Внутритрубная диагностика. Техническое чудо?

…Говорят, когда эксплуатационникам впервые показали весь перечень десятков тысяч обнаруженных дефектов, они схватились за голову…

Космические технологии. Что, казалось бы, может сравниться с ними в конце ХХ века? Пожалуй, еще только технологии в военных сферах.

Но, оказывается, и вполне мирные земные проблемы способны побудить конструкторские умы на такие «подвиги», что их коллеги, ракетчики и оборонщики, могут позавидовать остроумию и уровню технических достижений.

Это, как неожиданно ни прозвучит, — газонефтяные предприятия. А конкретно — трубопроводные компании, в чьи задачи входят функции перекачки добытого продукта от производителя к потребителю. От промысла до нефтеналивного терминала, например.

Казалось бы, дело простое: проложил трубу, заполнил ее и знай перекачивай газ или нефть. Ну а если трубу прорвет? От времени, из-за строительного брака или внешних каких-нибудь причин… Что же тогда?

Этот вопрос, безусловно, задавали себе проектировщики нефтяных и газовых трасс. И с позиций сегодняшнего дня нам интересно: как же они на него отвечали? Ведь ныне очевидно: дав колоссальный позитивный толчок развитию экономики СССР, трубопроводный транспорт постепенно превратился в грозный источник опасности, поскольку к двухтысячному году почти половина трубопроводов России полностью выработает нормативный срок амортизации. Не зря министр по чрезвычайным ситуациям Сергей Шойгу предупреждал, что вероятность техногенных катастроф на трубопроводном транспорте будет расти.

Судя по нынешнему состоянию трубопроводов, проектировщики шестидесятых и семидесятых стояли перед решением задачи со многими неизвестными. Да и как знать заранее, чем обернутся в будущем высокие темпы прокладки магистральных нефтепроводов. Исследований на эту тему не было, поскольку и опыт многолетней эксплуатации тысячекилометровых магистральных нефтепроводов отсутствовал.

Что же, тогда не думали о возможных авариях? Не догадывались о коррозии или, допустим, о возможном заводском браке труб? Конечно, догадывались, знали наверняка. И по уровню тогдашней науки разрабатывали нормативы эксплуатации, профилактического и капитального ремонта трубопроводов. С высоты сегодняшнего опыта отчетливо видно, как несовершенен был нормативный механизм и сама методика поиска возможных дефектов и их устранения.

Тридцать три года — именно такой срок безопасной эксплуатации отвели проектировщики магистралям нефти и газа. Но прошло гораздо меньше лет, и аварии на трубопроводах с углеводородным содержимым стали нарастать.

Первыми это поняли промысловики (кстати, они об этом знали всегда, да к тому же и общая протяженность промысловых труб гораздо больше, чем магистральных, хотя они значительно уступают в диаметре). Во-первых, в промысловых нефтепроводах, в отличие от магистральных, перекачивается не чистая нефть, а скорее нефтесодержащая жидкость, в которой вода, идущая из скважины вместе с нефтью и неравнодушная к металлу, составляет до половины перекачиваемых на промыслах объемов продукта. Во-вторых, в промысловой нефти есть и песок, и другие взвеси с абразивными свойствами. В-третьих, иные скважины дают не только нейтральные для металла углеводороды, но и агрессивные компоненты, активно разрушающие трубу, например сероводород. И хотя у промысловиков свои способы защиты трубопроводов и их ремонта, читателю становится объяснима та череда аварий, которая с некоторых пор начала трепать нервы и нефтяникам, и экологам, и правительству, и населению.

Стоит также пояснить, что история развития техники гласит: после ввода в строй какой-либо системы число отказов (аварий) сначала достаточно высоко, поскольку проявляются скрытые дефекты изготовления. Затем их количество снижается, и наступает период относительной стабилизации. Третий период эксплуатации — период старения системы с неизбежным ростом отказов. Задача эксплуатационников — активно воздействовать на систему в третьем периоде ее жизни, чтобы максимально снизить эффект старения. Однако средства для этого появились не вдруг.

Поворотным пунктом в истории вопроса стала стала серьезнейшая авария под Уфой в 1989 году, когда из-за разлива вдоль железнодорожных путей нефтепродуктов из лопнувшей трубы сгорело два пассажирских поезда.

После этого случая по инициативе компаний «Транснефть» и «Газпром» и постановлению правительства была создана программа «Высоконадежный трубопроводный транспорт». Тем не менее до сих пор не принят закон «О нефти и газе», разработанный также по инициативе упомянутых компаний, в котором предусмотрена ответственность владельцев трубопроводов за безопасность эксплуатации.

Центр технической диагностики «Диаскан» (слова «диагностика» и «сканирование» вошли в название фирмы) был создан в 1991 году в городе Луховицы, на юго-востоке Московской области, и, как говорится, «с младых ногтей» поставил себе задачей освоить самые современные технологии и все то, что наработали к этому времени зарубежные фирмы, чтобы на этой базе создавать свою, отечественную технику. Тем более что в России уже сложились свои технологии производства труб и строительства трубопроводов, да и металл труб имел отличия от марок, используемых за рубежом.

