Vnitřní inspekce plynovodů ultrazvukem už není jen fikce

Vnitřní inspekce dálkovodů se standardně provádí inspekčními nástroji unášenými proudem přepravovaného media. Při inspekci dálkovodů přepravujících plynné medium, tedy i plynovodů, proto nelze při běžném provozu využít velice přesné ultrazvukové inspekční nástroje (dále jen UT), neboť jsou ze své fyzikální podstaty použitelné pouze v potrubích přepravující kapaliny.

Vnitřní inspekce plynovodů se tak provádí převážně nástroji typu MFL (Magnetic Flux Laekage) nebo jejich modifikací např. TFI (Transverse Field Inspection), které při detekci vad využívají rozptylu magnetického pole ve stěně potrubí.

I když jsou inspekční nástroje pracující s magnetickým polem velmi spolehlivé při vyhledávání vad typu plošných úbytků materiálu ve stěně potrubí, na rozdíl od specializovaných UT nástrojů, některé vady detekovat nedokážou, především velmi nebezpečné trhliny orientované podélně.

Nástroje pro vnitřní inspekci potrubí poskytují kvalitní data o stavu potrubí pouze za předpokladu, že se v průběhu vnitřní inspekce pohybují v potrubí rychlostmi v předepsaném rozsahu.

Obecně se tyto rychlosti pohybují v intervalu 0,2–4,0 m/s při použití technologie MFL/TFI a 0,2–3,0 m/s při použití UT technologie. Tato omezení inspekčních nástrojů provedení vnitřní inspekce komplikují, neboť zdaleka ne u všech potrubí lze zajistit takové podmínky, aby byl inspekční nástroj unášen potrubím rychlostí v předepsaných limitech. Naopak – při vnitřní inspekci provedené při standardním provozu plynovodu je obvykle pohyb nástroje velmi nerovnoměrný, často značně překračuje horní rychlostní limit, kdy nástroj už není schopen měřit. Provedená inspekce tak neposkytuje údaje o všech úsecích potrubí.

Uvedené komplikace s plynulým chodem inspekčního nástroje potrubím v předepsaných rychlostních limitech nastávají také tehdy, když není možné zajistit potřebné množství média pro přepravu potrubím v určitém čase nebo jeho následný odběr, uskladnění či prodej. Také u páteřních distribučních plynovodů, u kterých navíc často dochází ke změně směru proudění plynu po trase v závislosti na poloze rozhodujících odběrů a napájecích regulačních stanic. A samozřejmě také tehdy, pokud v potrubí není vůbec žádné medium, tzn. při vstupní inspekci před uvedením plynovodu do provozu po výstavbě nebo u plynovodu uváděném do provozu po dlouhodobém odstavení z provozu.

U páteřních distribučních plynovodů se kromě výše uvedených přidávají i další komplikace. Kromě základní podmínky pro inspekci – průchodnosti potrubí pro inspekční nástroj – je zpravidla nutné dovybavit konce potrubí stabilními nebo dočasnými inspekčními komorami pro vložení a vyjmutí inspekčního nástroje do/z potrubí. Většina distribučních plynovodů vystavených v jednotné dimenzi umožní poměrně jednoduché zprůchodnění a instalaci těchto komor. Nicméně je nutné realizovat tyto práce při odstávce plynovodu, a při vlastní inspekci tak v potrubí chybí medium. Proto dosud vnitřní inspekce páteřních distribučních plynovodů prakticky nebyly prováděny.

Z výše uvedených důvodů byly dosud prováděné inspekce plynovodů často nedostatečné – některé úseky plynovodů nebyly prověřeny, nejnebezpečnější vady nebyly indikovány a převážná většina plynovodů nebyla inspektována vůbec. Tyto nedostatky jsou pro bezpečnost budoucího provozu velmi významné, především u potrubí postavených před více než 30 lety, kde byly použity trubní materiály s řadou výrobních vad, které se během následného provozu mohly dále šířit.

