Кафедра проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов

1.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Ухтинский государственный технический университет»
Кафедра проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
по направлению подготовки 21.03.01 Нефтегазовое дело
РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПЕРЕИЗОЛЯЦИИ МГ «УРЕНГОЙ –
УЖГОРОД» НА УЧАСТКЕ 2365-2370,8 КМ
Выполнил
Кравченко Валерия Эдуардовна, студент гр. НГД-экспл-18з-Б
Руководитель
Крапивский Евгений Исаакович, профессор кафедры ПЭМГ,
д-р геол.-минерал. наук, профессор
Утвердил
Исупова Екатерина Владимировна, зав. каф. ПЭМГ, к.т.н., доцент
УХТА 2023

2.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
2/18
Цель работы – Организация комплекса работ по ремонту изоляционного покрытия
магистрального газопровода «Уренгой-Ужгород»
Задачи ВКР:
1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб;
2. Произвести расчеты параметров ремонтно-строительной колонны без подъема с
сохранением положения газопровода;
3. Провести обзор существующих изоляционных материалов для магистральных
трубопроводов и подобрать наиболее эффективное изоляционное покрытие;
4. Определить мероприятия по обеспечению безопасности и экологичности ремонтных
работ.

3.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА РЕМОНТА
3/18
Таблица 1 - Основные данные по ремонтируемому газопроводу
Административно исследуемая территория
расположена в Шумерлинском районе
Чувашской Республики.
Расстояние между ближайшими существующими
компрессорными станциями - КС Заволжская и
КС Сеченовская по трассе ремонтируемого
МГ Уренгой-Ужгород составляет 100 км.
Эксплуатирующая организация –
Заволжское ЛПУ МГ
ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород».
№
п/п
Показатели
Единицы измерения
Величина
показателя
1
Категория участка газопровода
---
I
2
Наружный диаметр газопровода
мм
1220
3
Толщина стенки
мм
15,4
4
Рабочее давление
МПа
7,4
5
Протяженность участка газопровода
км
5,8
Усиленное покрытие:
- грунтовка "Транскор-Газ";
- мастика битумно-полимерная изоляционная
"Транскор-Газ";
- сетка стеклянная типа ССТ-Б 3,4х3,4-120;
- обертка термоусаживающаяся «Терма-Л»
6
Конструкция
изоляционного покрытия
7
Толщина изоляционного покрытия,
не менее
мм
3,8
8
Ремонт дефектов заменой трубы
%
30
9
Площадь отвода земельного участка:
- всего
- в. т. ч. на период производства работ
га
37,66
37,29
12
Продолжительность капитального
ремонта
МГ «Уренгой – Ужгород» построен в 1983 г.
Основная нитка – 2,5 месяцев;
с перерывом на период весеннего паводка
Рисунок 1 - Ситуационный план участка ремонтных работ

4.

ЗАДАЧА 1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб
Состав работ по
капитальному
ремонту газопровода
• Замена
изоляционного
покрытия
газопровода
Ду
1200
мм
общей
протяженностью 5,8 км;
• Демонтаж и замена участков
труб – 30% от общей
протяженности
ремонтируемого участка;
• Демонтаж и замена участков
труб,
дополнительно
отбракованных
по
результатам
диагностического
обследования
после
вскрышных работ и очистке
от старой изоляции;
• Балластировка газопровода
на обводненных участках;
• Ремонт изоляции крановых
узлов;
• Демонтаж и монтаж средств
ЭХЗ.
4/18
Комплекс подготовительных работ
1. обозначить на местности местоположение ремонтируемого и прилегающих газопроводов,
положение гнутых отводов трубопровода;
2. освободить ремонтируемый участок от газа и конденсата и произвести его продувку;
3. отключить станции катодной и дренажной защиты на участке газопровода, подлежащего
ремонту;
4. вывести ремонтируемый участок газопровода из эксплуатации (с вентиляцией и
установкой силовых заглушек на действующем газопроводе);
5. обеспечить непрерывной двухсторонней связью ремонтно-строительные потоки с
диспетчерской службой и ближайшей компрессорной станцией;
6. провести инструктаж по охране труда и промышленной безопасности персоналу
подрядной организации, участвующему в ремонтных работах;
7. передать подрядной организации по акту установленной формы трассу ремонтируемого
газопровода.
Рисунок 1 – Схема дорожной плиты марки ПДНм-АIV

5.

