Техническая диагностика трубопроводов и оценка потенциальной опасности дефектов

Д. Н. Щепинов, А. А. Бауэр  
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ТРУБОПРОВОДОВ 
И ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ  
ДЕФЕКТОВ 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 621.644 
ББК 39.7 
Щ57 
Рекомендовано к изданию ученым советом Федерального 
государственного бюджетного образовательного  
учреждения высшего профессионального образования 
Оренбургский филиал РГУ им. Губкина 
Рецензентɵ: 
доктор технических наук С. Н. Барышов; 
доктор технических наук, профессор Ю. А. Чирков 
Щепинов, Д. Н. 
Щ57  
Техническая диагностика трубопроводов и оценка потенциальной 
опасности дефектов : учебное пособие / Д. Н. Щепинов, А. А. Бауэр. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 232 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1768-6 
Рассматриваются основные причины отказов трубопроводов. Показаны основные 
типы дефектов, методы и средства диагностики трубопроводов.  
Для студентов отделения «Эксплуатация систем трубопроводного транспорта и 
автоматизации технологических процессов» по дисциплинам «Основы технической 
диагностики», «Технологическая надежность магистральных трубопроводов» направления подготовки «Нефтегазовое дело». Может быть полезно специалистам, занимающимся эксплуатацией и диагностикой трубопроводных систем. 
УДК 621.644 
ББК 39.7 
ISBN 978-5-9729-1768-6 
” Щепинов Д. Н., Бауэр А. А., 2024 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
Сокращения ................................................................................................. 6
Введение ...................................................................................................... 7
1. ЛИНЕЙНАЯ ЧАСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ ............................................ 8
1.1. Состав линейной части трубопроводов .......................................... 8
1.2. Основные причины отказов трубопроводов. 
................................ 13
1.3. Надежность оборудования .............................................................. 16
1.4. Восстановление работоспособности оборудования. ................. 20
1.5. Нормативная документация ............................................................ 21
2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА 
........................................................ 22
2.1. Термины и определения .................................................................. 22
2.2. Типовая программа технического диагностирования ................ 24
2.3. Нормативная документация ............................................................ 27
3. ДЕФЕКТНОСТЬ МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ 
.............................. 28
3.1. Основные типы дефектов трубопроводов ................................. 29 
3.2. Коррозионные процессы в стали 
.................................................... 36
3.3. Классификация коррозионных процессов по механизму 
протекания 
.................................................................................................. 38
3.4. Классификация процессов коррозии по характеру  
коррозионного разрушения ..................................................................... 41
3.5. Нормативная документация ............................................................ 47
4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ ..... 48
4.1. Основные факторы, определяющие выбор  
метода контроля 
........................................................................................ 48
4.2. Особенности диагностирования нефтегазовых  
трубопроводов 
........................................................................................... 50
4.3. Виды неразрушающего контроля, его стандартизация  
и метрологическое обеспечение 
........................................................ 51 
4.4. Оптические методы. Визуальный и измерительный контроль . 53
4.5. Методы вибрационной диагностики 
............................................... 57
4.6. Капиллярный контроль 
..................................................................... 60
4.7. Радиационный контроль .................................................................. 62
4.8. Магнитный неразрушающий контроль .......................................... 66
4.9. Ультразвуковой неразрушающий контроль 
.................................. 70
4.10. Трибодиагностика............................................................................ 73
3 
 

4.11. Акустико-эмиссионный метод ....................................................... 76
4.12. Нормативная документация 
.......................................................... 83
5. ВНУТРИТРУБНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ 
............................................. 84
5.1. Общие сведения 
................................................................................ 84
5.2. Профилемеры .................................................................................... 86
5.3. Ультразвуковые дефектоскопы ...................................................... 88
5.4. Магнитные дефектоскопы 
................................................................ 91
5.5. Проведение внутритрубной дефектоскопии ................................ 94
5.6. Проведение ВТД 
................................................................................ 98
5.7. Проблемы, возникающие при проведении ВТД ........................ 100
5.8. Сходимость результатов ВТД ....................................................... 107
5.9. Нормативная документация .......................................................... 113
6. ДИАГНОСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ 
.................................................. 114
6.1. Диагностика запорной арматуры 
.................................................. 114
6.2. Диагностика подводных переходов ............................................. 124
6.3. Диагностирование резервуаров ................................................... 125
6.4. Диагностирование сосудов, работающих под давлением 
....... 130
6.5. Нормативная документация .......................................................... 134
7. ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ УЧАСТКОВ
ТРУБОПРОВОДОВ С ДЕФЕКТАМИ .................................................... 135
7.1. Модели коррозионных дефектов для проведения расчетов .. 135
7.2. Правила взаимодействия дефектов ............................................ 136
7.3. Расчет напряжений в области дефектов .................................... 137
7.4. Оценка опасности нетрещиноподобных дефектов 
................... 139
7.5. Остаточный ресурс трубопровода ............................................... 140
7.6. Нормативная документация .......................................................... 142
8. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА ТРУБОПРОВОДОВ ............. 144
8.1. Методы анализа технического риска трубопроводов 
............... 147
8.2. Идентификация риска объектов ГТС 
........................................... 153
8.3. Нормативная документация .......................................................... 166
9. ТРУБНЫЕ СТАЛИ ............................................................................... 167
9.1. Стальные трубы для трубопроводов. Классификация труб ... 167
9.2. Основные легирующие и примесные элементы 
........................ 170
9.3. Механические свойства металлов ............................................... 172
4 

