ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ „ВНИИСТ“

МОСКВА

Замдиректора института ’рабогв, k.i.h. К.И.Зайцев 0ЛМ__1987г.

список

гасчета единичных показателей коррозионной безотказности линейной части трубопроводов    ,

разработанного Отделом качества строительства трубопроводов_t (,ОКС) по заданию 5.4.11,1__

106 I    !Подпись \    !Дата со-Щодвдсь

п.п; Ааим^енование    !при пору-! Ф.И.О. IrflacoBa-IcceraacsJO-

! подразделения    Пении оо-l согладу-!яия ! щвро

!гласова- i вдего i    \

_Пая i    1    i_

-I-2-2-    »    S.    6,

I. Отдел технологии и организации строительства магистральных трубопроводов (ОПТ)

Отдел технологии и организации. строительства промысловых трубопроводов (ОПТ)

Отдел прочности и надежности конструкций трубопроводов (ОГш)

Лаборатория разработки и внедрения природосбе-

§егаюдих методов в тру-опроводном строительст-в а (ЛПМ)

5. Отдел охраны труда (ОСТ)

в.

2. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛИ! НАДЕЖНОСТИ ЗЛШМТА ЛТР.

2.1.    Оценка показателей надежности элемента ЛТР» ппроязводятся методами теории вероятностей и математической статистики /I/.

2.2.    Задача оценки показателей надежности элемента ЛТР состоит в том» чтобы на основе анализа выборки (отказов для элемента ЛТР по причине почвенной коррозии) из генеральной совокупности (всех отказов на рассматриваемом участке ЛТР)» сделать научно-обоснованное заключение о распределении плотности вероятностен этих отказов и его параметрах» на основании которых и определявтс:' показатели надежнос-ти элемента ЛТР.

З.о, В качестве исходных данных для проведения расчетов с целью оценки показателей надежности элемента ЛТР по критериям коррозионной безотказности используется информация об оисазах трубопроводов по причине почвенной коррозии.

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

2.4.    Все отказы «относящиеся к почвэнпоя коррозии представляют собой генеральную совокупность исходных данных. При нормировании выборки из генеральной совокупности отказов следует руководствоваться следующими правилами:

все отказы по причине почвенной коррозии подразделяются по типам изоляционных покрытий, 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.20.2 /I/.

Лая выборок» удовлетворяющих требованиям достаточности строятся гистограммы по критериям наработки до отказа. Общие правила построения гистограмм изложены в /2/.

д

<2.6* Полученную выборку отказов следует относить к условному единичному элементу.

2.7.Сушествующая в настоящее время в службах эксплуатации практика замены при отказах некоторого участка трубопровода позволяет в нервам приближении за условный элемент принять длину восстанавливаемого участка ^ = 100м из условия:

£ =    (г)

где:    Mf&) -математическое ожидание длины восстанавливаемого участка

ЛТР*

<5з    -    среднее    квадратическое отклонение

соответствует вероятности Р ~ 0.% для нормального закона распределения случайной величины ^ .

2.8.При построении гистограммы наработки до отказа должно учитываться общее число условных элементов на рассматриваемом участке ЛТР. Для этого при переходе к функция плотности вероятностей общее число отказавших условных; элементов    за    L -ып период эксплуатации (обычно за

один год) должно быть отнесено к общему числу элементов выбранного участка (/^//vS)» а не к общему числу отказавших элементов за все врет » т.к. это может привести к значительному занижению характеристик

надежности.

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 отяоситель-

i-i i-6

ное|чксло отказов вводится корректирующая функция вида ( Z./la'-Z/U)*

£*4    £-£    ^с

Тогда относительное приведенное число отказов на I -ый год онределнет-ся как:    _£^

nZ'fO *fle_{ /У_э -    +    £^4    )    (³)

где:    р_с - количество отремонтированнх элементов за L -ьш год.

Итоговая гистограмма наработки до отказа элемента лТР строится в координатах £    i}

Пример формирования однородной выборки и построения гистограммы наработки рассмотрен в ^п,‘илшетт2.

ю.

2.9• Определение моментов полученного распределения: математического ожидания /7/-    дисперсии    коэффициента    ассиметрии    /»₃

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» описываются в основном /3/ двумя законами: нормальным и гамма-распределением. Принадлежность конкретного распределения к тому или иному виду устанавливается в зависимости от величины £ » определяемое из выражения

При /С ^ 3.5 принимается закон "гамма-распределение", ЛР*

2.11.    Средняя наработка до отказа £ (определяется для элемента

Л IP) - это математическое ожидание наработки элемента до первого отказа    _м

L=#{?} = fz/ii g/л)    а)

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

fli - относительная частота I -го элемента

2.12.    Па основании полученных оценок математического ожидания Mfy}

и дисперсии    наработки    до    отказа    определяем    параметры    распределе

ния:

2Л2.1. Для нормального (см.п.2.9.) распределения параметры С ж определяются из условия

где:    6*    -    среднее    квадратическое    отклонение    (СКО)    наработки.

