Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 7

В [88] отмечено, что нахлесточно-стыковое соединение способствовало переносу разрушения из зоны шва в основной металл38стенки муфты. Хотя при этом не устраняется опасная точка, приварка кольцаувеличивает площадь расчетного сечения, а также, по-видимому, изменяет характер нагружения шва. Такие муфты в настоящее время активно применяются,их конструкции входят в нормативы ПАО «АК «Транснефть» и ПАО «Газпром»для трубопроводов с повышенным давлением (10 МПа и выше).В работах [28,65,86,89,90,91] также рассмотрено применение дополнительных колец, устанавливаемых непосредственно на муфту вблизи угловогошва (Рис.

1.14). Данные кольца выполняют функцию бандажей. Согласно этимработам, краевой эффект на границе муфты и углового шва является причинойувеличения концентрации напряжений за счет изгиба стенки трубы. Предлагается установка поверх муфты бандажей для снижения изгиба.4231Рис. 1.14.Усиление муфт бандажами. 1 – труба; 2 – муфта; 3 – угловой шов; 4 – бандажВ [89] отмечается, что рациональным выбором геометрических размеровбандажей (Рис. 1.15,а,б) можно добиться повышения несущей способностимуфты до 35%. Разработанные автором [89] конструкции колец следует рассматривать как увеличение расчетного сечения шва при снижении количестванаплавленного металла, поскольку обжать Г-образное кольцо (поз.

4) на трубе совальностью весьма проблематично. Простое гладкое кольцо без выступовпредставляется более эффективным. Важными геометрическими параметрами,определяемыми на основе анализа НДС и определяющими качество обжатия,являются толщина и ширина устанавливаемого кольца.39423а)145231б)Рис. 1.15.Способы повышения ресурса муфт за счет применения бандажей на муфту: а)без подкладным элементом; б) с подкладного элемента . 1 - труба; 2 – муфта; 3 –угловой шов; 4 – усиливающая накладка; 5 – подкладной элементВ [28,86] отмечен как перспективный переход от нахлесточного соединения муфты с трубой к тавровому и далее к стыковому.

Замена нахлесточногосварного соединения на тавровое снижает концентрацию напряжений в корнешва.Переход к тавровому соединению согласно [28] приводит к снижениюконцентрации напряжений в 1,5 раза. Изменение цилиндрической поверхностимуфты на сегмент тора вызывает снижение кольцевых напряжений за счет ростапродольных напряжений.

Несмотря на рост объемности напряженного состояния, в торо-сегментной муфте (Рис. 1.16,а) снижается компонента напряжения,ответственная за рост трещины от корня кольцевого шва. Увеличение угла стыковки муфты с трубой приближает вид соединения к тавровому. Полная заменанахлесточного соединения на тавровое реализована в конструкции тороцилиндрической муфты (Рис. 1.16,б). Эта муфта включена в нормативную документацию ПАО Газпром (СТО Газпром 2-2.3-137-2007 «Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральныхгазопроводов, часть II»).Применение торо-сегментных и торо-цилиндрических муфт приводит кувеличению габаритов отремонтированного участка и усложнению технологиимонтажа.

Вместе с тем появляется возможность ремонта при наличии на трубе40выступающих элементов, гофров и вмятин. Усложнение конструкции можносчитать полезным в том случае, когда оно приводит к значительному увеличению ресурса. При прочих равных условиях конструкции сварных муфт с минимальными массой и стоимостью дают существенное преимущество.2431а)256731б)Рис.

1.16.Способы повышения ресурса муфт за счет перехода от углового шва к тавровому и стыковому: а) торо-сегментная муфта; б) торо-цилиндрическая муфта. 1труба; 2- муфта; 3- дефект; 4 – кольцевой угловой шов муфты; 5 – технологическое кольцо; 6 – швы, соединяющие технологические кольца с трубой; 7 – тавровое соединение.Необходимо отметить, что апробация заявленных способов усиления ремонтных муфт была произведена только при статическом нагружении.

