Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 18

Форма и размеры муфтыдля конкретной трубы выбираются на основе серии численных экспериментов с122помощью ПК «Сварка». Результаты расчета параметров муфты для трех размеров труб приведены в Таблице 10.5.2.2. Особенности монтажа ремонтной муфтыНаличие торовых частей несколько затрудняет монтаж муфты. Недостаточно просто установить муфту поверх трубы и стянуть две части между собой.Требуются дополнительные операции, обеспечивающие соосность цилиндрических и торовых частей, в особенности при установке муфты на деформированную трубу.Поперечное сечение поврежденного участка может иметь существеннуюовальность, дополнительно возрастающую при повреждении трубы.

Как отмечалось выше, возможность монтажа на овальной трубе обеспечивают конические участки муфты. Перед установкой муфты необходимо измерить овальностьтрубы в местах приварки муфты. Это можно сделать с помощью круглого разборного кольца, установив его на трубу и замерив по всему периметру зазормежду ним и трубой (Рис. 5.8).Уголок с измерительнойшкалойРазборное кольцоРис. 5.8.Схема измерения овальности трубыИзмеренный контур сечения трубы (поз.1, Рис. 5.9,а) переносят на коническую часть муфты (поз.2, Рис. 5.9,а). Сошлифовыванием кромок по разметке123подгоняют внутреннее отверстие муфты под профиль трубы в месте ее установки (поз.3, Рис. 5.9,б).

При этом угол между стенками трубы и муфты по всемупериметру кольцевого шва не изменяется, что устраняет влияние овальноститрубы на концентрацию напряжений в шве.24431а)б)Рис. 5.9.Схема учета овальности участка трубы при установке торовых частей муфты: а)отклонение овального профиля трубы 1 от контура внутреннего отверстия конического участка муфты 2; б) подгонка внутреннего диаметра коническогоучастка под профиль трубы в месте посадки (3 – сошлифовываемая часть конического участка; 4 – наружный диаметр муфты)Монтаж муфты начинают с установки подготовленных торовых частей исварки каждой из них из двух половин стыковыми швами.

Форма торовой частипрепятствует сварке продольного стыкового шва с внешней стороны. Поэтомупредложена переменная разделка кромок (Рис. 5.10). Конический участок торовой части муфты имеет V-образную разделку кромок с углом скоса 300 на внутренней поверхности муфты (сечение А-А). Затем разделка плавно переходит через X-образную в сечении Б-Б к V-образной, но с внешней стороны (сечение ВВ). Штриховой линией показано расположение корневого слоя шва по толщинестенки муфты на разных участках. Сварку продольного шва торовой частиначинают с внутренней стороны конических участков до конца разделки, затем124производят заполнение разделки с внешней стороны. Далее торовые части приваривают к магистральной трубе втавр угловыми швами.

Швы обращены вовнутреннюю полость муфты. Внутренняя полость муфты обеспечивает доступность кольцевых швов для сварки изнутри (Рис. 5.11,а). Наличие полости позволяет использовать муфту для ремонта сильно деформированной стенки трубы, внекоторых случаях такая муфта пригодна для замены разрезного тройника. Половины цилиндрической части муфты устанавливают между торовыми частями.Зазоры в разделках швов выставляют с помощью шаблонов.

Вначале проводятсварку продольных, а затем кольцевых стыковых швов (Рис. 5.11,б).321Рис. 5.10.Переменная разделка кромок продольного шва торовых частейСоосность обеспечивают путем приварки технологических пластинок квнешней поверхности муфты. Верхнюю цилиндрическую часть муфты опирают125на торовые части, а нижнюю приподнимают с помощью крана также до упоратехнологических пластинок в торовую часть муфты. Затем цилиндрические части фиксируют при помощи наружных центраторов (Рис. 5.12). После этого выполняют прихватку кольцевых и продольных швов, а технологические пластинки удаляют.а)б)Рис. 5.11.Сварка швов торовой части муфты: а) кольцевой угловой шов с внутренней стороны муфты; б) замыкающий кольцевой стыковой шов между цилиндрическойи торовой частями муфтыРис. 5.12.Сборка цилиндрических частей муфты5.2.3.

