Производство применение и защита труб

Спиральная сварка позволяет использовать лист одной ширины для производства труб различного диаметра, так как диаметр трубы определяется не только шириной полосы, но и углом подъема спирали. Для перевода стана спиральной сварки на изготовление труб другого диаметра требуется минимальное количество времени. Длина получаемых труб практически не ограничена. Трубы обладают высокой конструктивной прочностью — на 20...40 % выше прямошовных. Спирально-шовные трубы имеют более точные размеры и после сварки не требуют калибровки концов. Непрерывность процесса, минимальные производственные площади, небольшое количество обслуживающего персонала и высокая производительность труда сделали этот способ сварки наиболее прогрессивным для получения труб большого диаметра.

Станы спиральной сварки труб высокомобильны и могут быть установлены непосредственно на строительной площадке. Спиральной сваркой могут быть изготовлены трубы с соотношением d/s > 100. К недостаткам спиральной сварки следует отнести большую протяженность сварного шва и меньшую скорость сварки.

 

 

 

 

Рис. 7. Схема стана спиральной сварки труб: 1 — рулон; 2 —- стыковочная машина; 3 — дисковые ножницы; 4 — ролики; 5 — штанга; 6 — формующее устройство; 7 — сварочный автомат; 8 — отрезной; станок; 9 — труба

 

На станы спиральной сварки труб (рис. 7) лист поступает в рулонах массой 8... 15 т. После разматывания из рулона и правки лист подвергается поперечной резке на ножницах гильотинного типа. Стыковка и сварка концов двух полос совершается на стыковочной машине 2. Полоса вытягивается, протягивается через непрерывные дисковые ножницы для обрезки кромок под сварку и по роликам 4 подается в формующее устройство 6.

Для сварки применяют  три сварочные головки, ту же схему дуговой сварки под слоем флюса и того же состава, что и при сварке труб с прямым швом. Кромки полосы при их сближении в процессе формовки сваривают вначале внутренней сварочной головкой, подаваемой штангой 5. Наружную сварку выполняют через полвитка спирали в верхней точке трубы сварочным автоматом 7. Еще через полвитка в нижней точке трубы осуществляют вторую внутреннюю сварку. Наружная сварка осуществляется двумя электродами, один из которых питается постоянным током, а другой — переменным. Сваренную трубу 9'режут по 8... 14 м летучим отрезным станком 8, оборудованным двумя механизированными кислородными резаками.

Спиральные трубы подвергаются термическому упрочнению. Важным преимуществом  термического упрочнения готовых труб по сравнению с процессом их изготовления из термоупрочненной стали является то, что упрочнение готовых труб позволяет выровнять свойства основного металла и сварного соединения, снять остаточные сварочные напряжения и улучшить геометрию спирального сварного соединения. Термоупрочнение труб позволяет применять для их изготовления низколегированную сталь типа 171 ГС.

Технология термоупрочнения  состоит в нагреве труб под  закалку в проходных камерных печах, закалке труб в спреерном устройстве с орошением водой внутренней и наружной поверхностей, повторном нагреве труб во второй проходной газовой печи до температуры высокого отпуска, охлаждении на воздухе и при необходимости — калибровке концов труб.

Готовые трубы проходят испытание на гидравлических прессах с манжетным уплотнением без осевого сжатия.

Многослойные трубы в отличие от спиралешовных имеют более сложную конструкцию. Их собирают из обечаек, изготовленных по принципу спирали Архимеда, и сваривают между собой двухсторонними многослойными швами. Товарная труба имеет длину 11... 11,6 м, состоит из пяти многослойных обечаек и двух концевых обечаек с монолитной стенкой. Равнопрочность продольных швов многослойных обечаек обеспечивается проваром двух слоев, не считая продольных швов внахлест на наружной и внутренней поверхностях трубы.

Сборка труб из двух видов  обечаек заметно усложняет технологию изготовления и повышает их стоимость. В то же время установка по концам труб монолитных обечаек необходима для обеспечения герметичности торцов труб, повышения их поперечной жесткости и упрощения процесса прокладки трубопроводов, а также повышения ремонтоспособности труб при эксплуатации газопроводов.

