CN113199201B - 修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒及加工、修复方法 - Google Patents

修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒及加工、修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒及加工、修复方法，通过扣合在三通主管与对接钢管之间环焊缝缺陷上的两个套筒组件，其中两个所述套筒组件相对扣合固定形成套筒本体，保证了在管道不停输状态下修复三通支管连接环焊缝部位出现的缺陷，套筒本体的内壁孔的轮廓与三通主管与对接钢管外壁轮廓对应设置，避免套筒本体的内壁无法与三通主管外壁和对接管的外壁完全贴合，提高了套筒本体对三通主管与对接钢管之间连接的环焊缝缺陷的密封。

Description

修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒及加工、修复方法
技术领域
本发明涉及油气输送管道修补技术领域，具体为修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒及加工、修复方法。
背景技术
在油气输送管网中，三通是管道连接部位不可缺少且用量较大的重要管道结构件之一，通常用于改变管道方向、改变管径大小、进行管道分支、局部加强、实现特殊连接等用途。由于三通使用位置及其自身结构的特殊性，它在服役过程中不仅要承受内压，往往还要承受弯矩、扭矩、轴向力等作用。三通结构的特殊性以及承受载荷的复杂性，导致其成为管道系统中应力集中程度较高、受力状况较复杂的构件。通常情况下，我国三通设计采用较为保守的安全系数，其结构强度所留安全余量较大，例如，与D1219×26.4㎜ X80钢管相连接的三通壁厚达58㎜。因此，三通在承受较大应力以及多种载荷的情况下，其主管连接环焊缝和支管连接环焊缝将成为薄弱区域，一旦出现缺陷，将成为失效的高发部位。
目前，在现有二十多种管道缺陷修复方法中，换管和B型套筒修复作为两种永久性修复方法，经常被国内外管道运营公司用于管道缺陷修复。然而，当采用换管作业时，不仅会导致整个管线停输，造成下游用户天然气供应中断，还必须将缺陷管道所处两个阀室之间几十公里管道中的天然气全部排空，造成巨大的经济损失。而采用B型套筒修复时，则可以在管道不停输状态下进行缺陷修复，具有成本低、效果好、可靠性高的特点。此外，相比复合材料、A型套筒、环氧套筒等修复方法仅能承受环向载荷，B型套筒修复方法不仅能承受环向载荷，而且还可以承受轴向及弯曲载荷。同时，由于B型套筒端部通过环向角焊缝与被修复的钢管相连，密封性较好，还适用于修复管道服役过程中出现的泄漏缺陷。
传统B型套筒通常包括上、下对称的两块半圆筒状弧板，安装时，首先需要将其扣盖在待修复钢管上、下两侧并将缺陷包裹起来，然后再通过两条纵向焊缝将两个半圆筒焊接成一个完整圆筒，最后需要通过圆筒端部的两条环向角焊缝将套筒与待修复钢管焊接在一起，但是传统B型套筒只能用于修复外部轮廓横截面接近圆形的钢管类构件。然而，三通主管上半部分因壁厚增厚，主管外部轮廓横截面并非一个标准的圆形。将图1所示的三通沿着平面W方向将主管切开，所得三通主管横截面示意图如图2所示。三通主管横截面的下半部分（CBDHFG）接近半个标准的圆环形，但三通主管横截面的上半部分（CADHEG）相对于下半部分（CBDHFG）出现了壁厚增厚，并非半个标准的圆环型。图2中2条虚线分别表示以下半部分为基准的三通内部轮廓几何圆和外部轮廓几何圆，由图2可以看出，三通主管横截面上半部分壁厚增厚包括向外增厚的CADI部分和向内增厚的GEHJ部分,增厚的两部分均呈月牙形，且外增厚比内增厚多，且三通在肩部A位置壁厚达到最大值。因此，三通主管上半部分的外部轮廓横截面不是标准的半圆形，而是呈月牙形凸起形貌；三通主管下半部分的外部轮廓横截面则是标准的半圆形。因此，若采用传统B型套筒进行三通主管对接环焊缝修复，则会在三通主管一侧出现很大的间隙，无法实现套筒内壁与三通主管外壁的正常贴合。
其次，传统B型套筒只能用于修复缺陷两侧外部轮廓相同的同心钢管类构件。由于三通主管上半部分壁厚比下半部分大，为尽量减小三通主管与对接钢管焊接后对三通主管流量的影响，三通主管端部内壁进行倒圆时，所倒圆形内孔的上半部分轮廓将会尽量选择在靠近三通主管内壁位置。而三通主管与钢管对口时，一般以三通主管端部内壁为基准，因此，三通主管端部加工的钝边离三通主管内壁较近，离三通主管外壁较远，如图3所示。由于三通主管上半部分壁厚比下半部分壁厚大，同时主管端部加工的钝边更靠近三通主管内壁，导致对接钢管的轴心不在三通肩部与底部的中心位置，在高度方向上出现了“偏心Δh”，如图4所示。此外，环焊缝左侧对接钢管与右侧三通主管的外部轮廓也不相同，如图5和图6所示。因此，传统B型套筒不能用于三通主管对接环焊缝的修复。
发明内容