Влияние остаточных сварочных напряжений на ресурссварного соединения муфты с трубойОсновой эффективности разработанной муфты являются сжимающиенапряжения, созданные в зонах с неблагоприятной конфигурацией (в корне шва,126недоступном для послесварочной механической обработки). Однако знакнапряжений может измениться за счет суммирования рабочих напряжений состаточными сварочными [96]. Это проблема так называемой технологическойнаследственности.а)б)в)Рис. 5.13.Зависимость свойств от температуры: а) для теплопроводности; б) для теплоемкости; в) для плотностиОстаточные напряжения были определены расчетным путем. Для этого спомощью ПК «Сварка» проведено моделирование процессов многослойнойсварки при монтаже муфты.

Использованы осесимметричные модели с воспроизведением геометрии разделки кромок. Моделирование сварочного процессапроведено с использованием модели мгновенной укладки, при этом заполнениеразделки происходило по мере достижения металлом температуры плавления. В127расчетах принята модель идеального упругопластического материала с теплофизическими свойствами, зависящими от температуры (Рис. 5.13).а)б)Рис. 5.14.Моделирование тепловых процессов при сварке швов: а) корневого слоя углового шва; б) корневого слоя кольцевого шва x , МПа i , МПаxРис. 5.15.Результат расчета остаточных сварочных напряженийРезультаты моделирования сварки корня углового (а) и замыкающегокольцевого стыкового (б) швов приведены на Рис.

5.14.Моделирование показало, что поперечная усадка замыкающего стыковогошва, соединяющего торовую и цилиндрическую части муфты, способствует128возникновению опасных растягивающих остаточных напряжений в корне углового кольцевого шва. Однако доминирующим фактором при выбранной формемуфты оказалась продольная усадка того же шва. Ее действие приводит к благоприятным сжимающим напряжениям (Рис. 5.15), в связи с чем технологическая наследственность не оказывает негативного влияния на долговечность разработанной муфты.5.2.4. Перспективы применения разработанной конструкции муфтыРазработанная конструкция муфты повышает ресурс участка, отремонтированного путем её установки. На базе предложенной конструкции гладкоймуфты возможна разработка долговечного разрезного тройника.

Моделирование напряженного состояния такого тройника подтверждает наличие сжимающих напряжений в корне его таврового соединения с трубой (Рис. 5.16). Внастоящее время завершается оформление патента на разработанную новую ремонтную конструкцию.σхРис. 5.16.Применение конструкции торовой муфты к разрезному тройникуТехнология неразрушающего контроля кольцевого углового шва, соединяющего торовую часть муфты с основной трубой, имеет ряд особенностей.

Создание сжимающих напряжений в корневом слое этого шва позволяет допустить129образование небольшого непровара. Расчеты показали, что наиболее значимымявляется соблюдение геометрии шва: необходимо обеспечить катет шва, близкий к толщине стенки. Сварное соединение должно обеспечивать герметичность, в связи с этим целесообразно применять контроль проникающими веществами (ПВК).5.3.Выводы по главе 51. Установлено, что приварка патрубка к трубе повышает долговечностьразрезного тройника по сравнению с аналогичной гладкой муфтой за счетпредотвращения попадания продукта в промежуток между трубой и муфтой.Ресурс разработанной конструкции тройника подтвержден натурными испытаниями.2.

На основе компьютерного моделирования разработана новая конструкция муфты, обеспечивающая долговечность сварных соединений науровне неповрежденной трубы. Эффект достигается за счет замены нахлесточных замыкающих сварных соединений на стыковые и создание сжимающихэксплуатационных напряжений в корне шва, прикрепляющего муфту к трубе.Конструкция муфты позволяет устанавливать ее на деформированные участкитрубы. На эту конструкцию подана заявка на патент.3. В результате моделирования технологического процесса монтажа разработанной муфты на поврежденный участок трубы установлено, что технологическая наследственность не оказывает негативного воздействия на долговечность муфты.4. Результаты моделирования напряженного состояния ремонтных конструкций под нагрузкой показали, что на основе разработанной гладкой муфтыможно реализовать долговечную конструкцию разрезного тройника.5.

По результатам проведенных исследований внесены изменения в действующий нормативный документ ПАО «АК Транснефть» РД-75.180.00-КТН274-10 для нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан.130ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ1. Анализ существующих ремонтных муфт показывает, что срок ихслужбы состоит из двух стадий с существенным различием условий работы итребований к конструкции муфт: до потери герметичности поврежденной трубы муфта обеспечиваетразгрузку поврежденной трубы, поэтому важен плотный контакт без зазорамежду трубой и муфтой; после образования сквозного дефекта в трубе лимитирующим фактором является долговечность сварного соединения муфты с трубой.2.