Rozsah provedených prací závisí na skutečném stavu potrubí, který je třeba pečlivě zhodnotit, i na úrovni nové definovaných požadavků.

Důvody rehabilitace vysokotlakých potrubí

Důvodů pro rehabilitaci potrubí po dlouhé době provozu je celá řada, přičemž pro každý individuální případ zpravidla převažuje jeden nebo i několik z nich.

Mezi nejběžnějšími důvody lze uvést:

• zásadní narůst nákladů na opravy potrubí po dlouhé době provozu,
• podezření na zestárnutí materiálu a degradaci jeho vlastností,
• potřebu zvýšení přepravní kapacity,
• potřebu zvýšení maximálního provozního tlaku,
• výskyt závažných vad ve svarech, ať již výrobních nebo montážních,
• zvýšený výskyt provozních poruch,
• vážná poškození potrubí nežádoucími provozními faktory (například korozí pod napětím – SCC),
• požadavek správních nebo jiných orgánů na prokázání bezpečnosti potrubí.

Teoretické základy rehabilitace potrubí tlakovou reparací

Během více než dvacetiletého výzkumného programu realizovaného v českém plynárenství bylo sledováno chování typických vad potrubí při simulaci jeho dlouhodobého provozu, charakterizovaného cyklickými změnami provozního tlaku, a současně byla prověřována odezva těchto vad na mechanické přetížení stěny potrubí. Tyto výzkumné práce měly za cíl ověřit, zda a v jaké míře lze technický stav potrubí vysokotlakého plynovodu po dlouhé době provozu dlouhodobě stabilizovat, případně zlepšit cestou mechanického přetížení vnitřním přetlakem vody, takzvanou tlakovou reparací.

Metoda napěťového přetěžování je zvlášť výhodná u válcových skořepin, kde dochází k mnoha příznivým efektům:

• přerozdělení přídavných namáhání z výroby trub a výstavby potrubí – tato přídavná namáhání dosahují (zejména u potrubí vybudovaných v minulosti) podílu 15 až 20 % z meze kluzu, čímž významným způsobem lokálně snižují provozní bezpečnost potrubí,
• dočasnému zablokování růstuschopných trhlin podkritické velikosti, které by jinak únavovým mechanismem postupně prorůstaly stěnou potrubí – na čele růstuschopných trhlin se rychlým snížení vnitřního tlaku v procesu tlakové reparace vytvoří příznivé předpětí, (doba do vymizení tohoto efektu závisí na charakteru provozu potrubí, jmenovitě na četnosti a velikosti změn provozního tlaku – například u vysokotlakých plynovodů v běžném provozu dosahuje délky přes 20 let),
• změnou geometrie korozně poškozených míst dojde k příznivějšímu způsobu jejich namáhání cyklickým zatížením při změnách tlaku,
• zablokování růstu trhlin podkritické velikosti způsobených korozí pod napětím, jež jsou jinak zcela nedetekovatelné,
• bezpečnému otevření trhlin nadkritické velikosti s tím, že se tato místa poměrně snadno vyhledají a opraví standardními metodami.

Prověření skutečného stupně bezpečnosti potrubí (daného jako poměr napětí ve stěně potrubí při dosažení integrální meze kluzu vůči napětí při maximálním provozním tlaku) probíhají právě ve fázi napěťové reparace. V jejím průběhu se potrubí zatěžuje experimentálně ověřeným režimem hydraulického přetlaku, který vyvolá v předpokládaných defektech překročení meze kluzu oceli. Existu­jící defekty nadkritické velikosti se přitom bezpečným způsobem otevřou, následně vyhledají a opraví, u podkritických defektů dojde k přerozdělení napětí, k vytvoření předpětí na čele trhlin a k vytvoření prostoru pro další práci potrubí v pružné části tahového diagramu oceli.

Technologické podmínky a pracovní limity pro provedení tlakové reparace se definují na základě zkoušek, provedených jednak na vzorcích ocelového materiálu, jednak na trubním tělese, jež jsou obojí vyrobeny ze vzorkové trubky, která se vyjímá z potrubí na místě, jež lze na základě korozního průzkumu považovat za nejvíce postižené. Tento odběr vzorku se provádí zpravidla jednu sezónu před plánovanou rehabilitací, aby byl dostatečný časový prostor pro provedení všech zkoušek. Pokud je potrubí vybudováno z trub více typů, jsou mís­ta výřezu volena tak, aby bylo možno získat potřebné informace o všech použitých typech trub. Postup zkoušení a vyhodnocování výsledků je prováděn podle českých technických norem ČSN, ve speciálních případech pak podle norem DIN, ASTM a API.