ЗАДАЧА 1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб
Земляные работы
Вскрытие ремонтируемого газопровода
производим механизированным способом.
экскаватором Hitachi ZX200-5G
Рисунок 3 Экскаватор Hitachi
ZX200-5G
1 – Экскаватор Hitachi ZX200-G;
2 – Бульдозер Б10М.010Е;
3 – Подкопочная машина
ПТ-НН 1220 П
Рисунок 2 – Подкопочная машина
5/18
Рисунок 4 – Габаритная
схема трубоукладчика
Komatsu D355C-3
Для разработки призмы грунта, находящейся
под трубопроводом, используем подкопочную
машину марки ПТ-НН 1220П.
Поддержку трубопровода осуществлять при помощи
трубоукладчиков Komatsu D355C-3, оборудованных
троллейными подвесками.
Рисунок 5 –
Технологическая
схема производства
земляных работ

6.

ЗАДАЧА 1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб
6/18
Сварочно-монтажные
работы на ремонтируемом
газопроводе
Необходимо выполнить замену
участка газопровода общей
протяженностью 1740 м:
1. участки, заменяемые по
результатам диагностического
обследования – 1671 м;
2. гнутые отводы – 69 м.
Ручную дуговую сварку электродами с
основным видом покрытия используем
для выполнения всех слоев шва, а также
для выполнения ремонта сварных
соединений.
Ручная дуговая сварка электродами с
основным
видом
покрытия
выполняется
постоянным
током
обратной полярности.
Рисунок 6 – Технологическая схема производства работ по вырезке
дефектных участков
Для сварки корневого, первых (одного, двух) заполняющих слоев шва применяем
электроды диаметром от 2,5 до 3,25 мм.
Для сварки заполняющих и облицовочного слоев шва – диаметром от 3,0 до 4,0 мм.

7.

ЗАДАЧА 1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб
7/18
Замена изоляции
линейных участков газопровода
Рисунок 7 – Технологическая схема изоляционных работ
‒
‒
‒
Конструкция основного изоляционного покрытия:
1 слой грунтовки марки "Транскор-Газ", толщиной не менее 0,1 мм;
1 слой мастики битумно-полимерной изоляционной марки "Транскор-Газ", толщиной не менее 3,0 мм,
армированный сеткой стеклянной типа ССТ-Б 3,4х3,4-120;
1 слой обертки термоусаживающейся марки «Терма-Л», толщиной не менее 0,7 мм.
Общая толщина покрытия – не менее 3,8 мм.
Изоляцию
стыков
труб
с
заводским
изоляционным
покрытием
термоусаживающимися манжетами «Терма-СТМП» в комплекте с праймером.
производим

8.

ЗАДАЧА 1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб
8/18
Балластировка
ремонтируемого
газопровода
Для закрепления газопровода
на проектных отметках на
переходах магистрального
газопровода через
обводненные участки
настоящей работой
предусмотрена балластировка
газопровода одиночными
железобетонными грузами
охватывающего типа
УБО-1220.
Рисунок 8 – Установка утяжелителей УБО-1220
Железобетонные утяжелители оснащаются мягкими соединительными поясами МПС-М-1220. В качестве защиты
изоляции газопровода при использовании балластирующих грузов предусмотрены футеровочные маты МФ-1220.

9.

ЗАДАЧА 1. Разработать схему комплекса ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб
9/18
Укладка и засыпка отремонтированного газопровода
Заглубление магистрального газопровода после завершения работ по нанесению нового
изоляционного покрытия должно быть не менее 1,0 м до верха трубы.
Укладку трубопровода на дно траншеи
осуществляем при помощи трубоукладчиков
Komatsu D355C-3, оборудованных мягкими
монтажными полотенцами.
Обратную засыпку траншеи производим
непосредственно
после
проведения
изоляционно-укладочных работ (в течение
одной смены).
Очистка внутренней полости и испытания газопровода
Очистку полости трубопровода производим до начала испытания продувкой воздухом с
пропуском не менее трех очистных устройств.
После завершения работ по замене изоляции, устранению дефектов и врезки
переукладываемых участков, магистральный газопровод «Уренгой – Ужгород» подвергаем
испытанию пневматическим способом на прочность давлением:
Рисп=1,1×Рраб=8,14 МПа в течение 12 часов,
затем снижаем давление до Рисп=Рраб=7,4 МПа и подвергаем испытанию на герметичность в
течение времени, необходимого для тщательного осмотра трассы с целью выявления утечек, но не
менее 12 ч.
Пневматические испытания производим воздухом, с примесью одоранта для обнаружения
мест утечек по запаху.