Но вернемся к тому периоду, когда обследование и ремонт трубопроводов велись традиционными способами. Традиционно — это значит шурфы через каждые несколько сот метров, визуальный осмотр трубы, ручная приборная оценка потерь металла в ее стенке и выводы: стоит или не стоит менять данный отрезок (порою в несколько километров!). А затем следовала остановка перекачки, слив нефти в вырытые ямы, что вызывало резкие нарекания экологов, и врезка новой трубы.

Самое обидное было в том, что до 60 процентов труб и через двадцать лет работы не содержали никаких дефектов, не были тронуты ржавчиной и могли бы эксплуатироваться и дальше. Правда, буквально в нескольких шагах от замененного отрезка трубы мог оказаться такой, который прорывался через несколько месяцев или недель. И все начиналось сызнова.

Наша дряхлеющая экономика встала перед необходимостью: или решать вопрос кардинально, то есть на всем протяжении полностью менять магистральные трубопроводы, или искать способ, указывающий конкретный адрес потенциальной аварии.

Первый вариант заведомо отпадал: ни одна страна в мире, даже самая богатая, не может сегодня позволить себе полную замену тысячекилометровых нефтяных и газовых трасс. Экономика не выдержит. Значит, надо по-другому. Но как?

Предлагался, например, изотопный метод контроля, когда по изменению гамма-потока, проходящего через поперечник трубы, рассчитывалось утоньшение стенки из-за коррозии. Но датчики могли размещаться лишь в выборочных местах и не давали полной картины состояния трубы.

Освоили методику измерения сопротивления изоляции труб, позволявшую предположить интегральный уровень коррозии на внешней стороне трубы…

Если речь шла о строительных дефектах или внешних механических повреждениях, гофрах и вмятинах, некоторые инженеры предлагали запускать в трубопровод подобие поршня с примитивным счетчиком препятствий, какие встретятся на обследуемом участке (сосчитывались попросту удары о препятствия).

Но четкого ответа, где ждать беды, не было. Ощущение предстоящей опасности не ослаблялось, а даже росло, как это бывает в кино: на экране еще все благополучно, а уже звучит тревожная музыка.

Англичане одними из первых нащупали верный подход к диагностике дефектов трубы. Прежде всего они широко использовали магнитные порошки. Те самые, что мы видели на уроках физики в школе. Они позволяли невооруженным глазом увидеть силовые линии магнитного поля. Порошком посыпалась труба, и воочию были заметны очертания некоторых дефектов, например трещины. Дело теперь стало за другим — трудоемкость исследования, помноженная на десятки тысяч километров труб.

На помощь пришли электротехника, электроника и акустика. Этот симбиоз совершил настоящую революцию, вылившись в диагностические снаряды-поршни с механическими, ультразвуковыми и магнитными датчиками, с мощным компьютером (способным запомнить две тысячи томов «Войны и мира»), с компактным и надежным источником питания. Параллельно разрабатывались и методы ремонта, позволявшие без остановки перекачки продукта восстановить трубу дешево и надежно.

Но сначала о собственно диагностике. Нужно заметить, что запускать снаряд-дефектоскоп в трубу, когда еще не ясны степень механических повреждений и изменения ее геометрии (вмятины, гофры), не следует. Труба поначалу просто чистится. От строительного мусора (если он остался в полости трубы), от ржавчины и окалины, от парафинсодержащих наслоений, которые непременно есть в любой нефтеносной трубе и могут заметно уменьшать ее сечение.

Для этого через специальные шлюзовые камеры в трубопровод запускают механические скребки. А уж следом идет — снаряд-профилемер, передвигаемый потоком перекачиваемого продукта с помощью уплотнительных манжет, изготовленных из износоустойчивого материала — полиуретана. Чувствительными механическими датчиками профилемера ощупывается внутренняя поверхность трубы, улавливается любая неровность и вмятина. Одновременно так называемое одометрическое колесо, соприкасающееся со стенкой трубы, фиксирует пройденный путь. Кроме того, в память компьютера заносятся сигналы, подаваемые специальными маркерными передатчиками, установленными над трубопроводом вдоль всей трассы через определенные промежутки. Таким образом осуществляется «привязка» найденных дефектов по расстоянию с точностью до двадцати сантиметров, но протяженности при длине обследуемого участка до 100-150 километров. Вся информация, идущая с датчиков, непрерывно записывается на носители, напоминающие обычные аудиокассеты.

Информации — море. Чтобы ее запомнить, нужны компьютеры, не уступающие своим космическим собратьям, а по некоторым параметрам и превосходящие их. Генеральный директор «Диаскана», доктор технических наук Константин Валерьевич Черняев, комментируя особенности применяемых микрокристаллических компьютерных схем, отмечает их уникальные свойства. Как в фильме «Терминатор», они при повреждении одних частей могут изменять свои функции и передавать их другим, неиспорченным микросхемам, поэтому робот, несмотря на поломки, все равно будет выполнять поставленную задачу.

