Материал: Технологический процесс современных способов сварки нефтепроводов

 16 градусов,  25 кПа.

Предельные касательные напряжения по контакту трубопровода с грунтом:

Сопротивление грунта продольным перемещениям отерзка трубопровода единичной длины:

.        Сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отерзка трубопровода единичной длины, , рассчитываем по формуле:

Момент инерции сечения трубопровода на рассматриваемом участке, м4, определим по формуле

Получили 2,5 < 20,26 МН - условие общей устойчивости выполняется со значительным запасом.

3. ОПЫТНО-ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Самый универсальный способ сварки это ручная электродуговая сварка, так же мировым лидером по производству комплексов и применению технологического процесса автоматической сварки в среде защитных газов неповоротных стыков магистральных нефте- и газопроводов является американская фирма «CRC-Evans AW».

Рассмотрим подробно автоматическую сварку в среде защитных газов с использованием комплексов CWS.02, автоматическую сварку в среде защитных газов проволокой сплошного сечения с использованием головок М220 Мод (М300) и ручную электродуговую сварку.

3.1 Автоматическая сварка в среде защитных газов с использованием комплексов CWS .02

Оборудование PWT CWS.02 фирмы «Pipe Welding Technology» предназначено для односторонней автоматической сварки в защитных газах сплошной или порошковой электродной проволокой неповоротных стыков труб диаметром 26 - 1220 мм.

Оборудование оснащено компьютерной системой управления, позволяющей программировать режимы сварки для разных пространственных положений, параметров и толщин стенок свариваемых труб и управлять работой сварочных головок.

Сварку корневого слоя производят на медной технологической подкладке, установленной между рядами жимков внутреннего центратора, входящего в состав оборудования.

Перед началом сварки разработанная для конкретного объекта технология вносится в компьютер, входящий в состав комплекса оборудования, записывается на носители специальной конструкции, которые устанавливаются в блоки управления процессом сварки, смонтированные на агрегатах питания.

Технологический процесс сварки неповоротных стыков труб с применением оборудования CWS .02 включает следующие основные операции:

-       раскладку труб на бровке траншеи;

-       обработку на торцах труб специальной разделки кромок кромкострогальными станками и зачистку участков поверхности труб прилегающих к торцам;

-       установку на торце каждой трубы направляющих поясов для сварочных автоматов;

-       просушку или предварительный подогрев концов труб;

-       сборку стыка;

-       автоматическую сварку стыка.

Трубы или трубные секции укладывают на инвентарных лежках под углом 15 - 20 градусов к оси траншеи таким образом, чтобы обеспечивалась возможность обработки торцов кромкострогальными станками. Для этого высота инвентарных лежек должна обеспечивать расстояние между грунтом и нижней образующей поверхности трубы не менее 450 мм.

В процессе раскладки необходимо провести осмотр труб.

Обработку торцов труб следует производить специальными кромкострогальными станками, входящими в состав оборудования.

При зашлифовке продольных швов толщина стенки не должна быть выведена за пределы минусового допуска.

После обработки кромок следует зачистить с помощью шлифмашинки до чистого металла участок внутренней поверхности трубы, прилегающей к торцу, на расстоянии 5 мм от торца по всему периметру.

После обработки следует зашлифовать наружное усиление заводского продольного или спирального шва на длине от торца 10 мм таким образом, чтобы его величина на торце была в пределах 0,5 - 1,0 мм.

Установку поясов производят с помощью шаблонов, задающих одинаковое расстояние поясов от торца трубы. Пояс устанавливается на торец трубы, обращенный в сторону движения сварочно-монтажной колонны.

Предварительный подогрев (просушку) концов труб следует производить наружными или внутренними кольцевыми газовыми подогревателями. Допускается также применение специализированных установок для индукционного нагрева торцов.

Температура стыка в момент начала сварки должна быть не менее температуры предварительного подогрева или 50 °С в случае просушки.

Контроль температуры подогрева следует производить на расстоянии 10 - 15 мм от торца трубы не менее чем в трех точках, равномерно расположенных по периметру.

Сборку стыка следует производить на специальном внутреннем пневматическом центраторе, входящем в состав комплекса оборудования. Центратор устанавливают таким образом, чтобы медная технологическая подкладка находилась в плоскости стыка.

Перед началом работ следует произвести с помощью газовой горелки просушку медного подкладного кольца путем нагрева его секторов до температуры 20 - 50 °С.

