Р 625-87

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ „ВНИИСТ¹⁴

МОСКВА

УТВЕРХДАЮ

СПИСОК

Замдиректора института работе, к.т.н. К.И.Зайцев 1987г.

ОГЛАСОВАНИЯ

Методика расчета единичных показателей коррозионной безотказности линейной части трубопроводов

разработанного Отделом качества строительства трубопровода^ (.QKC) по заданию    3.4-11.1_

4.

Отдел технологии и организации строительства магистральных трубопроводов (ОПТ)

Отдел технологии и организации строительства промысловых трубопроводов (01ГГ)

Отдел прочности и надежности конструкций трубопроводов (ОГш)

Лаборатория разработки и внедрения природосбе-peraionuix методов в трубопроводном строительст-

Отдел охраны труда (ООТ)

Г

V -

Ч-.12 ??

2.

II    2    !    3    !    4    !    5    !    6

7. Лаборатория отандартиза-    //^^7    fyf/OU-L*-7

Заключение лаборатории стандартизации,

За±ми.-глиг**£ // /7. Лул*-е///и> yzsttuc ,    /-J-C'tM'*

S

им/*уьр/уыс-

—=’

Министерство строительства предприятии нефтяной и газовой промышленности

Всесоюзный научио-исслодиватольскг.й институт по строительству пагиотралышх трубопроводов

П’ВШДА»

директора института

** *“     работо,    к.т.н.

К.И.Зайцев 1987г.

МЕТОДИКА расчета единичных показателей коррозионной безотказности линейной части трубопроводов

Р -    6 2 Г-8*

Зав. отделом качества строитольотва трубопроводов ВНИИСТ

yb&Z/'—ЦР р, ф .4 абу ршш

Зав.лабораторией качества строитольст-монталпых работ

Москва 1987г

ДА II ИТАЛИЯ

Методика посвящена вопросам оценки и прогнозирования показателей надежности линейной части подземных трубопроводов, а также ротроспев тинной оценки качества защиты трубопроводов от почвенной коррозии.

Наличие большого числа причин и факторов, вызывающих отказы трубопроводов обуславливает дифференцированный подход к прогнозированию показателей надежности по основным влияющим факторам. Нель данной методики - учесть при оценке надежности факторы, вызывающие энтропийный износ изоляционных покрытий и стенки трубопровода. Для повышения достоверности прогнозных оценок в методике использованы вероятностные мотоды на основе статистической информации.

Методика содержит справочные материалы, необходимые для расчетов. Предназначена для научных, проектных, строительных и эксплуатационных организаций, а также контрольных и инспекционных служб, может быть использована для установления показателей надежности как для вновь создаваемых и проектируемых трубопроводов, так и для действующих трубопроводов с целью обеспечения их безопасной работы.

Методика разработана сотрудниками ВНИИСТ: к.т.н.Чабуркипым В.Ф., к.ф.-M.il. Рольбиным Ю.А., инж. Шиловым В .И., Ловитиной Г.Е.

Замечания и предложения направлять по адреау: 105058, Москва, Окружной пр., 19, ВНИИСТ (ОКС).

С 0 л £ ? .i А а и а

3

С?Р.

I.    Общие положения...........................................

2« Оценка показателе*» надежности элемента Л11^;.................

J.    Оценка уровня качества изоляиионно-уклацочннх работ по ре-,

зудьтатаи эксплуатации....................................

4.    Прогнозирование показателей наде.июсти элемента JiTF.......

5.    Литература ••••••..........................................

6.    Приложения ................................................

министерство ! Методика расчета единичных пока-предприяти2^Ш! ^saTeJieil коррозионном безотказнос-нефтянои и га! ти линейпок части трубопроводов зовоп промыт-! леннрсти !

к -_

впервые

I. ОБЩИЕ 1ЮЛ0«ЕШ

1.1.    линейная часть подземных стальных магистральных трубопроводов являясь строительным сооружением, _в тоже время входит составным элементом в комплекс технологического оборудования душ транспорта нефти» газа и нефтепродуктов.

Как сооружение ЛХВ характеризуется показателей! конструктивной надежности » а как элемент технологического комплекса магистрального трубопровода» ЛХР долина характеризоваться показателями надежности» устанавлива-ыыми для всех его составных частей; собственно подземного трубопровода* перекачивающих станций» запорной арматуры и пр.