В многослойных конструкциях труб особо жесткие требования предъявляются  к герметичности внутреннего  слоя, так как незначительная негерметичность, 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 очистительных поршней по газопроводу. Поэтому многослойные трубы должны иметь дренажные отверстия, проходящие от наружного до внутреннего слоя трубы. Эти отверстия (d= 10... 14 мм) предназначены для сброса давления из межслойного зазора в случае разгерметизации внутреннего слоя. Дренажные отверстия должны быть законсервированы для предотвращения появления коррозии в межслойных зазорах труб из-за попадания в них влаги. В многослойных трубах закрытие дренажных отверстий осуществляется с помощью клапанов, конструкция которых обеспечивает выход газа из межслойного зазора, но препятствует проникновению в него влаги.

Технология изготовления многослойных обечаек должна обеспечивать плотную намотку с межслойным зазором не более 0,1 мм. Все сварные соединения и сплошность внутреннего слоя труб должны быть проконтролированы физическими неразрушающими методами.

 

3 Свариваемость металлов и сплавов

 

При ремонте  подвижного состава сварке и наплавке подвергаются детали, изготовленные, в  основном, из конструкционных низкоуглеродистых, средне- и низколегированных прокатных и литых сталей. Углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали, оказывают существенное влияние на свариваемость и делят последнюю на четыре группы: хорошую, удовлетворительную, ограниченную и плохую свариваемость. Поэтому при разработке технологического процесса, прежде всего, нужно оценить свариваемость металла восстанавливаемого изделия и назначить (при необходимости) определенные операции, уменьшающие или исключающие отрицательное воздействие тех или иных компонентов на качество восстановленного слоя.

Свариваемостью  называется сочетание технологических  свойств металлов и сплавов, дающих возможность образовывать в процессе сварки или наплавки соединения и  слои, которые по своим свойствам  не уступают свойствам материала восстанавливаемого изделия.

Более всего  на свариваемость оказывают влияние  химический состав сплава, фазовая  структура и ее изменения в  процессе нагрева и охлаждения, физико-химические и механические свойства, активность реакций элементов и др.

В связи с тем, что параметров, характеризующих основной и присадочный (электродный) материалы, очень много, то свариваемость представляет комплексную характеристику, включающую чувствительность металла к окислению и порообразованию, соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным, реакцию на термические циклы, сопротивляемость образованию холодных и горячих трещин и т.д.

Из перечисленных  параметров наиболее существенным при  сварке и наплавке углеродистых и  низколегированных сталей является сопротивляемость образованию трещин.

Горячие трещины  чаще всего возникают при ослаблении деформационной способности металла  из-за появления в структуре легкоплавких хрупких эвтектик, дефектов кристаллического строения, внутренних и внешних напряжений.

Вероятность появления при сварке или наплавке горячих трещин можно определить по показателю Уилкинсона (H.C.S):

Условием появления  горячих трещин является Н.С.S. > 2. Так, например, при обычной сварке низколегированной стали трещины начинают возникать при Н.С.S. = 4.

Холодные трещины  чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и  зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после  сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент, которым можно пользоваться как показателем, характеризующим  свариваемость, при предварительной  оценке последней. Для этой цели имеется ряд уравнений. Наиболее распространенным и приемлемым для сталей, используемых на подвижном составе, является следующее:

(2.2)

В табл. 1 приведена классификация сталей по свариваемости в соответствии с величиной Сэ и меры по предотвращению или уменьшению вероятности появления трещин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Классификация сталей по свариваемости
Группа сталей	Свариваемость	Эквивалент     Сэ, %	Технологические меры
			подогрев		термообработка
			перед сваркой	во время сварки	перед сваркой	после сварки
1	Хорошая	< 0,2	-	-		Желательна
2	Удовлетворит.	0,2 - 0,35	Необходим	-	Желательна	Необходима
3	Ограниченная	0,35 - 0,45	Необходим	Желателен	Необходима	Необходима
4	Плохая	> 0,45	Необходим	Необходим	Необходима	Необходима

 

 

Если оценка свариваемости по показателю Сэ указывает на склонность стали к появлению холодных трещин, то необходимо предусмотреть предварительный подогрев детали. Температуру подогрева, °С, можно определить по формуле

где Соб - общий углеродный эквивалент,

где δ - толщина металла свариваемой детали, мм.

