Диссертация (Разработка технологии ремонта газопроводов в условиях интенсивного теплоотвода)

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. ГубкинаНа правах рукописиВолков Игорь ВладимировичРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ГАЗОПРОВОДОВ ВУСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ТЕПЛООТВОДАСпециальность: 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:д.т.н., профессор О.Ю. ЕлагинаМосква – 20172ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................

4Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПРОБЛЕМЫ,ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕМОНТА ГАЗОПРОВОДОВПОД ДАВЛЕНИЕМ И ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ ГАЗ .............................................. 81.1. Анализ современных методов ремонта дефектов линейной частимагистральных газопроводов.................................................................................. 81.2.

Анализ нормативных требования к технологиям ремонта несквозныхдефектов магистральных газопроводов ............................................................... 161.3. Проблема интенсификации теплоотвода из зоны нагрева при ремонтепод давлением......................................................................................................... 311.4. Современные способы оценки влияния условий теплоотвода из зонынагрева при ремонте методами сварки-наплавки ............................................... 381.5.

Выводы по Главе 1 .......................................................................................... 55Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ В ЗОНЕ РЕМОНТАНЕСКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ ГАЗОПРОВОДА, ФОРМИРУЮЩИХСЯПОСЛЕ СВАРОЧНОГО ПОДОГРЕВА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХТЕПЛООТВОДА ....................................................................................................... 582.1. Общие подходы к моделированию тепловых полей в зоне ремонтанесквозных дефектов после сварочного подогрева............................................ 582.2. Моделирование условий теплоотвода в зоне ремонта послесварочного подогрева при полном сбросе давления в газопроводе ................

632.3. Моделирование условий теплоотвода в зоне ремонта послесварочного подогрева на газопроводе под давлением с временнойостановкой транспортировки газа ........................................................................ 762.4. Моделирование условий теплоотвода после сварочного подогревапри ремонте без остановки перекачки газа .........................................................

932.5. Выводы по Главе 2 ........................................................................................ 100Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХЦИКЛОВ НА УЧАСТКЕ РЕМОНТА ДЕФЕКТОВ ГАЗОПРОВОДА .............. 1033.1. Результаты лабораторных исследований влияния конвективнойтеплоотдачи на скорость охлаждения металла зоны ремонта послесварочного подогрева .......................................................................................... 1033Стр.3.2.

Результаты экспериментальных исследований термических цикловпредварительного подогрева при ремонте дефектов труб в условияхполигона ................................................................................................................ 1123.3. Экспериментальная оценка межслойной температуры принаплавке(заварке) дефектного участка трубы ..................................................

1203.4. Выводы по Главе 3 ........................................................................................ 127Глава 4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО НАЗНАЧЕНИЮНОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К ПАРАМЕТРАМ СВАРОЧНОГОПОДОГРЕВА ПРИ РЕМОНТЕ НЕСКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ НАГАЗОПРОВОДАХ НАХОДЯЩИХСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ИТРАНСПОРТИРУЮЩИХ ГАЗ ............................................................................. 1294.1. Обоснование областей применимости технологий ремонтанесквозных дефектов газопроводов, находящихся под давлением итранспортирующих газ ........................................................................................

1314.2. Методика определения максимально допустимогомежоперационного интервала и его корректировки при выполнениисварочного подогрева при ремонте газопроводов без остановкиперекачки газа ...................................................................................................... 1354.3. Методика определения максимально допустимогомежоперационного интервала и его корректировки при выполнениисварочного подогрева при ремонте газопроводов под давлением состановкой перекачки газа ..................................................................................

1374.4. Методика определения максимально допустимогомежоперационного интервала и его корректировки при выполнениисварочного подогрева при полном сбросе давления в газопроводе вусловиях низких температур окружающего воздуха ....................................... 140ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ ............... 142Список используемой литературы ........................................................................

