Материал: Технология металлов и трубопроводостроительных материалов. учебное пособие. Ткаченко Ю.С

3.4.3. Конструкция многослойных труб

Многослойные трубы собирают из обечаек, изготовленных по принципу плоской спирали Архимеда, и сваривают между собой двусторонними многослойными швами. Товарная труба длиной 11 — 11,6 м состоит из пяти многослойных обечаек и двух концевых обечаек с монолитной стенкой. Конструкция трубы показана на рис. 17.

Рис. 17. Схема многослойной трубы:/ — обечайки (4-слойные); 2 — концевые обечайки с монолитной стенкой; 3, 4 — наружный 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 строительства трубопроводов, а также повысить ремонтоспособность труб при эксплуатации газопроводов. Сборка труб из двух видов обечаек заметно осложняет технологию их изготовления 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 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 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 разгерметизации внутреннего слоя. Для того чтобы через дренажные отверстия в межслойные зазоры не попадала влага, способствующая коррозии, они должны быть законсервированы. В многослойных трубах закрытие дренажных отверстий осуществляется с помощью клапанов, конструкция которых обеспечивает выход газа из межслойного зазора, но препятствует проникновению туда влаги.

Технология изготовления многослойных обечаек должна обеспечивать плотную намотку с межслойным зазором не выше 0,1 мм. Требования к механическим свойствам основного металла труб и сварных соединений оговариваются техническими условиями.

Все сварные соединения и сплошность внутреннего слоя труб должны быть проконтролированы физическими неразрушающими методами.

3.5. Стандарты и технические характеристики труб

Трубные изделия, изготовляемые прокатной, прессованием, волочением или сваркой, стандартизованы ГОСТом или техническими условиями.

Стандарты и технические условия определяют размеры и техническую характеристику труб, химический состав металла, формы профиля, номинальные размеры и допускаемые пределы отклонений, механико-структурные свойства, внешний вид, правила испытаний, приемки, маркировки, упаковки и транспортировки.

Стандарты на трубы учитывают, в основном, технические возможности заводов—поставщиков и требования потребителей, причем ГОСТы периодически пересматриваются и ужесточаются на основе усовершенствования технологии изготовления труб, применения нового, более современного оборудования, позволяющего повысить требования к качеству труб.

Основные виды государственных стандартов на поставку труб следующие:

стандарты общих технических условий устанавливают технические требования к определенному виду труб, включая все требования к сортаменту, качественным характеристикам труб, правилам приемки и методам испытаний: стандарты сортамента определяют наиболее рациональные для народного хозяйства профили и размеры труб. В этих стандартах 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 основные технические требования к трубам широкого назначения. В них предусматриваются марки стали, механические свойства (временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение и ударная вязкость), требования к качеству поверхности, а также требования к технологическим испытаниям — гидравлическим давлением, сплющиванием, раздачей, загибом и др. В стандартах указываются правила приемки, специальные требования к маркировке, упаковке, транспортированию и хранению труб;

технические условия (ТУ) разрабатываются на изготовление 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. Требования, установленные с ТУ, должны быть не ниже требований действующих стандартов, распространяющихся на данную продукцию.

К числу стандарта на производство стальных труб относятся прежде всего сортаментные стандарты, определяющие рациональные для народного хозяйства профили и размеры труб. В этих стандартах устанавливаются диаметры для круглых труб и размеры сечения для профильных, толщина стенки, длина, допускаемые отклонения по геометрическим размерам и массе.

4. Перспективы повышения свойств стали и труб

В теоретических положениях, положенных в основу разработки новых типов стали для труб газопроводов, исходят из возможности управлять свойствами стали путем максимального измельчения ее структуры и субструктуры в процессе контролируемой прокатки и последующего ускоренного регулируемого охлаждения. Наряду с этим основным направлением будет совершенствоваться технология и развиваться производство термически упрочненных труб. Быстрому прогрессу, достигнутому металлургической промышленностью за последние годы, во многом способствовала совместная работа большой группы исследовательских организаций черной металлургии, газовой промышленности и строителей магистральных трубопроводов. 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 газопроводам.

