«Совершенствование методов повышения эффективности выборочного р. Совершенствование методов повышения эффективности выборочного ремонта магистральных газонефтепроводов
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
3. Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов 3.1 Ремонтная стеклопластиковая муфта Патент № 2256841, Классы МПК F16L21/06, «Трубная муфта и способ ее изготовления». РФ – 20.07.2005. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при ремонте магистральных трубопроводов для восстановления герметичности и несущей способности поврежденных участков. Муфта РСМ изображена на рисунке 4. Рисунок 4 – Муфта РСМ 7 Постоянное развитие и усовершенствование ремонтных технологий трубопроводов привело к появлению конструкций муфт на основе стеклопластика без Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 20 Совершенствование методов повышения эффективности выборочного ремонта магистральных газонефтепроводов Разраб . Афанасьев Р. Г. Руковод. Крец В.Г. Консульт. И.о.Зав. Каф. Бурков П. В. Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов Лит. Листов 124 НИ ТПУ гр. 2БМ5А необходимости сварочных работ в процессе установки. Конструкционная прочность таких муфт может превосходить прочность лучших трубных сталей. Помимо этого, стеклопластик имеет ряд других важных качеств: меньший удельный вес, чем у сталей (примерно в 4 раза), высокая стойкость в условиях подземной прокладки. Эффективность муфт растет с увеличением усилия её натяжения на дефектном участке трубопровода. Благодаря включению в силовую цепь стеклопластиковой муфты узла затяжки, который выполнен из прочной стали, можно достичь оптимального использования резервов прочности стеклопластикового полотна муфты при её установке на трубопроводе [8]. Совместные научные исследования, проведенные специалистами институтов «Севернипигаз», ЗАО «Новые технологии» и ООО «Севергазпром», привели к появлению ряда усовершенствованных ремонтных стеклопластиковых муфт типа РСМ с объединением достоинств существующих ремонтных конструкций. Современные муфты отличаются повышенной прочностью и относительно невысокой массой, что играет важное значение при установке муфт в трассовых условиях и исключает необходимость в тяжёлых подъемных кранах. Созданные образцы РСМ объединяют следующие схожие элементы: наличие в конструкции узла затяжки, выполненного из стальных деталей, и стеклопластикового полотна, силовая схема создания усилий натяжения на дефектном участке трубопровода, а также принцип взаимодействия концевых участков полотна с узлом затяжки с исключением появления изгибающих моментов во всех деталях муфты. Отличия образцов РСМ заключено в конструктивных исполнениях узла затяжки и в технологиях изготовления полотна муфты. Данные отличия отвечают задачам, выполняемым муфтами, и определяются от диаметра трубопровода. Для муфт, монтируемых на трубопроводы диаметром менее 720 мм, технологии изготовления полотна основываются на пропитке эпоксидным связующим тканевой основы из стекломатериалов. Прочность полотна в этом случае достигает 200 МПа, что Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов достаточно для обеспечения герметичности сквозных дефектов и усиления дефектных участков на газоконденсатопроводах. На трубопроводах диаметром менее 720 мм используют одноразъемные муфты с одним узлом затяжки (См. рисунок 5). Рисунок 5 - Узел затяжки муфты РСМ-530 [10] Муфты, монтируемые на трубопроводы диаметром более 720 мм, изготавливают по специальным технологиям. Полотно муфты создается путем однонаправленной намотки стеклошнура на специальный шаблон в растянутом состоянии с последующей пропиткой эпоксидным связующим. При разрыве прочность полотна превышает 800 МПа. Данная конструкция муфты включает в себя два разъема и два узла затяжки. В каждом узле имеется от 3 до 4 болтов с левой и правой резьбой. Конструкция и технология двухразъемных стеклопластиковых муфт защищены двумя патентами на изобретения, описанными в стандарте предприятия ООО «Севергазпром». Помимо этого, были разработаны технические условия по РСМ для трубопроводов диаметром от 530 до 1420 мм [3]. Наиболее полно были проведены исследования РСМ-1220, установленных на трубопроводы диаметром 1220 мм . С 2003 по 2005 года произведены полигонные, заводские, а также натурные испытания, в результате которых были подтверждены большие потенциальные возможности РСМ для Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов ремонта дефектов газопроводов. Благодаря высокой прочности полотна муфты создается момент затяжки болтовых соединений на уровне 600 Нм и увеличивается прочность