УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ТРУБОПРОВОДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ОСНОВНОЕ. Учебное пособие Воронеж 2015
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
3.4.3. Конструкция многослойных труб Многослойные трубы собирают из обечаек, изготовлен- ных по принципу плоской спирали Архимеда, и сваривают между собой двусторонними многослойными швами. Товарная труба длиной 11 — 11,6 м состоит из пяти многослойных обе- чаек и двух концевых обечаек с монолитной стенкой. Конст- рукция трубы показана на рис. 17. 102 Рис. 17. Схема многослойной трубы:/ — обечайки (4-слойные); 2 — концевые обечайки с монолитной стенкой; 3, 4 — наруж- ный и внутренний продольные нахлесточные сварные швы с проваром на два слоя; 5 —дренажное отверстие диаметром 10—14 мм (по два на каждой обечайке) Установка по концам труб монолитных патрубков имеет целью обеспечить герметичность торцов труб, повысить их поперечную жесткость с целью улучшения процесса строи- тельства трубопроводов, а также повысить ремонтоспособ- ность труб при эксплуатации газопроводов. Сборка труб из двух видов обечаек заметно осложняет технологию их изго- товления и повышает стоимость. Равнопрочность продольных швов обечаек обеспечивается проваром двух слоев, не считая захлеста (см. рис. 17). В многослойных конструкциях труб особо жесткие требования предъявляются к герметичности внутреннего слоя, так как даже незначительная негерметич- ность, например из-за наличия пор, приводит к накоплению сжатого газа в межслойном зазоре. При остановке газопровода (сбросе давления) происходит выпучивание внутреннего слоя, что препятствует пропуску очистных поршней по газопроводу. Многослойные конструкции должны иметь дренажные отверстия, проходящие от наружного до внутреннего слоя. Дренажные отверстия диаметром 10—14 мм предназначаются для сброса давления из межслойного зазора в случае разгерме- тизации внутреннего слоя. Для того чтобы через дренажные отверстия в межслойные зазоры не попадала влага, способст- 103 вующая коррозии, они должны быть законсервированы. В многослойных трубах закрытие дренажных отверстий осуще- ствляется с помощью клапанов, конструкция которых обеспе- чивает выход газа из межслойного зазора, но препятствует проникновению туда влаги. Технология изготовления многослойных обечаек должна обеспечивать плотную намотку с межслойным зазором не вы- ше 0,1 мм. Требования к механическим свойствам основного металла труб и сварных соединений оговариваются техниче- скими условиями. Все сварные соединения и сплошность внутреннего слоя труб должны быть проконтролированы физическими неразру- шающими методами. 3.5. Стандарты и технические характеристики труб Трубные изделия, изготовляемые прокатной, прессовани- ем, волочением или сваркой, стандартизованы ГОСТом или техническими условиями. Стандарты и технические условия определяют размеры и тех- ническую характеристику труб, химический состав металла, формы профиля, номинальные размеры и допускаемые преде- лы отклонений, механико-структурные свойства, внешний вид, правила испытаний, приемки, маркировки, упаковки и транспортировки. Стандарты на трубы учитывают, в основном, техниче- ские возможности заводов—поставщиков и требования потре- бителей, причем ГОСТы периодически пересматриваются и ужесточаются на основе усовершенствования технологии из- готовления труб, применения нового, более современного оборудования, позволяющего повысить требования к качеству труб. Основные виды государственных стандартов на по- ставку труб следующие: стандарты общих технических условий устанавли- вают технические требования к определенному виду труб, 104 включая все требования к сортаменту, качественным характе- ристикам труб, правилам приемки и методам испытаний: стандарты сортамента определяют наиболее рациональные для народного хозяйства профили и размеры труб. В этих стандар- тах устанавливают диаметр труб или размеры сечения для профильных труб, толщина стенки, допускаемые отклонения по геометрическим размерам, овальности, разностенности и кривизне и т.п.; стандарты технических требований определяют ос- новные технические требования к трубам широкого назначе- ния. В них предусматриваются марки стали, механические свойства (временное сопротивление, предел текучести, отно- сительное удлинение и ударная вязкость), требования к каче- ству поверхности, а также требования к технологическим ис- пытаниям — гидравлическим давлением, сплющиванием, раз- дачей, загибом и др. В стандартах указываются правила при- емки, специальные требования к маркировке, упаковке, транс- портированию и хранению труб; технические условия (ТУ) разрабатываются на изготов- ление и поставку труб при отсутствии в государственных стандартах технических условий, распространяющихся на данную продукцию, а также при необходимости дополнения или ужесточения свойств изделий в этих стандартах. Требова- ния, установленные с ТУ, должны быть не ниже требований действующих стандартов, распространяющихся на данную продукцию. К числу стандарта на производство стальных труб отно- сятся прежде всего сортаментные стандарты, определяющие рациональные для народного хозяйства профили и размеры труб. В этих стандартах устанавливаются диаметры для круг- лых труб и размеры сечения для профильных, толщина стенки, длина, допускаемые отклонения по геометрическим размерам и массе. 