10.

ЗАДАЧА 2. Произвести расчеты параметров ремонтно-строительной колонны без подъема с
сохранением положения газопровода
10/18
Расчет параметров ремонтно-строительной колонны
без подъема с сохранением положения МГ
Собственный вес ремонтируемого газопровода
длиной 1 м, Н/м включая вес изоляционного покрытия:
где
qн q q
q
тр
н
прод
из
3,14
q
(1,222 1,1892 ) 7850 9,81 4514,53
н
4
qн - вес металла трубы, Н/м
qпрод - вес транспортируемого газа, Н/м; принимаем на время производства работ qпрод =0
qиз - вес изоляции газопровода, Н/м. qиз 3,14 0,0038 (1,22 0,0038) 1170 9,81 167,6 Н/м;
qн 4514,53 167,6 4682,13 Н/м
тр
Расчетный вес 1 м
ремонтируемого газопровода:
где
q
тр
n
тр
(q q )
н
из
q
тр
1,1 4682,13 5150,34 Н/м
nтр - коэффициент надежности по нагрузке собственного веса металла трубопровода, nтр = 1,1;

11.

ЗАДАЧА 2. Произвести расчеты параметров ремонтно-строительной колонны без подъема с
сохранением положения газопровода
Соответствующая стрела прогиба, вызванная
расчетной нагрузкой qтр.
где
1
f =
q 384
(q
11/18
l+P +2P +P +P ) l3
тр
п
о г и
E I
E - модуль Юнга, МПа; Е = 2,06×105 МПа;
I - осевой момент инерции поперечного сечения металла трубы, м4;
1 (5150,34 21 17000 2 29000 22000 29000) 213
f
0,0027 м
q 384
5
6
2,06 10 10 0,01
Фактическая стрела прогиба
Проверка прочности
трубопровода в продольном
направлении
Продольное напряжение:
f
ф
f
0,0024
f
0,0023м
ф 1 ( 0,028)
q
(1 ξ )
σ ψ R dd
4 2
пр
σ
пр
N М
F W
86,27 0,53 198,7 105,3
σ
пр
Условие
прочности
выполняется.
3,58 0,4174
86,27 МПа
0,058 0,017
Коэффициент учитывающий
двухосное напряженное
состояние трубопровода
2
σ т кц
σ т кц
ψ 1 0,75
0,5
4
R
R
2
2
2
314,23
314,23
1 0,75
0,5
0,53
4
398,1
398,1
Расчетное сопротивление
сжатию с учетом
старения трубы
R
2
R dd
, МПа
2
c b k k
д 1 1 б
298,1
R dd
198,7МПа
2
1,25 1,0 1,06 1,132

12.

ЗАДАЧА 3. Провести обзор существующих изоляционных материалов для магистральных
трубопроводов и подобрать наиболее эффективное изоляционное покрытие
12/18
Способы защиты трубопроводов от наружной коррозии
Основные
причины
возникновения
дефектов
изоляционных
покрытий
1.
2.
3.
4.
Некачественные изоляционные материалы (при неправильном хранении, транспортировке и
нанесении;
Некачественное нанесение грунтовки на трубопровод: на влажную поверхность, при оседании
пыли после очистки от ржавчины и так далее;
Дефекты, возникающие при нанесении лент. Большая разнотолщинность ленты при
механизированном нанесении приводит к складкам, морщинам, гофрам. Неправильно
отрегулированная изоляционная машина может привести к образованию гофр, морщин и
неравномерному нахлёсту;
Дефекты, возникающие при изоляционно-укладочных работах и засыпке трубопровода.
Изоляционное покрытие может быть повреждено от оплывания на солнце, растрескивания на
морозе, продавливания на лежках и других посторонних механических воздействий.
Способы защиты от коррозии
Применение коррозионностойких
труб
Изолирование поверхности
сооружения от контактирования с
внешними агрессивными или
пассивная защита
Снижение агрессивности
окружающей среды
Применение электрохимической
защиты подземных металлических
сооружений носит название катодной
защиты
Рисунок 1 – Классификация методов пассивной защиты магистральных
трубопроводов от коррозии

13.