Предельные давления определялись по статическим критериям временного сопротивления разрыву (  в ) и трещиностойкости К1с [92]. Поскольку нефтепроводыработают в режиме малоцикловой усталости, целесообразно оценивать работо-41способность ремонтных конструкций и способов ее повышения путем циклических испытаний.В наименьшей степени освещены в литературе способы повышения ресурса разрезных тройников. Их разработка является актуальной задачей в связитем, что данная категория ремонтных конструкций имеет наименьший ресурс.Герметичные муфты имеют ряд преимуществ перед обжимными, что является одной из причин их широкого применения. Обжимные муфты позволяютремонтировать утонения стенки и продольные трещины относительно небольшой протяженности.

При возникновении течи под такой муфтой эффект от еёустановки сводится к нулю. Герметичные муфты способны давать эффект навсех стадиях работы поврежденного участка.Частичную разгрузку поврежденного участка обеспечивает введение подмуфту упругого наполнителя. Максимальная степень разгрузки при этом зависит от вида наполнителя и достигает при малой величине зазора 35-40% [78].Для ряда конструкций муфт, предназначенных для ремонта гофров и вмятин,степень разгрузки существенно ниже (в особенности это относится к тройникам). Поэтому велик риск быстрого прорастания дефекта насквозь, тогда большую часть срока эксплуатации муфта будет работать на второй стадии (взаментрубы).

В связи с этим именно вторая стадия работы является решающей дляповышения ресурса трубопровода в результате ремонта. Единственной возможностью регулирования долговечности и ресурса разрезных тройников остаетсяповышение прочности угловых швов. Эти швы обеспечивают герметичностьсварной муфты и, соответственно, ее работоспособность.1.6.Выводы по главе I1. Ремонтные муфты являются эффективным средством оперативноговосстановления работоспособности дефектного участка нефтепровода, позволяющим избежать долговременных остановок его работы, а также экономических и экологических последствий от утечки нефтепродуктов.2.

Срок службы муфт состоит из двух этапов с существенным различиемусловий работы и требований к конструкции муфт:42 до потери герметичности поврежденной трубы муфта обеспечивает разгрузку поврежденной трубы, поэтому важен плотный контакт без зазора междутрубой и муфтой; после образования сквозного дефекта в трубе лимитирующим факторомявляется долговечность сварного соединения муфты с трубой.Учет принципов работы муфт позволяет выделить направления совершенствования их конструкций для повышения их прочности и ресурса.3. Наиболее универсальными по области применения являются герметичные ремонтные конструкции, в особенности это относится к разрезнымтройникам, конструкция которых позволяет применять их вне зависимости отформы ремонтируемого дефекта.4.

Слабым местом герметичных ремонтных конструкций является кольцевой угловой шов, прикрепляющий муфту к трубе. Причинами его низкой долговечности являются неблагоприятная схема нагружения и острота концентратора (трещиноподобного непровара) в корне шва.5. Результаты проведенных испытаний и опыт эксплуатации муфт показывают, что существующие конструкции в целом работоспособны, но требуютдоработки. В связи с этим разработка эффективных способов повышения ресурса ремонтных муфт остается актуальной задачей. В первую очередь необходимоусиление кольцевого шва, соединяющего муфту с трубой.6.

В связи со сложностью геометрии сварных ремонтных конструкций,наиболее эффективным средством анализа является численное моделированиеметодом конечных элементов. Рациональная область применения экспериментальных методов состоит в определении свойств материалов и в контрольныхиспытаниях разработанных конструкций.Проведенный анализ литературных данных позволил сформулировать задачи данной работы.Задачи исследований:1. Проанализировать существующие конструкции ремонтных муфт и известные методы повышения их ресурса.432. Разработать методическое обеспечение для моделирования процессов,протекающих при установке ремонтных муфт и эксплуатации отремонтированных участков нефтепроводов.3.

Провести оценку влияния технологии сварки на ресурс муфт.4. Выявить причины, лимитирующие ресурс ремонтных муфт, и разработать рациональные варианты ремонтных конструкций.5. Оценить работоспособность разработанных конструкций муфт по результатам натурных испытаний.44Глава 2.РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСАРЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ2.1.Разработка подходов к повышению ресурса ремонтныхконструкцийЗона сварного соединения имеет ряд особенностей, влияющих на напряженно-деформированное состояние. На ресурс конструкции, помимо концентраторов напряжений, оказывает влияние характер прилагаемых нагрузок и податливость сварного узла.