului de concentrare a tensiunilor mecanice.

Este necesar să se stabilească adâncimea maximă până la care se poate poliza astfel încât să se poată garanta funcționarea în condiții de siguranță a conductei.

În mod obișnuit, în funcție de adâncimea defectelor remediate, după o astfel de intervenție nivelul presiunii de operare se reduce față de presiunea maximă de regim.

Pentru aplicarea procedeului se utilizează polizoare sau mașini de frezat portative și trebuie concepute și utilizate dispozitive adecvate conducerii mecanizate a sculelor de lucru (pentru controlul permanent al adânciturii de prelucrare și a profilului de corectare a defectului).

Fig. 4.2. Tipuri de freze profilate pe netezirea defectelor

Tabelul 4.2. Avantajele și dezavantajele reparării defectelor folosind procedeul netezirii prin polizare

IV.2. Repararea folosind încărcarea prin sudare

Acest procedeu de reparare constă din umplerea defectului cu material de adaos prin sudare, pentru a restabili sau a crește grosimea inițială a peretelui. Poate fi utilizată și pentru a înlocui materialul îndepărtat prin aplicarea procedeului de netezire prin polizare a defectelor adânci. Nu este un procedeu de reparare foarte recomandată din cauza pericolului de incendiu asociat sudării pe o conducta de gaze sub presiune, mai ales în zonele cu perete subțire. Este posibilă o străpungere a materialului țevii, străpungere care depinde de grosimea peretelui, de aportul de caldură produs prin sudare și de indepărtarea căldurii prin circulația gazului din conducta. În figura 4.3. este prezentată configurația unui defect reparat prin acest procedeu, care prezintă, așa cum rezultă din tabelul 4.2. avantaje similare procedeului descris anterior și următoarele dezavantaje; poate da naștere la defecte de tip fisură; nu se poate aplica în cazul defectelor dispuse la interiorul tubulaturii conductei; în cazul răcirii rapide a MA depus pot apărea zone cu structuri fragile și se poate produce fisurarea asistată de hidrogen.

Tabelul 4.3. Avantajele și dezavantajele reparării defectelor folosind încărcarea prin sudură.

Incărcarea prin sudare se poate utiliza și pentru a compensa pierderea de grosime de perete datorită unor defecte superficiale locale de tip lipsă de material existente pe tubulatura unei conducte.

Procesul tehnologic de reparare a defectelor exterioare locale de pe tubulaturile conductelor utilizând încărcarea prin sudare cuprinde următoarele operații:

Fig 4.3 Reparații folosind încărcarea prin sudare

IV.3. Repararea prin aplicarea de petice sudate

Un petic poate fi sudat peste un defect de tip lipsă de material, pentru asigurarea rezistenței mecanice și etanșarea zonei tubulaturii în care este localizat defectul. Principalul argument pentru alegerea acestui procedeu îl constituie simplitatea.

În figura 4.4.sunt prezentate imagini sugestive privind realizarea reparațiilor prin acest procedeu tehnologic.

Avantajele aplicării acestui procedeu de reparare sunt simplitatea, rapiditatea, costurile reduse implicate și caracterul definitiv al reparațiilor realizate.

Dezavantajul principal îl constituie probabilitatea destul de mare de apariție a defectelor în sudurile de colț realizate pentru montarea peticului pe tubulatura conductei. De asemenea trebuie să se țină seama de toate aspectele legate de realizarea operațiilor de sudare pe conductele destinate transportului de gaze naturale.

Fig.4.4. Repararea conductei cu petice circulare și dreptunghiulare aplicate

peste defectele de tip lipsă de material.

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea de petice sudate cuprinde următoarea succesiune de operații :

– verificarea calității peticelor (confecționarea din semifabricate de tip tablă, platbandă sau țeavă și marcarea poziției acestora pe tubulatură.

– poziționarea corectă și montarea peticelor în vederea sudării (cu ajutorul unor dispozitive mecanice , nefiind recomandată prinderea în puncte de sudură).

– sudarea peticelor pe tubulatură, cu respectarea tuturor prescripțiilor privind realizarea îmbinărilor sudate.

– verificarea calității îmbinărilor sudate și remedierea eventualelor

imperfecțiuni sau defecte ale acestora

IV.4. Repararea cu manșoane de strângere tip A

Două invelișuri semicilindrice sunt fixate în jurul zonei cu defecte superficiale locale de tip lipsă material și apoi sunt sudate unul de celălalt printr-o îmbinare longitudinală ca în figura 4.5. Acest procedeu tehnologic se folosește în cazul defectelor nestrăpunse, manșoanelor având în principal rolul de a împiedica orice posibilă deformare excesivă a tubulaturii în zona defectelor. Pentru a se asigura o consolidare bună a zonei defectului și a se realiza o bună conlucrare mecanică între tubulatură și manșonul aplicat, poate fi necesară umplerea cu rașină epoxidică a interstițiului dintre tubulatură și manșon. Este de asemenea important să se realizeze o strângere bună pe tubulatură a semimanșoanelor, utilizându-se coliere mecanice adecvate.

Pentru a realiza un efect de fretare la aplicarea unui manșon de tip A, se incălzesc cele două jumătăți ale acestuia la o temperatură dată (350…450 ºC) si se fixează cu ajutorul unor coliere, după care se efectuează sudura longitudinală (fară sudare de conductă), iar la răcire manșonul astfel obținut comprimă țeava suport. În zona tubulaturii care se recondiționează se poate aplica un strat de rășină epoxidică, ce acționează ca un lubrefiant la așezarea pe tubulatura a celor doua elemente componente ale manșonului și care se comportă după intărire ca un mediu ce asigură cuplarea mecanică a tubulaturii și manșonului. Aplicarea stratului de rășină (sau altui material de umplutură) este obligatorie când metoda este utilizată pentru repararea defectelor produse prin deformarea plastică locală a tubulaturii conductei, pentru a împiedica evoluția defectului sub manșon (modificarea configurației defectului prin deformarea tubulaturii conductei)

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui manșon de strângere tip A cuprinde urmatoarea succesiune de operații :

– verificarea calității componentelor semicilindrice ale manșonului (confecționate din semifabricate de tip tablă, platbandă sau țeavă) și marcarea poziției acestora pe tubulatură.

– poziționarea corectă, aplicarea stratului de rășină epoxidică pe tubulatură (pentru cuplarea mecanică a tubulaturii cu manșonul) și montarea manșonului în vederea sudării (cu ajutorul unor dispozitive mecanice). Dacă se preconizează obținerea unor efecte de fretare la montarea manșonului, înainte de montare se realizează încălzirea componentelor sale semicilindrice la 350… 400º C .

– sudarea manșonului pe tubulatură, prin realizarea îmbinărilor sudate longitudinale între componentele semicilindrice ale acestuia, cu respectarea tuturor prescripțiilor privind realizarea îmbinărilor sudate. Prescripțiile tehnologice privind sudarea se adoptă în funcție de soluția aleasă pentru realizarea îmbinărilor sudate între componentele semicilindrice ale manșonului.

– verificarea calității îmbinărilor sudate și remedierea eventualelor imperfecțiuni sau defecte ale acestora.

Fig.4.5. Repararea folosind procedeul manșoanelor de strângare tip A

Tabelul 4.4. Avantajele și dezavantajele reparării conductelor cu manșoane de strangere tip A

IV.5. Repararea cu manșoane de strângere de tip B

Ca și în cazul procedeului precedent, se folosesc două învelișuri semicilindrice (cu dimensiunile corespunzătoare diametrului exterior al tubulaturii conductei), care se fixează în jurul zonei cu defecte de pe tubulatură și apoi se sudează unul de celălalt și pe conductă, prin suduri de colț, la ambele capete. Învelișurile semicirculare (manșoanele) trebuie să depășească cu cel putin 50 mm (2 in) zona defectelor. Se crează astfel o incintă inchisă în jurul defectului, capabilă să preia solicitările mecanice generate de presiunea gazului din conductă.