Стык следует собирать без зазора. Допускаются локальные зазоры не более 1,0 мм. В случае, если при сборке не удается закрыть зазор в стыке, то рекомендуется собрать стык таким образом, чтобы локальные зазоры, величиной не более 1,0 мм, располагались в верхней части стыка.

Распределенное смещение кромок в собранном стыке рекомендуется допускать не более 2 мм. Если распределенное смещение кромок выше 2 мм и качество сборки не может быть улучшено поворотом стыкуемой трубы вокруг горизонтальной оси, то следует заменить трубу, подаваемую на сборку.

После сборки стыка следует простучать его по всему периметру кувалдой с ударной частью из цветного металла для более плотного прилегания зазоров медного подкладного кольца к внутренней поверхности трубы. Зазоры между элементами медного подкладного кольца и внутренней поверхностью трубы не должны превышать 0,5 мм.

Монтаж трубопровода следует проводить на инвентарных деревянных лежках. Для удобства работы операторов-сварщиков величина просвета между образующей поверхности трубы должна составлять не менее 0,5 м.

Сварку всех слоев шва производят «на спуск». На стыке при сварке каждого слоя работают два автомата.

Параметры режима сварки каждого слоя предварительно запрограммированы и записаны на картриджах специальной конструкции, вставленных в блоки управления каждого агрегата питания. Перед началом сварки конкретного слоя сварщик-оператор с помощью переключателя, установленного на сварочной головке, задает порядковый номер свариваемого стыка.

В процессе сварки стыка сварщик имеет возможность с пульта дистанционного управления корректировать положение электродной проволоки поперек стыка, вылет, и в узких пределах амплитуду колебаний электродной проволоки и напряжение на дуге.

Сварку корневого слоя выполняют снаружи трубы. Формирование сварного шва происходит на медной технологической подкладке, установленной на раторе.

Сварку корневого шва на участках с зазорами следует производить при увеличенном (до 15 мм) вылете электродной проволоки. При этом сварку корневого слоя следует производить в следующей последовательности:

-       произвести сварку участков стыка, собранных без зазора;

-       произвести сварку участков стыка с зазорами.

3.2 Автоматическая сварка в среде защитных газов проволокой сплошного сечения с использованием головок М220 Мод (М300)

Система М220 Мод (М300) предназначена для односторонней автоматической сварки неповоротных стыков труб в среде защитных газов проволокой сплошного сечения и порошковой проволокой и рекомендуется к применению при реализации в полевых условиях комбинированной технологии сварки труб диаметром 426 - 1220 мм. Рекомендуемая область применения: сварка непротяженных участков линейной части нефтепроводов, участков подводных переходов, стыков захлестов, толстостенных соединений труб с деталями трубопроводов и т.п.

Процесс автоматической сварки корневого слоя шва в среде защитных газов методом STT головками М220 Мод (М300) состоит из следующих основных операций:

-       осмотр кромок и неизолированных участков наружной поверхности труб, исправление или вырезка участков труб с поверхностными дефектами. Расстояние от грунта до нижней образующей трубы, размещенной на лежках, должно быть не менее 450 мм.

-       зачистка до чистого металла на ширину не менее 10 - 15 мм прилегающих к торцам внутренней и наружной поверхности труб. Следует зашлифовать наружное усиление заводского продольного или спирального шва на длине 10 - 15 мм от торца, таким образом, чтобы его высота на торце была в пределах 0,5 - 1,0 мм.

-       установка на торцах труб направляющих поясов с помощью специального шаблона. Направляющие пояса следует устанавливать на торец трубы, обращенный в сторону движения монтажной колонны.

-       предварительный подогрев стыка. В том случае, если подогрев не требуется, следует произвести просушку торцов труб путем нагрева до +20...50°С при наличии следов влаги или наледи на кромках. Замер температуры осуществлять не менее чем в 3-х точках по периметру стыка на расстоянии 10 - 15 мм от торцов труб.

-       сборка стыка. Сборка производится без прихваток на внутреннем гидравлическом центраторе. Зазор должен составлять 2,1 - 2,4 мм в верхней части периметра стыка и 2,4 - 3,0 мм - на остальном периметре стыка. Наружное смещение должно быть распределено по периметру стыка. Величина наружного смещения кромок - не более 2,0 мм.

