Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 2

Экспериментальные исследования включали испытания лабораторных образцов, имитирующих условия нагружения шва, и натурных образцов в виде участка трубопровода с установленной муфтой. Испытаниялабораторных образцов проведены для исследования влияния технологии сварки на ресурс сварного соединения. Испытания натурных образцов проведеныдля подтверждения адекватности расчетных моделей и результатов расчета.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Установлено, что главной причиной разрушения кольцевого сварногошва является 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 взоне высоких растягивающих кольцевых напряжений.

Вследствие этого на участок кольцевого шва рядом с патрубком действует дополнительная растягивающая нагрузка.93. Установлены зависимости долговечности ремонтных конструкций отих конструктивных параметров.На защиту выносятся:1. Методика восстановления ресурса участка нефтепровода с помощьюсварных муфт.2. Установленные в результате применения разработанной методикифакторы, лимитирующие ресурс муфт, а также наиболее эффективные пути повышения ресурса.3. Результаты экспериментальных и расчетных исследований влияниятехнологии сборки и сварки муфт на ресурс сварных соединений.Практическая значимость работы заключается в том, что разработанарасчетно-экспериментальная методика восстановления ресурса поврежденногоучастка нефтепровода, позволяющая определять рациональные параметры ремонтных конструкций для повышения их ресурса на этапе проектирования.

Разработаны новые долговечные конструкции ремонтных муфт. По результатампроведенной работы внесены изменения в нормативный документ ПАО «АКТранснефть» РД-75.180.00-КТН-274-10.Результаты диссертационной работы рекомендованы к внедрению напредприятиях ПАО «АК «Транснефть», ПАО «Газпром», ЗАО «СтройТрансГаз»и на других машиностроительных предприятиях нефтяной и газовой промышленности.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались нанаучном семинаре кафедры технологий сварки и диагностики МГТУ им. Н.Э.Баумана (г. Москва, 2016 г.), на Всероссийской конференции молодых ученых испециалистов «Будущее машиностроения России» (г.

Москва, 2016 г.).Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы7 научных статей, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.10Глава 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ1.1. Назначение, конструкции и технологии монтажа ремонтныхмуфтВ процессе эксплуатации нефтепровод подвержен воздействию рабочейнагрузки и окружающей среды. Вследствие эрозионных и коррозионных процессов в работающем нефтепроводе происходит уменьшение толщины стенкитрубы, а также повреждения стенки трубы и зарождение дефектов [1]. Крометого, под действием рабочей нагрузки растут дефекты технологического происхождения, такие как поры, несплавления, непровары и шлаковые включения.Эти процессы могут привести к образованию сквозного дефекта и к потере несущей способности нефтепровода.

Для предотвращения аварийных ситуацийважно вовремя обнаружить и устранить опасный дефект.Одним из способов предупреждения аварий является ремонт с применением сварочных технологий. В нормативной документации приведены следующие методы ремонта сваркой в процессе эксплуатации [2]:1) заварка дефекта;2) замена дефектного участка («вварка катушки»);3) установка ремонтной конструкции.Замена участка обеспечивает наиболее полное устранение дефектов и повышение надежности, но связана с необходимостью отключения потребителя,опасностью загрязнения окружающей среды и большими потерями продукта. Всвязи с этим часто наиболее целесообразными оказываются методы ремонта безостановки перекачки продукта [3-5]. Выбор конкретного метода зависит, впервую очередь, от типа дефекта и площади поражения.

При небольших дефектах (например, одиночных коррозионных повреждениях) применяется наплавка.Ремонтные конструкции (муфты) применяют при значительной площади повреждений, а также при повреждениях с изменением формы сечения трубы(вмятинах и гофрах). Применение ремонтной конструкции позволяет суще-11ственно снизить расходы на ремонт и сроки простоя трубопровода по сравнению с заменой дефектного участка.Муфта, как правило, представляет собой два полуцилиндра, устанавливаемых поверх поврежденного участка нефтепровода и соединяемых между собойпродольными швами.

Конструкция муфты и материал ее изготовления определяется многими факторами. На Рис. 1.1 приведена классификация ремонтныхконструкций. Конструкции муфт можно разделить на обжимные и герметичные(Рис. 1.2). Такое разделение определяет назначение и принцип работы ремонтной конструкции [6].Ремонтные конструкцииПо принципу работыПо материалуПо технологии монтажаобжимныестальныес применением сваркигерметичныекомпозитныебез применения сваркиРис. 1.1.Классификация ремонтных конструкцийДефекта)Дефектб)Рис. 1.2.Типы конструкций сварных муфт:а) обжимная муфта, б) герметичная муфтаОбжимная муфта (Рис.