Ca și în cazul altor procedee tehnologice care presupun sudarea pe conductă sub presiune, se iau măsurile corespunzătoare pentru obținerea unor îmbinări sudate de calitate.

Repararea cu manșoane de strângere sudate este un procedeu utilizat foarte frecvent, deoarece permite refacerea integrală a capacității portante a tubulaturii conductei. Manșoanele consolidează zona defectului și frânează dezvoltarea acestuia. Coroana circulară dintre manșonul de tip B și tubulatura conductei poate fi presurizată prin găurirea țevii pentru a elimina tensiunile mecanice circumferențiale din zona deteriorată a tubulaturii și a transfera manșonului sarcina preluării solicitărilor mecanice. Această metodă este recomandată pentru defectele ce cauzează scurgerea gazului din conductă sau care pot evolua până la pierderea etanșeității conductei. Găurirea tubulaturii suport trebuie efectuată dacă defectul care a fost reparat poate provoca ruperea în viitor, adică, dacă defectul poate crește după ce a fost reparat sau dacă presiunea în tubulatur conductei este ridicată. Pentru efectuarea găuririi se montează pe jumătatea superioară a manșonului de tip B un racord pentru o mașină de găurit și un dispozitiv de etanșare. În practica curentă se evită insă găurirea tubulaturii, datorită problemelor tehnologice pe care le implică efectuarea acestei operații.

Fig 4.6. Repararea conductelor cu manșoane de tip B

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui manșon de strangere tip B cuprinde următoarea succesiune de operații :

– verificarea calității componentelor semicilindrice ale manșonului (confecționate din semifabricate de tip tablă, platbandă sau țeavă) și marcarea poziției acestora pe tubulatură.

– poziționarea corectă și montarea manșonului în vederea sudării, nefiind recomandată prinderea în puncte de sudură .

– realizarea îmbinărilor sudate longitudinale între componentele semicilindrice ale manșonului, cu respectarea tuturor prescripțiilor privind realizarea îmbinărilor sudate. Prescripțiile tehnologice privind sudarea se adoptă în funcție de soluția aleasă pentru realizarea îmbinărilor sudate longitudina între componentele semicilindrice ale manșonului.

– sudarea manșonului pe tubulatură prin realizarea îmbinărilor sudate circulare (in colț) dintre manșon și tubulatură, cu respectarea tututor prescripțiilor privind realizarea îmbinărilor sudate. Prescripțiile tehnologice privind sudarea se adoptă în funcție de condițiile în care se execută lucrările de mentenanță (cu sau fară scoaterea din exploatare a conductei).

– verificarea calității îmbinărilor sudate și remedierea eventualelor imperfecțiuni sau defecte ale acestora.

Manșoanele sudate și manșoanele umplute cu rășină sintetică măresc capacitatea portantă a conductei deteriorate și reparate prin :

– redistribuirea tensiunilor mecanice. Dacă manșonul sudat se conformează perfect în jurul tubulaturii conductei, tensiunea mecanică circumferențială din tubulatură scade prin redistribuire și în manșon. Dacă manșonul sudat are grosimea de perete corespunzătoare grosimii peretelui tubulaturii pentru presiunea de regim, manșonul va prelua creșterea de tensiune corespunzătoare creșterii de presiune de la presiunea de lucru dinainte de reparare la presiunea de regim proiectată pentru conductă. Altfel spus, procedeul de reparare cu manșon sudat este capabil să refacă integral capacitatea portantă a conductei. Trebuie însă menționat că abaterile de formă ale manșonului, care provoacă o neconformare cu peretele conductei, conduc și la abateri în redistribuirea tensiunilor mecanice, ceea ce reduce capacitatea de preluare a solicitărilor suplimentare.

-împiedicarea bombării tubulaturii în zona defectelor locale. Manșoanele de tip A și cele fară presiune de tip B împiedică bombarea prin deformarea elastoplastică accentuată a tubulaturii conductei în zona defectelor locale.

Avantajele și dezavantajele aplicării acestui procedeu de reparare sunt sintetizate în tabelul următor :

Tabelul 4.5. Avantajele și dezavantajele reparării conductelor cu manșoane de strangere tip B

IV.6. Repararea cu invelișuri aplicate la distanță

Învelișurile aplicate la distanță se folosesc în cazul defectelor apărute într-o zonă curbată sau cu forma complicată a tubulaturii unei conducte. Se prind manșoane de țeavă pe fiecare parte a zonei cu defecte și apoi se sudează de acestea, la o distanță corespunzătoare pentru a prelua curbura sau altă particularitate geometrică a tubulaturii, elementele de înveliș care închid și etanșează zona cu defecte.

Manșoanele și învelișurile formează un vas de presiune în jurul zonei cu defecte și previn orice pierdere de gaz din conductă, în cazul în care defectul cauzează avarierea (cedarea) conductei. Tubulatura supusă reparării poate fi găurită pentru presurizarea coroanei inelare create în jurul defectului și descărcarea parțială de solicitări mecanice a tubulaturii conductei.

În mod obișnuit, reparațiile realizate prin acest procedeu sunt temporare, impunând realizarea ulterioară a unor lucrări de înlocuire a elementelor deteriorate de pe tubulatura conductei.

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte cu un înveliș aplicat la distanță cuprinde următoarea succesiune de operații :

– verificarea calității componentelor (două sau mai multe, în funcție de configurația și dimensiunile amenajărilor existente în zona de defecte a tubulaturii învelișului) și marcarea poziției acestora pe tubulatură.

– poziționarea corectă și montarea componentelor învelișului în vederea sudării, nefiind recomandată prinderea în puncte de sudură .

– realizarea îmbinărilor sudate longitudinale între componentele învelișului cu respectarea tuturor prescripțiilor privind realizarea îmbinărilor sudate.

– sudarea manșonului pe tubulatură prin realizarea îmbinărilor sudate circulare (în colț) dintre manșon și tubulatură, cu respectarea turutor prescripțiilor privind realizarea imbinărilor sudate.

– verificarea calității imbinărilor sudate și remedierea eventualelor imperfecțiuni sau defecte ale acestora.

Fig.4.6. Repararea cu invelișuri aplicate la distanță.

IV.7. Repararea cu invelișuri umplute cu rășină sintetică

Este un procedeu de reparare fără sudare directă pe conductă, pentru remedierea defectelor tubulaturii care nu cauzează pierderea etanșeității conductei (scurgeri de gaz). Poate fi folosită și acolo unde sudarea nu se poate utiliza și anume : în zonele coturilor și ramificațiilor în T, în zonele sudurilor transversale dintre țevile care alcătuiesc tubulatura conductelor, pe armături etc.. Se folosesc două jumătăți de inveliș din otel, care au grosimea peretelui egală cu cea a peretelui tubulaturii conductei și sunt din aceeași calitate de material, ce se sudează una de cealaltă în jurul zonei cu defecte. Diametrul interior al învelișurilor este mai mare decât diametrul exterior al conductei, lăsând un spațiu inelar de 3 pana la 40mm între învelișuri și tubulatura conductei supuse reparării ; acest spațiu se umple cu rășină sintetică (de obicei se folosește o rășină epoxidică), cum se arată in figura 4.7.

Fig.4.7. Repararea conductelor folosind procedeul aplicării învelișurilor umplute cu rășină epoxidică:

a. schița reparației;

b.schema instalației de aplicare a rășinii epoxidice.