105 4. ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ СВОЙСТВ СТАЛИ И ТРУБ В теоретических положениях, положенных в основу разра- ботки новых типов стали для труб газопроводов, исходят из возможности управлять свойствами стали путем максимально- го измельчения ее структуры и субструктуры в процессе кон- тролируемой прокатки и последующего ускоренного регули- руемого охлаждения. Наряду с этим основным направлением будет совершенствоваться технология и развиваться производ- ство термически упрочненных труб. Быстрому прогрессу, дос- тигнутому металлургической промышленностью за последние годы, во многом способствовала совместная работа большой группы исследовательских организаций черной металлургии, газовой промышленности и строителей магистральных трубо- проводов. Достигнутый за 15-20 лет прогресс в производстве стали для труб хорошо иллюстрируют следующие цифры. Временное сопротивление металла труб повысилось с 500— 540 до 600— 650 МПа, еще более повысился предел текучести. Хладостойкость стали, т. е. температура перехода металла в хрупкое состояние, снизилась с 5—0 до —15, —20° С и даже до —30° С при оценке ее применительно к магистральным га- зопроводам. Вязкость стали КСУ повысилась с 0,1—0,2 Мдж/м 2 при температуре—15°С до 0,8—1,2 МДж/м 2 при той же темпе- ратуру Разработаны трубные стали с вязкостью 1,5—2 МДж/м 2 и более Дальнейшее улучшение свойств труб и повышение их комических показателей будет достигаться при решении комплексных мероприятий. Можно ожидать, что основное внимание будет уделено уменьшению расхода легирующих добавок полному исключению таких дефицитных элементов, как молибден, при некотором повышении прочностных ха- рактерней» стали труб, вязкости и хладостойкости. Достигнуты большие успехи в повышении свойств стали труб при небольшом расходе легирующих элементов. С ор- 106 ганизацией массового выпуска современных малоперлитных сталей контролируемой прокатки для изготовления труб рез- ко снизился интерес потребителей к трубам новых конструк- ций. Несмотря на большое число предложенных конструк- ций, техническая разработка до уровня промышленного ап- робирования выполнен» только для двухслойных спирале- шовных труб и многослойных труб из обечаек. По-видимому, в перспективе нельзя ожидать; разработки новых конструк- ций труб, так как фактические рабочие параметры газонеф- тепроводов уже близки к оптимальным. К тому же развитие производства труб будет определяться технико- экономическими показателями транспортировки продуктов по трубопроводам, запасами газа и нефти, которые далеко не бесконечны. Однако перед строителями и службами эксплуатации тру- бопроводов стоят новые задачи: обеспечить доставку угля и различных руд к металлургическим заводам и электростанци- ям по» . трубопроводам. Следует отметить, что в этой области появляются интересные решения, например, транспортировка угольной пульпы высокой концентрации—75—80% угля, ос- тальное — вода с небольшим количеством химических при- садок. Это позволяет использовать такую пульпу как новый вид горючего. Начинают строиться трубопроводы для транс- портировки обогащенных руд из карьеров на металлургиче- ские заводы. Новых назначения трубопроводов потребуют новых решений при производстве труб. Поскольку такие тру- бопроводы, по-видимому будут иметь меньшие рабочие па- раметры, чем современные газонефтепроводы, можно ожи- дать использования для ихстроительства также резинометал- лических рукавов, которые могут изготавливаться непосред- ственно в полевых условиях в. виде бесконечной трубы. Воз- можно применение спиралешовых труб, изготавливаемых в поле, и другие решения. Повышение надежности магистральных газопроводов может быть обеспечено путем снижения протяженности разрушений при аварии, за счет установки ограничителей 107 разрушений. Этот метод относится только к магистральным газопроводам, где возможны протяженные разрушения как вязкого, так и хрупкого» характера. Идея установки на газо- проводах ограничителей разрушений высказана довольно давно, однако реального применения они пока не находят. Идея установки ограничителей разрушений принадлежит поставщикам труб и направлена на снижение требований к стали труб. Длина распространения разрушения ограничива- ется шагом установки ограничителей. В газопроводах уста- новка ограничителей означает сознательное допущение дос- таточно длинного разрыва. Такое решение весьма спорно, особенно для мощных магистральных газопроводов, ибо это означает не только возможность перебоев в снабжении про- мышленности энергией и сырьем, но и ведет к снижению безопасности эксплуатации газопроводов, так как радиус зо- ны поражения от оси газопровода может составлять 300 м и более. Установка ограничителей разрушения может также при- вести к снижению активности металлургической промышлен- ности в производстве современной высоковязкой стали для труб. При этом снизится темп повышения их характеристик, что затруднит процесс снижения расхода металла на строи- тельство магистральных газопроводов, который систематиче- ски осуществлялся на протяжении последних почти 20 лет, и приведет к повышению их металлоемкости. Поэтому уста- новка ограничителей разрушения целесообразна только в от- дельных конкретных случаях для гарантированного исключе- ния разрушения каких-либо особо ответственных узлов, пере- ходов или других элементов трубопроводов. 