отремонтированного участка с трещиноподобным дефектом на 68-71% в режиме рабочего давления газа (5,4 МПа) и на 40% по предельному давлению. На конденсатопроводах диаметром 530 мм проблемой является ремонт сквозных дефектов при минимальных затратах времени для устранения течи. Для этого была разработана муфта РСМ - 530 с быстротой установкой, которая обеспечивается конструктивной особенностью узла затяжки - у муфты всего один разъем с двумя болтами. Проведенные полигонные испытания и лабораторные исследования подтвердили эффективность данной муфты как герметизирующего устройства при давлениях до 4,0 МПа. Все выявленные конструктивные недостатки узла затяжки были усовершенствованы с проведением испытаний в лабораторных условиях. В результате создания момента затяжки величиной 270 Нм было получено контактное давление 2,5 МПа, что позволит эффективно ремонтировать данной муфтой опасные трещиноподобные дефекты [9]. Наиболее целесообразным является установка муфт в комплекте с заделкой дефектов быстротвердеющими компаундами. Конструкция узла затяжки РСМ - 530 защищена патентом на полезную модель. Для расширения области применения двухразъемных муфт РСМ с однонаправленной намоткой были организованы и проведены полигонные и стендовые испытания труб диаметром 1020 и 1420 мм с рабочим давлением 7,4 МПа. Результаты данных испытаний легли в основу стандарта ОАО «Газпром» по стеклопластиковым муфтам с болтовой затяжкой. Для проведения стендовых испытаний муфт РСМ - 1020 была подготовлена труба длиной 6 м, диаметром 1020мм с толщиной стенки 14мм с искусственными дефектами, перекрытыми двумя муфтами с установкой на специальный упрочняющий компаунд. Испытания были проведены в ЦАГИ в городе Жуковский (См. рисунок 6). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 23 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов Рисунок 6 - Установка на трубу диаметром 1220 мм стеклопластиковой муфт РСМ-1220 [10] Главное отличие данных испытаний от проведённых ранее - циклический режим изменения давления количеством 11500 циклов в диапазоне от 0 до 7,4 МПа для определения ресурса дефектной трубы с установленными муфтами РСМ. Конструкция выдержала назначенный режим переменной нагрузки, ресурс конструкции превысил в 5-6 раз расчетное количество циклов до разрушения трубы. Муфты сохранили свои конструктивные параметры и обеспечили целостность трубы с глубокими дефектами [9]. Параллельно в городе Ухте на базе УАВР ООО «Севергазпром» были испытаны трубные плети с двумя муфтами РСМ – 1420 диаметром 1420мм и толщиной стенки 17 мм. Муфты были установлены на искусственные дефекты одинаковой длины от 205 до 215 мм с глубиной от 9 до 12 мм и различной ширины - 3, 10, 20 мм. Каждая из муфт перекрывала по три дефекта в верхней части трубы со следующими режимами нагрузки: ступенчатый подъем Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 24 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов давления до 8,5 МПа, циклическое изменение давления в диапазоне от 0 до 7,4 МПа и разрушающий подъем давления. Параметры НДС трубы с муфтами определялись на базе данных электрической тензометрии, которая была выполнена специалистами инженерно-технического центра ООО «Севергазпром». Одним из главных показателей эффективности муфт является отношение предельного разрушающего давления в трубопроводе с муфтами к расчетному давлению разрушения трубопровода без муфт. При эксплуатационном давлении 7,4 МПа коэффициент снижения кольцевых напряжений в трубе по центру ширины муфты был равен 1,71. Циклические нагружения давлением привели к небольшому изменению контрольных значений деформаций стеклопластика и трубы. При сопоставлении данных по первому и 201 циклу выяснилось, что значения деформаций стеклопластика увеличились - на 3,7 %, металла трубы на 0,3 %. В среднем на 15,7 % снизился момент затяжки болтов, что вызвано вероятнее всего перераспределением сил сцепления трубы с муфтой при циклическом воздействии давления. В результате подъема разрушающего давления до 13,14 МПа произошел разрыв стенки трубы под муфтой в самом глубоком дефекте (12,2 мм), при этом при установке муфты прочность дефектного металла трубы повысилась на 43,7%. Значительное упрочнение трубы было получено из-за увеличения толщины стеклопластикового полотна муфты с 7,2 мм до 12,0 и диаметра болтов с 24 мм до 27 мм (в сравнении с муфтой РСМ - 1220). Таким образом, современные стеклопластиковые муфты с болтовой затяжкой могут обеспечить необходимый высокий уровень защиты трещиноподобных дефектов в различных режимах циклической, предельной и эксплуатационной нагрузок [3]. