Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 6

Опыт испытаний при приемке ремонтных конструкций показывает, слабым местом ремонтных конструкций является кольцевой угловойшов. Разгерметизация муфт и тройников происходила по угловому кольцевомушву со стороны ответвления тройников. Причиной разрушения явилась перегрузка угловых швов в процессе проведения испытаний на циклическую долговечность и рост усталостной трещины. Основной вывод по результатам испытаний состоит в том, что испытанная ремонтная конструкция в целом работоспособна, но требует некоторой доработки в зоне углового кольцевого шва,присоединяющего тройник к магистрали, для обеспечения необходимого ресурса циклической долговечности.

Доработка должна обеспечить повышение долговечности не менее чем в 2 раза. Поскольку нагруженность трубопроводныхсистем неуклонно возрастает, необходимо выявить и, по возможности, усилитьвсе слабые места ремонтной конструкции, чтобы максимально повысить прочность и ресурс. Это позволит в дальнейшем продолжить, при необходимости, еёэксплуатацию и после завершения планового срока службы, а также использовать аналогичные конструкции при увеличении диаметра, толщины стенки трубы и рабочего давления.1.5.

Способы повышения несущей способности ремонтныхконструкцийТрудность обзора ремонтных конструкций заключается в том, что все ихтипы смешивают под одним названием «муфтовые технологии». Такой подходполезен для общей характеристики способов оперативного восстановления иремонта дефектной трубы, однако он не обеспечивает выработки общих рекомендаций по способам повышения прочности и ресурса. В этой связи целесооб-32разно разделить способы совершенствования и повышения ресурса для обжимных и герметичных ремонтных конструкций, так как принципы их работы отличаются друг от друга.Обжимные муфты являются средством повышения ресурса поврежденного участка трубы и выполняют функцию его частичной разгрузки. К ним непредъявляются требования герметичности и равнопрочности с ремонтируемойтрубой.

Эффективность работы обжимных муфт определяется усилием их затяжки на трубе. Развитие ремонта обжимными муфтами идет по пути разработки специальных обжимающих приспособлений [73,74] или совершенствованияконструкций муфт, снижающих трудоемкость монтажных работ[75,76]. В работах [7,77] дано представление о механизме работы усиливающей муфты и количественной оценке её разгружающего действия.

В работе [78] произведена экспериментальная оценка эффективности применения обжимной муфты при различных величинах зазора, а также проведено сопоставление разгружающегоэффекта для муфт различных конструкций: обжимной приварной, обжимной сболтовой затяжкой и муфты с наполнителем. Показано, что с увеличением силызатяжки болтов можно добиться разгрузки трубы до двух раз.В работе [4] предложен вариант конструкции стальной обжимной муфты,который обеспечивает плотный контакт с трубой, а также исключает операцииподгонки полумуфт при их монтаже. Продольные края муфты соединяют с захлестом и сваривают. При этом кромки образуют нахлесточное соединение.Стенки муфты со стороны свариваемых кромок продольного шва сточены.

Этопозволяет заправить свободный край муфты под нахлестку (Рис. 1.9), сохраняяплотный контакт с трубой. Очевидно, что такая конструкция имеет ограниченияпо толщине стенки муфты.Как способ повышения несущей способности обжимной муфты можнорассматривать переход к стеклопластиковым муфтам. Модуль упругости стеклопластика в 100 раз меньше, чем у стали [79], эффективное применение такихмуфт требует обеспечения установки с натягом. Оптимальную величину натягаследует выбирать из условия максимальной разгрузки трубы.

При этом в трубедопускается возникновение сжимающих напряжений, но обжатие не должно33приводить к потере устойчивости стенки трубы в случае сброса давления до нуля [80,81]. Как правило, натяг при монтаже обеспечивается специальнымиустройствами, предусмотренными в конструкции муфты [82,85]. Пример стеклопластиковой муфты с натяжным приспособлением приведен на Рис. 1.10.Рис. 1.9.Способ плотной установки обжимной муфты.

1 – дефект; 2 – труба; 3 – муфта;4– продольные швы трубы; 5 – верхняя полумуфта; 6 – нижняя полумуфта; 7 –участок верхней полумуфты в зоне нахлестки; 8 – участок нижней полумуфты взоне нахлестки; 9 – участок трубы в зоне нахлестки; 10 – продольный шов полумуфтРис. 1.10.Муфта со специальным натяжным устройством [82]Плотная посадка обжимной муфты при подаче внутреннего давления вызывает изгиб стенки трубы на выходе из-под муфты и возникновение растяги-34вающих напряжений на внутренней поверхности трубы. В работе [84] предлагается устанавливать упругий слой на краях муфты.

Такой прием позволяет снизить краевой эффект и равномерно распределить его по участку изгиба. Остальное пространство под муфтой может быть заполнено антикоррозионной жидкостью.Повышение работоспособности герметичных муфт можно рассматриватьс точки зрения стадийности её работы (параграф 1.1). Увеличение эффективности ремонта с помощью таких муфт можно добиться, если заставить муфту разгружать дефектный участок трубы на обеих стадиях работы, то есть вначалеснижать скорость роста дефекта несквозного дефекта, а затем оставаться работоспособной после его прорыва.Плотный контакт с трубой на первой стадии обеспечивается совпадениемрельефа внутренней полости муфты с рельефом поверхности трубы.