Základní materiálové charakteristiky potrubí jsou reprezentovány výsledky tahových zkoušek, jimiž se stanovuje mez kluzu R_e a mez pevnosti R_m. Vzorky pro tahovou zkoušku jsou odebí­rány v obvodovém směru, ve kterém je i namáhání potrubí od pře­tlaku plynu největší. Výsledná hodnota meze kluzu R_e je určující pro vztah mezi tloušťkou stěny, tlakem plynu a požadovaným souči­nitelem bezpečnosti. Velmi důležité jsou zkoušky lomových charakteristik materiálu, vrubové a lomové houževnatosti. Jejich hodnoty jsou rozhodující pro stanovení budoucích provozních parametrů potrubí po provedení jeho rehabilitace. Hodnota tažnosti A₅ a poměr Re/_Rm jsou veli­činy vypovídající o zásobě plasticity materiálu potrubí. Analýza těchto hodnot spolu s průběhem pracovního diagramu tahové zkoušky, hodnotami vrubové a lomové houževnatosti umožňuje posoudit míru degradace materiálu a následně i možnost a parametry provedení tlakové reparace potrubí. Výsledky zkoušek lomové houževnatosti a určení velikosti J-integrálu umožňují vypočíst kritickou délku trhliny ve stěně potrubí pro daný konkrétní materiál. Doplňujícími kritérii hodnocení základního materiálu trub jsou kontrola chemického složení, mikrostruktury a mikročistoty

Nedestruktivní defektoskopická kontrola kvality výrobních šroubovicových a podélných svarů, případně i obvodových montážních svarů je dále prováděna na výřezech trub. V místě zjištěných indikací se pro upřesnění charakteru vad provádí kontrola destruktivní, využívající běžné postupy metalografického hodnocení svarových spojů. Výskyt charakteristických vad ve svarech je dalším z faktorů, ovlivňujících hodnotu tlaku pro tlakovou reparaci.

Velikost reparačního tlaku, stanovená na základě uvedených zkoušek materiálu, se pak ověří, případně upraví na základě chování trubního tělesa vyrobeného ze vzorku odebraného z potrubí v rámci přípravných prací. Na tomto trubním vzorku „skutečné velikosti“, tedy v délce alespoň 10 D, aby výztužný efekt tlakových den neovlivňoval chování vzorku, se provede tlaková reparace a následně simulace dlouhodobého provozu mnohočetnými tlakovými cykly v celém rozpětí budoucího provozního tlaku. Simulace cyklickým namáháním reprezentuje přinejmenším budoucích 20 let provozu

Tlaková reparace potrubí je sice hlavní a odborně nejnáročnější etapou jeho rehabilitace, je však pouze jednou ze složek této komplexní operace na potrubí. Velmi důležitou součástí rehabilitace potrubí je i korozní průzkum jeho trasy, na jehož základě se rozhodne o místech, na nichž se provede odkopání potrubí a oprava poškození izolace. Tyto opravy, stejně jako případné úpravy provozního režimu katodové ochrany, jsou základní podmínkou pro následující bezpečný provoz potrubí s maximálním využitím příznivého efektu tlakové reparace.

Proces rehabilitace vysokotlakého potrubí

Hlavní operace při komplexně prováděné rehabilitaci potrubí po dlouhé době provozu jsou:

1. detailní korozní průzkum trasy a podrobná kontrola provozu katodové ochrany,
2. podrobný rozbor provozní historie potrubí, jeho poruch (havárií) a oprav, rekonstrukcí či přeložek,
3. vyjmutí trubního vzorku z trasy,
4. podrobné zkoušky mechanických a lomových vlastností oceli potrubí a určení míry jejich degradace,
5. zkoušky vlastností izolace potrubí na trubním vzorku a jejího chování v procesu tlakové reparace,
6. ověření postupu napěťové reparace oceli potrubí, definovaného na základě zkoušek ad 4), na tlakovém tělese, vyrobeném z trubního vzorku (viz 5)),
7. zpracování projektu a technologického postupu rehabilitace daného potrubí a jejich veřejnoprávní projednání s místním stavebním úřadem,
8. oddělení potrubí od systému a zabezpečení jeho zprůchodnění výměnou částí potrubí s nepřípustnou geometrií; souběžně probíhá oprava nebo výměna nefunkčních armatur, a výměna nebo odstranění nefunkčních prvků,
9. čištění potrubí a případná vnitřní inspekce geometrickým a inteligentním ježkem, oprava vad nalezených při inspekci,
10. oprava vad izolace ve vazbě na výsledky korozního průzkumu Pearsonovou metodou a výsledky korozní aktivity okolí,
11. rozdělení potrubí na jednotlivé pracovní úseky, naplnění těchto úseků vodou a provedení dvou cyklů napěťové reparace,
12. oprava nadkritických vad, které se otevřou při tlakové reparaci,
13. provedení tlakové zkoušky na tlakové úrovni definované na základě předchozích zkoušek a chování potrubí při vlastní tlakové reparaci (nová hladina provozního tlaku může být stejná nebo dokonce i vyšší ve srovnání s tlakovou hladinou původní, v naprosto výjimečných případech však může být i nižší),
14. analýza pracovní vody v potrubí, vytlačení vody z úseku a její likvidace v souladu s výsledky provedené analýzy,
15. propojení pracovních úseků do plné délky potrubí vložením nových trubních mezikusů, RTG kontrola svarů, osazení případných nových trasových,
16. odstranění volné vody z potrubí a jeho vysušení na zbytkovou hodnotu teploty rosného bodu vody ve vzduchu v potrubí pod –20 °C,
17. napojení rehabilitovaného úseku potrubí na systém,
18. odvzdušnění potrubí a jeho uvedení do provozu.

Z výčtu jednotlivých operací je zřejmé, že se vlastně jedná o hloubkovou revizi potrubí, opírající se o konkrétní zkoušky technických parametrů oceli i potrubí samotného. Na základě těchto zkoušek jsou pak stanoveny podmínky pro další dlouhodobě (20–30 let) bezpečný a spolehlivý provoz potrubí.

Rehabilitace je nový život pro stará potrubí.