Технология ремонта локальных повреждений трубопроводов

2

Схема работы стенки нефтепровода

Повреждения нефтепроводов

Транспортировка труб

Сборка при монтаже

ЭксплуатацияТехнологические сварочные дефекты

Внутреннее давление

Продольное напряжение

Кольцевое напряжениеИзгиб трубы

Технология ремонта нефтепроводовЛокальные дефекты Протяженные дефекты

Муфтаhд > 0,2tн

Lд.о > πDн/6

Шлифовкаhд ≤ 0,2tн

Заваркаhд > 0,2tн

tост ≥ 5 ммS ≤ 80x80 мм2

Заплатаhд > 0,4tн

dд > 100 мм

Патрубокdд > 100 мм

Чопhд = tн

dд < 2tн

3

Врезка катушки

hд - глубина дефекта; dд – диаметр дефектаtн – номинальная толщина стенкиtост - остаточная толщина стенкиS – площадь поверхности дефектаDн – наружный диаметр трубыLд.о - длина дефекта в окружном направлении

Трубы ремонтируемого участка трубопроводов

Катушки

4

Конструкции и технологии установки чопов

Головка чопа

Уплотняемая часть чопа

Установочная часть чопа

Стенка трубы

Гладкий чоп Резьбовой чоп

Чопы не используются за рубежом, их применение рассмотрено только в трудах российских ученых (Хромченко Ф.А., Ладыжанский А.П., Зандберг А.С.).

5

Гладкие и резьбовые чопы, собранные под сварку

Поперечные сечения лабораторных образцов с чопами

Конструкции лабораторных образцов с типовыми видами чопов

1 2

3 4

5 6

Вырезанные образцы Испытательная машина SCHENCK с максимальным усилием 900 кН.

6

Испытания лабораторных образцов чопов

7

Результаты анализа циклической прочности чопов на лабораторных образцах

Макрошлифы образцов с чопами после испытаний

Трещины длиной 0,5 и 0,8 мм

Трещин нет Трещины длиной 0,8 и 1,2 мм

Трещины длиной 4,1 и 2,2 мм

Трещины длиной 4,2 и 4,4 мм

Трещины длиной 8,1 и 15 мм (сквозная)

Оценка прочности выполнена по наличию и длине усталостных трещин.Опасность разрушения после ремонта зависит от конструкции и размеров чопа.

1 2 3

4 5 6

Рекомендуемые виды конструкции и технологии установки чопов

Чоп с головкойЧоп с разделкой

8Задача: определить рациональные размеры конструкции и технологии приварки чопов с разделкой и с головкой по критериям долговечности

Головка чопа

Стенка трубы

Разделка

d - диаметр отверстияt - толщина стенки трубы

Dг - диаметр головкиh - высота головкиК – катет шва

Два типа ориентации концентратора в корне шва:

тип 1 - по толщине трубы тип 2 - вдоль поверхности

Классификация конструкций чопов по ориентации концентратора в корне шва

9

10

Компьютерное моделирование процесса приварки чопа с головкой

Схема установки чопа с головкой при ремонте нефтепровода

Сетка конечных элементов и раскладка валиков для чопа с головкой

11

Теплофизические свойства фазовых составляющих стали К60

Теплопроводность Теплоемкость

Аустенит

Перлит, Бейнит

12

Рассчитанный сварочный термический цикл для точки B рядом со швом

Сопоставление рассчитанной зоны проплавления с макрошлифом натурного образца

Зона проплавления

B

13

Механические характеристики стали К60 (шов Э50А)

Модуль упругости при сдвиге

Объемный модуль упругости Свободная температурно-структурная деформация

Предел текучести

1. Аустенит2. Перлит шва3. Бейнит шва 4. Перлит основного

металла 5. Бейнит основного

металла

Аустенит

Перлит, Бейнит

Скорость роста трещин в стали К60

Зависимость роста трещины за 10 000 циклов от размаха коэффициента интенсивности напряжения

14

Результаты экспериментальных исследований

l Δl

Рост менее 2 мм

Рост более 20 мм

15

Эпюры сварочных напряжений

После 7-го (корневого) валика

После 10-го валика

После завершения сварки

σ1

σ1

σ1,

16

Анализ остаточных напряжений после приварки чопа с головкой и напряжений от рабочего давления

1) Остаточное напряжение

2) Остаточное напряжение +

напряжение от рабочего давления

3) После разгрузки

Напряжение от рабочего давления (без учета остаточных напряжений)

σ1

σ1

σ1,

17

Сетка конечных элементов осесимметричной модели и раскладка валиков для чопа с разделкой.

Компьютерное моделирование процесса приварки чопа с разделкой

Форма проплавления и изотермы максимальных температур, достигнутых в процессе сварки чопа с разделкой в сопоставлении с макрошлифом натурного образца

Зона проплавления

18

Анализ остаточных напряжений после приварки чопа с разделкой и напряжений от рабочего давления

1) Остаточное напряжение

2) Остаточное напряжение + напряжение от

рабочего давления

3) После разгрузки

Напряжение от рабочего давления (без учета

остаточных напряжений)

σ1σ1

σ1,

Рекомендуемые конструкции чопа

D - диаметр ремонтируемого отверстия, t – толщина стенки трубы

19

• Чоп с головкой является универсальной конструкцией и может использоваться для герметизации отверстий диаметром от 8 до 40 мм.

• Чоп с разделкой имеет более узкое применение – для герметизации отверстий диаметром от 8 до 20 мм.

Рекомендуемые соотношения размеров чопов

Чоп с головкой Чоп с разделкой

Изготовление натурных образцов (технология)

20

Способ сварки - ручная дуговая сварка электродами с покрытием основного типа (Э50А по ГОСТ 9467 или Е7016 по AWS A5.1). Диаметр электродов – от 3,0 до 3,2 мм.Сварочный ток – 90…120 А.

Изготовление натурных образцов (чоп с разделкой)

21

Изготовление натурных образцов (чоп с разделкой)

22

Изготовление натурных образцов (чоп с разделкой)

23

Изготовление натурных образцов (чоп с разделкой)

24

Изготовление натурных образцов (чоп с разделкой)

25

Изготовление натурных образцов (чоп с головкой)

26

Изготовление натурных образцов (чоп с головкой)

27

Изготовление натурных образцов (чоп с головкой)

28

Изготовление натурных образцов (чоп с головкой)

29

Изготовление натурных образцов (чоп с головкой)

30

Изготовление натурных образцов

31

32

Испытания натурных образцов

Максимальное давление

Минимальное давление

Статическое давление

10 000 циклов

2 часа

Нагружение натурных образцов труб с чопами

33

Шлиф чопа с разделкой поперек оси трубы – обнаружена трещины длиной 0,71 мм

Фотографии шлифов, вырезанных из испытанных чоповШлиф чопа с головкой поперек оси трубы –

трещины не обнаружены

Разработанные конструкции вошли в нормативный документ и применяются для ремонта трубопроводов диаметром до 1220 мм с давлением до 10 МПа

Спасибо за внимание