1.2.    Надежность Л1Р в эксплуатации* характеризуемая отказами* зависит от множества причин: дефектов труб» сварных соединено! » изоляционного покрытия* траншеи» балластировки» электрохимзащцты и т.д. Наступающая

в результате их потеря прочности или герметичности трубопровода обусловлена ослаблением сечения труби под действием таких факторов* как потеря устойчивости» усталостные деформация* развитие дефектов под воздействием нагрузок* почвенная коррозия» внутренняя коррозия и эрозия и др.

I#»*# Для интегральной оценки на серости ЛТВ с учетом Есех воздействующих факторов необходимо определение показателей надежности дифференцировано по каждому фактору или группе однородных факторов.

1.4. Цель настоящей методики - определение показателей надежности ЛТР с учетов факторов почвенной коррозии к причла ее внзыващих (качества лзоляционно-ухсладошшх работ и эффективности злектрохшзащиты)»

* Утверздено ВИИИСХом

I М    II

Срок введения

Внесено

ВШШСХом

1W_г. !

IS8 г.

характеризуемых в дальнейшем как " критерии почвенная коррозия".

1.5.    Методика устанавливает единый подход к определению видов показателен наде:шости для конструктивных элементов и линейно!! части трубопровода (ЛТП) в целсм» и методу! оценки и прогозирования этих показателей по критерию "почвенная коррозия".

1.6.    11од оценкой показателей надакности ЛТР подразумевается их определение вероятностно-статистическими методами но результатам ретроспективного анализа данных об отказах по критерию "почвенная коррозия"

Оценка показателей надежности ЛIP производится с целью определения фактической надедшости действующих трубопроводов» эффективности используемых средств и методов защиты от почвенной коррозии» их совершенствования и уточнения показателей надежности при разработке» проектировании и строительстве новых трубопроводов по мере накопления ста-тиотическоп информации об отказах.

1.7.    Прогнозирование показателей надежности ЛХР по критерию "почвенная коррозия" - есть их определение для проектируемых» сооружаемых или эксплуатируемых трубопроводов методами аналитического расчета физико-химических процессов старения изоляционных покрытий и коррозионного износа металла трубопроЕодсЕ с использованием методов дис-ле/>сиоыного анализа этих процессов для повышения достоверности прогнозирования и учета множества случайных воздействующих факторов.

Прогнозирование показателей надежности ЛТР производятся при:

-    разработке технических заданий на создание» освоение производства и внедрения новых материалов» готовых изделия» технологических процессов для трубопроводного строительства;

-    разработке и проектировании новых систем линейно* части магистральных трубопроводов;

-выборе оптимальных вариантов матеииалов» технологий и т.п. и опреде-

р

ленил дёбпективнкх направлена* развития трубопроводного строи-

тельства с учетом почвенно-климатических у слови;, строительства и эксплуатации;

-    прогнозирования и планировании технического уровня и ячества технологии конструкции трубопроводов! материалов и пр.;

-    обследовании л анализе состояния трубопроводов: вводимы* в стро.. и эксплуатируемых» для оценки сроков и условие, безопасной эксплуатации» планировании объемов» видов и сроков проведения обследование и ремонтно-профилактических работ и мероприятия.

1.8 .Линейная часть магистрального трубопровода является протяженным технически сложным объектами Пря определения показателей наде:люстя в ней следует различать:единичны*; элемент» трубопровод в целом (всю его линейную часть) и совокупность трубопроводов» образующих систему.

2.^.Кдиничный элемент (в дальнейшем именуемый элементом) -это часть £№ тако:, протяженности» на которое показатели безотказности pi в выбранной фиксированной точке произвольно взятого элемента не коррелировать (стохастически не связаны) с показателями безотказности    или    р_£г1    для    соответствующе., точки любого из дву* соседних

элементов.

Обязательным услоЕием выбора элег^Гтов является условие их однородности на участках Д1Р без разветвлении» между двумя соседними крановыми узлами» перекачивающими» компрессорными станциями или станциями катодной защиты (выбирается из задач расчета и особенностей эксплуатации) или гранипами почвенных зон с различными характеристикой коррозионной активности грунтов.