1.2,а) предназначена для замедления развития несквозного повреждения за счет разгрузки поврежденного участка. Эффектив-12ность разгрузки определяется величиной контактного давления между муфтой итрубой [7]. Конструкция муфты позволяет воспринимать только кольцевыенапряжения. При ее монтаже очень важно обеспечить отсутствие зазора междутрубой и муфтой [8]. Простой расчет показывает, что радиус трубы из стали свременным сопротивлением 300-600 МПа увеличивается под действием внутреннего давления на 0,1 – 0,2%, что для трубы диаметром 1000 мм составляет0,5 – 1,0 мм. Поэтому даже зазор в 1 мм под муфтой существенно снижает эффективность её работы.

Установка муфт с натягом обеспечивает плотное прилегание внутренней поверхности муфты к трубе. Однако в монтажных условияхобеспечить натяг непросто, особенно при большой толщине стенки. Для улучшения контакта муфту обжимают с помощью наружных центраторов.В отличие от обжимной ремонтной конструкции, герметичная муфта (Рис.1.2,б) работает только с момента образования сквозного дефекта в стенке.Наличие углового кольцевого шва на торце муфты препятствует утечке продукта из полости под муфтой. В процессе дальнейшей эксплуатации муфта должнаоставаться работоспособной под действием рабочего давления вместо участкатрубы.

При этом ресурс герметичной муфты определяется долговечностьюкольцевых швов, соединяющих ремонтную конструкцию с трубой.Разновидностью герметичной ремонтной конструкции является разрезнойтройник (Рис. 1.3). Он состоит из двух полумуфт, к одной из которых прикреплен патрубок. Конструкция тройника допускает наличие небольшого зазорамежду внутренней поверхностью муфты и наружной поверхностью трубы.Тройники применяют для ремонта таких специфических повреждений как несанкционированные врезки для кражи нефти [9]. Существует несколько видовконструкций разрезных тройников: сварной (Рис. 1.3,а), штампосварной (Рис.1.3,б) и др. Плавный переход от патрубка к магистрали тройника в штампосварном тройнике предпочтительнее, чем наличие сварного шва в сварном тройнике, так как создает меньшую концентрацию напряжений.

Сварка патрубка сверхней полумуфтой и с заглушкой производится на заводе. В монтажных условиях свариваются только продольные швы, соединяющие две полумуфты икольцевые угловые швы, соединяющие муфту с трубой. Разрезной тройник13можно рассматривать как универсальную ремонтную конструкцию, так как подпатрубком может находиться дефект произвольного вида.врезкаа)врезкаб)Рис. 1.3.Конструкции разрезных тройников для ремонта нефтепроводов:а) сварной; б) штампосварнойТакже часто муфты делят по материалу ремонтных конструкций и способам её монтажа.

Обе классификация взаимосвязаны, так как технология монтажа муфты зависит от материала её изготовления. В качестве материала муфтыиспользуют сталь или композитные материалы. Как правило, для стальных ремонтных конструкций выбирают марки стали аналогичных основной трубе либомарки со схожими механическими свойствами [2,10,11]. Заниженные механические характеристики согласно нормативной документации [10] компенсируютувеличением толщины стенки муфты.

Сильное увеличение толщины приводит кувеличению массы ремонтной конструкции и трудоемкости ремонта. Исходя изособенностей работы стальными изготавливают герметичные муфты. Обжимные муфты тоже могут быть стальными. Однако высокий модуль упругости затрудняет обеспечение плотного контакта с трубой, особенно при большой толщине стенки муфты.Новым направлением развития ремонтных конструкций стало применениеобжимных муфт из композиционных материалов на основе стеклопластика и14углеродного волокна (Clock Spring, РСМ и др.) [12]. Обладая меньшей жесткостью, композитные муфты могут плотно прилегать к трубе, без зазора.

Дополнительное предварительное натяжение при монтаже позволяет эффективноприменять их в качестве бандажа.Композитные ремонтные муфты значительно легче стальных и не требуют использования тяжелого грузоподъемного оборудования при монтаже. Установку композитных муфт осуществляют путем намотки лент из соответствующих материалов или затяжкой болтов. Стальные сварные муфты устанавливаютна трубопровод с применением сварочных технологий путем выполнения продольных и кольцевых швов.