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui inveliș umplut cu rășină sintetică cuprinde urmatoarea succesiune de operații :

– verificarea calității componentelor semicilindrice ale invelișului (confecționate din semifabricate de tip tablă, platbandă sau țeavă, prin aplicarea soluțiilor tehnologice și cu configurația marginilor în funcție de soluția adoptată pentru asamblarea lor : asamblare nedemontabilă /prin sudare sau asamblare demontabilă/ cu șuruburi și piulițe) și marcarea poziției acestora pe tubulatură. Componentele învelișului trebuie prevăzute cu orificii cilindrice (netede sau filetate) pentru montarea racordurilor de umplere cu rășină a învelișului, șuruburilor de manipulare a componentelor și șuruburilor de centrare.

– pregătirea suprafețelor interioare ale componentelor învelișului și suprafeței exterioare a tubulaturii pe care se aplică învelișul.Pregătirea constă din curățirea acestor suprafețe de oxizi, substanțe grase și impurități mecanice și eventual, din aplicarea pe ele a unor straturi polimerice subțiri, prin pulverizare, care să asigure aderența stratului de rășină care se introduce ulterior în interstițiul dintre înveliș si tubulatură.

– poziționarea corectă și montarea componentelor învelișului pe tubulatura conductei prin sudare sau cu șuruburi și piulițe .

Fig.4.8. Poziționarea corectă a componentelor învelișului pe conductă.

Fig.4.9. Montarea componentelor învelișului pe conductă prin sudare sau cu șuruburi și piulițe.

– pregătirea rășinii sintetice (rășini epoxidice) pentru umplerea interstițiului dintre învelișul aplicat și tubulatura conductei.

– umplerea cu rășina sintetică a interstițiului dintre înveliș și tubulatura conductei care se repară. Umplerea se poate realiza folosind turnarea în sifon a rășinii, sau aplicând turnarea directă .

Fig.4.10. Umplerea interstițiului prin turnarea cu rășină sintetică.

Tabelul 4.6. Avantajele și dezavantajele reparării folosind meteda învelișului cu rășină sintetică

IV.8. Repararea cu coliere mecanice.

Pentru repararea defectelor locale de pe tubulaturile conductelor se pot utiliza trei tipuri de coliere mecanice :

coliere structurale, care se fixează pe tubulatura conductei pentru a preveni scurgerea gazului (în cazul în care defectele existente pe tubulatură produc cedarea acesteia) ;

coliere de prevenire, care evită scurgerea gazului din conductă (în cazul în care defectele existente pe tubulatură produc cedarea acesteia ), dar care nu sunt destinate să preia solicitările mecanice ale tubulaturii conductei.

coliere de etanșare, destinate numai pentru refacerea etanșeității tubulaturii conductei și eliminarea scurgerilor de gaz existente.

În cazul primelor două tipuri de coliere mecanice, coroana inelară dintre tubulatura conductei și colier poate fi umplută cu materiale de tipul rășinilor poliuretanice sau cu alte materiale ce pot asigura etanșeitatea.

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui colier mecanic cuprinde următoarea succesiune de operații :

– verificarea calității componentelor colierului, în special a garniturilor cu care acesta este prevazut. Colierele mecanice trebuie să fie transportate, depozitate și manipulate îngrijit, deoarece au în alcătuire garnituri elastomerice sau plastomerice care se pot deteriora ușor, iar deteriorarea acestor componente poate compromite funcționalitatea colierelor.

– marcarea poziției de montare a colierului pe tubulatura conductei.

– poziționarea corectă a colierului și montarea acestuia prin strângerea îmbinărilor cu șuruburi / prezoane și piulițe. Deoarece strângerea corectă a îmbinărilor este esențiaăa (ca și calitatea și starea garniturilor de etanșare) pentru a asigura funcționalitatea colierului, producătorul colierului trebuie să precizeze ordinea de strângere a șuruburilor / prezoanelor și momentul de strângere, iar echipa care montează colierul pe tubulatura conductei trebuie să utilizeze chei dinamometrice potrivite și să realizeze strângerea controlată a șuruburilor / prezoanelor , cu momentul de torsiune prescris de producator.

Tipuri de coliere mecanice :

Colier mecanic pentru aplicare directă pe tubulatura conductei:

• Se aplică pe conductele cu De = 38 …1219 mm (1/2" …48"), cu presiuni de lucru p ≤ 10 MPa și temperaturi de lucru t = 20 … 200 oC.

Fig.4.11. Colier mecanic pentru aplicare directă pe tubulatura conductei (1)

Colier mecanic pentru aplicare directă pe tubulatura conductei

• Se aplică pe conductele cu De = 38 …1219 mm (1/2" …48"), cu presiuni de lucru p ≤ 10 MPa și temperaturi de lucru t = 20 … 200 oC.

Fig.4.12. Colier mecanic pentru aplicare directă pe tubulatura conductei (2)

Colier mecanic pentru aplicare în zonele cu amenajări ale conductei

• Se aplică pe conductele cu De = 13 …102 mm (1/2" …4"), cu presiuni de lucru p ≤ 10

MPa și temperaturi de lucru t = 20 … 200 oC.

Fig.4.13. Colier mecanic pentru aplicare în zonele cu amenajări ale conductei.

Colier mecanic pentru aplicare în zonele cu îmbinări demontabile (flanșe și șuruburi, îmbinări filetate etc.)

• Se aplică pe conductele cu De = 13 …610 mm (1/2" …24"), cu flanșe având diametrul exterior Def = 140 … 889 mm (5½"… 35" ), cu presiuni de lucru p ≤ 10 MPa și temperaturi de lucru t = 20 … 330 oC.

Fig.4.14. Colier mecanic pentru aplicarea în zonele cu îmbinări demontabile.

Colier mecanic pentru aplicare pe curbele, coturile și racordurile de pe conducte

• Se aplică pe curbele, coturile la 90o și racordurile de pe conductele cu De = 13 …203 mm

(1/2" …8 "), cu presiuni de lucru p ≤ 10 MPa și temperaturi de lucru t = 20 … 200 oC.

Fig.4.15.Colier mecanic pentru curbe coturi și racorduri pe conductă.

IV.9 Repararea cu invelișuri din materiale compozite

În acest caz se aplică în zona defectelor de pe tubulatur conductei un inveliș cu structură complexă, constituită dintr-o matrice, din material pe bază de substanțe macromoleculare, armată cu fibre sau țesatură din fibre de sticlă (material compozit).

Există două moduri de realizare a reparației prin această metodă:

► realizarea învelișului direct pe tubulatura conductei supuse reparației, prin înfășurarea pe tubulatură, în zona ce trebuie reparată, a fibrelor de sticlă sau a țesăturii din fibre de sticlă, în straturi, după fiecare strat aplicându-se prin pensulare rășina care constituie matricea compozitului și care se întărește rapid.

► utilizarea unor învelișuri realizate în fabrică și aplicate pe tubulatura conductei, în zona ce trebuie reparată. Învelișurile de tip ‘’clock spring ‘’ (arc de ceas) intră în această categorie, iar procedeul de reparare care le utilizează este unul din cele mai utilizate procedee pentru repararea conductelor de transport terestre. Acest tip de înveliș este un compozit stratificat livrat sub formă de folie groasă, în care matricea este o rășină poliesterică, iar fibrele care asigură durificarea sunt fibre de sticlă. Grosimea uzuală a unui înveliș de reparare este de 12,7 mm și cuprinde 8 straturi legate între ele cu rășini cu întărire rapidă și cu rezistența mare la compresiune. Acest procedeu de reparare este deosebit de eficace, constatându-se experimental că reparațiile de acest tip, pe conducte cu defecte locale, de tip pierdere de material, grave, cu adâncimi până la 80 % din grosimea peretelui tubulaturii, rezistă la presiuni de regim mai mari decât presiunea nominală maximă de operare proiectată. De asemenea, s-a constatat că aceste învelișuri pot avea și efecte de opritori de rupere, producând înhibarea propagării (opririi) fisurilor în tubulatura conductei. Invelișurile de tip ‘’clock spring’’ permit realizarea de reparații cu caracter definitiv și pot fi aplicate pe conducte cu diametrul exterior cuprins intre 101.6 mm (4 ") si 1422.4 mm (56 ").

