Автореферат (1026130), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для удобства расчетов было предложено представить коэффициент теплоотдачи в виде произведения двух комплексных величин - α0 и К,зависящих от температуры, давления, скорости потока газа и диаметра газопровода. На Рис. 4 и в Таблице 1 представлены полученные зависимости для ихопределения исходя из условий проведения ремонтных работ. Последующийрасчет скорости охлаждения предложено проводить с использованием найден9ного значения коэффициента теплоотдачи по представленным ранее графикамна Рис. 2б и Рис. 3.Рис.
4. Графики изменения комплексного показателя α0 в зависимости от избыточного давления и температуры газаТаблица 1.Значения комплексного показателя К в зависимости от скорости перекачки газаи диаметра газопроводаДиаметр газопровода, мм42653072010201220142011,921,761,761,61,61,44Скорость транспортировки газа, м/с357254,646,889,1225,124,486,568,6424,04,166,248,1622,563,845,767,5220,963,685,67,3620,323,685,447,0419,68В третьей главе для верификации полученных в работе расчетных зависимостей и методик был выполнен цикл экспериментальных исследований. Исследования проводились на опытных образцах в лабораторных условиях и нафрагментах труб на полигоне при выполнении аттестации технологий ремонта.Также проводилась оценка необходимости введения сопутствующего подогревапри наложении отдельных слоев шва.Для экспериментальной оценки скоростей охлаждения за счет свободнойи вынужденной конвекции, был изготовлен лабораторный стенд, обеспечивающий принудительное движение воздушного потока со скоростью от 0 м/с до1025 метров в секунду.
Выполнялся нагрев устанавливаемых в стенде пластинстали 09Г2С толщиной 6,5 и 25 мм и проводилась запись графиков охлажденияс предварительно засверленных в пластины термопар многоканальнымрегистратором РМТ-69L .На первом этапе, были записаны кривые охлаждения при свободной конвекции (Рис. 5). Кривые охлаждения нагретых пластин в контакте с воздушнымпотоком, движущимся с различной скоростью, представленны на страницах109-112 текста диссертации.
Сопоставление полученных экспериментальныхзначений с результатами расчета скорости охлаждения металла врегламентируемом интервале температур показало отклонение в пределах 2025%.а)б)Рис. 5. Кривые охлаждения пластин толщиной 6,5 мм (а) и 25 мм (б) в условияхсвободной конвекцииОценка скорости охлаждения металла зоны ремонта в условиях полигонаосуществлялась после предварительного подогрева перед заваркой выборкикольцевого сварного шва и вваркой заплаты на опытных фрагментах трубдиаметром 1420 мм, толщиной стенки 27,7 мм из стали 10Г2ФБ.Предварительный подогрев выполнялся газопламенным способом дотемпературы 150+30 0С согласно технологической карте ремонта. Графикиполученных ветвей охлаждения представленны на Рис.6, а сопоставлениерасчетных значений скорости охлаждения с экспериментальными даннымипоказало отклонение в пределах 20%.
Таким образом, выполненныелабораторные и полигонныее испытания подтвердили возможность примененияпредложенных расчетных зависимостей и методик для определениямаксимальной продолжительности межоперационного интервала.11а)б)Рис. 6. Графики ветвей охлаждения термического цикла предварительногоподогрева: а) перед наплавкой кольцевой выборкой; б) перед вваркой заплатыДляэкспериментальнойоценкинеобходимостипроведениясопутствующего подогрева металла зоны ремонта в процессе выполнениямногопроходной наплавки в условиях интенсивного теплоотвода былавыполнена запись термических циклов сварки в зоне термического при ремонтедефекта кольцевого шва и вварке заплаты механизированным способомпроволокой и ручной дуговой сваркой в диапозонах погонных энергий 1,28-1,7кДж/мм. Полученные термические циклы наплавочного процесса при заваркевыборки и вварке заплаты представлены на Рис.7.а)б)Рис.