9.4. Материал труб, применяемых на ОНГКМ 
................................... 174
9.5. Изменение структурно-физического состояния металла  
в дефектной зоне. ................................................................................... 178
9.6. Методы ограничения воздействия среды на изменение 
структурно-физического состояния металла элементов 
трубопроводов 
......................................................................................... 184
9.7. Нормативная документация .......................................................... 188
Приложение 1
Оценка потенциальной опасности поверхностных дефектов 
трубопровода, транспортирующего коррозионные среды 
.............. 189
Приложение 2
Оценка потенциальной опасности поверхностных дефектов 
трубопровода, транспортирующего некоррозионные среды 
.......... 193
Приложение 3
Идентификация риска объектов ГТС .................................................. 196
Литература ............................................................................................... 225
5 
 

СОКРАЩЕНИЯ 
 
АЭ 
- акустико-эмиссионный контроль 
ВИК 
- визуальный и измерительный контроль 
ВТД 
- внутритрубная дефектоскопия 
ВР 
- водородное расслоение 
ГТС 
- газотранспортная система 
ДРД 
- допустимое рабочее давление 
ЗА 
- запорная арматура 
КИП 
- контрольно-измерительные приборы 
ЛЧ 
- линейная часть 
МКК 
- межкристаллитная коррозия 
МНК 
- методы неразрушающего контроля 
НД 
- нормативная документация 
НК 
- неразрушающий контроль 
ОНГКМ - Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение 
ППР 
- планово-предупредительный ремонт 
СПБТ 
- смесь пропана бутана техническая 
СР 
- сероводородное растрескивание 
ТО 
- техническое обслуживание 
УЗД 
- ультразвуковая дефектоскопия 
УЗК 
- ультразвуковой контроль 
УЗПП 
- узлы запуска/приема поршней 
УЗТ 
- ультразвуковая толщинометрия 
УКПГ 
- установка комплексной подготовки газа 
УШС 
- универсальный шаблон сварщика 
ШФЛУ 
- широкая фракция легких углеводородов 
ЭХЗ 
- установки электрохимической защиты 
 
При пользовании учебным пособием целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования. Если ссылочный документ заменен (изменен), то следует руководствоваться замененным (измененным) документом. 
 
 
 
 
6 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
История развития техники и общества показывает, что оценка результатов создания промышленных объектов менялась. Вначале от создателей технических устройств требовалось обеспечение абсолютной 
эффективности от объекта. Это приводило к тяжелым условия труда, 
авариям и изменениям в окружающей среде. 
В последние десятилетия техногенные катастрофы и аварии в 
нашей стране и за рубежом, повлекшие большие человеческие жертвы, 
заставили резко изменить отношение к проблеме безопасности населения и окружающей среды [11].  
На сегодняшний день трудно переоценить значение диагностики 
технического состояния оборудования потенциально опасных производств. В первую очередь это относится к объектам нефтегазохимических производств, аварии на которых могут приводить к человеческим 
жертвам, загрязнению окружающей среды и большим экономическим 
затратам, связанным с ликвидацией аварий и восстановлением производства. 
В настоящее время большая часть (80-90 ) технологического оборудования нефтегазохимических производств отработала нормативный 
ресурс. Дальнейшая эксплуатация такого оборудования возможна только 
с разрешения органов Федерального горного и промышленного надзора 
России на основании тщательного обследования технического состояния 
оборудования, установления работоспособности, остаточного ресурса 
безопасной эксплуатации [7].  
Трубопроводы, несмотря на простоту конструкции, являются сложной системой, которая существенно отличается от других сложных систем. Во-первых, система трубопроводов предназначена не только для 
транспорта продукта и газа с места добычи на перерабатывающий завод 
и потребителям, но и обеспечивает соблюдение технологического режима всего нефтегазового комплекса. Во-вторых, каждый трубопровод - 
это уникальное сооружение и его нельзя рассматривать, как систему 
массового производства. В-третьих, трубопроводная система максимально связана с деятельностью человека и находится в непосредственной с ним близости, имеет большую протяженность, в которой 
находится практически вся экосистема. Эти функции трубопроводной 
системы существенно отличают ее от других сложных технических систем, поэтому и подходы к оценке технического состояния и диагностированию трубопроводов разрабатываются непосредственно для трубопроводов. 
 