Признаками однородности элементов по фактору "почвенная коррозия" являются:

принадлежность грунтов к о диод группе коррозионной активности (засоленность» влажность» тип грунта» его температура» структура грунта» наличие в грунта бактерий»);

тип изоляционного покрытия;

диаметр и толщина стенки трубопровода*

7

диня элемента монет колебаться в довольно широких пределах. Точность достоверность задаваемой величины элемента зависят от методов и средств змереннл перечисленных признаков однородности.

I. 10. Трубопровод - совокупность элементов JLTFi 1*_т , образующих сред-тво транспорта продукта от места забора O'iUlTt отвод» хранилище я пр.)

о потребителя ЦТС» хранилище tJU и пр.) в однониточном исполнении» име-щее наименование.

1_Г~£&

J. I1. Система трубопроводов» совокупность трубопроводов» образу-щих систему транспорта продукта» например: многониточная система тру-опроводов» система газо или нефтеснабаения региона и т.п.

в.

2. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ! НАДЕЖНОСТИ ЗДШШТА ЛТР.

2.1.    Оценка показателей наде:шости элемента ЛТР, дпроизводлтся методами теории вероятностей и математической статистики /I/.

2.2.    Задача оценки показавелел надежности элемента ЛТЕ состоит в том, чтобы на основе анализа выборки (отказов /от элемента Л1Р по причине почвенной коррозии) из генеральной совокупности (всех отказов на рассматриваемом участке Л ТЕ), сделать научно-обоснованное заключение о распределении плотности вероятностен этих отказов и его параметрах, на основании которых и определяете:¹ показатели наивности элемента Л1Р.

З.о. В качестве исходных дашшх для проведения расчетов с целью оценки показателен надежности элемента ЛТР по критериям коррозионной безотказности используется информация об отказах трубопроводов по причине почвешюи коррозии.

Перечень необходимых сведении (исходных /данных) об отказах приведен в прил о&ении I.

2.4.    Все отказы,относящиеся к почвэнлоп коррозии представлдшт собоь генеральную совокупность исходных данных. При -формировании внборю! из генеральное совокупности отказов следует руководствоваться следующими правилами:

все отказы по причине почвенной коррозии подразделяются по типам изоляционных покрытии, почвенно-климатическим зонам» диаметру и толщине стенки трубопровода.

2.5.    Полученные выборки из статистики отказов проверяются на достаточность (полноту и представительность) в соответствии с р.20.3 /I/.

Лля выборок, удовлетворяющих требованиям достаточности строятся гистограммы по критериям наработки до отказа. Общие правила построения гистограмм изложены в /з/.

j.G. Полученную выборку отказов следует относить к условному единичному элементу.

2.7. Существующая в настоящее время в службах эксплуатации практика замены при отказах некоторого участка трубопровода позволяет в первом приближении за условные элемент принять длину восстанавливаемого участка

С& =■ 100м из условия:

С =    )    *■    £%    (г)

где:    Mffs)    -математическое    ожидание    длины восстанавливаелюго участка

О'_А    - среднее квадратическое отклонение

соответствует вероятности Р = 0.% для нормального закона распределения случайной величины •

2.8. При построении гистограммы наработки до отказа лолмно учитывать

ся общее число условных элементов на рассматриваемом участке ЛХР. Для этого при переходе к функция плотности вероятностей общее число отказавших условных элементов /2^. за I -к;, период эксплуатации (обычно за один год) должно быть отнесено к общему числу элементов выбранного участка    )» а не к общему числу отказавших элементов за все время

* т.к. это может привести к значительному занижению характеристик нале люст2.

Однако на показатели надежности элемента Jilt данного участка с определенного периода времени начинают оказывать воздействие плановые капитальные ремонты с заменой труб. Для учета влияния ремонтов на относитель-но^чкело отказов вводится корректирующая Функция вида ( 21/2^-27^).

l*i i*i ^с

Тогда относительное приведеннбе число отказов на с -ый год определяет

ся как:

где:    р_£ - количество отремонтироианнх элементов за £ -ш* гол.

Итоговая гистограмма наработки до отказа элемента ДХР строится в координатах £    £J

Пример формирования однородно^ выборки и построения гистограммы наработки рассмотрен г ^П' илqkzhuh 2.