ЗАДАЧА 3. Провести обзор существующих изоляционных материалов для магистральных
трубопроводов и подобрать наиболее эффективное изоляционное покрытие
13/18
Обзор ЗАРУБЕЖНЫХ изоляционных покрытий, применяемых на объектах трубопроводного
транспорта
Французская фирма СИФ
композиция
термосветостабилизированно
го полиэтилена марки
Alkaten 9211 BLK 9024
Французская фирма
«Атокем»
полиэтилен марки Lakten
1002 (CJ черный)
Япония - фирма «Ниппон
стил»
полиэтилен марки К-395
фирмы «ЮБИ индастриз»
Бельгия - фирма OwensComing Fiberglas Europe
S.A.
новое покрытие Flakeglass.
Обзор существующих ОТЕЧЕСТВЕННЫХ изоляционных материалов, применяемых на объектах
капитального ремонта магистральных газопроводов
Согласно Реестру изоляционных материалов и покрытий, разрешенных к применению на объектах
ПАО «Газпром» самыми распространенными типам защитных покрытий являются
битумно-полимерные («ТРАНСКОР-ГАЗ»,
«ТРАНСКОР-РАМ», «ТЕХНОГАЗ» и др.)
термореактивные («FRUCS»,
«Protegol», «Терморад-МСТ»)
из экструдированного полиэтилена
(трубы с заводской изоляцией
Проведены обследования защитных покрытий в 34 шурфах в 17 ЛПУ МГ:
‒ защитное покрытие «РАМ» - в 13 шурфах;
‒ защитное покрытие «Транскор-Газ» - в 18 шурфах;
‒ защитное покрытие «Техногаз» - в 3 шурфах.
Из 34 обследованных шурфов во всех выявлено НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ состояние защитных покрытий, из них:
‒ на основе защитного покрытия «РАМ» 13 шурфов из 13;
‒ на
основе
защитного
покрытия
«Транскор-Газ» - 18 шурфов из 18;
‒ на
основе
защитного
покрытия
«Техногаз» - 3 шурфов из 3.
По внешнему виду выявлено 32 несоответствие: по «РАМ» 13 (100%) случаев, по «Транскор-Газ» 16
(89%) случаев, по «Техногаз» 3 (100%) случая.
По толщине покрытия выявлено 4 несоответствия: по «РАМ» 1 (8%) случай, по «Транскор-Газ» 3 (17%)
случая, «Техногаз» 0 случаев.
По адгезии к стали выявлено 5 несоответствий: по «РАМ» 3 (23%) случая, по «Транскор-Газ» 2 (11%)
случая, «Техногаз» 0 случаев;
По диэлектрической сплошности выявлено 5 несоответствий: по «РАМ» 4 случая, по «Транскор-Газ» 1
случай, «Техногаз» 0 случаев.

14.

ЗАДАЧА 3. Провести обзор существующих изоляционных материалов для магистральных
трубопроводов и подобрать наиболее эффективное изоляционное покрытие
14/18
Применение наружного изоляционного АСМОЛьного покрытия для переизоляции
МГ Уренгой-Ужгород (основная нитка) на участке 2365 – 2370,8 км
Рисунок 9 - Процессы замещения
молекул поверхности металла и
нефтеполимера асмол
По данным коррозионных исследований Института
органической химии Сибирского отделения РАН, скорость
коррозии металла под асмольным покрытием составляет
6,5×10-3 мкм/ч, а под битумным покрытием – 1,2×10-2 мкм/ч.
Преимущества асмольных покрытий:
‒ защита от коррозии на молекулярном уровне химического взаимодействия Асмола с металлом
трубы;
‒ высокая адгезия мастики к поверхности металла;
‒ снижение требований к степени подготовки поверхности;
‒ возможны изоляционные работы в зимних условиях (до минус 30°С);
‒ не требуется подогрев трубы;
‒ применение материалов до минус 10 °С без выдерживания при положительных температурах.
Принимаем конструкцию основного
изоляционного покрытия:
‒ 1 слой грунтовки асмольной,
толщиной не менее 0,2 мм;
‒ 1 слой мастичной композиции для
антикоррозионных
покрытий
«АСМОЛ», толщиной не менее
1,0 мм ;
‒ 1 слой асмольного рулонного
материала,
армированного
стеклосеткой «АРМАС», толщиной
не менее 2,0 мм (таблица 9);
‒ 1 слой ленты антикоррозионной
полимерно-асмольной
«ЛИАМ»
ГОСТ Р 52602-2006, толщиной не
менее 2,0 мм.
Общая толщина покрытия – не
менее 5,2 мм.
Таблица 2 – Основные характеристики мастичной композиции асмольного рулонного материала, армированного стеклосеткой «АРМАС»
№п/п
Наименование показателя
1
2
Толщина материала
Ширина материала
3
Внешний вид полотна
4
5
6
7
Температура хрупкости мастичного слоя по Фраасу, °С, не выше
Гибкость при температуре, °С, не выше
Адгезия к загрунтованной поверхности при 20°С методом сдвига, МПа, не менее
Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации после выдержки в
электролите при температуре 20°С в течение 30 суток, см2, не более
Грибостойкость, балл, не более
8
Норма
АРМАС-З
АРМАС-Т
1,9-2,0
450±5
Не допускаются пропуски в мастичном слое и инородные
включения, пустоты в ячейках стеклосетки. Армирующий материал
должен быть равномерно погружен в мастичный слой
минус 5
минус 20
минус 5
минус 5
минус 20
минус 5
0,2
АРМАС-Л
5,0
5