2.12.2. Для гамма-распределения (см.п.2.3.) параметры t и Я

определяются из условия

//.

Ч • f

fe)

где i_a - порог чувствительности.

Приравнивая наеденные из опытных дашшх значения 2*

/п₃ соответствующим теоретическим значениям моментов» имеем:

} = Л Si //л₃

г = MSjVfaf    м

i, -F - Л[&?]^г/у>ъ

2.1-3. Вероятность безотказной работы за время элемента ЛТР М) определяется:

2.1-3.1. Для нормального закона:

/ г_Ы?

Je

или в приведенном виде (функция Лапласа)

Ш)-ЯЛ), fefe-

~ - & где Z = ¹—~

Функция Лапласа табулирована для

^9 fit) - Ф* ft; ~ё/(э ’)

Таблица значений функции Лапласа приведены в /2/.

2.13.2. Для Гамма-распределения:

/' ЛУг/к)

где    t,

Г{ъ) - гамма-функция вида

Ю* Л**-е

Для целых £ :

Тогда для целых Z имеем:

Р>&)* i-£~^H L --

к**-

Значения /#-/>/ приведены в табл.1 приложения 4.

2.14. Средний срок службы    определяется    как    математическое ожи

дание наработки до отказа для невосстанавливаемого объекта! независимо от вида распределения

Я «Л

я.

3. ОЦЕНКА УРОВНЯ КАЧЕСТВА ИЭОЛЯЦИОННО-УЮНкДОЧНЫХ РАБОТ.

3.1. Показатель качества изоляционно~укдадочных работ определяется путем сопоставления фактического начального переходного соп-

_D <Р*0Г    р    Н9РМ

ротивления П'л.н. с нормативным К_п,н. » определяемого ни ГОСТ

(/е)

3.2. Фактически начальное переходное сопротивление мокзт быть оценено, исходя из измеренного переходного сопротивления    в    мо

мент времени 'ii , из выражения

r+W

где Т_с - постоянная времени старения изоляционного покрытия в зависимости от типа изоляционного покрытия и удельного сопротивления грунта ^см, табл. 3приложения 4);

Ял.к. “ нинечное лереходное сопротивление труоа-земля, определи -ется по номограмме (см.рис.I приложения 4)

Ввду того, что значения Тс и jt. представлены интервальными оценками ^например    (f*r f ) ) t то целесообразно определить

интервал возможных значений

4.ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДШОСТИ ЭЛЕМЕНТА ЛТР.

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

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

/ _    -    &г    QrJ

Ънъ ' /Р р    S,    0    {/8)

WI л.от ~ СА

где 4з - 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 пркдоМе//*///4)

4.3.    Процесс коррозионного износа металла (стенки трубы) происходит с относительно постоянной средней скоростью, начиная со 2-3 года _л определяемой коррозионной активностью грунтов, описывается выражением вида

I -- ш)

где: 4 ~ время достижения критической глубины коррозионных каверн;

f - толщина стенки трубопровода;

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

средняя скорость коррозии металла (мм/год) в кавернах

/г.

для рассматриваемого участка (см, хфълсжехнв 4)

4.4. Общее время наступления коррозионного отказа i кор, определяется таким образом, как сумма

’kjtop    ^    ^

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 мастичные отказы (свищи), для которых составляющую можно не учитывать.

4.Ь. Общепринятые аналитические выражения (18//9) не учитывают всего многообразия эксплуатационных характеристик и случайных факторов, влияющих на скорость протекания энтрокийных процессов. Вследствие чего полученная точечная оценка •£*> может существенно отличаться от фактической в обе стороны.

Для повышения достоверности прогноза надежности трубопроводов примем аналитическую оценку Ь₀р% как среднестатистическое время наступления отказа и введем в выражение (20) корректирующую функцию 6^_ор , учитывающую фактические воздействия случайны факторов.

4, = 4» * i* *54    «/)

где:    СКО    наработки    до    коррозионного    откааа.

4.6. Для определения величины б£_0/о используются исходные данные об отказах и условиях эксплуатации трубопроводов (см.при.1). 4*7, Определение корректирующей функции для величины • 4*7.1, На достоверность расчета по (21) влияют: погрешность определения начальных и конечных условий (Пял.    ),    а

также обоснованность критерия отказа изоляционного покрытия ( ^г). Область разброса д4₃ возможных ^{значенйй} величины i_{U3 f} обуславливающая начало активных коррозионных процессов в металле трубы может быть существенно уменьшена за счет:

-    более точных измерений и оценки начальных и конечных условий -

fl П.Н., J> гр, т.к. &п.к.    (^гр)

-    дифференицрованного назначения величины ^ С см. прилов зависимости от типа изоляции и почвенно-климатических зон;

-    вероятности оценки распределения величины на интервале А Тс.

