Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 4

В и Г). Во-вторых, это поверхностные трещины, параллельные оси магистрали, на ее внешней поверхности по бокам от тройника. Приприложении изгибающего момента к патрубку, опасность представляют трещины, перпендикулярные к оси патрубка, на наружной и внутренней поверхностяхтройника.При сварном исполнении тройника неизбежно применение тавровых соединений с угловыми швами. Эти швы создают дополнительную концентрациюнапряжений, которая накладывается на концентрацию мембранных и изгибныхнапряжений в стенке тройника [40].

Если толщина стенки тройника больше, чему присоединяемых к нему труб, то концентрация напряжений от изгиба возникает и в швах, присоединяющих тройник к магистрали и ответвлению.Наиболее нагруженными элементами герметичных ремонтных конструкций, одеваемых поверх трубы магистрали и привариваемых к ней внахлестку,являются угловые швы нахлесточных соединений, поскольку попадание перекачиваемой жидкости под ремонтную конструкцию вызывает большие растягивающие напряжения в корне углового шва. В местах приварки возникает дополнительные зоны концентрации напряжений.В связи с циклическим нагружением нефтепровода зоны концентрациинапряжений работают в режиме малоцикловой усталости [19].

Высокие напряжения в концентраторах и малоцикловое нагружение приводят к накоплениюповреждений и росту усталостных трещин.Поскольку задачей ремонтной конструкции является частичная или полная разгрузка поврежденного участка трубы, все эти особенности ее работынеобходимо иметь в виду при выборе наиболее подходящей конструкции.211.3. Влияние технологии сварки на ресурс сварного соединениямуфты с трубойПри оценке прочности параметры напряженного состояния сопоставляютс механическими свойствами материала.

Долговечность сварного соединенияобеспечивается сочетанием прочности и пластичности. Механические свойстваопределяются химическим и структурным составом сварного шва и основногометалла. Под действием термического цикла сварки в металле могут образовываться закалочные структуры с пониженной пластичностью. Также в процессесварки велика вероятность возникновения металлургических (горячих и холодных трещин) и технологических дефектов. Для получения сварного соединенияс требуемым структурным составом и свойствами и отсутствием технологических дефектов применяют специальные технологические приемы, направленныена регулирование скорости охлаждения. Вероятность образования закалочныхструктур и возникновения технологических дефектов зависит от материаласварного соединения [41].Материал стальной ремонтной муфты соответствует материалу ремонтируемой трубы.

Современные нефтепроводы изготавливают из специальных высокопрочных сталей, подвергнутых термомеханической обработке в определенных интервалах температур. В зависимости от температуры различают высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) механическую обработку. Применение новых технологий прокатки стали позволяет получать сталис особым сочетанием свойств: высокой прочности и пластичности [42-44]. Высокие значения механических характеристик достигаются благодаря измельчению зерна при пластическом деформировании стали до начала распада аустенита, затем осуществляют закалку для получения мелкореечного мартенсита [45].В зависимости от степени легирования стали и толщины проката ВТМО можноосуществить с интенсивностью охлаждения, обеспечивающей получение в прокате мелкозернистой бейнитной структуры.

Такая технология обработки металла трубы накладывает серьезные ограничения на режимы сварки, чтобы избежать разупрочнения и потери механических свойств сварного соединения. Ростзерна происходит при температуре свыше 1000 0C. Чем дольше металл пребыва-22ет в этом температурном интервале, тем больше размер зерна. Изначально мелкие зерна вырастают до больших размеров, чем зерна, которые изначально быликрупнее [46]. Рост зерна для сталей, полученных с помощью ТМО, приводит ксильному снижению ударной вязкости. Закалочные структуры образуются привысоких скоростях охлаждения в интервале температур 600-500 0С.В последние время проведены обширные исследования, направленные наповышение свариваемости трубных сталей. Одним из направлений работ является совершенствование легирования и режимов термомеханической обработкиосновного металла труб. Согласно данным в работах [47-49] повышение свариваемости достигается за счет исключения молибдена и добавления титана и бора в металл труб. Второе направление заключается в выборе легирования металла шва.

В работах [50-52] приведены способы легирования металла шва длякомпенсации потери механических свойств вследствие термического воздействия.Широкие возможности для регулирования структур шва и зоны термического влияния имеет технология сварки. Исследования свариваемости современных высокопрочных трубных сталей [45,50,53-57] показывают, что применяемый диапазон скоростей охлаждения достаточно широк.