Fig 4.16. Repararea cu învelișuri din materiale compozite.

Tabelul 4.7.. Avantajele și dezavantajele reparării conductelor folosind învelișuri complexe.

Tabelul 4.8. Avantajele procedeului "clock spring" în raport cu procedeele clasice de reparare aplicate la conductele destinate transportului gazelor naturale

a. datorită scoaterii din exploatare a conductei sau modificării regimului de lucru pe durata realizării lucrărilor de mentenanță ;

b. implicată în realizarea lucrărilor de mentenanță ;

c. realizate pe conductă în cursul lucrărilor de mentenanță ;

d. zonei recondiționate sau îmbinărilor sudate realizate.

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea

unui inveliș de tip ‘’clock spring’’ cuprinde următoarea succesiune de operații :

– verificarea calității setului de reparare, alcătuit din invelișul ‘’clock spring’’, din chitul de reparare a defectelor din zona care se repară a tubulaturii conductei, adezivul pentru înveliș, sculele și dispozitivele de lucru (amestecător pentru chit și adeziv, șpaclu pentru aplicarea chitului, pensula pentru depunerea adezivului pe înveliș, dispozitivul de rulare a învelișului în jurul tubulaturii, coliere de strângere a învelișului, mănuși de protecție etc.) ;

– marcarea defectelor pe tubulatura conductei supusă lucrărilor de mentenanță ;

– verificarea posibilității de acoperire a zonei cu defecte de către învelișul ‘’clock spring’’ (care se livrează cu lățimea fixa Lcs = 400 mm) ;

– prepararea chitului pentru repararea defectelor și a adezivului care se aplică între straturile învelișului ;

– umplerea cu chit a defectelor de pe tubulatura conductei și aplicarea covorașului adeziv necesar pentru fixarea unui capăt al învelișului în vederea înfășurării lui pe tubulatura conductei ;

Fig.4.17. Umplerea cu chit a defectelor

– aplicarea unui strat de adeziv pe toată circumferința tubulaturii, cu lățimea (extinderea în direcția axei longitudinale a tubulaturii) egală cu lățimea de livrare a învelișului ‘’clock spring’’ ;

Fig.4.18. Aplicarea stratului de adeziv.

– aplicarea capătului învelișului pe covorașul de fixare de pe tubulatura conductei și înfășurarea învelișului pe tubulatura conductei, cu aplicarea de adeziv între straturile înfășurate. Înfășurarea învelișului se poate face cu susținerea acestuia de către operator sau cu ajutorul unui dispozitiv.

Fig.4.19. Aplicarea învelișului pe tubulatura conductei.

– strângerea cu o chingă reglabilă a învelișului înfășurat este o operație care are drept scop expulzarea excesului de chit și adeziv.

Fig. 4.20. Strângerea cu chinga a invelișului

– fixarea cu cleme / coliere a învelișului înfășurat și menținerea sa în această stare până la definitivarea reacțiilor de polimerizare a chitului și adezivului utilizate și consolidarea reparației afectuate .

Fig.4.21. Fixarea cu coliere a învelișului.

Procesele tehnologice de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui înveliș derivat sau asemănător cu învelișurile de tip ‘’clock spring’’ (învelișurile wrapmaster ; snap wrap ; strongback ; Black Diamond Composite Wrap – BDCW etc., cuprind aceeași succesiune de operații .

În prezent se utilizează pentru repararea tubulaturii conductelor de defecte și procedeul FibaRoll, care constă în aplicarea unui înveliș compozit alcătuit din rășină sintetică armată cu fibre de sticlă. Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui înveliș de tip FibaRoll cuprinde următoarea succesiune de operații :

– verificarea calității setului de reparare, alcătuit din învelișul  FibaRoll și accesoriile de aplicare.

– marcarea defectelor pe tubulatura conductei supusă lucrărilor de mentenanță ;

– prepararea chitului pentru repararea defectelor și umplerea cu chit a defectelor de pe tubulatura conductei. La folosirea acestui procedeu nu mai este nevoie să se prepare adezivul pentru lipirea învelișului, deoarece rolele de înveliș se livrează cu adezivul aplicat pe acesta.

– înfășurarea învelișului pe tubulatura conductei, simultan cu îndepărtarea foliei protectoare, care asigură ca straturile de înveliș (acoperite cu adeziv) de pe rola de livrare să nu adere între ele în cursul transportului și depozitării acesteia. După înfășurare se produc reacțiile de polimerizare a adezivului și consolidarea învelișului, reacții care sunt activate în prezența luminii naturale și pot fi accelerate de încălzirea cu lămpi cu lumină ultravioletă.

Învelișurile din materiale compozite au rezistența mecanică ridicată, putând să asigure restabilirea capacității portante de proiectare a tubulaturii conductei pe care s-au aplicat. Învelișul ‘’clock spring’’ cu 8 straturi suprapuse sau învelișurile FibaRoll cu grosimea de 6 mm pot asigura rezistența mecanică a tubulaturii conductei chiar dacă adâncimea defectelor de pe tubulatura pe care au fost aplicate are valori d = (0,8 …0,9) s. Probele de presiune ale conductelor reparate cu astfel de învelișuri au confirmat aceste caracteristici ale învelișurilor din materiale compozite

IV.10. Repararea conductelor prin sectionare by – pass.

În cazul aplicării acestei metode reparația are caracter definitiv și constă din îndepartarea tronsonului din tubulatura conductei care prezintă defecte care-i afectează grav integritatea și înlocuirea acestuia cu un tronson realizat din țevi noi. Reparația se poate realiza cu sau fără scoaterea din funcțiune a conductei.

La repararea cu scoaterea din funcțiune a conductei, varianta frecvent utilizată în țara noastră, principala problemă o constituie izolarea tronsonului care se înlocuiește și asigurarea etanșării celor două zone ale tubulaturii între care se află amplasat acesta. În acest scop se pot utiliza urmatoarele soluții tehnice :

► folosirea robinetelor de închidere / izolare amplasate la capetele tronsonului care trebuie înlocuit. Aplicarea acestei soluții presupune existența pe conductă a robinetelor (prevăzute încă din faza de proiectare a conductei, dacă se cunoaște că o anumită zonă de pe traseul acesteia este situată într-un sol cu agresivitate mare, care poate deteriora rapid conducta) ;

► folosirea dopurilor obișnuite pentru țevi, aplicate manual la capetele celor două zone ale conductei între care se află amplasat tronsonul care trebuie înlocuit ;

► utilizarea PIG –urilor / sferelor de izolare, care se introduc la capetele celor două zone ale conductei între care se află amplasat tronsonul care trebuie înlocuit ;

► realizarea unor dopuri de gheață, prin solidificarea unor tampoane de apă sau gel la capetele tronsonului de conductă care trebuie înlocuit.

În prezent se utilizează o serie largă de procedee noi pentru efectuarea lucrărilor de mentenanță corectivă fără scoaterea din funcțiune a conductelor, cu cheltuieli materiale scăzute și durabilității mari ale tronsoanelor de conductă recondiționate.