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов 3.1.1 Ремонт с установкой стеклопластиковых муфт Данная технология обеспечивает не только повышенную прочность полотна муфты, но и задает конструктивную схему муфты в целом. Основным элементом технологии является однонаправленная намотка стеклоровинга с использованием специального оборудования. Полотно муфты образуют непрерывной намоткой ленты из стеклоровинга (стекложгута), пропитанного связующим (эпоксидным или полиэфирным клеем), на стальные круглые стержни. Полученная прочность полотна составляет 872 МПа, модуль упругости – 58700 МПа, плотность 1700 – 1800 кг/м3, что соизмеримо с прочностными показателями стали. До начала проведения ремонтных работ с использованием полимерных материалов выполняются следующие технологические операции: вскрытие трубопроводов; снятие изоляционного покрытия; визуальный осмотр дефектных зон трубы с измерением ее толщины стенки и глубины наиболее крупных каверн; 1 этап. Очистка дефектного участка трубопровода от изоляции и продуктов коррозии. Ремонтируемый участок трубопровода перед началом работ по монтажу муфты должен быть очищен от изоляции, грязи, продуктов коррозии (См. рисунок 7). Непосредственно перед установкой муфты произвести зачистку поверхности трубы в районе дефекта до полного удаления продуктов коррозии. Остальную поверхность под муфтой очистить до степени 4 по ГОСТ 9.402. Зачистку трубы на ремонтируемом участке рекомендуется проводить пескоструйным аппаратом, допускается механическая очистка металлической щеткой с помощью шлифмашинки или вручную, с применением химических реагентов 24 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов Рисунок 7 – Очистка и обезжиривание поверхности 24 Зачистку поверхности трубы вести с учетом того, что дефект должен располагаться в центре муфты. Ширина обрабатываемой зоны должна быть равна ширине муфты плюс 50 мм на каждую сторону (См. рисунок 8). Рисунок 8 - Подготовка места ремонта 24 2 этап. Подготовка муфты. Необходимо произвести распаковку муфты. Разложить комплектующие и полукольца муфт на полиэтилене или другой чистой сухой поверхности. Ввернуть в каждую полумуфту по 4 стяжки с левой резьбой на 1-2 витка (полумуфты и стяжки маркированы черной эмалью). Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов 3 этап. Выравнивание дефектов заподлицо с поверхностью трубы и нанесение клеевого состава. В соответствии с Руководством по приготовлению и использованию компаунда приготовить состав. Обезжирить поверхность трубы ацетоном. Дефектное место подлежит предварительному грунтованию компаундом посредством тщательного втирания. На подготовленную поверхность трубы с помощью жесткой кисти или шпателя нанести слой компаунда толщиной не более 2 мм. Монтаж муфты начать после нанесения на поверхности трубы слоя компаунда, следя за тем, чтобы состав равномерно покрыл все дефекты поверхности и около дефектную зону не менее 100 мм вокруг дефекта. Установка муфты производится до момента затвердевания компаунда, поэтому нанесение осуществляется непосредственно перед установкой муфты. Необходимо учитывать, что время схватывания и максимальный разовый объем приготовляемого состава зависит от температуры компонентов. Готовить состав необходимо в соответствии с руководством по приготовлению компаунда. Соотношение смоляной части компаунда к отверждающей составляет 2:1. Перед использованием компонентов состава последние тщательно перемешиваются до однородной консистенции, т.к. при хранении на дне тары возможно образование осадка. Шпателем из тары отбираются две массовые части смоляной составляющей и переносятся в кювету, и туда же добавляется одна часть отвердителя. Для этой цели используются два шпателя, один - для смоляной части, другой - для отвердителя. Тщательно перемешать составляющие не менее 3 минут, добиваясь получения однородной консистенции смеси. Количество приготовляемого компаунда зависит от площади и глубины ремонтируемого дефекта, исходя из времени живучести композиции. Не рекомендуется одноразово приготавливать более 1 кг компаунда, т.