Итак, трубу очистили от мусора и выявили чисто механические повреждения. О ремонте позже, а пока для нас неясны подробности, не «увиденные» датчиками (они для этого и не предназначены): то есть утраты металла за счет коррозии, расслоения и включения, закравшиеся в стенку при изготовлении на заводе, а также дефекты, появившиеся в процессе сварки в полевых условиях.

В выявлении этих дефектов настоящим «королем» оказывается ультразвуковой снаряд-дефектоскоп, по периметру которого установлены в определенной последовательности сотни ультразвуковых датчиков. И так же, как сегодня больному холециститом врачи с помощью ультразвукового аппарата могут показать камни в желчном пузыре, так с помощью ультразвука электронщики Центра технической диагностики могут получить с помощью «Ультраскана» подробную картину всех обнаруженных дефектов с разрешением по глубине до полумиллиметра.

Для диагностики газопроводов с помощью «Ультраскана» участок трубопровода ультразвуковым дефектоскопом заполняют водой, ограничивая ее растекание с помощью специальных «поршней«-разделителей, идущих впереди и позади диагностического снаряда. Вот таким остроумным способом — через воду — достигается звуковой контакт между излучателем и стенкой трубы.

Говорят, когда эксплуатационникам впервые показали подробный перечень десятков тысяч обнаруженных дефектов, они схватились за голову: на первый взгляд было абсолютно не ясно, с чего начинать и чем закончить ремонт трубопровода. Теперь при обилии достоверных, но, так сказать, «разноразмерных» данных главной становилась математическая оценка опасности дефекта для целостности трубопровода.

И такая методика была создана. Она учитывала и качество металла, и свойства перекачиваемого продукта, и давление в трубе, и скорость нарастания повреждений. Оказалось, что из всех выявленных дефектов лишь 1-1,5 процентов являются «судьбоносными» и подлежат первоочередному устранению. Применение современной диагностики и расчетных методик в сочетании даже с традиционными дорогостоящими методами ремонта позволило уже в 1997 году снизить аварийность магистральных нефтепроводов в четыре раза (!) по сравнению с 1994 годом. В настоящее время, на 1 июня 1999 года, аварийность в компании «Транснефть» снижена в 4,5 раза. Снарядом-профилемером продиагностировано 46678 километров, а ультразвуковым дефектоскопом обследовано 40000 километров нефте-, продукто- и конденсатопроводов. Такой впечатляющий успех достигнут всего за восемь лет существования «Диаскона».

Кстати, о методах ремонта. В «додиаскановские» времена ремонт заключался, как правило, в вырезании из трубопровода поврежденного куска трубы с заменой его на новый. Если же речь шла о повреждениях изоляции и подозрениях (!) на наружную коррозию, то многокилометровые плети откапывали, приподнимали из грунта на поверхность, зачищали, осматривали и после принятия соответствующих мер заново изолировали и укладывали обратно. Причем не исключалось, что подобное «шевеление» магистрали даром для нее не проходит и в сварных кольцевых швах могли возникнуть микроскопические трещины, которые дальше уже развивались по своим законам.

Именно поэтому для полной диагностики состояния трубопровода после ультразвукового дефектоскопа необходимо еще одно обследование — магнитное. Только оно способно дать представление о поперечных трещинах металла. Этой цели служит снаряд, возбуждающий магнитные потоки в стенке трубы и считывающий их особыми датчиками.

А уж потом ремонтные бригады завершают дело. Пальма первенства отдается выборочному ремонту.

Сегодня «Диаскан» применяет так называемый композитно-муфтовый ремонт без остановки перекачки. Заключается он в закреплении на поврежденной, но еще не прорвавшейся трубе двух полумуфт, сваривании их в прочный цилиндр и закачивании в образовавшееся кольцевидное пространство между трубой и муфтой специального композитного состава. Быстро твердея, тот создает надежную гарантию: труба здесь не прорвется как минимум тридцать лет.

На этой гарантии работа «Диаскана», конечно, не прекратится. Тенденцию старения трубы, к сожалению, не остановить. Но добиться надежной работы трубопроводов, регулярно и своевременно выявляя опасно развивающиеся дефекты, можно. Этому служат научно рассчитанные сроки между периодическими инспекциями, согласно которым и будут проводиться обследования трубы тем или иным диагностическим снарядом.

Нет нужды доказывать, что описанные выше методы сберегут российской экономике не один миллиард рублей. Средства, затрачиваемые ныне специалистами «Диаскана», окупят себя сторицей и в облегчении эксплуатации того, что создано предыдущими поколениями, и в сохранении природы, и в предотвращении гибели людей.

На сегодня другой альтернативы нет.

Андрей Белкин, Владимир Мормуль