Диссертация (Разработка технологии ремонта газопроводов в условиях интенсивного теплоотвода), страница 11

Принормативном значении ширины УДП равном 100 мм увеличение диаметравыборки с 10 мм до 210 мм при температурах от +20 0С до -40 в зависимости отостаточной толщины стенки приводит к снижению скорости охлаждения от20% до 55%. При этом уменьшение остаточной толщины стенки трубы в зонеремонта вызывает прирост скорости охлаждения за счёт вклада поверхностнойтеплоотдачи в окружающую среду и газ в полости трубы.Значительноевлияниенаскоростьохлажденияметаллавмежоперационный интервал оказывает изменение ширины УДП. Двукратноеувеличение ширины УДП, от минимально регламентированного до 200 мм,практически полностью компенсирует влияние диаметра круглой выборки наскорость охлаждения. В этом случае наиболее значимыми факторамистановятся остаточная толщина стенки трубы и температура окружающейсреды во время проведения ремонтных работ.

Сокращение ширины УДП дажеприположительныхтемпературахокружающейсредыприводиткзначительному росту скорости охлаждения металла. При отрицательныхтемпературах проведения ремонтных работ этот процесс еще большеинтенсифицируется.Максимальный нагрев металла до 130 0С обеспечивает в интервалетемператур 130-80 0С более низкие скорости охлаждения, а влияние основныхгеометрических параметров зоны ремонта сохраняет те же тенденции, что и при180 0С (Рис. 2.7).Изменение скорости охлаждения металла выборок прямолинейной формыв интервале температур 180 0С -120 0Св зависимости от различныхпараметров представлено на Рис. 2.8.

При этом, поскольку основное влияние наскоростьохлаждениянаименьший (ширина),средиразмеровпрямолинейнойвыборкиимеетучёт длины выборки для упрощения графическогорешения задачи не проводился, рассматривая консервативный случай придлине, равной ширине.ширина УДП 50 мм72510100322005103210325ширина УДП 50 мма)100 мм10325200 мм1032б)Рис. 2.7. Графики изменения скорости охлаждения металла для круглойвыборки в интервале температур 130-80 0С при температуре окружающейсреды: а) +20 0С, б) – 400Состаточная толщина стенки 5 мм1032200 мм 100 мм5103251032ширина УДП 50 мм73510остаточная толщина стенки 32 мм101032200 мм5100 мм5ширина УДП 50 мма)32б)Рис.

2.8. Графики изменения скорости охлаждения металла для прямолинейнойвыборки в интервале температур 180 0С - 120 0С при температуре окружающейсреды: a) + 20 0С; б) - 40 0С74Как видно из графиков, зависимость скорости охлаждения металлапрямолинейной выборки от её ширины прослеживается до величины последнейоколо 100 мм. Значительный вклад в изменение скорости охлаждения за счётповерхностной теплоотдачи может давать уменьшение остаточной толщиныстенки трубы в зоне ремонта. Так, в соответствии с графиком на Рис. 2.8,изменение толщины стенки от 32 мм до 5 мм приводит к приросту скоростиохлаждения до 90%.Увеличение ширины УДП до 200 мм приводит практически к 2-хкратному снижению скорости охлаждения на всех толщинах.

При этомзависимостьскоростиохлажденияотразмероввыборкистановитсянезначительной. Сокращение ширины УДП до 50 мм приводит к резкомуприросту скорости охлаждения на более чем 300%. Снижение температуры отплюс 200С до минус 400С приводит к росту скорости охлаждения более чем на50%.Аналогичноготипаграфикибылиполученыидляслучая105325510321032200 мм 100 ммостаточная толщина стенки 5 ммширина УДП 50 ммпредварительного нагрева до 1300С (Рис. 2.9).a)остаточная толщина стенки 5 мм1032200 мм 100 мм5105ширина УДП 50 мм75321032б)Рис. 2.9. Графики изменения скорости охлаждения металла для прямолинейнойвыборки в интервале температур 130 0С - 80 0С при температуре окружающейсреды: a) + 20 0С; б) - 40 0СТаким образом, на основе анализа данных, полученных в результатепроведенного моделирования, можно сделать следующие выводы:Показано, что наибольшее влияние на снижение температуры сварочногоподогрева при ремонте несквозных дефектов на газопроводах со сбросомизбыточного давления газа в трубе оказывают такие параметры как: форма инаименьшийгабаритныйразмервыборки,фактическаяширинаУДП,остаточная толщина стенки трубы и температура стенки трубы при проведенииремонтных работ.Определено, что при ремонте газопровода со сбросом избыточногодавления при соблюдении нормативной ширины УДП выполняются требованияпо обеспечению минимальной продолжительности межоперационного периодане менее 90 секунд как при положительных, так и при отрицательных76значениях температуры окружающего воздуха.