Înlocuirea tronsoanelor compromise ale conductelor metalice fără scoaterea din funcțiune a conductelor se poate realiza aplicând tehnologia și folosind echipamentul tehnologic realizat de o firmă specializată. La aplicarea acestei tehnologii se parcurg următoarele etape :

a) Verificarea stării tehnice a conductei, stabilirea tronsonului de conductă care trebuie înlocuit și determinarea grosimii peretelui tubulaturii conductei țn zonele marginale ale tronsonului care trebuie înlocuit ;

b) Sudarea pe conductă, la capetele tronsonului care trebuie înlocuit a unor fitinguri speciale de tip T, prevăzute cu flanșe de lucru cu siguranțe inelare cum se prezintă în figura 4.22. Caracteristicile constructive ale fitingurilor de tip T , alcătuite din două părți și caracteristicile constructive ale flanșelor cu segment de reținere ale acestor fitinguri sunt redate în figura 4.23 ;

Fig 4.22 Fig 4.23

În figurile de mai sus sunt reprezentate:

– Fig 4.22 Montarea fitingurilor speciale de tip T la capetele tronsonului care se înlocuiește.

– Fig. 4.23. Caracteristicile constructive ale fitingurilor speciale de tip T care se montează pe tubulatura conductei la capetele tronsonului care se înlocuiește :

1. flanșa fitingului ; 2. capacul fitingului cu inel de etanșare și segment de reținere ; 3. inel de etanșare ‘’O’’ ; 4. locașul inelului de etanșare a capacului ; 5. segmentul de reținere a capacului; 6. locașul segmentului de reținere a capacului ; 7. șurubul de acționare a segmentului de reținere

c) Montarea pe flanșele cu siguranțe inelare ale fitingurilor de tip T a unor valve de închidere de tip sandwich ;

d) Montarea pe valvele de închidere de tip sandwich a dispozitivului de perforare a conductei, cu scule de tip freză și burghiu pilot cu reținător de carotă debitată ;

e) Perforarea conductei în dreptul fiecărui fiting de tip T, extragerea carotei obținute prin perforare și închiderea valvei de tip sandwich ;

f) Montarea conductei provizorii (de deviere sau by-pass), deschiderea valvelor tip sanswich aferente acestei conducte și dirijarea curgerii fluidului pe conducta de deviere ;

g) Montarea dopurilor de închidere (izolare) a tronsonului de conductă care trebuie înlocuit ;

h) Debitarea tronsonului de conductă care trebuie înlocuit, montarea tronsonului nou și sudarea acestuia la conductă ;

i) Scoaterea dopurilor de închidere, montarea capacelor de închidere a fitingurilor de izolare, demontarea dispozitivelor și valvelor sandwich de pe fitingurile de izolare și blindarea flanșelor de acces ale acestora ;

j) Închiderea valvelor sandwich de pe fitingurile de by- pass, demontarea conductei de by- pass, montarea dispozitivelor de montare a capacelor de închidere a fitingurilor de by-pass, demontarea valvelor sandwich de pe fitingurile de by-pass și blindarea flanșelor de acces ale acestora.

La avantajele majore pe care le prezintă aplicarea acestui procedeu (realizarea lucrărilor de mentenanță fără scoaterea din exploatare a conductelor, refacerea integrală a capacității portante a tubulaturii conductelor și creșterea substanțială a duratei lor de exploatare în deplină siguranță, datorită înlocuirii tronsoanelor cu defecte) s-a adăugat recent și avantajul deosebit de important al posibilității eliminării operațiilor de sudare din procesul tehnologic de reparare . Această posibilitate a apărut în conjuncție cu progresele tehnice făcute în domeniul reparării prin aplicarea de învelișuri umplute cu rășină sintetică, unde, de asemenea au fost concepute învelișuri care se pot aplica pe tubulaturile conductelor fără a fi necesară executarea de operații de sudare.

Noua tehnologie de reparare a conductelor prin sectionare sau by-pass prevede utilizarea unei noi generații de fitinguri speciale de tip T, care se pot monta pe tubulatura conductelor ca niște învelișuri umplute cu rășină sintetică, cu componentele asamblate cu șuruburi și piulițe cum se poate observa în figura 4.10.

Aplicând noile soluții, procedeul tehnologic de reparare a conductelor prin secționare sau by- pass devine unul dintre procedeele cele mai avantajoase, fiind procedeul cel mai recomandat în cazul când tubulatura unei conducte prezintă zone foarte extinse (lungi) cu defecte și se impune înlocuirea tronsonului de tubulatură care include aceste zone, fără scoaterea din exploatare a conductei.

b.

c.

Fig.4.24 Elemente moderne folosite la procedeul de reparare prin by-pass.

a.- fiting special T aplicat fără sudare pe tubulatura conductelor (ca un înveliș umplut cu rășină sintetică);

b.- fiting special dublu T aplicat fără sudare pe tubulatura conductelor (fitingul are două racorduri: unul pentru introducerea dopului de izolare a tronsonului de tubulatură care se înlocuiește și unul pentru montarea conductei de by-pass în timpul efectuării lucrărilor de mentenanță);

c.- perforarea conductelor folosind fitingurile speciale T aplicate fără sudare.

CAPITOLUL V

AVANTAJELE TEHNICO – ECONOMICE ALE IMPLEMENTĂRII NOILOR SISTEME DE MENTENANȚĂ FOLOSITE LA REABILITAREA CONDUCTELOR DE TRANSPORT GAZE NATURALE

Menținerea în funcție a conductelor de gaze naturale care asigură transportul gazelor are o semnificație aparte prin importanța economică a obiectivelor industriale deservite și prin riscurile mari de accidente și poluare a mediului în cazurile de spargere a acestora.

Activitatea de mentenanță a conductelor reprezintă ansamblul de măsuri organizatorice, tehnice și economice privind întreținerea (mentenanța preventivă) și repararea (mentenanța corectivă) a conductelor.

Sistemul de mentenanță trebuie să asigure funcționalitatea conductelor la parametrii proiectați un timp îndelungat (la nivelul durabilității lor economice) și cu un nivel tolerabil al riscului de producere a incidentelor. Acesta asigură planificarea lucrărilor de mentenanță în perspectiva apropiată și îndepărtată în așa fel încât,din punct de vedere tehnic acestea să fie pregătite corespunzător și durata lor să poată fi estimată, iar din punct de vedere economic,astfel încât lucrările de mentenanță să se realizeze cu un nivel minim de cheltuieli.

Deoarece există posibilitatea ca în cursul exploatării conductelor să intervină și defecte neprevăzute se ia în considerare aplicarea principiilor unui sistem de reparații neplanificate,de tip accidental.

Se realizează implementarea unui management al integrității conductelor, care să permită eleborarea programelor de mentenanță a conductelor cu performanțe maxime de eficacitate și eficiență prin organizarea unui sistem de evidență informatizată a datelor de natură tehnică, funcțională și economică privind elementele componente ale conductelor.Aceste date privind exploaterea,repararea,întreținerea și urmărirea comportării în timp a conductei se înregistrează în Cartea tehnică a tronsonului de conductă , se întocmesc fișe tehnice ale elementelor componente de tip special care intră în alcătuirea tronsonului de conductă și care includ : flanșe, fitinguri speciale, robinete,refulatoare și separatoare de lichide, gări pentru lansarea și primirea dispozitivelor de tip PIG, traversări subterane sau aeriene ținând seama de particularitățile constructiv-funcționale ale acestora.

Fișele tehnice ale conductelor trebuie să conțină datele strict necesare pentru o estimare a rezistenței mecanice a tubulaturii și a componentelor de tip special care intră în alcătuirea tronsonului de conductă respectiv ca:

– dimensiunile caracteristice (care intervin în calculele de rezistență);

– presiunea maximă de operare sau intensitatea forțelor exterioare care constituie solicitarea mecanică principală;

– unitățile de clasă de locație demarcate pe traseul tronsonului de conductă și clasele de locație asociate acestora;

– caracteristicile de rezistență mecanică și de tenacitate ale materialelor;

– anul punerii în funcțiune (PIF).