Proto někteří odborníci přišli s myšlenkou pohonu inspekčního nástroje náhradním mediem, které by umožnilo splnit požadavky na ustálenou rychlost pohybu nástroje v předepsaných rychlostních limitech a které bude k dispozici v dostatečném množství a jehož použití bude ekonomicky přijatelné.

Nejjednodušším řešením je využití stlačeného vzduchu generovaného stavebními kompresory. Takto poháněný nástroj se ale v potrubí pohybuje „přískoky“ - zastavuje se na překážkách jako obvodový svar, ohyb, vyboulení stěny potrubí, změna průměru apod. a čeká na zvýšení přetlaku, které mu umožní odpor překážky překonat. Po uvolnění dosahuje nástroj skokově rychlosti až 30 m/s, pak následkem poklesu přetlaku zpomaluje, až se na další překážce opět zcela zastaví a cyklus se znovu opakuje. Naměřená data jsou z důvodu častého pohybu inspekčního nástroje rychlostí mimo stanovený rozsah velmi nehomogenní, a neposkytují validní informace o rozsáhlých úsecích potrubí.

Použitím stlačeného vzduchu o tlaku vyšším než 35 bar lze v potrubí simulovat obdobné prostředí jako při standardní inspekci (on-stream pigging), což by v zásadě odstranilo nejvýznamnější „přískoky“ při pohybu inspekčního nástroje. Nicméně enormní požadavky na množství stlačeného vzduchu, finanční a energetická náročnost této metody a s ní související vysoká zátěž pro životní prostředí jsou hlavními důvody, proč se ani tohoto způsobu náhradního pohonu inspekčních nástrojů nevyužívá.

Nejlepší výsledky přináší náhradní pohon inspekčního nástroje vodou, případně kombinací vody se stlačeným vzduchem. Tento způsob nejenže spolehlivě zajišťuje rovnoměrný pohyb inspekčního nástroje ustálenou rychlostí, ale především umožňuje další kvalitativní posun – provedení vnitřní inspekce UT nástrojem i v potrubích přepravujících plyn. Určitou překážkou pro běžné využívání tohoto způsobu pohonu je potřeba dostatečného množství vody v blízkosti plynovodu, což lze obvykle vyřešit vhodnou variantou.

Výsledkem vývoje specialistů CEPS je tak technologie off-line inspekce s náhradním pohonem inspekčního nástroje vodou, případně kombinací vody a vzduchu, která umožní provést vnitřní inspekci téměř jakéhokoli plynovodu jakoukoli metodou vnitřní inspekce, přičemž volba metody vnitřní inspekce (UT, TFI, MFL) je pouze výběrem provozovatele. Jedinou podmínkou je průchodnost potrubí pro inspekční nástroj, tzn. konstantní dimenze s oblouky aspoň 3 D.

V závislosti na dostupném vodním zdroji v okolí plynovodu a jeho vydatnosti a samozřejmě i dimenzi potrubí se zvolí vhodná varianta tohoto způsobu pohonu, kdy je nástroj poháněn buď přímo vodou, nebo je uložen ve vodní zátce dostatečného objemu a je řízeně protlačován potrubím stlačeným vzduchem.

V případě provádění vnitřní inspekce již provozovaných plynovodů se znečištěným vnitřním povrchem je žádoucí potrubí v předstihu chemicky vyčistit, aby při inspekci nemohlo dojít v potrubí ke kontaminaci vody použité pro pohon inspekčního nástroje. Použitá voda pak bude splňovat požadavky na vodu odpadní a může tak být z potrubí vypuštěna do povrchových vod.

Problematikou off-line inspekce se společnost CEPS zabývá od roku 2007, kdy zajišťovala pohon MFL inspekčního nástroje vodou v odstaveném potrubí DN 150 DP 100 pro přepravu propylénu o délce 52 km mezi Merchtem a Feluy nedaleko Bruselu v Belgii.