Однако, при ремонте в условияхотрицательных температур окружающей среды снижение остаточной толщиныстенки трубы до 5 мм ограничивает допустимую продолжительностьмежоперационного интервалом 130 - 140 с, что должно учитываться приразработке технологического процесса ремонта и указываться в операционныхкартах.Установлено, что увеличение ширины УДП до 200 мм позволяетпрактически полностью компенсировать влияние геометрических размеров иотрицательной температуры на скорость охлаждения в межоперационноминтервале.Показано, что ремонт, особенно при отрицательных температурах,требует строго соблюдения нормативного значения ширины УДП не менее 100мм, а её уменьшение приводит к значительному росту скорости охлаждения.Уменьшение ширины УДП до 50 мм при понитженной температуреокружающего воздуха приводит к невозможности обеспечения нормативнойтемпературы подогрева даже в течении минимально регламентированных 90секунд.2.3.

Моделирование условий теплоотвода в зоне ремонта после сварочногоподогрева на газопроводе под давлением с временной остановкойтранспортировки газаВыполнение регламентируемых СТО Газпром норм подогрева нагазопроводе,находящемсяподизбыточным(остаточным)давлением,усложняется интенсивным охлаждающим воздействием, которое оказываеткомпримированный газ на стенку трубы. Изменение теплофизических свойствгаза при наличии избыточного давления в газопроводе является существеннымфактором, усиливающим теплоотвод.

Поэтому при проведении ремонтныхработ на газопроводах, находящихся под давлением, необходимо обращатьособое внимание на влияние, которое оказывает конвективная теплоотдача в77объем компримированного газа внутри трубы на скорость охлаждения металлапосле сварочного подогрева.Коэффициент температуроотдачи , характеризующий интенсивностьостывания металла стенки трубы за счёт поверхностной теплоотдачи, вусловиях наличия избыточного давления газа в газопроводе зависит в основномот коэффициента конвективной теплоотдачи на внутренней поверхности стенкитрубы в компримированный газ и остаточной толщины стенки трубы в зоневыборки.Коэффициент теплоотдачи является функцией многих величин и дляего расчёта в соответствии с разделом 1.4 применялись критериальныеуравненияподобиядляслучаясвободнойконвекции,выведенныеВ.П.Исаченко [39].Поскольку в соответствии с В.П. Исаченко расчётная величинакоэффициент теплоотдачи зависит от режима течения возникающего в зоненагрева конвективного потока, то, сначала, был проведён анализ возможногохарактера потока для рассматриваемых в работе параметров дефектногоучастка, условий проведения ремонта и температуры подогрева.Анализ режимов течения конвективных потоков в зоне нагревапроводился по величине критерия Рэлея (Rа) в соответствии с подходом,принятым в [47], согласно которому ламинарный режим течениясвободной конвекции имеет место припри103 < Ra ≤ 109, а развитыйтурбулентный при Ra ≥ 61010.

Для наглядности отражения степени влияниякаждой из величин, входящих в критерий Рэлея выражение для его определениябыло представлено следующим образом:Ra = Gr ∙ Pr = ∙∙2∙λ∙ ΔT0 ∙ R о 3(2.9)Как видно величина критерия Рэлея прямо пропорциональна третьейстепени характерного размера зоны нагрева, и величине температурного напорамежду стенкой и контактирующим газом. Зависимость величины критерия отдавления и температуры газа в трубе выражается через его теплофизические78параметры , , , , λ. С использованием выражения (2.9) и справочныхданных теплофизических свойств метана [56] для газа с температурой 20 0С приразличном давлениии температуре зоны нагрева былирассчитаныкритические значения ширины зоны нагрева.