De asemenea se consemnează în Cartea tehnică, într-un jurnal de evenimente toate intervențiile efectuate asupra conductelor și componentelor acestora, constând în completarea, modificarea și actualizarea datelor de natură tehnică, funcțională și economică .

Organizarea activităților de monitorizare a parametrilor și condițiilor de exploatare a conductelor și a componentelor se realizează prin utilizarea de aplicații software specializate.

Se impune monitorizarea parametrilor și condițiilor care se consideră ca pericole care amenință integritatea conductelor și a componentelor de tip special cu potențial de a determina degradarea sau cedarea acestora în cursul exploatării.Aceștia sunt:

● factori dependenți de timp: coroziunea exterioară,coroziunea interioară.

● factori stabili :

– defecte de fabricare :

– defecte ale îmbinărilor sudate ale țevilor,

– defecte ale tubulaturii conductei;

– defecte de construcție (montare sau sudare) :

– defecte ale îmbinărilor sudate circulare (dintre țevile conductei);

– cute sau bucle datorită curbării sau îndoirii;

– filete deteriorate, îmbinări cu mufe sau manșoane deteriorate;

– defecte ale elementelor componente de tip special montate pe conductă ;

– îmbinări cu flanșe neetanșe sau deteriorate;

– funcționarea necorespunzătoare a robinetelor sau vanelor montate pe conductă;

– cedarea sistemelor de etanșare ale unor elemente montate pe conductă.

● factori independenți de timp :

– deteriorare mecanică sau deteriorare produsă de o terță parte:

– deteriorare cu cedare instantanee sau imediată;

– țevi deteriorate în prealabil;

– deteriorarea prin intervenție ilicită (neautorizate)

– procedura de operare incorectă

– forțe exterioare sau legate de interperii

– vreme rece cu temperaturi foarte scăzute

– ploi torențiale sau inundații

– alunecări de teren.

Condițiile care trebuie monitorizate pe parcursul exploatării unei conducte sunt:

► presiunea de operare ; trebuie să fie înregistrate duratele și valoarea presiunii pentru secvențele de exploatare ale conductelor în care se depășește presiunea maximă admisibilă de operare, precum și numărul și frecvența fluctuațiilor de presiune în jurul presiunii de operare;

► starea izolației de protecție anticorozivă și agresivitatea solului în care este amplasată conducta ; trebuie verificată periodic starea izolației și măsurată rezistivitatea electrică a solului;

► compoziția și agresivitatea gazelor transportate ; trebuie verificată periodic calitatea gazelor transportate și înregistrate conținuturile de hidrogen sulfurat, dioxid de carbon, cloruri și apa liberă ale acestora;

► activitățile umane de orice natură și manifestările climatice sau miscările terenului (alunecări de teren sau cutremure) din zona de siguranță a conductei ; trebuie înregistrate toate activitățile (licite sau ilicite) și toate manifestările climatice ca natură, intensitate și durată, inclusiv eventuale efecte ale acestora asupra integrității structurale a conductei;

► apariția unor emanații de gaze naturale.

Una din activitățile importante ale procesului de mentenanță este verificarea periodică a conductelor pentru depisterea scăpărilor de gaze care se realizează cu aparatura adecvată (detectoare de gaze) și se consemnează într-un raport privind inspectarea prin patrulare terestră a conductelor, în care se identifică obiectivele inspecției respectiv tronsonul inspectat, zona, clasa de siguranță , rezultatele și constatările inspecției și aspectele care trebuie rezolvate în regim de urgență.

Depistarea scăpărilor de gaze poate fi realizată și prin patrulare aeriană,folosind aparatură specială de detectare. Emanațiile de gaze sunt detectate cu ajutorul unor aparate care, în infraroșu, depistează o eventuală scădere de temperatură, datorită laminării,în zona fisurii conductei.

Decizia de efectuare a unor lucrări de mentenanță preventivă și corectivă trebuie luată numai pe baza unor estimări pertinente privind aptitudinea conductelor de a mai fi exploatate în condiții de securitate tehnică acceptabilă și privind durata de viață remanentă a acestora.

Principalele aspecte care trebuie incluse în programele de mentenanță,reabilitare și modernizare a conductelor de transport geze naturale sunt:

Activitățile de modificare constructivă a conductei.

În marea majoritate a cazurilor conductele necesitau modificări constructive,care constau din:

► montarea pe traseele de conductă a instalațiilor de lansare și/sau primire a echipamentelor de curățire și inspectare interioară a conductei;

► eliminarea de pe traseele de conductă a tururor componentelor de conductă si echipamentelor obturatoare ( robinete cu sertar, reducții, coturi cu raze de curbură mici, separatoare etc.), care pot împiedica vehicularea echipamentelor de curațire și inspectare interioară a conductei;

► înlocuirea unor porțiuni din tubulatura conductei cu țevi de alt diametru;

► eliminarea unor interconectări sau montarea pe conducte a elementelor de

interconectare (teu cu grătar).

Particularitatea acestor operații este legată de faptul că, în mai multe cazuri, modificările și reparațiile trebuie realizate fără scoaterea din funcțiune a conductelor.

Fig.5.1.Etapele necesare pentru elaborarea programelor de mentenanță.

Reducerea presiunii de operare a conductei.

În funcție de gravitatea defectelor care impun realizarea lucrărilor de mentenanță, poate fi necesară reducerea presiunii de operare a conductei, la un nivel de siguranță adecvat, înainte de realizarea lucrarilor de mentenanță. În cazul în care conducta este afectată grav , trebuie să se procedeze la protejarea conductei de vecinatăți, iar prin reducerea presiunii trebuie să se împiedice continuarea deteriorării conductei și să se realizeze o diminuare a scurgerilor. În cazul defectelor din peretele tubulaturii conductei care nu au cauzat avarii, trebuie redusă presiunea de regim a conductei la momentul la care defectul a fost depistat, această măsură fiind aplicată până când defectele sunt evaluate și se ia o nouă decizie privind presiunea de operare admisibilă.

În cazul în care se reface acoperirea de protecție anticorozivă fără scoaterea din funcțiune a conductei, decopertarea conductei trebuie făcută pe tronsoane suficient de lungi, care să permita ridicarea pe reazeme a conductei fără a se induce în tubulatura conductei tensiuni mecanice de intensități ridicate. În aceste cazuri, pentru a se asigura funcționarea conductei fără riscul apariției de accidente sau avarii trebuie să se procedeze și la reducerea corespunzătoare a presiunii de operare.

Reducerile de presiune sunt întotdeauna recomandate în cazul realizării lucrărilor de mentenanță care se efectuează fără scoaterea din funcțiune a conductei, pentru diminuarea pericolului de explozie în cursul realizării operațiilor de sudare prin topire. Pentru unele reparații, care presupun sudarea de piese de adaos ( petece, manșoane etc.) pe tubulatura conductei, se recomandă un raport subunitar între presiunea de operare în cursul realizării lucrărilor de mentenanță și presiunea nominală de operare (regim).

Stabilirea momentului efectuării lucrărilor de mentenanță.

La stabilirea momentului în care se efectuează lucrările de reparare se ține seama de tipul defectelor depistate pe tubulatura conductei și de gravitatea acestora. Se pot utiliza în acest scop metodele de analiză și evaluare a defectelor sau recomandări din standardele și normativele actuale :

● Reparația trebuie realizată în regim de urgentă, dacă:

inspecția a anticipat o presiune de spargere a conductei mai mică decat MOAP;

pierderea de metal în zonele cu defecte ale tubulaturii conductei depășește 80% din grosimea peretelui;

conducta prezintă deformări în partea superioară a tubulaturii;

pe tubulatură s-a depistat prezența oricărui alt defect considerat grav.