Температура сопутствующего сварке или наплавке подогрева зависит  от материала изделия и колеблется в среднем от 250 до 400° С.

Уменьшение  содержания водорода в наплавленном металле достигается улучшением защиты сварочной ванны от внешней среды, тщательной подготовкой поверхности перед наплавкой, прокаливанием присадочного материала и др.

При анализе  свариваемости не следует упускать из виду тот факт, что от воздействия значительных температур происходит разупрочнение термически упрочненных сталей. Таким образом, перед разработкой технологии сварки или наплавки следует определить свариваемость основного, присадочного металла и металла шва; вероятность появления трещин; разупрочнение сплава и назначить необходимые мероприятия для уменьшения или исключения нежелательных явлений.

 

4 Способы защиты труб

 

Объекты нефтегазовой промышленности эксплуатируются в течение продолжительного периода времени. Например, магистральные трубопроводы рассчитаны на несколько десятков лет эксплуатации. Срок эксплуатации трубопроводов во многом определяется их коррозионной стойкостью.

Коррозия металлов наносит  большой ущерб всем отраслям промышленности, в том числе связанным с  нефтегазовым комплексом. Этот ущерб связан:

• со стоимостью изготовления металлических конструкций, пришедших в негодность вследствие коррозионного разрушения;

• с безвозвратной потерей металла в виде продуктов коррозии-
• с косвенными убытками (остановкой предприятий из-за непоставки газа, потерей перекачиваемого газа, загрязнением окружающей среды и т.д.).

Продлить срок эксплуатации трубопроводов можно используя способы их защиты, которые широко применяются на практике:

• изоляция поверхности газонефтепроводов от контакта с внешней агрессивной средой с целью сведения к минимуму коррозии металла;
• применение электрозащиты подземных металлических сооружений;
• использование коррозионно-стойких материалов;
• воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности.

Изоляция поверхности. Основное условие борьбы с грунтовой коррозией подземных трубопроводов и воздушной коррозией надземных трубопродовов — предотвращение непосредственного контакта металла труб с агрессивной средой (первый способ защиты) , что достигается созданием на поверхности трубопровода специальной оболочки — изоляционного покрытия.

Изоляционные материалы  для защиты газонефтепроводов можно разделить на следующие группы: полимерные, битумные, лакокрасочные, стеклоэмалевые, цинковые, алюминиевые и др. Покрытия на основе этих материалов называются соответственно полимерными, битумными и т.д.

Изоляционное покрытие, как правило, многослойное и может  состоять из слоев различных материалов (например, битумно-резиновые) или слоев  одного материала (например, покрытие из полимерных лент, порошков или стеклоэмали, не считая грунтовки).

Тип и общая толщина  изоляционного покрытия зависят  от коррозионной активности грунта, характеризующегося определенным значением его электросопротивления, назначения трубопровода, наличия блуждающих токов и других местных условий.

Для защиты труб применяют  нормальный и усиленный типы изоляционных покрытий. Последний используют всегда при прокладке трубопроводов диаметром 1 020 мм и более в солончаковых и поливных почвах, на подводных переходах и поймах рек, на переходах через железные и автомобильные дороги и в других усложненных условиях прокладки.

Выбор материала для  изоляционного покрытия определяется комплексом предъявляемых к нему требований. Изоляционное покрытие не должно разрушаться в процессе укладки и засыпки трубопровода и должно надежно защищать его от коррозии в процессе эксплуатации. Поэтому покрытие должно быть плотным, прочным, обладать хорошей сцепляемостью {адгезией) с материалом трубопровода, высокой теплоустойчивостью и морозостойкостью, химической стойкостью, высоким электросопротивлением, не содержать водорастворимых примесей, быть стойким против насыщения влагой (набухания) и т.д.