-       установка сварочных головок, корректировка их положения и проверка настройки параметров режима сварки. Настройка основных параметров режима должна производиться заблаговременно на пульте управления головки М220 Мод (М300) и на источнике Инвертек СТТ- II. В процессе работы выполняется периодический контроль параметров режима и технического состояния сборочно-сварочного оборудования.

-       сварка корневого слоя шва на параметрах режима. Сварка осуществляется двумя сварочными головками, при этом каждая сваривает один из полупериметров труб;

-       запиливание начала и окончания сварного шва после сварки первого полупериметра шва шлифкругом толщиной 2,5 - 3,0 мм.

-       тщательная обработка шлифкругом поверхности корневого слоя.

3.3 Ручная электродуговая сварка

Ручная дуговая сварка - это сварка покрытым металлическим электродом. Является наиболее старой и универсальной технологией дуговой сварки.

Технология ручной дуговой сварки подразумевает собой метод, при использовании которого сварочный ток (постоянный или переменный) подводится, непосредственно, от источника питания к электроду и изделию для образования, а также поддержания электрической дуги.

Чтобы выполнить сварку необходимо иметь в распоряжении аппарат для сварки труб, это может быть:

-       Сварочный трансформатор.

-       Сварочный инвертор.

-       Сварочный выпрямитель.

Под действием электрической дуги - металлический стержень электрода расплавляется.

После чего - расплавленный металл, в форме отдельных капель, которые покрыты шлаком, проходит в сварочную ванну, где происходит его смешивание с основным металлом, в результате чего расплавленный шлак всплывает.

При плавлении покрытия электрода вокруг дуги, а также над сварочной ванной начинает образовываться газовая атмосфера, которая оттесняет воздух из зоны сварки, чтобы предотвратить его взаимодействие с расплавленным металлом.

Газовая атмосфера насыщена парами легирующих элементов основного металла и электродного металла.

Техника ручной дуговой сварки способствует зажиганию дуги кратковременным касанием электрода свариваемого изделия.

Чаще всего, зажигание дуги происходит прямым отрывом электрода впоследствии короткого замыкания или скользящим движением конца электрода.

Ручная дуговая сварка труб имеет ряд достоинств:

Во-первых, при применении данной технологии появляется возможность выполнения сварочных работ в местах, имеющих ограниченный доступ.

Во-вторых, он обеспечивает возможность производить работы в любых пространственных положениях.

Также при выполнении данных работ можно осуществлять сварку практически для любых сталей, в силу широкого выбора марок электродов.

4. ПЛАНОВО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Расход электроэнергии на сварку в общем виде определяются по формулам

Эсв= + Рх.х(τ-T), кВт.ч (4.1.1)

где: U - напряжение сварочной дуги, принимаемое по технологическому режиму, В;- сила тока (определяется замером или по технологическому режиму), А;- время горения дуги,ч;

Ƞ - КПД источника питания дуги (определяется по паспортным данным);

 - мощность холостого хода источника питания дуги (определяется опытным путем. При сварке на переменном токе расход электроэнергии на холостой ход незначителен и им можно пренебречь), кВт;

τ - полное время работы источника дуги (определяется расчетом), ч.

Время горения дуги для наплавки 1 кг металла определяется по формуле:

= , ч (4.1.2)

где: - коэффициент наплавки, представляющий собой количество металла в граммах, наплавляемого за 1 час горения дуги при J=1А (при электросварке на переменном токе электродами с толстым покрытием kн= 6 - 18 г/(А.ч), при автоматической электросварке под флюсом kн= 11 - 24 г/(А.ч)).

Расход электроэнергии при ручной дуговой электросварке определяется на 1 кг наплавляемого металла по формуле:

Эр= , кВт.ч (4.1.3)

где: Сх - коэффициент, учитывающий потери холостого хода источника питания (при переменном токе и при питании аппарата через сварочный трансформатор и отключении его на холостом ходу коэффициент Сх может быть принят равным 1; на постоянном ходе Сх=1,17).

Вес наплавленного металла подсчитывается по формуле:

н= F*L* , кг (4.1.4)

где: F - площадь поперечного сечения шва, см2;- длина шва, см;

 - удельный вес наплавленного металла (для малоуглеродистых сталей = 7,8 г/см3).

Таблица 4.1.1 - Удельный расход электроэнергии при ручной дуговой электросварке, автоматической и полуавтоматической, электрошлаковой сварке