4.7.Я. Мероприятия по уточнению /йьн., /&1.к., й>т обеспечивают повышение точности оценки 4мг(£вг) в пределе

Чтобы доопределит*» величину на интервале.4Тс воспользуемся вероятностнши методами. Согласно /5/ процессы старения конструкций (в нашем случае изоляционные покрытий) подчиняются, в зависимости от скорости протекания, Гамма - или нормальному закону. Приведенные в прило^^е^Значения интервалов Л Тс в таком случае, можно рассматривать как дисперсию времени старения изоляционного покрытия. Положим Т^МА*.. 7^**& £6*    7

^{гз)

тогда для 4-х основных типов изоляционных покрытий и 3-х групп грунтов /Ь/ можно построить семейство распределений, характеризующих процесс старения и для каждого распределения определить с требуемой вероятностью (9Ь$, 9955,..•) время наступления отказа изоляционного покрытия igs ( Bor ). ГеличинаТопеределяется из выражения    ,    *    _ „

4з (%"•) ~    {24)

где (Зр - корректирующая функция времени старения изоляционного

покрытия, найденная из номинальных начальных условий (Вм.и. =

* ^п.н,    ); значения для Р * 0,Sb;Q99 и соответствующие им

*4з приведены в прил.

/ ~    .    D    D    норм    п    факт

у.7.3. Ь случае отличия значений /Са от ^п.н. (при /£п.н.^

^ ft П.Н.^АИМ е„ UxulTi ) время /О определяется

из (/8.) по формуле:

/ _ МЩ/А /£“- А £„) _g-^Ut ^4-й Х5.*.    ^л    izn

Р факт

где а^п.н. - измеренное значение лереходного сопротивления для элемента на рассматриваемом участке трубопровода;

- для у^/^при i>l года * сначала определяется И плц ( £*Ю), см. р.& настоящей методики, а затем по (25) находится ^ и оставшееся время до отказа изоляционного покрытия 4ц ■=■ z*g - z£-^.6. Определение корректирующей функции для величины ^•8.1. На достоверность прогнозирования времени коррозии мет< ла трубы бы до полного отказа влияют:

-    выбранная величина критерия отказа cl по

-    величина ожидаемой скорости коррозии ^к (мм/год) в кавернах для элемента 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/ 0,01-10,03 мм/год.

^.8.2. Величина коэффициента el по, характеризующая максимальную глубину коррозионных каверн по критерию "полный отказ", прим мается равной

d ПО = 0,75/р^ ₉₅

^e    (25;

dm * o,7/_p=0t99

^.8.3. За величину ожидаемой скорости коррозии ЙГ'йавернах н< гут быть приняты интервалы значений V* для различных грунтовых условий, рекомендованные в /9,10/ при условии отсутствия 3X3, npi веденные в прил. 4 . Указанным интервалам Й не противоречат результаты анализа статистики полных и частичных коррозионных отказов. Выбранную скорость коррозии % можно считать /II/ со 2+З^ег0 года эксплуатации равномерной.

/А

4.QA, На интервалам свои* значений % зависит от множества дополнительно влияющие факторов и подчиняется нормальному закону

4.8.5. Таким образом, величина in определяется

/ ^ с(/ю(Р) • £

*' ъоэ

4.9ч Суммарное время йсор до полного коррозионного отказа элемента трубопровода определяется

{2$)

4.10. Время 4»»до частичного коррозионного отказа злемента оп ределяется по (£7), где */w>= I.

Пример прогнозирования показателей надежности элемента трубо провода СМ. приложеме 3.

Министерство строительства предприятий ногтяной и газовий промышленности

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов

утверждаю

директора института 'рабою, к.т.н. _К. И. Зайцев 1987г.

МЕТОДИКА расчеха единичных показателей коррозионной безотказносхи линейной части трубопроводов

р -

Зав. отделен качества строительства трубопроводов ВНИИСТ

В.Ф.Чабуркин

Зав.лабораторией качества строиюльсх-монташшх работ

.Н.Шишов

Москва 1387г

АЛНПТАЦИЯ

Методика посвящена вопросам оценки и прогнозирования показателей надежности линейной части подземных трубопроводов, а также ретроспев тивной 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. Цель данной методики - учесть при оценке надежности факторы, вызывающие энтропийный износ изоляционных покрытий и стенки трубопровода. Для повышения достоверности прогнозных оценок в методике использованы вероятностные методы 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.Чабуркишш В.Ф., к.ф.-м.н. Рольбиным Ю.А., инж. Шишовым В.II., Левитиной Г.Е.

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

С О JL Е F d А а И 12

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

2* Оценка показателен надежности элемента Л1Р.................

