Материал: Технологический процесс современных способов сварки нефтепроводов

Технологический процесс современных способов сварки нефтепроводов

ВВЕДЕНИЕ

Нефтепровод - инженерно-техническое сооружение трубопроводного транспорта, предназначенное для транспорта нефти потребителю.

Конструкция, к которой относится нефтепровод, особо опасный вид конструкций, так как транспортировка нефти осуществляется под давлением.

Актуальностью тематики дипломного проекта является то, что сварка нефтепроводов - основной и наиболее ответственный этап в технологическом процессе строительства трубопроводов, определяющий надежность всей трубопроводной системы в период эксплуатации.

На современном этапе развития сварочного производства в связи с развитием научно-технической революции резко возросло изучение свариваемых толщин, материалов, видов сварки. В настоящее время сваривают материалы толщиной от несколько микрон до нескольких метров.

Современные способы строительства магистральных трубопроводов и резервуарных конструкций позволяют в значительной степени механизировать процессы сварки и более широко применять сварочные автоматы и полуавтоматы.

Цель дипломного проекта заключается в разработке технологического процесса современных способов сварки нефтепроводов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

.        Рассмотреть характеристику нефтепровода;

.        Выполнить расчетно-технологическую часть;

.        Произвести проверку прочности и устойчивости трубопровода;

.        Дать характеристику современным способам сварки.

В состав дипломного проекта входят:

.        Теоретическая часть;

.        Расчетно-технологическая часть;

.        Опытно-экспериментальная часть;

.        Планово-экономическая часть;

.        Техника безопасности.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Развитие в улучшении качества прокладываемых магистральных трубопроводов, транспортирующих нефть и газ, не стояло на месте. За несколько лет было разработано ряд инноваций в сфере повышения коррозионной стойкости сварных труб. Заключаются они в том, что изготовленные трубы изнутри обрабатываются специальным антикоррозионным покрытием, которое на долгое время может обеспечить бесперебойную работу магистралок, по сравнению с трубой без данного покрытия. Сварные трубы, подвергающиеся подобной обработке, получили название «Трубы с внутренним полимерным покрытием» или коротко - ППТ. Гладкое полимерное покрытие внутри трубы позволяет довольно значимо увеличить скорость транспортировки жидкости в трубопроводах.

Технологический процесс сборки и сварки ППТ труб на монтаже отличен от сборки и сварки обычных труб. В виду своей специфичности и особой технологии изготовления, трубы ППТ имеют на концах увеличенный диаметр относительно основного. Данное утолщение применено для возможности использования вставных втулок внутрь трубы, которые предназначены для защиты сварных соединения от попадания на них транспортируемых, агрессивных к металлу веществ - нефти или газа.

Самым дешевым и экологически безопасным способом транспортировки нефти являются нефтепроводы. Нефть в них движется со скоростью до 3 м/сек под воздействием разницы в давлении, создаваемой насосними станциями. На расстоянии в 10-30 километров в трубопроводах размещают задвижки, позволяющие перекрыть отдельные участки при аварии. Внутренний диаметр труб, как правило, составляет от 100 до 1400 миллиметров. Их делают из высокопластичных сталей, способных выдержать температурные, механические и химические воздействия. Постепенно все большую популярность обретают трубопроводы из армированного пластика. Они не подвержены коррозии и обладают практически неограниченным сроком эксплуатации.

Поскольку применение трубопроводов экономически выгодно, а работают они в любую погоду и в любое время года, это средство транспортировки нефти действительно незаменимо - особенно для России, с ее огромными территориями и сезонными ограничениями на использование водного транспорта.

По своему назначению нефте- и нефтепродуктопроводы можно разделить на следующие группы:

-       промысловые - соединяющие скважины с различными объектами и установками подготовки нефти на промыслах;

-       магистральные - предназначенные для транспортировки товарной нефти и нефтепродуктов из районов их добычи производства или хранения до мест потребления;

-       технологические - предназначенные для транспортировки в пределах промышленного предприятия или группы этих предприятий различных веществ, необходимых для ведения технологического процесса или эксплуатации оборудования.

По магистральным нефтепроводам нефть и нефтепродукты транспортируются на значительные расстояния, нередко до 2000 км и более. Диаметр магистрального нефтепровода от 200 до 1220 мм.

Основные параметры магистрального нефтепровода: протяжённость, производительность, диаметр, давление и число перекаченных станций. Первые два параметра задаются, остальные определяются расчётом.

Наиболее экономичными считаются трубы диаметром 900-1000 мм и выше. Основное внимание при эксплуатации нефтепроводов уделяется повышению их пропускной способности путём ввода новых промежуточных перекаченных станций, расширения и реконструкции действующих объектов.

Настоящая Инструкция регламентирует вопросы сварки нефтепроводов следующими способами и технологическими вариантами:

-       ручной электродуговой сваркой покрытыми электродами;

-       полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа проволокой сплошного сечения;

-       полуавтоматической сваркой самозащитной порошковой проволокой;

-       автоматической сваркой под флюсом;

-       автоматической сваркой в среде защитных газов проволокой сплошного сечения с использованием комплексов CRC - Evans AW;

-       автоматической сваркой в среде защитных газов с использованием комплексов CWS .02;

-       автоматической сваркой в среде защитных газов проволокой сплошного сечения с использованием головок П-200;

-       автоматической сваркой в среде защитных газов проволокой сплошного сечения с использованием головок М220 Мод;

-       автоматической сваркой в среде защитных газов порошковой проволокой с использованием головок М220 Мод (М300);

-       ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

2. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ручной электродуговый сварка трубопровод

2.1 Характеристика нефтепровода

Нефтепровод обеспечивает транспорт нефти и ее производных продуктов по трубам.