Вязкость стали КСУ повысилась с 0,1—0,2 Мдж/м² при температуре—15°С до 0,8—1,2 МДж/м² при той же температуру Разработаны трубные стали с вязкостью 1,5—2 МДж/м² 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 характерней» стали труб, вязкости и хладостойкости.

Достигнуты большие успехи в повышении свойств стали труб при небольшом расходе легирующих элементов. С организацией массового выпуска современных малоперлитных сталей контролируемой прокатки для изготовления труб резко снизился интерес потребителей к трубам новых конструкций. Несмотря на большое число предложенных конструкций, техническая разработка до уровня промышленного апробирования выполнен» только для двухслойных спиралешовных труб и многослойных труб из обечаек. По-видимому, в перспективе нельзя ожидать; разработки новых конструкций труб, так как фактические рабочие параметры газонефтепроводов 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 трубо­проводов стоят новые задачи: обеспечить доставку угля и раз­личных руд к металлургическим заводам и электростанциям по» . трубопроводам. Следует отметить, что в этой области появляются интересные решения, например, транспортировка угольной пульпы высокой концентрации—75—80% угля, остальное — вода с небольшим количеством химических присадок. Это позволяет использовать такую пульпу как новый вид горючего. Начинают строиться трубопроводы для транспортировки обо­гащенных руд из карьеров на металлургические заводы. Новых назначения трубопроводов потребуют новых решений при производстве труб. Поскольку такие трубопроводы, по-видимому будут иметь меньшие рабочие параметры, чем современные газонефтепроводы, можно ожидать использования для их строительства также резинометаллических рукавов, которые могут изготавливаться непосредственно в полевых условиях в. виде бесконечной трубы. Возможно 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 разрушений. Этот метод относится только к магистральным газопроводам, где воз­можны протяженные разрушения как вязкого, так и хрупкого» характера. Идея установки на газопроводах 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 ограничивается шагом установки ограничителей. В газопроводах установка ограничителей означает сознательное допущение достаточно длинного разрыва. Такое решение весьма спорно, особенно для мощных магистральных газопроводов, ибо это означает не только возможность перебоев в снабжении промышленности энергией и сырьем, но и ведет к снижению безопасности эксплуатации газопроводов, так как радиус зоны поражения от оси газопровода может составлять 300 м и более.

Установка ограничителей разрушения может также привести к снижению активности металлургической промышленности в производстве современной высоковязкой стали для труб. При этом снизится темп повышения их характеристик, что затруднит процесс снижения расхода металла на строительство магистральных газопроводов, который систематически осуществлялся на протяжении последних почти 20 лет, и приведет к повышению их металлоемкости. Поэтому установка ограничителей разрушения целесообразна только в отдельных конкретных случаях для гарантированного исключения разрушения каких-либо особо ответственных узлов, переходов или других элементов трубопроводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Данное учебное пособие содержит в краткой форме сведения по курсу «Технология металлов и трубопроводостроительных материалов», которые соответствуют современным рациональным и распространенным в промышленности транспорта нефти и газа материалам для труб, методом оценки их работоспособности, конструкциям и технологии изготовления труб для магистральных газонефтепроводов.

В первой части пособия рассмотрены следующие разделы: оценка работоспособности металла труб газонефтепроводов. Классификация 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 большое количество 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 лет назад. Пособие будет полезно преподавателям, студентам, аспирантам, инженерно-техническим работникам, специализирующимся в области нефтегазового производства.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов: учебн. для машиностроит. спец. вузов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под. ред. Г.П. Фетисова. М. Высш. школа. 2001. 638с.

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. 1985.448 с.

3. Коннова Г.В. Оборудование транспорта и хранения нефти и газа: учеб. пособие для вузов / Г.В. Коннова. Ростов н/Д: Феникс, 2006. 128 с.

4. Тавастшерна Р.И. Технологические трубопроводы промышленных предприятий / Р.И. Тавастшерна, А.И. Бесман, В.С. Позднышев; под. ред. Р.И. Тавастшерна. М.: Стройиздат, 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 трубопроводов/М.П. Анучкин, В.Н. Горицкий, Б.И. Мерошниченко. 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 промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость: справочное пособие / А.Б. Айнбиндер. М.: Недра, 1991. 126 с.

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