3.    Оценка уронил качества изоляционно-укладочных работ по ре-,

зультатам эксплуатации....................................

4.    Прогнозирование показателей надежности элемента ЛТР .......

5.    Литература ................................................

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

министерство !    Методика    расчета    единичных    пока-    !

предарияти2^Ш! ^{Бателей} коррозионном безотказное- j к -_

нефтяной и rai    ти    линейном    части    трубопроводов    ! впервые

зовой промыш-!    !

леннрети !    1

I. ОЕЦЙЕ

1.1.    Лине*шая часть подземных стальных магистральных трубопроводов являясь строительным соорудением» в томе время входит составным элементом в комплекс технологического оборудования для транспорта нефти» газа и нефтепродуктов.

Как сооружешге ЛТР характеризуется показателями конструктивной надежности» а как элемент технологического комплекса магистрального трубопровода» ЛХР долшш характеризоваться показателями надежности» устанавлива-мыми для всех его составных частей; собственно подземного трубопровода» перекачивающих станций» запорной арматуры и пр.

1.2.    Иадешюсть ЛТР в эксплуатации» характеризуемая отказами* зависит от множества причин: дефектов труб» сварных соединений» изоляционного покрытия» траншеи» балластировки» электрохимзащиты и т.д. Наступающая

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

1.8, Для интегральной оценки надежности ЛТР с учетом всех воздействующих факторов необходимо определение показателей надежности дифференцировано по каждому фактору или группе однородных факторов.

1.4. Цель настоящей методики - определение показателей надежности ЛТР с учетом факторов почвенной коррозии и причин ее вызывающих (качества изоляционно-укладочных работ и эффективности электрохимзащиты)»

Внесено * Утверждено ВНИИСТом    !    Срок введения

ВНИИСТом ! *_"     1УЦ    г.    !    "_” _158    г.

характеризуемых в дальнейшем как " критерий почвенная коррозия".

1.5.    Методика устанавливает единый подход к определению видов показателей наде:шости для конструктивных элементов и линейной части трубопровода (ЛТР) в целом I и метода/ оценки и прогозирования этих показателей по критерию "почвенная коррозия".

1.6.    Иод оценкой показателей надежности ЛТР подразумевается их определение вероятностно-статистическими методами по результатам ретроспективного анализа данных об отказах по критерию "почвенная коррозия"

Оценка показателей надежности ЛТР производится с целью определения фактической надежности 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 статистической информации об отказах.

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

Прогнозирование показателей надежности ЛТР производится при:

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

-    разработке и проектировании новых систем линейной части магистральных трубопроводов}

-выборе оптимальных вариантов матеоиалов» технологий и т.п* и опреде-

р

ления пёбпективных направлений развития трубопроводного строи-

G.

тельства с учетом почвенно-климатических условий строительства и эксплуатации*

-    прогнозирования и планировании технического уровня и качества технологии конструкции трубопроводов» материалов и пр.*

-    обследовании и анализе состояния трубопроводов: вводимы* в отрок и эксплуатируемых» для оценки сроков и условии безопасной эксплуатации» планирования объемов» видов и сроков проведения обследований и ремонтно-профилактических работ и мероприятий.

1.8 .Линейная часть магистрального трубопровода является протяженным технически сложным объектом. При определении показателей надежности в ней следует различать:единичный элемент» трубопровод в целом (всю его линейную часть) и совокупность трубопроводов» образующих систему.

I.5.Единичный элемент (в дальнейшем именуемый элементом) ^ -это часть ЛТР такой протяженности» на которой показатели безотказности Pi в выбранной фиксированной точке произвольно взятого элемента не коррелированы (стохастически не связаны) с показателями безотказности    или    для    соответствующей точки любого из .двух соседних

элементов.

Обязательным условием выбора эле&гов является условие их однородности на участках Л1Р без разветвлений» между двумя соседними крановыми узлами, перекачивающими» компрессорными станциями или станциями катодной защиты (выбирается из задач расчета и особенностей эксплуатации) или границами почвенных зон с различными характеристиками коррозионной активности грунтов.

Признаками однородности элементов по фактору "почвенная коррозия" являются:

принадлежность грунтов к одной группе коррозионной активности (засоленность» влажность» тип грунта» его температура» структура грунта, наличие в грунта бактерий,)*

тип изоляционного покрытия*

диаметр и толщина стенки трубопровода.

7

^ня элемента монет колебаться в довольно широких пределах. Точность достоверность задаваемой величины элемента зависит от методов и средств амерения перечисленных признаков однородности.

I.IQ. Трубопровод - совокупность элементов Л1Р» L_T » образующих сред-тво транспорта продукта от места забора (У1ШГ» отвод» хранилище и пр.) о потребителя (ГРС» хранилище UU и пр.) в однониточном исполнении» име-щее наименование.