к. при этом возникают трудности с перемешиванием 24 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов Приготовленную композицию шпателем из кюветы нанести на ремонтируемое место. Первый слой тщательно втирается. Не использованную смоляную часть и отвердитель (оставшиеся в расфасовке) необходимо тщательно закрыть крышками и скрепить скотчем. Не допускается попадание влаги внутрь тары. Хранить компаунд в плотноупакованной таре в крытых складских помещениях. Не допускается попадание прямых солнечных лучей на компоненты состава. Использование компаунда после хранения при температуре ниже плюс 5 °С осуществляется после прогрева компонентов до температуры не выше плюс 25 °С. При нанесении клеевого состава критичным условием является температура трубы. Она не должна быть ниже минус 7 градусов. Но в редких случаях перекачиваемый продукт, бывает холоднее. Применяемый клеевой состав наносится очень легко, поэтому его равномерное нанесение на зачищенный ремонтируемый участок не составляет никаких проблем (См. рисунок 9). Рисунок 9 – Нанесение клеевого состава 24 4 этап. Монтаж муфты. Установить верхнюю полумуфту на трубу без зазоров в районе стеклопластикового полотна. Установить лебедку на верхнюю полумуфту, обнести грузовой крюк, с прикрепленным к нему канатом, вокруг трубы и Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов закрепить конец каната на неподвижном крюке лебедки. Завести нижнюю полумуфту между канатом и трубой. При помощи лебедки и каната стянуть полумуфты на трубе, затем концы стяжек с правой резьбой завести в отверстия осей до упора в гайки (полумуфты и стяжки маркированы, синей эмалью). Ввернуть стяжки в гайки на 3-4 оборота вручную, вращая их по очереди в направлении стрелок, нанесенных на концах полумуфт в районе осей. В случае необходимости производить легкие перемещения (покачивания) нижней полумуфты, используя эластичные свойства капронового каната. Демонтировать лебедку с капроновым канатом Вращая стяжки рожковым ключом стянуть полумуфты до устранения зазоров между трубой и стеклопластиковым полотном, затяжку стяжек производить попарно в соответствии со схемой: 1А-1Б, 2А-2Б, 3А-3Б, 4А-4Б (См. рисунок 10). 1А 2А 3А 4А 1Б 2Б 3Б 4Б Рисунок 10 - Схема затяжки болтов 24 Вращая гайку динамометрическим ключом, затянуть муфту с усилием, указанным в паспорте на изделие. Величина момента затяжки, каждого болта должна возрастать постепенно, причем угол поворота за один прием должен быть не более 1/4 оборота гайки с последующим переходом на следующее соединение. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов В процессе полимеризации компаунда производится дозатяжка болтов в течение 2-3 часов с удалением выдавливаемой массы компаунда. На резьбовые поверхности болтов и гаек нанести антикоррозионную пластичную смазку типа «Литол», «Солидол» и т.п. 5 этап.Изоляция отремонтированного участка. После установки оголенные участки трубопровода, края муфты и стяжки изолируются от воздействия окружающей среды битумной мастикой толщиной не менее 2 мм. Битумная мастика должна перекрывать изоляцию трубопровода и края муфты не менее чем на 100 мм. Оси полумуфт изготавливаются из нержавеющей стали. Они полностью электрически развязаны с трубопроводом. Муфты комплектуются болтами либо из нержавеющей стали, либо из высокопрочной стали, защищенными от коррозии гальваническими методами. 6 этап. Установка маркеров. По завершении гидроизоляции отремонтированного участка трубопровода на трубу устанавливается магнитный маркер, а в процессе засыпки шурфа над местом ремонта в толще грунта оставляется электромагнитный маркер. (См. рисунок 11) Рисунок 11 – Отремонтированный участок трубопровода 24 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 31 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов Рисунок 12 - М онтажа муфты при помощи лебедки 24 ЗАО «Новые технологии» провела испытания стеклопластиковых муфт (См. рисунок 12). В период с 2003 по 2005 года муфты РСМ прошли полный комплекс испытаний: заводских, стендовых, полигонных и натурных на трубных катушках диаметром от 530 до 1420 мм. Режимы нагрузки: повторно – статическое воздействие внутреннего давления среды вплоть до разрушения объекта и циклическое воздействие давления среды в диапазоне от 0 до 7,4 МПа с количеством циклов 11 500 [24]. В ходе выполнения работы был произведен расчет и сравнены практические и теоретические коэффициенты усиления каждого испытания. Результаты представлены в таблице 2. Таблица 1 - Полученные результаты усиливающего эффекта муфт при проведенных испытаниях. Тип муфты, Dн x δ, мм Момент затяжки, Нм. Размер болтов, (мм) Длина дефекта (мм) Средняя глубина дефекта, (мм) Средняя глубина дефекта, (%) Фактическое разруш. давление с муфтой, (МПа) К-т усил К-т усил. теор. Погре шность (%) РСМ- 530 530х8 350 М 20 190 5,14 64,25 14,22 1,89 1,95 3,11 РСМ- 720 720х11 450 М 24 220 6,29 57,18 19,13 1,88 1,78 5,54 РСМ-1020 1020х14 600 М 27 540 9,04 64,57 11,80 1,67 1,64 1,86 РСМ-1220 1220х12 450 М 24 215 8,01 66,75 6,76 1,25 1,32 5,3 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 32 Обзор современных ремонтных конструкций выборочного ремонта трубопроводов |