● Reparația trebuie realizată în cel mai scurt timp de la descoperirea defectelor, dacă conducta prezintă orice fel de defect ( deformare, cavernă etc.) localizat în partea superioară a tubulaturii conductei;

Stabilirea tipului deteriorărilor.

Natura și localizarea defectelor au mare importanță la alegerea metodei de reparare a conductelor. Este important să se cunoască tipul procesului care a produs apariția defectelor și mecanismul prin care aceste defecte s-au dezvoltat pe conductă.

Evaluarea deteriorărilor.

Dacă a fost identificată o deteriorare, sunt necesari urmatorii pași pentru evaluarea importanței acesteia și stabilirea necesității realizării unor lucrări de mentenanță:

● Reducerea presiunii de operare

● Măsurarea defectului. Înainte de realizarea unei evaluări a gravității unui defect trebuie cunoscute detalii privind caracteristicile acestuia, cum ar fi: tipul defectului (fisură, scobitură, deformare etc.); dimensiunile defectului (adâncime, lungime, lățime); localizarea defectului pe tubulatura conductei (axial, circumferențial, interior, exterior) și în raport cu îmbinările sudate (longitudinale, elicoidale, transversale) ale conductei; defectele asociate (defectele cu care defectul analizat interactionează).

● Evaluarea stării conductei (presiunea maximă de regim, grosimea peretelui tubulaturii, tensiunile mecanice principale, ovalitatea tubulaturii etc.) și a scurgerilor de gaze asociate prezenței defectelor.

Metodele de evaluare a gravității defectelor depistate pe tubulatura conductelor de transport al gazelor naturale au fost prezentate sintetic în capitolul III al acestei lucrări. Dacă o primă evaluare a gravității defectelor unei conducte nu oferă indicații suficiente privind necesitatea și oportunitatea realizării lucrărilor de mentenanță este necesară o evaluare mai detaliată.

Concluziile caracteristice ale evaluării defectelor sunt:

– defectul nu este semnificativ și poate rămâne neremediat;

– defectul nu este semnificativ, cu condiția ca presiunea de regim a conductei să fie redusă;

– defectul trebuie reparat prin consolidare;

– defectul trebuie îndepărtat din conductă, iar tronsonul de conductă deteriorat trebuie înlocuit.

Intervențiile la conductele de transport gaze naturale pot fi impărțite în două categorii:

intervenții pentru extinderea și modernizarea unor conducte;

intervenții pentru repararea și reabilitarea unor conducte.

Din punct de vedere tehnologic sunt două metode de intervenție pentru realizarea acestora :

a) intervenții pe tubulatura conductei după oprirea transportului gazului natural;

b) intervenții pe tubulatura conductei aflate sub presiune.

În tabelul următor se prezintă comparativ avantaje și dezavantaje ale acestor două soluții

Tabelul 5.1.Compararea tehnologiilor de intervenții pe conductele de transport gaze naturale

In acest context, o atenție deosebită trebuie acordată aplicării tehnologiilor de reparare care presupun intervenții prin sudare.

Procedeele tehnologice de remediere a defectelor depistate pe tubulaturile conductelor pentru transportul gazelor naturale, ale căror particularități au fost prezentate în cap.IV al acestei lucrări, trebuie analizate prin prisma aplicabilității, folosind un set consistent de criterii tehnico – economice, aspectele evidențiate de această analiză constituind informațiile pe baza cărora se pot lua decizii pertinente privind selectarea și folosirea acestor procedee în diferite situații de realizare a unor lucrări de mentenanță la astfel de conducte.

Principalele criterii pe baza cărora se pot defini domeniul și condițiile de utilizare ale procedeelor tehnologice de remediere a defectelor depistate pe conducte și se poate estima și aplicabilitatea acestora sunt:

C1. Categoria, configurația, amplasarea și dimensiunile defectelor care pot fi remediate;

C2. Posibilitatea efectuării lucrărilor de mentenanță fără scoaterea din exploatare a conductei;

C3. Amploarea și gradul de dificultate ale operațiilor de pregătire a conductei în vederea aplicării lucrărilor de mentenanță;

C4. Necesitatea realizării unor operații de sudare pe conductă în cursul lucrărilor de mentenanță;

C5. Necesitatea și dificultatea fabricării sau achiziționării elementelor de adaos (care se aplică pe conducta în cursul lucrărilor de mentenanță) sau materialelor tehnologice speciale necesare la efectuarea lucrărilor de mentenanță;

C6. Necesitatea utilizării unor mașini, dispozitive sau scule speciale la realizarea lucrărilor de mentenanță;

C7. Amploarea și dificultatea operațiilor tehnologice care se realizează în cursul lucrărilor de mentenanță și riscurile aferente realizării acestora;

C8. Amploarea și dificultatea omologării procedurilor de realizare a operațiilor tehnologice esențiale ale lucrărilor de mentenanță și verificării calității reparațiilor efectuate;

C9. Nivelul pregătirii profesionale a personalului implicat în realizarea lucrărilor de mentenanță;

C10. Mărimea echipei care realizează operațiile tehnologice esențiale ale lucrărilor de mentenanță;

C11. Caracterul provizoriu sau permanent al reparațiilor realizate și efectele acestora asupra rezistenței mecanice (capacității portante) și duratei de exploatare ale conductei pe care s-au efectuat lucrările de mentenanță;

C12. Durata realizării operațiilor tehnologice esențiale ale lucrărilor de mentenanță (productivitatea procedeului);

C13. Implicațiile aplicării lucrărilor de mentenanță asupra securității și sănătății personalului care le realizează și asupra mediului înconjurător;

C14. Mărimea costurilor (cheltuielilor) implicate de efectuarea lucrărilor de mentenanță.

Pentru selectarea procedeului de realizare a lucrărilor de mentenanță pentru un anumit defect depistat pe conducte se parcurg următoarele etape:

Dintre procedeele de reparare, prezentate la capitolul IV al acestei lucrări,se aleg procedeele care corespund aplicației ce trebuie realizată.Exemplu.:P1,P2……Pn

Pentru fiecare procedeu se aleg criteriile pe bază cărora se utilizează aceste procedee de remediere a defectelor.Exemplu: C1, C2,………..C14

Ca exemplu : Dacă avem un defect de tip lipsă de material cu adâncimea medie pe o zonă cu extindere longitudinal redusă a tubulaturii, fără amenajări speciale (ramificații,teuri,etc.) și lucrarea se realizează fără scoaterea din exploatare a conductei se vor selecta procedee ca : P1-repararea folosind încărcarea prin sudare, P2 – repararea prin aplicarea de petice sudate, P3- repararea cu manșoane de stângere tip A , P4 –repararea cu manșoane de strângere tip B , P5-repararea cu învelișuri umplute cu rășină sintetică P6-repararea cu coliere mecanice, P7-repararea cu învelișuri din materiale composite și nu se vor folosii procedeele următoare : repararea utilizând netezirea prin polizare deoarece defectul are adâncime medie , sau repararea cu învelișuri aplicate la distanță deoarece defectul este pe o zonă fără amenajări speciale și nici procedeul de reparare prin secționare sau by-pass deoarece defectul are o extindere longitudinală redusă nejustificând înlocuirea tronsonului de conductă.

Se aleg criteriile tehnico-economice pentru fiecare dintre procedeele de reparare selectate.

Se stabilesc coeficienții de importanță pentru fiecare criteriu tehnico-economic stabilit prin realizarea unei matrice a preferințelor.

Se acorda note de la 1-10 pentru gradul în care aceste procedee de reparații îndeplinesc criteriile tehnico-economice stabilite și se calculează un indicator al performanțelor tehnico-economice pentru fiecare procedeu.