1454ВВЕДЕНИЕЗначительная часть действующих в настоящее времямагистральныхгазопроводов (МГ) характеризуются сроком эксплуатации свыше 30 лет.Статистика диагностирования линейной части (ЛЧ) МГ показывает, что более30% выявляемых дефектов тела трубы и сварных соединений относятся кнесквозным дефектам, что позволяет ремонтировать их без разгерметизацииполости трубопровода. Это определяет все большее внедрение в практикупроведения ремонтных работ на ЛЧ МГ технологий, реализуемых безстравливания газа, таких как ремонт под давлением и ремонт без остановкиперекачки газа. Широкому распространению этих технологий ремонта такжеспособствуют существенные экономические и экологические преимуществамиэтих методов, по сравнению с ремонтом на отключаемых участкахгазопроводов.Среди технологий ремонта несквозных дефектов, в качестве наиболееиспользуемых, можно выделить заварку (сварку-наплавку) поверхностныхдефектов и ремонт сварными муфтами.

Обеспечение требуемого уровнякачества металла ремонтных участков при применении этих технологийсвязано со строгим соблюдением режимов выполнения сварочных работ.Действующая нормативная документация наряду с другими параметрамирежимов регламентируетсопутствующегоподогреватребования по температуре предварительного иметаллазоныремонта.Выполнениеэтихтребований при ремонте на газопроводе, находящимся под давлением илиперекачивающим газ, затруднено интенсивным теплоотводом во внутреннююполость газопровода. В результате снижения температуры подогрева металластенки трубы резко возрастает скорость его охлаждения в процессе сварки. Этоне позволяет обеспечить нормативный комплекс механических свойствсварного соединения в зоне ремонта, особенно, на трубах бывших вэксплуатации.5Обеспечение нормативных значений температуры подогрева металла взоне ремонта к моменту начала выполнения сварочных и наплавочных работтребует либо введенияподогрева,либосущественного перегрева стенки трубы на этаперегламентациимаксимальнойпродолжительностимежоперационного периода.

Перегрев металла стенки трубы в зоне ремонтастрого увязан с необходимостью снижения давления в газопроводе дляобеспечения безопасности выполнения сварочных работ и приводит кнеобходимости прекращения подачи газа потребителям. Регламентацияпродолжительностимежоперационногопериодаявляетсяболеепредпочтительным подходом к решению задачи обеспечения требуемойтемпературы подогрева.

Однако, в действующей нормативной документациинормирование этого показателя отсутствует. Также отсутствуют рекомендациипо применению компенсирующих мероприятий, обеспечивающих увеличениепродолжительностимежоперационногопериодапривыполнениипредварительного и сопутствующего подогрева в тех случаях, когдаполученный интервал времени недопустим из технологических соображений.Необходимостьразработкинормативныхтребованийкмаксимальнодопустимой продолжительности межоперационного периода при выполненииремонтных работ методами сварки-наплавки или сварными муфтами нагазопроводах, находящихся под давлением или транспортирующих газ,определила актуальность данной работы.Объектом исследований в настоящей работе являются участки линейнойчастимагистральныхгазопроводов,находящиесявэксплуатацииподдавлением или транспортирующие газ, с дефектами труб и сварныхсоединений,ремонтируемые методами сварки (наплавки, заварки) илисварными муфтами.Целью диссертационной работы являлось обоснование максимальнойпродолжительностикорректирующихмежоперационногомероприятийприинтервалавыполнениииразработкапредварительногои6сопутствующего подогрева зоны ремонта несквозных дефектов участкагазопровода, находящегося под давлением или транспортирующего газ.Основные задачи:1.

Разработка расчётной методики определения температурно-временныхпараметров охлаждения металла стенки трубы после предварительного исопутствующего подогрева при различных условиях теплотвода из зоныремонта;2. Проведение экспериментальных исследований параметров теплоотвода припредварительном подогреве металла зоны ремонта и в процессе сварки дляверификации предложенной расчетной методики;3. Разработка нормативных требований к длительности межоперационногопериода при наличии предварительного подогрева в условиях интенсивноготеплоотвода из зоны ремонта.Научная новизна работы:1. Определены области применимости технологий ремонта газопроводов поддавлением и транспортирующих газ по показателю обеспечения нормативнойтемпературы подогрева, согласно которым диапазон максимально допустимогодавления газа в газопроводе пропорционален остаточной толщине стенкитрубы с коэффициентом пропорциональности, изменяющимся в зависимости оттемпературы газа от +20 0С до -40 0С и скорости потока газа от 1 м/с до 25 м/с винтервале от 0,5 до 0,1 соответственно.2.