Конструкция, к которой относится нефтепровод, особо опасный вид конструкций, так как транспортировка нефти осуществляется под давлением.

Нефтепровод является одним из самых экономичных способов перемещения большого количества нефти или газа по земле. Такие конструкции делаются из стальных или пластиковых патрубков, внутренний диаметр которых разнится от 10 до 120 см.

Стали, применяемые для нефтепроводов, делятся на два вида - углеродистые и низколегированные, поставляемые в соответствии проката, и углеродистые и низколегированные, поставляемые после термической обработки.

2.2 Характеристика ручной электродуговой сварка

Рассмотрим один из самых распространенных способов ручная электродуговая сварка. Так как ручная электродуговая сварка выполняется в трассовых условиях, то подвода электроэнергии нет, и поэтому в данной работе выбран генератор ГД-2х2501 двухпостовой и выпрямитель ВД-405.

Для нефтепровода применяем марку электрода ЛБ-52У диаметром 3,0 мм для сварки корневого слоя и диаметром 4,0 мм для заполняющих и облицовочного слоев с основным типом покрытия.

Сварка производится двумя сварщиками и выполняется непрерывно до полного заполнения разделки стыка.

Ручную дуговую сварку выполняют в 2-4 слоя, благодаря чему плотность сварочного шва возрастает, а провар корня шва оказывается более глубоким. Первый слой должен иметь вогнутую поверхность и обеспечивать провар корня стыка. Последующие слои должны сплавляться с предыдущими и с кромками стыка. Последний облицовочный слой должен иметь плавный переход к основному металлу и мелкочешуйчатую поверхность.

.3 Методы контроля качества

Для качественного создания сварных швов необходимо выполнить визуально-измерительный контроль качества, радиационный и ультразвуковой.

Визуально-измерительный контроль качества основан на получении первичной информации о контролируемом объекте при визуальном наблюдении или с помощью оптических приборов и средств измерений. Шаблон УШС-1 (универсальный шаблон сварщика) служит для измерения зазора между кромками свариваемых деталей.

Перед проведением визуального контроля поверхность в зоне контроля должна быть очищена от ржавчины, окалины, грязи, краски, масла, брызг металла, и других загрязнений, препятствующих осмотру.

Дефекты, обнаруженные при визуальном контроле, должны быть устранены до проведения контроля другими методами.

Радиационный контроль качества основан на регистрации и последующем анализе определенного вида ионизирующего излучения, взаимодействующего с контролируемым изделием.

Сущность радиационного контроля заключена в том, что материалы, подвергаемые такому исследованию, поглощают генерируемое специальной аппаратурой излучение по-разному.

Фиксируя изменения интенсивности прошедшего излучения, радиаци-онный контроль выявляет точное местоположение всевозможных дефектов. Он успешно обнаруживает различные трещины, несплошности, «раковины», инородные включения и так далее.

Ультразвуковой контроль сварных соединений и материалов основывается на возможности ультразвука распространятся в контролируемом изделии, отражаясь от границ материалов и внутренних дефектов. Он является эффек-тивным способом выявления дефектов сварных швов и металлических изделий, залегающих на глубинах от 1-2 миллиметров до 6-10 метров.

2.4 Проверка прочности и устойчивости трубопровода

Проверка прочности подземных трубопроводов ведется согласно п.8.23 СНиП 2.05.06-85* [4].

Проверку на прочность подземных трубопроводов в продольном направлении производим из условия

где:  продольное осевое напряжение от расчетных нагрузок и воздействий, МПа;

 коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб при растягивающих осевых продольных напряжениях ( принимаемый равным единице, при сжимающих ( определяемый по формуле

где:  расчетное сопротивление растяжению, МПа;

где: n - коэффициент надежности по нагрузке, n=1,10;

 номинальная толщина стенки трубы, мм.

Продольные осевые напряжения определяются по формуле 1.7:

Так как продольные осевые напряжения сжимающие (, то коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определим используя формулу 2.4.3:

Получили

Таким образом, условие прочности выполняется.

2.4.1 Проверка на предотвращение недопустимых пластических деформаций подземного трубопровода

Расчет нефтепровода на пластические деформации ведется по методике отраженной в п.8.6 СНиП 2.05.06-85* [4].

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных и наземных (в насопи) трубопроводов проверку необходимо производить по двум условиям:

где:  максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, МПа;

 коэффициент учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях ( принимаемый равным единице, при сжимающих ( определяемый по формуле

где:  кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления, МПа, определяемые по формуле:

Значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий:

где: ρ - минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, м.

Определим кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления:

Положительное значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий:

Отрицательное значение продольного напряжения от нормативных нагрузок и воздействий (при замыкании трубопроводов в холодное время):

Принимаем в дальнейшем расчете большее по модулю значение:

Так как принятое значение то рассчитаем значение коэффициента  по формуле 2.4.1.3

Коэффициент учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб:

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций (в насопи) трубопроводов производим проверку по условиям:

Условия проверки на недопустимые пластические деформации выполняются.

2.4.2 Проверка общей устойчивости трубопровода

Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы будем производить из условия