Deci, din analizele care s-au efectuat și care corespund cazurilor celor mai des întâlnite în practica realizării lucrărilor de mentenanță la conductele de transport gaze naturale, procedeele care asigură cele mai multe avantaje tehnico-economice la realizarea acestor lucrări ca exemplu : intervenții fără operații de sudare , efectuate direct pe tubulatura conductei cu tehnologii simple care se aplică rapid cu personal calificat care asigură reparații ce stabilesc integral capacitatea portantă a conductelor fiind garantate pe un termen cât mai lung sunt : repararea cu coliere mecanice și repararea cu învelișuri din materiale composite.Calitatea reparațiilor este superioară dacă aceste reparații se execută cu personal calificat dotat cu dispozitive și scule necesare aplicării riguroase al acestor procedee tehnologice de mententanță.

Se recomandă pregătirea și dotarea tehnică pentru aplicarea procedeelor de reparare cu manșoane de strângere tip A și repararea cu învelișuri umplute cu rășină sintetică deoarece pentru aplicarea acestor procedee nu se execută operații de sudare direct pe tubulatura conductei,elementele de adaos putând fii fabricate ușor, la fel și materialele tehnologice necesare.

CONCLUZII

1.Activitatea de transport al gazelor naturale, precum și lucrările de realizare, exploatare, întreținere, reabilitare și retehnologizare a sistemelor de transport gaze naturale sunt lucrări de utilitate publică, iar mentenanța conductelor de transport reprezintă un proces de importanță majoră asumat de operatorului sistemului național de transport.

2.Conductele magistrale au durata de viață normată depășită, iar restul prezintă uzuri tehnice și morale , prin neefectuarea corectă a întreținerii și a ciclurilor de reparați, ceea ce, conduce la apariția coroziunii, îmbătrânirea protecției pasive și scăderea randamentului protecției active ceeda ce constituie un real pericol pentru siguranta S.N.T.G.N.

3.S.N.T.G.N nefiind proiectat și realizat pentru curățirea periodică cu dispozitivele de tip godevil și nici pentru realizarea inspecției interioare în vederea verificării stării tehnice a conductelor cu PIG-ul inteligent, aceste neajunsuri au condus la reducerea capacităților de transport, datorită depozitelor în cantități mari de lichide și solide în conductă, la pierderi însemnate de gaze naturale utilizate pentru evacuarea acestora prin refulare în atmosferă cu consecințe grave pentru mediul ambiant și la consumuri energetice suplimentare pentru compensarea pierderilor de presiune datorate rezistențelor hidraulice din interiorul conductelor.

4.Soluția dezvoltată și utilizată în noua perioadă pentru punerea în evidenta a defectelor este PIG-ul inteligent ce a dus și la optimizarea mententei conductelor de transport gaze naturale.

5.Avand la baza toate datele în urma investigării și diagnosticării stării tehnice a conductelor sunt concepute programele de mentenanță, reabilitare și modernizare a acestora.

6.Pentru eficientizarea costurilor este necesar implementarea procedeelor tehnice de reparare a conductelor și atunci când conducta se află în exploatare (sub presiune).

7.Programele de mentenanță, reabilitare și modernizare vor trebui corelate cu bugetul societății ținănd cont cat și de urgența realizari lucrărilor prevăzute.

BIBLIOGRAFIE

Bârsan I.- Management Investițional : fezabilitatea proiectelor de investiții,Editura

Universității„ Lucian Blaga ” din Sibiu, 2003;

Bibu M. – Tehnologii specifice de asamblare și montaj în transportul și distribuția

gazelor naturale, Editura Universității „ Lucian Blaga ” din Sibiu, 2002;

Dumitru Ghe. – Evaluarea comportării conductelor destinate transportului gazelor

naturale la solicitări seismice , Curs postuniversitar de perfecționare, Ploiesti 2008;

Lața I.; Zecheru Ghe. – Criterii tehnico – economice utilizate la recuperarea și

valorificarea țevilor din conductele dezafectate – Buletinul Universității Petrol

-Gaze din Ploiești, Seria Tehnica nr.2/2005;

5. Lața I.- Cercetări privind stabilirea capacității portante reziduale și întocmirea

programelor de mentenanță pentru conductele de transport al gazelor naturale,

Teza de doctorat, Universitatea Petrol – Gaze din Ploiești,2006;

6. Ștefanescu D.P.- Teorie și Aplicații Numerice în Ingineria Zăcămintelor de

Gaze Naturale, Editura Universității „ Lucian Blaga ” din Sibiu, 2002;

7. Simescu N.;Trifan C.;Albulescu M.;Chisăliță D. – Activitatea gazieră din România

în tranziția la o piață liberă,funcțională și integrabilă în Uniunea Europeană.

8. Tudor I – Tehnologii moderne de stabilire a stării tehnice a conductelor , Curs

postuniversitar de perfecționare, Ploiești 2008;

9. Vasiloaica C.- Modele pentru calculul structurilor de rezistență, Sibiu 2009;

10. Zecheru Ghe.- Evaluarea integrității structurale a conductelor , Curs

Postuniversitar de perfecționare , Ploiești 2008;

11. Zecheru Ghe. – Tehnologii moderne de mentenanță , Curs postuniversitar de ,

perfecționare, Ploiești 2008;

12. Curs postuniversitar de perfecționare, Ploiești 2008;Curs postuniversitar de

perfecționare , Ploiești 2008;

13. Norme tehnice specifice SNT- Mentenanța conductelor destinate transportului

gazelor naturale.

BIBLIOGRAFIE

Bârsan I.- Management Investițional : fezabilitatea proiectelor de investiții,Editura

Universității„ Lucian Blaga ” din Sibiu, 2003;

Bibu M. – Tehnologii specifice de asamblare și montaj în transportul și distribuția

gazelor naturale, Editura Universității „ Lucian Blaga ” din Sibiu, 2002;

Dumitru Ghe. – Evaluarea comportării conductelor destinate transportului gazelor

naturale la solicitări seismice , Curs postuniversitar de perfecționare, Ploiesti 2008;

Lața I.; Zecheru Ghe. – Criterii tehnico – economice utilizate la recuperarea și

valorificarea țevilor din conductele dezafectate – Buletinul Universității Petrol

-Gaze din Ploiești, Seria Tehnica nr.2/2005;

5. Lața I.- Cercetări privind stabilirea capacității portante reziduale și întocmirea

programelor de mentenanță pentru conductele de transport al gazelor naturale,

Teza de doctorat, Universitatea Petrol – Gaze din Ploiești,2006;

6. Ștefanescu D.P.- Teorie și Aplicații Numerice în Ingineria Zăcămintelor de

Gaze Naturale, Editura Universității „ Lucian Blaga ” din Sibiu, 2002;

7. Simescu N.;Trifan C.;Albulescu M.;Chisăliță D. – Activitatea gazieră din România

în tranziția la o piață liberă,funcțională și integrabilă în Uniunea Europeană.

8. Tudor I – Tehnologii moderne de stabilire a stării tehnice a conductelor , Curs

postuniversitar de perfecționare, Ploiești 2008;

9. Vasiloaica C.- Modele pentru calculul structurilor de rezistență, Sibiu 2009;

10. Zecheru Ghe.- Evaluarea integrității structurale a conductelor , Curs

Postuniversitar de perfecționare , Ploiești 2008;

11. Zecheru Ghe. – Tehnologii moderne de mentenanță , Curs postuniversitar de ,

perfecționare, Ploiești 2008;

12. Curs postuniversitar de perfecționare, Ploiești 2008;Curs postuniversitar de

perfecționare , Ploiești 2008;

13. Norme tehnice specifice SNT- Mentenanța conductelor destinate transportului

gazelor naturale.