Л/

л*

2.9.    Определение моментов полученного распределения: математического ожидания    дисперсии    коэффициента    ассикетрии    /п₃

и эксцесса /%. производится в соответствии с общими правилами» изложенными в р.6/1/.

2.10.    Определение вида (закона) полученного распределения. Физические явления энтропийного характера износа (старение» коррозия и т.п.)» происходящие в сложных технических системах» описывается в основном /J/ двумя законами: нормальным и гамма-распределение*»;, принадлежность конкретного распределения к тому иля иному виду устанавливается в зависимости от величины £ • определяемо.* из выражения

* ~М{г} ASSIST

При    принимается    закон    "гамма-распределение",    К

т/гьмб/Д.    *

2.11.    Средняя наработка до отказа t (определяется для элемента

Л1Р) - это математическое ожидание наработки элемента до первого отка-

L = #{*} = f/Ъ G/л)    ft)

где:    -    наработка до первого отказа с -го элемента;

/% - относительная частота с-го элемента

tl* /I, _t/i_z / ... п*

2.12. 11а основании полученных оценок математического ожидания Mfrf и дисперсии %){*} наработки до отказа определяем параметры распределе

ния:

2.12.1. Для нормального (см.п.2.9.) распределения параметры С z &

определяются из условия

(г)

где:    СГ    -    среднее    квадратическое    отклонение    (СКО) наработки.

2.12.2. Для гаша-распределения (см.п.2.$.) параметры Z и И

определяются из условия

—-

//.

где £ - порог чувствительности.

Приравнивая наУ.ленные из опытных дашшх значения ?    S*~2){t};

/77j соответствуюилм теоретический значениям моментов» иьсеа«:

f J = iS_t^Z/*j

j г *9£SJ‘/fa/ t i. -F- Л[si

2.1o. Вероятность безотказно!, работы за время Hfi) определяется:

элемента ЛИ*

2.ЮЛ. Для нормального закона:

it

иля в приведенной! виде (функция Лапласа)

где

* <г

Функция Лапласа табулирована для

Таблица значени!! функции Лапласа приведены в /2/. 2.13.2. Для Галва-распределешш:

где    ь

Г{*) - гамшнрункция вида

Для целых 2: :

r{*)=b-/J/

Тогда для целых г имеем:

(/о)

-и

г~4

£ ^1/11

ж-

Значения //x-jy «^/приведены в табл.1 приложени* 4.

2.14. Средняя срок службы 7* определяется как математическое ожидание наработки до отказа для невосстанавливаемого объекта* независимо от вида распределения

(к)

3. ОЦЕНКА У РОЗНЯ КАЧЕСТВА ИЗОЛЯЦИОННО-УКЛАДОЧНЫХ РАНОГ

3.1. Показатель качества изоляционно-укдадочных работ определяется путем сопоставления фактического начального переходного соп-ротивления Кл.ч. с нормативным К_п.н. * ипрвделноцигм aw ГОСТ 25812-83.

3.2. Фактически начальное переходное сопротивление моаот быть оценено, исходя из измеренного переходного сопротивления Ил(Ъ)ъ момент времени i_L , из выражения

где Т - постоянная времени старения изоляционного покрытия в зависимости от типа изоляционного покрытия и удельного сопротивления грунта ^см, табл. 5прилокения 4);

fl_flg - нинечное пере*одное сопротивление труоа-земля, определи -ется по номограмме Ссм.рис.I приложения ч)

Ввду того, что значения 71 и Я**. представлены интервальными оценками ^например    (fry    Я)_г    )),    то    целесообразно    определить

интервал возможных значений &а.н.

^.ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАДШЮСТИ ЭЛЕМЕНТА ЛТР.

♦.I. Для прогнозирования показателей надежности элемента ЛТР могут быть использованы аналитические зависимости протекания энтропийных процессов в изоляционных покрытиях и металле трубопроводов под воздействием почвенной коррозии.

4.2. Процесс старения изоляционных покрытий происходит по экспоненциальному закону и описывается выражением /5/

/    _    %[&i &7.м - & 4£rJ

tm ~ f? п о    W3)

WI Лог “ СУ1 Ъл.г.