7. Термические циклы сварки-наплавки: а) при заварке выборки кольцевого шва, б) при вварке заплатыБыло установленно, что при заварке выборки большой длины и малой шириныв диапазоне погонных энергий 1,3-1,5 кДж/мм на всех этапах сварки12межслойная температура опускалась ниже минимального нормативного уровня.Увеличение погонной энергии на 20-35% при вварке заплаты не привело кобеспечению нормативных значений межслойной температуры. Полученныеданные характеризуют теплоотвод из зоны ремонта при его проведении на разгерметизированном газопроводе и показывают необходимость проведениясопутствующего подогрева при наложении отдельных слоев шва даже вусловиях ремонта с полным сбросом давления. Таким образом, в условиях интенсификации процесса охлаждения из-за наличия компримированного газа идвижения газового потока необходимость в сопутствующем подогреве будетвозрастать.В четвертой главе на основе выполненных расчетных и экспериментальных исследований были определены области применимости технологийремонта без стравливания газа по критерию обеспечению нормативной температуры подогрева в течении технологически минимальной продолжительностимежоперационного интервала 90 секунд.
На Рис. 7 представлены примеры полученных диаграмм областей применимости для ремонта под давлением с временной остановкой транспортировки газа и на действующем газопроводе. Показаны области невозможности обеспечения нормативной температуры подогрева при данном методе ремонта и условиях его проведения, и области нижекривых – удовлетворяющие ему.а)б)Рис.
8. Диаграммы применимости технологий ремонта несквозных дефектов нагазопроводе диаметром 1420 мм, транспортирующем газ, по критерию обеспечения нормативной температуры сварочного подогрева при температуре газа,равной 0 0С для диапазона температур подогрева 180-120 0С при ремонте поддавлением с временной остановкой транспортировки газа (а) и на действующемгазопроводе (б)13Для оценки максимально допустимой продолжительности межоперационного интервала на этапе разработки технологии ремонта несквозных дефектов методами сварки-наплавки и сварными муфтами на магистральном газопроводе без стравливания газа в атмосферу, были разработаны методики, позволяющие на основе полученных в главе 2 расчетно-графических зависимостейи данных о состоянии ремонтируемого участка газопровода, а так же условийпроведения ремонта рассчитать эту величину.
Так же предложены рекомендации по увеличению максимального межоперационного интервала за счет снижения скорости транспортировки газа, понижения давления в газопроводе иувеличения ширины участка дополнительного подогрева в зависимости от реализуемой технологии ремонта.ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ1. Показана необходимость нормирования в технологических картахпродолжительности межоперационного интервала после сварочногоподогрева при выполнении ремонтных работ сваркой-наплавкой нагазопроводах под давлением и транспортирующих газ для выполнениятребования по обеспечению требуемой температуры подогрева безперегрева стенки трубы.2.
Определены области применимости технологий ремонта сваркой-наплавкойна газопроводах под давлением по критерию обеспечения нормативнойтемпературы подогрева, гарантирующие безопасность выполненияремонтных работ.3. На основе предложенных расчетно-графических зависимостей разработаныметодики определения продолжительности межоперационного интервала иего корректировки при выполнении подогрева при ремонте на газопроводахнаходящихся под давлением и транспортирующих газ.4. Показано, что компенсацию теплоотвода за счет расширения участка дополнительного подогрева при ремонте газопровода под давлением целесообразно проводить до величины 200 мм по периметру выборки, та как в этихусловиях основной вклад в снижение температуры вносит конвективныйтеплоотвод в компримированный газ.5.
Выявлено, что увеличение размеров выборки приводит к снижению скорости охлаждения металла после сварочного подогрева за счет теплопроводности, а уменьшение остаточной толщины стенки – к ее увеличению за счет14конвективной теплоотдачи. При этом понижение температуры окружающейсреды и металла трубы сокращает влияние остаточной толщины стенкитрубы и вклад конвективного теплообмена в величину скорости охлажденияметалла в межоперационном периоде.6. Показано, что ремонт, особенно при отрицательных температурах, требуетстрого соблюдения нормативного значения ширины УДП, так как ееуменьшение приводит к резкому возрастанию скорости охлаждения, а приширине УДП менее 50 мм приводит невозможности обеспечениянормативной температуры подогрева даже в течении минимальнорегламентированных 90 секунд.7.
