Автореферат (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами)

На правах рукописиУДК 621.791Пономарев Павел АлександровичРАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕСУРСАУЧАСТКА НЕФТЕПРОВОДА СВАРНЫМИ МУФТАМИСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Московском государственном техническом университетеимени Н.Э. БауманаНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорКУРКИН Алексей Сергеевич,МГТУ им.

Н.Э.Баумана, профессорОфициальные оппоненты: доктор технических наук (05.02.10)ДУБРОВСКИЙ Владимир Анатольевич,НПП «ВЕЛД», директоркандидат технических наук (05.02.10)ПОНОМАРЕВА Ирина Николаевна,НУЦ «Качество», заместитель директораВедущая организация:ФГБОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ)имени И.М. Губкина» (г. Москва)Защита состоится «02» марта 2017 года в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.01 при Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации,просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.

Баумана и насайте http://www.bmstu.ruТелефон для справок: (499) 267-09-63Автореферат разослан «___» ____________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советадоктор технических наук, доцентА.В. Коновалов1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. При повреждении нефтепровода требуется оперативно ремонтировать дефектный участок. Установка ремонтной конструкции(муфты) является эффективным способом ремонта, поскольку позволяет проводитьего без остановки перекачки нефти.

Это актуально при прокладке нефтепроводакак в населенных местностях, где возможны несанкционированные врезки длякражи нефти, так и труднодоступных и сейсмоопасных районах, где повышаютсявероятность возникновения дефектов и затруднен оперативный ремонт. Одним изусловий ввода в строй нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан была разработка технологии его ремонта и создание запаса муфт. Установка муфты должнаобеспечивать не временный, а капитальный ремонт, т.

е. гарантировать работу доконца срока эксплуатации. Этот срок в настоящее время составляет 30 лет, в течение которых нефтепровод испытывает в среднем 10000 сбросов давления. Развитиенефтепроводного транспорта (повышение пропускной способности и продлениесрока службы нефтепроводов) приводит к тому, что даже те ремонтные конструкции, которые соответствуют современным требованиям, в перспективе становятсяслабым звеном.Большое разнообразие и появление все новых конструкций муфт свидетельствует о том, что традиционные средства разработки не обеспечивают созданияэффективных муфт с заданными параметрами.

Нередко обеспечение необходимогоресурса достигается за счет увеличения их размеров и массы. Такие муфты непригодны для оперативного ремонта из-за трудностей их транспортировки, сложностии длительности монтажа.Снижение массы возможно за счет выбора рациональных формы и геометрических параметров конструкции. Применение научно-обоснованных подходов кпроектированию и оценке ресурса ремонтных муфт является весьма актуальнойзадачей.Цель работы – обеспечение полного восстановления ресурса участка нефтепровода в результате ремонта.Задачи исследований:1. Проанализировать существующие конструкции ремонтных муфт и известные методы повышения их ресурса.2. Разработать методическое обеспечение для моделирования процессов,протекающих при установке ремонтных муфт и эксплуатации отремонтированныхучастков нефтепроводов.3. Провести оценку влияния технологии сварки на ресурс муфт.4.

Выявить причины, лимитирующие ресурс ремонтных муфт, и разработатьрациональные варианты ремонтных конструкций.5. Оценить работоспособность разработанных конструкций муфт по результатам натурных испытаний.Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись расчетные и экспериментальные методы исследований.Расчетные методы включали в себя моделирование процессов распространения теплоты при сварке и образования остаточных сварочных деформаций, а такжерасчет напряженно-деформированного состояния при эксплуатации ремонтных1конструкций с помощью программного комплекса «Сварка», реализующего методконечных элементов.Экспериментальные исследования включали испытания лабораторных образцов, имитирующих условия нагружения шва, и натурных образцов в видеучастка трубопровода с установленной муфтой.

Испытания лабораторных образцов проведены для исследования влияния технологии сварки на ресурс сварногосоединения. Испытания натурных образцов проведены для подтверждения адекватности расчетных моделей и результатов расчета.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Установлено, что главной причиной разрушения кольцевого сварного шваявляется взаимный поворот стенок трубы и муфты, приводящий к дополнительному растяжению в корне шва.2. Установлено, что причиной пониженной долговечности сварных разрезных тройников является поперечная утяжка металла магистрали тройника в зоневысоких растягивающих кольцевых напряжений.