15.

ЗАДАЧА 3. Провести обзор существующих изоляционных материалов для магистральных
трубопроводов и подобрать наиболее эффективное изоляционное покрытие
15/18
Расчет деформации наружного покрытия «АРМАС-З»
Расчет вертикального давления
грунта на трубопровод
Расчет напряжений сжатия в изоляционном
покрытии опорной части трубопровода
Рисунок 10 - Схема к
расчету вертикального
давления грунта на
трубопровод
Рисунок 11 – Эпюры
нормальных
напряжений сжатия в
изоляционном
покрытии опорной
части трубопровода
Величина силы
вертикального давления
грунта на трубопровод
G B =γ Г (H0D+0,1075 D2 ),
G B =1,9 10 (1,0 1,22+0,08 1,2 )=2,53 10 Н/м
4
Полное давление грунта
2
4
G гр =G в 2 Т,
G гр =25300 2 46,13 103 = 117,56 103 Н/м .
Расчет напряжений сдвига в изоляционном
покрытии верхней половины трубопровода
Сжимающая нагрузка на
покрытие нижней части
трубопровода
Рисунок 12 – Схема к
расчету напряжений в
изоляционном
покрытии опорной
части трубопровода
G G т G гр +G прод ,
Максимальное нормальное напряжение
N max
G 117560 4631 122,19 103 Н/м,
3
G
K k , N max 122,19 10 2 775 103 Н/м 2 =0,77 МПа,
0,315
l
Расчет кольцевых напряжений в изоляционных покрытиях трубопроводов
Относительное удлинение в
асмольном изоляционном покрытии
lиз П lиз ( из ст )
=
,
П
П
Рисунок 13 Распределение
напряжений в верхней
половине трубопровода
Периметр изоляции может уменьшится на значение ∆П,
вследствие чего покрытие подвергается деформации растяжения:
Высота грунтовой
засыпки над точкой А:
При понижении температуры на Δt, °С,
периметр трубы сокращается на:
Н А Н0 +
D
(1-cosβ1 ),
2
Давление
1,22
грунта над
Н А 1+
(1-cos370 ) =1,12 м , точкой А:
2
Изменение периметра, к
которому стремится покрытие
D
Р А Н 0 + (1-cosβ1 ) γ г ,
2
1,22
Р А 1+
(1-cos37) 1,9 104 =2,12 104 Н/м 2 ,
2
Пиз П 2 из t,
0,1273
= 0,033=3,3%,
3,83
lиз Пиз - П,
lиз 0,13- 0,0027 0,1273 м,
Пиз 3,99 5,5 10 4 60 0,13 м,
4
П П ст t, П 3,83 0,12 10 60 0,0027 м,
Касательные напряжения в
верхней половине трубопровода
(H 0 H1 0,15D) г 0,5,
(1 3,72 0,15 1,22) 1,9 104 0,5= 4,65 104 Н/м2 ,

16.

ЗАДАЧА 4. Определить мероприятия по обеспечению безопасности и экологичности
ремонтных работ
16/18
Таблица 3 – Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при
капитальном ремонте изоляционного покрытия газопровода

17.

ВЫВОДЫ
17/18
1. Разработан комплекс ремонтных работ по переизоляции магистрального
газопровода Уренгой-Ужгород с частичной заменой труб.
2. Произведён расчет параметров ремонтно-строительной колонны без подъема с
сохранением положения газопровода.
3. Проведен обзор существующих изоляционных материалов для магистральных
трубопроводов. В качестве защитного покрытия для проведения работ по
переизоляции магистрального газопровода принято защитное покрытие АРМАС-З, с
внешним слоем в виде ленты ЛИАМ, представляющей собой полимерную основу с
нанесенным асмольным мастичным.
4. Разработаны мероприятия по безопасности и экологичности.

18.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