где {иъ - время достижения изоляционным покрытием критического состояния, характеризуемого -критическим переходным сопротивлением изоляции, при котором начинаются активные коррозионные процессы в металле трубопровода; Тс - постоянная времени старения изоляционного покрытия;

- соответственно, начальное и конечное переходные сопротивления.

Рекомендуемые значения ^ и Тс для типов изоляционных покрытий и почвенно-климатических зон приведены в npi\&o#qh#m4) 4*3. Процесс коррозионного износа металла (стенки трубы) происходит с относительно постоянной средней скоростью, начиная со 2-3 года /*/, определяемой коррозионной активностью грунтов, описывается выражением вида

I =    (/*>

где: ^ - время достижения критической глубины коррозионных каверн;

f - толщина стенки трубопровода;

с/\ - коэффициент критической глубины коррозионных каверн, выбираемый из анализа статистической информации о полных коррозионных отказах ( см. п. 4.8.2    )

^/Й;- средняя скорость коррозии металла (мм/год) в кавернах

для рассматриваемого участка (см. 1фижс*ени&4)

4»4* Общее время наступления коррозионного отказа i кор. определяется таким образом, как сумма

Выражение {20) справедливо для полных коррозионных отказов, когда процесс сплошного старения изоляционного покрытия и активных коррозионных явлений происходит последовательно. При наличии повреждений изоляционных покрытий с начала эксплуатации имеют место частичные отказы (свищи), для которых составляющую можно не учитывать.

4

4.Ь. Общепринятые аналитические выражения {i8,/9) не учитывают всего многообразна эксплуатационных характеристик и случайных факторов, влияющих на скорость протекания энтрояийных процессов. Вследствие чего полученная точечная оценка 7^ может существенно отличаться от фактической в обе стороны.

Для повышения достоверности прогноза надежности трубопроводов примем аналитическую оценку 1*_0Р% как среднестатистическое время наступления отказа и введем в выражение {20) корректирующую функцию 6^_ор , учитывающую фактические воздействия случайны факторов.

4. = 4 *4 15*0*    W)

где: ⁽oiqr CKO наработки до коррозионного откааа.

4.6.    Для определения величины 6^_0Р используются исходные данные об отказах и условиях эксплуатации трубопроводов (см.при.1).

4.7.    Определение корректирующей функции для величины ^гз • 4*7.1. На достоверность расчета по (2/) влияют: погрешность

определения начальных и конечных условий (), а также обоснованность критерия отказа изоляционного покрытия ( Л*г). Область разброса Л 4з возможных ^{значений} величины _t обуславливающая начало активных коррозионных процессов в металле трубы может быть существенно уменьшена за счет:

n Факт

где *п.н. - измеренное значение лсреходного сопротивления для элемента Л на рассматриваемом участке трубопровода;

- для у^/ЙУпри /■ > I года, сначала определяется fi п?н1 ( £*0), см. р.6 настоящей методики, а затем по (25) находится 1_к

/ОСТ у у

и оставшееся время до отказа изоляционного покрытия    - с*, -c_t-

4 .6. Определение корректирующей функции для величины tu ^.8.1. На достоверность прогнозирования времени коррозии мет» ла трубы tu до полного отказа влияют;

-    выбранная величина критерия отказа duo

-    величина ожидаемой скорости коррозии #к (мм/год) в кавернах для элемента ^э на рассматриваемом участке трубопровода при ypoj не защищенности участка средствами ЭХЗ менее нормативного; при нормативном уровне защищенности (не менее 97% по ГОСТ 25812-83) скорость коррозии может быть принята равной /6,7,8/ 0,01+0,03 мм/год,

^.8.2. Величина коэффициента е/по, характеризующая максимальную глубину коррозионных каверн по критерию "полный отказ", прин! мается равной

^ по « 0,75/p^Q^

{26

в 0,7/p^gg

^.8.3. За величину ожидаемой скорости коррозии $: кавернах м< гут быть приняты интервалы значений ^ для различных грунтовых условий, рекомендованные в /9,10/ при условии отсутствия ЗДЗ, npi веденные в прил. 4 , Указанный интервалам й не противоречат результаты анализа статистики полных и частичных коррозионных отказов. Выбранную скорость коррозии К можно считать /II/ со 2*З^его года эксплуатации равномерной.