В [57] предпочтения отдается более высокой скорости охлаждения, обеспечивающей более высокую прочность. Снижение вероятности образования закалочных структур связано с наличием сильных карбидообразующих элементов, которые связываютуглерод в карбиды и снижают долю мартенсита в структуре.Технологические приемы направлены на уменьшение времени пребывания шва и околошовной зоны при высокой температуре. Для этого сварку швовстремятся выполнять при минимальных значениях погонной энергии, в томчисле, за счет увеличения числа проходов. При многослойной сварке происходит автоподогрев от предыдущих проходов. Сочетание автоподогрева и низкойпогонной энергии сварки обеспечивает снижение размера зерна и распад закалочных структур, что положительно сказывается на пластичности.Монтаж ремонтной конструкции (муфты) часто производят на работающем трубопроводе.

Ремонт под давлением подразумевает непрерывный транс-23порт продукта через дефектный участок. Поток продукта через трубу снижаетэффективность подогрева и ускоряет охлаждение в зоне термического влияния(ЗТВ).Наиболее трудоемким и сложным в выполнении местом сварного соединения является корневой слой. Особенно важно обеспечить отсутствие дефектовв корневом слое кольцевого углового шва – основном концентраторе.

Болеепластичный металл с невысоким пределом текучести в этой зоне способствуетпротеканию пластической деформации, выравнивает распределение напряжений и снижает их концентрацию. Пластичный металл с высокой вязкостью всварном соединении получают двумя способами: применением менее прочных,но более пластичных сварочных материалов [44], или термической обработкойсварного шва. Обычно используют сочетание двух этих способов.Химический состав стали, обеспечивающий образование бейнитнойструктуры в зоне сварного соединения, легирование сварочными материаламисварного шва, а также управление сварочным термическим циклом обеспечивают хорошую свариваемость современных трубных сталей и высокую ударнуювязкость сварного соединения.Другая группа дефектов технологического характера связана с формойшва.

Сюда относятся подрезы, несплавления, непровары в корне шва, не выявленные методами неразрушающего контроля на этапе строительства. Дефектыэтой группы являются концентраторами, которые могут оказаться очагами возникновения трещины. В случае прохождения трещины через участок с внутренними дефектами или пониженными механическими свойствами ускоряет еёрост.Сварная муфта имеет швы двух видов: продольный стыковой и кольцевойугловой. Варианты соединяющих продольных швов приведены на Рис. 1.6. Поусловиям работы ремонтной конструкции необходимо плотное прижатие повсему периметру, которое обеспечивается натяжением муфты болтовой затяжкой.

Больший натяг достигается, если не приваривать муфту к трубе при выполнении продольных швов. Оформление продольного стыкового шва по Рис. 1.6,ас высокой вероятностью приведет к приварке муфты к трубе и снизит величину24натяга. Поэтому швы выполняют на остающейся подкладке. Подкладная пластина является источником концентрации напряжений. Однако ориентация полученного концентратора вдоль нагрузки [58] делает его менее опасным.Варианты оформления стыковых соединений продольных швов муфты наостающейся подкладке представлены на Рис.

1.6,б,в. В зоне подкладки наблюдается неплотное прилегание муфты к трубе (Рис. 1.6,в), которое можно устранить путем фрезерования канавки для размещения подкладки (Рис. 1.6,б). Такойвариант удорожает стоимость изготовления муфты, но обеспечивает плотныйконтакт по всему периметру стыка.а)б)в)г)Рис. 1.6.Варианты продольных швов в обжимной муфте: а) без подкладной пластины,б) с подкладной пластиной и пазом для нее, в) с подкладной пластиной,г) с накладкойПродольные сварные швы муфты, как правило, стыковые (Рис. 1.6,а-в).Они требует повышенной точности сборки. Более технологичны нахлесточныесоединения с угловыми швами (Рис.

1.6,г). Для обеспечения равнопрочностисварного соединения увеличивают толщину накладки. Соединение черезнакладку широко применяют на трубопроводах с невысоким рабочим давлением [17,59].Опыт эксплуатации показывает, что наиболее опасным местом ремонтнойконструкции является кольцевой угловой шов. Очагом зарождения трещины является корень кольцевого шва.