Příhodnost použití vody jako náhradního pohonu inspekčního nástroje byla v praxi ověřena například i v roce 2011 v rámci úspěšné off-line vnitřní inspekce ultrazvukovým nástrojem plynovodu DN 250, DP 63 v délce 33 km mezi Wabrzezno a Brodnicí v Polsku, kde společnost CEPS komplexně zajišťovala pohon inspekčního nástroje poskytnutého společností T.D.Williamson Polska a následné vysušení potrubí suchým vzduchem.

V roce 2012 realizoval CEPS společně se společností T.D.Williamson Polska off-line vnitřní inspekci plynovodu DN 300, MOP 60 mezi Kowalou a Jędrzejowem nedaleko Krakova v Polsku o celkové délce 30,5 km, ve kterém nebyl dostatečný průtok zemního plynu pro vnitřní inspekci standardním způsobem. Při této off-line inspekci byly inspekční nástroje (samostatný geometrický a MFL) protlačeny potrubím ve vodní zátce pomocí stlačeného vzduchu v rámci jednoho inspekčního běhu.

Následující rok realizoval CEPS off-line vnitřní inspekci dlouhodobě odstaveného, vyprázdněného a chemicky vyčištěného ropovodu DN 700 Polock – Ventspils v délce 8 km nedaleko Džukste v Lotyšsku. Potrubím byl vodou protlačen TFI nástroj rychlostí 0,5 m/s, což představovalo rychlost čerpání vody cca 700 m³/h po dobu cca pěti hodin. Inspektovaná část ropovodu nebyla vybavena komorami pro vypouštění a příjem inspekčních nástrojů, a proto CEPS navrhl a vyrobil dočasné inspekční komory.

V září 2016 realizoval CEPS ve spolupráci s polskou společností CDRiA off-line vnitřní inspekci UT inspekčním nástrojem distribučního plynovodu DN 600 o délce 15,4 km u Písku v České republice. Výjimečnost tohoto projektu spočívala jednak v prvním použití ultrazvukového inspekčního nástroje na plynovodu v ČR, jednak ve skutečnosti, že plynovod nebyl projektován a postaven jako inspektovatelný. Plynovod tak bylo nutné před provedením inspekce odstavit z provozu a dovybavit dočasnými inspekčními komorami, které CEPS zkonstruoval, vyrobil a instaloval.

Voda pro pohon UT nástroje byla odebrána z řeky Otavy, kam byla také po dokončení inspekčního běhu vypuštěna. Pro zajištění požadované rychlosti UT nástroje 0,5 m/s bylo třeba čerpat 540 m³/h. Rychlost pohybu inspekčního nástroje v potrubí byla zaznamenávána a následně vynesena do grafu (viz obrázek 4). Je zřejmé, že hodnoty rychlosti pohybu inspekčního pístu se po celou dobu pohybovaly v požadovaném rozsahu pro optimální funkci inspekčního nástroje.

V dubnu 2016 realizoval CEPS velmi zajímavý projekt inspekce distribučního plynovodu DN 300 o délce 5,3 km u Brna. Jedním z hlavních cílů této inspekce bylo dosáhnout co nejvyšší přesnosti geografického mapování plynovodu, čehož bylo dosaženo zdvojením zařízení pro geografické mapování trasy plynovodu, tzv. X-Y-Z mapping.

Inspekce byla provedena dvěma běhy inspekčních nástrojů. Při prvním běhu byl použit nástroj pro geometrickou inspekci doplněný zařízením pro geografické mapování trasy plynovodu. Při druhém běhu byl použit standardní nástroj MFL opět doplněný zařízením pro X-Y-Z mapping. Tímto postupem bylo dosaženo vysoké přesnosti zaměření svarů, geometrie oblouků a lokalizace vad v řádu centimetrů. Zjištěná vysoká přesnost byla ověřena v řadě míst na plynovodu, která byla v minulosti geodeticky zaměřena. Také tento plynovod nebyl postaven jako inspektovatelný a CEPS zkonstruoval, vyrobil a instaloval dočasné komory.