108 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Данное учебное пособие содержит в краткой форме сведения по курсу «Трубопроводостроительные материалы», которые соответствуют современным рациональным и распро- страненным в промышленности транспорта нефти и газа мате- риалам для труб, методом оценки их работоспособности, кон- струкциям и технологии изготовления труб для магистральных газонефтепроводов. В пособии рассмотрены следующие разделы: оценка работоспособности металла труб газонефтепроводов, класси- фикация сталей для труб магистральных газонефтепроводов, конструкциям и методам их изготовления. Особое внимание уделено перспективным направлениям разработки материалов и конструкций труб для современных газонефтепроводов. В учебном пособии содержится определенное количе- ство иллюстративного и справочного материала. Данная работа существенно восполнит имеющуюся в настоящее время информацию по трубопроводостроительным материалам. Существующая научная и учебно-методическая литература издана, в основном, более 10-15 лет назад. Пособие будет полезно преподавателям, студентам, аспирантам, инже- нерно-техническим работникам, специализирующимся в об- ласти нефтегазового производства. 109 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов: учебн. для машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фети- сов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под. ред. Г.П. Фети- сова. М.: Высш. шк. 2001. 638 с. 2. Технология конструкционных материалов: учебн. для машиностроит. спец. вузов/А.Н. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.Н. Барсукова и др.; под. ред. А.Н. Дальского. М.: Машиностроение, 1985. 48 с. 3. Коннова Г.В. Оборудование транспорта и хране- ния нефти и газа: учеб. пособие для вузов / Г.В. Коннова. Рос- тов н/Д: Феникс, 2006. 128 с. 4. Тавастшерна Р.И. Технологические трубопрово- ды промышленных предприятий / Р.И. Тавастшерна, А.И. Бес- ман, В.С. Позднышев; под. ред. Р.И. Тавастшерна. М.: Строй- издат, 1991. 665 с. 5. Зимовец В.Г. Совершенствование производства стальных труб / В.Г. Зимовец, В.Ю. Кузнецов. М.: МИСиС, 1996. 480 с. 6. Погорельский В.И. Контролируемая прокатка / В.И. Погорельский, Д.А. Лмитвиненко, Ю.И. Матросов. М.: Металлургия, 1974. 261 с. 7. Анучкин М.П. Трубы для магистральных трубо- проводов / М.П. Анучкин, В.Н. Горицкий, Б.И. Мерошничен- ко. М.: Недра, 1986. 231 с. 8. Алиев Р.А. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Р.А. Алиев, В.Д. Белоусов. М.: Недра, 1988. 367 с. 9. Айнбиндер А.Б. Расчет магистральных и промы- словых трубопроводов на прочность и устойчивость: справоч. пособие / А.Б. Айнбиндер. М.: Недра, 1991. 126 с. 110 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 3 1. Условия работы металла труб газонефтепроводов и методы оценки их работоспособности 6 1.1. Особенности работы металла в трубопроводах 6 1.2. Некоторые данные о разрушениях труб на газонефтепроводах 11 1.3. Методы оценки сопротивления металла труб разрушению 12 1.3.1. Определение ударной вязкости на стандартных образцах 15 1.3.2. Испытания полнотолщинных образцов 16 1.4. Методика проведения натурных испытаний отрезков газопровода 21 2. Стали для труб газонефтепроводов 24 2.1. Основные понятия о стали 28 2.1.1. Производство стали 28 2.1.2. Непрерывная разливка стали 30 2.1.3. Влияние слоистости стали на сопротивляемость разрушению металла труб 32 2.1.4. Контролируемая прокатка стали 34 2.2. Углеродистые стали 36 2.3. Низколегированные феррито-перлитные стали 44 2.3.1. Влияние химических элементов на свойства феррито-перлитных сталей 45 2.3.2. Основные марки феррито-перлитных сталей для труб нефтегазопроводов 52 2.4. Стали контролируемой прокатки 59 2.4.1. Отечественные марки сталей контролируемой прокатки 61 2.4.2. Стали контролируемой прокатки импортной поставки 64 2.5. Перспективы производства сталей для труб мощных газопроводов 69 111 3. ТРУБЫ 76 3.1 Бесшовные трубы 77 3.2. Сварные трубы 80 3.2.1. Прямошовные трубы диаметром 530—1420 мм 80 3.2.2. Спиралешовные трубы диаметром 530—1420 мм 86 3.2.3. Сварные трубы диаметром менее 530 мм 89 3.3. Спиралешовные термоупрочненные трубы 91 3.4. Сварные трубы специальных конструкций 93 3.4.1. Двухслойные спиралешовные трубы 95 3.4.2. Многослойные трубы 99 3.4.3. Конструкция многослойных труб 101 3.5. Стандарты и технические характеристики труб 103 4. Перспективны повышения свойств стали и труб 105 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 103 112 Учебное издание Ткаченко Юрий Сергеевич ТРУБОПРОВОДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В авторской редакции Компьютерный набор Ю.Э. Симоновой Подписано к изданию 10.07.2015. Объем данных 625 Кб. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14 |