Обеспечитьподобное соответствие можно механической обработкой, либо введением упругого наполнителя в полость под муфтой. Приведенные меры позволяют создатьболее плотный контакт и повышают разгрузку трубы. Подгонке внутренней поверхности муфты под посадочную поверхность трубы соответствует конструкция галтельной муфты (Рис. 1.11,а), применяемой при ремонте дефектов в кольцевом стыковом шве.Первым и достаточно эффективным воплощением идеи введения упругогонаполнителя на основе полиуретанового клея в пространство между трубой имуфтой стала муфта КМТ (Рис. 1.11,б). Торцы муфты не приваривают к трубе, агерметизируют специальным герметиком (6). В полость между муфтой и трубойвводится композитный наполнитель (7). Участок трубы под муфтой оказываетсяразгруженным, что снижает перемещение точек трубы в радиальном направлении.

Дальнейшим развитием технологии КМТ стало введение в зазор междумуфтой и трубой пластиков. Монтаж муфты с наполнителем связан с достаточно трудоемкими операциями по заполнению полости твердеющим составом илинамоткой лент из ПВХ, ПВД, углеродного волокна или стеклопластика (ГАРС)[85]. Эффект от применения наполнителя рассмотрен в работах [79,80]. Чемвыше модуль упругости наполнителя, тем лучше он передает нагрузку от трубы35к муфте и, соответственно, разгружает трубу. Но при увеличении модуля упругости снижается плотность контакта наполнителя с трубой и муфтой.522476Дефект1Дефект133б)а)Рис.

1.11.Конструкции герметичных муфт: а) галтельная муфта для ремонта кольцевогошва; б) муфта по технологии КМТ. 1- труба; 2- муфта; 3- продольный шов муфты; 4 – кольцевой шов муфты; 5 – галтельная часть муфты; 6 – герметик; 7 – антикоррозионный наполнительВ случае прорастания дефекта насквозь наполнитель перестает работать,так как происходит разгрузка трубы и контакт между муфтой и трубой пропадает и нагрузка ложится на угловые кольцевые швы. Прочность герметичныхмуфт после разгерметизации участка трубы определяется прочностью угловыхшвов, соединяющих муфту и трубу [28,81,86].Общие сведения о надежности герметичных стальных муфт и способах ееповышенияпредставленыР.С. Зайнуллина,вработахВ.И.

Махненко,отечественныхС.В. Романцова,(А.Г. Гумерова,А.М. Шарыгина,А.С. Зандберга, Р.С. Харисова, Р.К. Адиева) и зарубежных (W. Bruce, J. Keifner,J. Otegui, J. Duell, A. Cisilino) авторов. В работах [14,17,28,86,87] произведенаоценка напряженного состояния угловых швов муфты при прорыве дефекта.Показано, что угловые швы являются высоконагруженными элементами и нуждаются в усилении. В способах усиления швов герметичных муфт можно выделить три основных направления:361) увеличение расчетного сечения углового шва;2) применение нахлесточно-стыкового соединения;3) установка бандажей на муфту;4) переход от углового шва к тавровому.Увеличение расчетного сечения шва приводит к уменьшению среднихнапряжений и может способствовать некоторому снижению напряжений в концентраторе.

Учитывая, что сварные швы, и особенно корневой слой, выполняютиз пластичного материала, такая разгрузка может иметь место. Работы[17,28,39,86,87] посвящены способам повышения несущей способности накладных элементов нефтепроводов, будь то заплаты, усиливающие накладки патрубков или муфты.Увеличение расчетного сечения шва можно добиться, увеличив катет углового шва вдоль трубы (Рис.

1.12,а), а также применив обратный скос кромкимуфты (Рис. 1.12,в). Также увеличить расчетную площадь можно за счетнаплавки усиления шва и получения выпуклости (Рис. 1.12,б).a21k1a2a2k1k121a1k2а)a1a1k21k2б)mв)Рис. 1.12.Способы увеличения расчетного сечения шва как методы повышения несущейспособности ремонтных муфт: а) увеличения катета вдоль трубы; б) применениеобратного скоса кромки на торцах муфты; в) увеличение выпуклости угловогошваНа Рис. 1.12 поз.1 обозначена добавка к поперечному сечению шва, получаемая в результате использования одного из методов увеличения площади шва.Соответственно параметры a1 и a2 указывают ориентацию минимальной площади до и после принятия мер по ее увеличению.37Увеличение расчетной площади шва за счёт увеличения катета или путемсоздания выпуклого шва связано с дополнительной наплавкой присадочногометалла, в то время как применение обратного скоса кромки (Рис.

1.12,в) приводит к снижению объема сварочных работ. Сэкономленная площадь показанапоз.2 на Рис. 1.12,в. Основной недостаток обратного скоса состоит в том, чтопри сильном увеличении параметра m (Рис. 1.12,в) доступ электрода к корневому слою затрудняется. Это повышает риск получения непровара в корне, который при длительной эксплуатации может стать очагом разрушения.Повышение прочности углового шва в [88] предлагают достичь притуплением концентратора в корневом слое. Для этого с внутренней стороны муфтыустанавливают тонкостенные кольца из порошковой ленты (поз. 6, Рис.

1.13).Хотя авторы отмечают эффективность такой меры, реальное обеспечение плавного перехода в корне шва вызывает сомнения.413256ДефектРис. 1.13.Притупление концентратора в корне шва путем установки колец из порошкового материала. 1 – труба; 2 – гладкая муфта; 3 – угловой шов; 4 – разгрузочныекольца; 5 – композитный наполнитель; 6 – металлическая порошковая лентаСкорее всего, повышение ресурса муфты обеспечивается введениемнаполнителя, а также приваркой к торцу муфты разгрузочных колец (поз.4, Рис.1.13). Согласно [86,88,89] разгрузочное кольцо образует с муфтой нахлесточностыковое соединение, которое имеет меньшую концентрацию напряжений посравнению с угловым швом.