 
7 
 

1. ЛИНЕЙНАЯ ЧАСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ 
 
1.1. Состав линейной части трубопроводов 
 
В состав газопроводов входят следующие сооружения: 
x линейная часть с отводами и лупингами, запорной арматурой, 
переходами через естественные и искусственные препятствия, 
узлами пуска и приема очистных устройств и дефектоскопов, 
устройствами для ввода метанола в газопровод, перемычки; 
x компрессорные станции и узлы их подключения, газораспределительные станции, подземные хранилища газа, станции охлаждения газа, узлы редуцирования газа, газоизмерительные станции; 
x установки электрохимической защиты газопроводов от коррозии; 
линии электропередачи, предназначенные для обслуживания газопроводов, устройства электроснабжения и дистанционного 
управления запорной арматурой и установками ЭХЗ; 
x линии и сооружения технологической связи, средства телемеханики, противопожарные средства, противоэрозионные и защитные сооружения, емкости для сбора, хранения и разгазирования 
газового конденсата; 
x здания и сооружения; 
x постоянные дороги и вертолетные площадки, расположенные 
вдоль трассы газопроводов, и подъезды к ним, опознавательные 
и сигнальные знаки местонахождения газопроводов. 
 
Трубопровод 
 
Участок трубопровода (от камеры запуска, до камеры приема 
очистных поршней и диагностического оборудования) состоит из последовательно собранных секций труб одного диаметра. Диаметр и толщина стенки трубопровода выбирается на стадии проектирования в зависимости от назначения и параметров перекачиваемого продукта. Если 
рассматривать с точки зрения теории надежности трубопровод, как 
сложную систему, то даже на прямолинейном участке можно выделить 
простые элементы: секция, продольный шов, кольцевой шов, кольцевой 
монтажный шов. Кроме этого существуют тройники, отводы и другие 
конструкции (рисунок 1.1). На участке трубопровода всего в 100 км таких 
элементов будет несколько тысяч. А каждый элемент имеет свою вероятность отказа и свое техническое состояние. Соответственно размерность задачи при оценке технического состояния участка трубопровода 
резко возрастает. Если учесть, что трубопровод находится под землей, 
то задача усложняется доступом к каждому элементу для проведения 
диагностических работ.  
В связи с этим, несмотря на простоту конструкции, трубопровод является сложной системой, с большим количеством элементов, каждый 
8 
 

из которых может отказать. При этом трубопроводы проходят в непосредственной близости от населенных пунктов, пересекают большое 
количество больших и малых водных преград. Все эти факторы определяют трубопроводы как опасные производственные объекты. 
 
 
Рисунок 1.1 - Линейная часть трубопроводов:  
а - шурф; б - тройниковое соединение (отвод); 
в - надземная прокладка трубопроводов, переход через 
 коммуникации; г - переукладка подводного перехода 
 
Трубопроводная арматура 
 
Трубопроводная арматура представляет собой устройства, которые 
монтируются на трубопроводах, котлах, резервуарах и другом оборудовании, находящемся под давлением для подключения и отключения 
отдельных участков. 
 Согласно ГОСТ 24856-2014 «Арматура трубопроводная. Термины и 
определения» термин трубопроводная арматура определяется как - 
«Техническое устройство, устанавливаемое на трубопроводах, оборудовании и емкостях, предназначенное для управления потоком рабочей 
среды путем изменения проходного сечения» (рисунок 1.2). 
Особенностью диагностирования ЗА является, то что рабочие органы не доступны для осмотра в полевых условиях.  
9 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.2 - Запорная арматура:  
а - испытания ЗА перед установкой на трубопровод; 
б - крановый узел; в - типы ЗА: шаровый кран надземного 
исполнения; шаровый кран подземного исполнения; 
задвижка клиновая; задвижка шиберная 
 
Переходы через естественные и искусственные преграды. 
Надземные переходы 
 
На надземные участки трубопровода не действует реакция грунта, 
что вызывает совершенно другой результат от действия веса трубы, 
продукта, снега, обледенения (рисунок 1.3). На такие участки действуют 
дополнительные нагрузки и другие факторы: ветровая нагрузка, солнечная радиация, осадки и др. Каждая из составляющих нагрузок вызывает 
дополнительные напряжения в стенке трубопровода. Причём, эти 
напряжения распределяются неравномерно, с концентрацией в определённых местах, что затрудняет оценку эксплуатационных характеристик 
газопровода (прочность, надёжность, безопасность, ресурс, допустимые 
условия эксплуатации).  
10