Вследствие этого на участоккольцевого шва рядом с патрубком действует дополнительная растягивающаянагрузка.3. Установлены зависимости долговечности ремонтных конструкций от ихконструктивных параметров.На защиту выносятся:1. Методика восстановления ресурса участка нефтепровода с помощью сварных муфт.2. Установленные в результате применения разработанной методики факторы, лимитирующие ресурс муфт, а также наиболее эффективные пути повышенияресурса.3.

Результаты экспериментальных и расчетных исследований влияния технологии сборки и сварки муфт на ресурс сварных соединений.Практическая значимость работы заключается во внедрении разработанных ремонтных конструкций и технологий их монтажа в нефтетранспортной отрасли. Соответствующие изменения внесены в нормативный документ ПАО«Транснефть» РД-75.180.00-КТН-274-10.Результаты диссертационной работы рекомендованы к внедрению на предприятиях ПАО «Транснефть», ПАО «Газпром», ЗАО «СтройТрансГаз» и на другихмашиностроительных предприятиях нефтяной и газовой промышленности.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научном семинаре кафедры технологий сварки и диагностики МГТУ им.

Н.Э. Баумана(г. Москва, 2016 г.), на Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2016 г.).Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 7научных статей, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов,литературы из 107 наименований. Общий объем работы 142 страницы, в которыхсодержится 89 рисунков и 10 таблиц.2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫПервая глава посвящена анализу современных ремонтных конструкцийнефтепроводов, а также обзору методов оценки и повышения их ресурса.2Ремонтная муфта состоит из двух цилиндрических частей, которые устанавливают поверх поврежденного участка нефтепровода, не потерявшего герметичность, и соединяют продольными швами, затем муфту приваривают к трубе кольцевыми швами (Рис.

1,а). Наиболее универсальным видом муфты является разрезной тройник (Рис. 1,б). Он пригоден для ремонта таких специфических повреждений, как врезки для кражи нефти.тройникмуфтаврезкадефекта)б)Рис. 1. Ремонт поврежденного участка установкой: а) гладкой муфты; б) разрезного тройникаРемонтную конструкцию устанавливают на поврежденный участок, еще непотерявший герметичность. Установка муфты направлена на восстановление егоресурса до уровня неповрежденных участков нефтепровода.Процесс функционирования отремонтированного участка состоит из двухстадий.

На первой стадии роль муфты заключается в замедлении роста дефекта засчет частичной разгрузки участка трубы. Эффективная работа муфты при этомтребует плотной посадки муфты на трубу, чтобы обеспечить совместную работумуфты с трубой (Рис. 2,а). Для этого муфту обжимают с помощью наружных центраторов. Дополнительное обжатие возникает за счет поперечной усадки продольных швов муфты после сварки. Создание плотного контакта муфты с трубой затруднено в случае овальности трубы.

Как правило, полного прекращения ростадефекта под муфтой достичь не удается.муфтатрубаpдефекта)трубаьмуфтажидкостьб)pдефектьРис. 2. Стадийность работы муфты: а) совместная работа муфты и трубы до образования сквозного дефекта; б) работа муфты при сквозном дефектеНа второй стадии, после образования сквозного дефекта, муфта должна выдерживать внутреннее давление перекачиваемой жидкости взамен потерявшегогерметичность участка трубы (Рис. 2,б). Для ряда конструкций муфт, предназначенных для ремонта гофров и вмятин, степень разгрузки существенно ниже (в осо3бенности это относится к тройникам). Поэтому велик риск быстрого прорастаниядефекта насквозь, тогда большую часть срока эксплуатации муфта будет работатьна второй стадии (взамен трубы).

В связи с этим именно вторая стадия работы является решающей для повышения ресурса трубопровода после ремонта. Ресурс наэтой стадии определяется долговечностью кольцевого углового шва, соединяющего муфту с трубой.Опыт эксплуатации ремонтных конструкций показывает, что угловой шовявляется слабым местом, по которому происходят преждевременные разрушения.Основные причины низкого ресурса сварного соединения связаны с двумя факторами. Во-первых, после разгерметизации участка трубы жидкость, попавшая подмуфту, создает расклинивающий эффект и вызывает высокие растягивающиенапряжения в корне шва.