Показано, что наибольшее влияние при выполнении ремонтных работ на газопроводе, находящемся под давлением, на коэффициент теплоотдачи из зоны подогрева оказывает величина избыточного давления, которая обеспечивает прирост его значений в зависимости от температуры нагрева на 40-80Вт/м2град на 1 МПа.8. Экспериментально подтверждено, что предложенные для определения скорости охлаждения металла расчетные выражения могут быть использованы вметодиках определения максимальной продолжительности межоперационного интервала.
При этом отклонение полученных расчетных значений отэкспериментальных не превышает 20%.9. Экспериментально показано, что тепловая энергия электрической дуги непозволяет полностью компенсировать отток теплоты из зоны ремонта иобеспечить поддержание нормативной температуры подогрева металла безнормирования продолжительности выполнения отдельного слоя, поэтому вусловиях интенсивной теплоотдачи при проведении работ на газопроводе,находящемся под давлением или транспортирующим газ, введение сопутствующего подогрева является обязательной операцией технологическогопроцесса.10.Результаты расчетных и эксперементальных исследований вошли вотраслевые рекомендации ПАО Газпром, касающиеся проведенияремонтных работ на магистральных газопроводах, находящихся поддавлением: Р Газпром 2-2.3-352-2009 «Рекомендации по режимам подогревапри выполнении сварочных работ на газопроводах, находящихся поддавлением» и Р Газпром 2-2.3-961-2015 «Технологии сварки при ремонтемагистральных газопроводов, находящихся под давлением, методами врезкипод давлением, сварными муфтами, сваркой-наплавкой».15Основные содержание работы изложено в следующих публикациях:1.
Волков И.В., Елагина О.Ю. Влияние размеров выборки дефектного участкамагистрального газопровода на регламентацию продолжительности предварительного подогрева при ремонте сваркой-наплавкой // Труды Российскогогосударственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. 2016. № 2.С. 84–96. (0,7 п.л./0,5 п.л.)2. Елагина О.Ю., Ефименко Л.А., Волков И.В. Исследование влияния деформационного старения на процесс коррозионного разрушения и субмикроструктуру низкоуглеродистых сталей для газораспределительных газопроводов // Химическое и нефтегазовое машиностроение.
2015. № 6. С. 42–45.(0,21 п.л./0,1 п.л.)3. Elagina O.Y., Efimenko L.A., Volkov I.V. Study of the effect of strain ageing oncorrosion failure and submicrostructure of low-carbon steels for gas-distributionpipelines // Chemical and Petroleum Engineering. 2015. Vol. 51(5). P. 433–437.(0,23 п.л./0,11 п.л.)4. Repair features of mechanical and corrosion damage in a main gas pipeline underpressure. Volkov I.V.
[et al.] // Chemical and Petroleum Engineering. 2015. Vol.50(11-12). P. 749-757. (0,46 п.л./0,23 п.л.)5. Особенности ремонта механических и коррозионных повреждений на магистральном газопроводе, находящемся под давлением. Волков И.В. [и др.] //Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2014. № 11. С. 41–48. (0,48п.л./0,24 п.л.)6. Влияние избыточного давления на параметры сварного соединения присварке–наплавке подводных участков магистральных газопроводов.
ВолковИ.В. [и др.] // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2010. № 2.С. 41–46. (0,32 п.л./0,16 п.л.)7. Исследование величины допустимого давления для обеспечения безопасности сварочных работ при врезке в газопровод под давлением. И.В. Волков [идр.] // Управление качеством в нефтегазовом комплексе.
2009. № 3. С. 33–37. (0,25 п.л./0,12 п.л.)16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