针对现有技术中传统套筒的内壁无法与三通主管外壁和对接管的外壁完全贴合存在无法对三通主管和对接管缺陷的环焊缝实现密封的问题，本发明提供修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒及加工、修复方法，该套筒结构简单，加工方便，有效的对三通管与对接管环焊缝缺陷进行修复，提高了修复管道的密封性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒，包括上下扣合在三通主管与对接钢管之间环焊缝缺陷上的两个套筒组件；其中两个所述套筒组件相对扣合固定形成套筒本体；所述套筒本体的内壁孔的轮廓与三通主管与对接钢管外壁轮廓对应设置，实现了套筒本体对三通主管与对接钢管之间连接的环焊缝缺陷的密封。
优选的，套筒本体的内壁孔包括对接管安装孔和三通主管安装孔；所述对接管安装孔扣合在对接钢管上，三通主管安装孔扣合在三通主管上。
进一步的，三通主管上半部分外部轮廓横截面呈月牙形凸起形貌，三通主管下半部分外部轮廓横截面呈半圆形，所述三通主管安装孔的内孔结构与三通主管1的外轮廓对应设置。
进一步的，三通主管的管端直径小于管壁直径，管壁与管端之间呈楔形面，所述三通主管安装孔的孔端口的直径小于孔径，孔端口与孔壁之间呈楔形面；所述三通主管安装孔的内壁与三通主管的外壁对应设置。
更进一步的，三通主管的管端与对接钢管的管端大小对应设置，所述三通主管安装孔的孔端口与对接管安装孔的孔端口大小对应设置。
优选的，包括第一套筒和第二套筒；第一套筒和第二套筒的套筒本体均由两个套筒组件扣合形成。
进一步的，第一套筒的筒体结构与对接钢管和三通主管连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置。
进一步的，第二套筒的管体呈圆柱体状，第二套筒的内孔结构与对接钢管和三通主管连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置。
修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，基于上述所述的套筒，包括如下步骤，
利用3D扫描仪对三通主管与对接钢管之间待修复环焊缝处的连接管体进行3D扫描，以获取对接钢管和三通主管的外部轮廓图和轮廓参数；
对获取的对接钢管和三通主管的外部轮廓图和轮廓参数进行放大，使放大前、后的外部轮廓产生间隙；
将获得的放大后的外部轮廓作为待加工模具的内壁轮廓进行加工，加工时应将模具分割成两个套筒组件的代加工品；
对两个套筒组件的代加工品分别进行热压成型，精加工后得到的两个套筒组件成品。
修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的修复方法，基于上述所述的套筒，包括如下步骤，
将两个套筒组件分别扣合于待修复三通主管与对接钢管环焊缝缺陷上，两个套筒组件完成对口，形成套筒本体；对口时应尽量使套筒本体两侧分别与对接钢管和三通主管贴合，随后进行局部位置调整，使得套筒本体的内壁与对接钢管和三通主管环焊缝缺陷处的管体外轮廓贴合；
将两个套筒组件扣合形成的两条扣合线通过对接焊缝焊接固定在一起；
将套筒本体靠近对接钢管的一端通过角焊缝与对接钢管焊接在一起，将套筒本体靠近三通主管的一端通过角焊缝与三通主管焊接在一起，完成三通主管环焊缝缺陷修复。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒，通过扣合在三通主管与对接钢管之间环焊缝缺陷上的两个套筒组件，其中两个所述套筒组件相对扣合固定形成套筒本体，保证了在管道不停输状态下修复三通支管连接环焊缝部位出现的缺陷，套筒本体的内壁孔的轮廓与三通主管与对接钢管外壁轮廓对应设置，避免套筒本体的内壁无法与三通主管外壁和对接管的外壁完全贴合，提高了套筒本体对三通主管与对接钢管之间连接的环焊缝缺陷的密封。
进一步的，套筒本体的内壁孔包括对接管安装孔和三通主管安装孔；所述对接管安装孔套在对接钢管上，三通主管安装孔套在三通主管上，其中三通主管的管端直径小于管壁直径，管壁与管端之间呈楔形面，三通主管安装孔的孔端口的直径小于孔壁直径，孔端口与孔壁之间呈楔形面；三通主管安装孔的内壁与三通主管的外壁对应设置，使得三通主管安装孔与三通主管的外壁实现完全贴合；三通主管的管端与对接钢管的管端大小对应设置，所述三通主管安装孔的孔端口与对接管安装孔的孔端口大小对应设置，提高了三通主管与对接钢管之间的连接性，保证了套筒本体对三通主管与对接钢管的密封性。
进一步的，三通主管上半部分外部轮廓横截面呈月牙形凸起形貌，三通主管下半部分外部轮廓横截面呈半圆形，所述三通主管安装孔的内孔结构与三通主管的外轮廓对应设置，提高了对三通主管外轮廓结构的修复性和适用性。
进一步的，两种套筒均由两个套筒组件扣合形成，满足三通主管对接环焊缝缺陷的修复使用。
更进一步的，第一套筒的筒体结构与对接钢管和三通主管连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置，减少加工成本。
更进一步的，第二套筒的管体呈圆柱体状，第二套筒的内孔结构与对接钢管和三通主管连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置，提高修复稳定性，便于加工。
修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，通过3D扫描仪获取对接钢管和三通主管的外部轮廓图和轮廓参数，再放大外部轮廓图和轮廓参数进行作为待加工模具的内壁轮廓进行加工，加工时应将模具分割成两个套筒组件的代加工品；对两个套筒组件的代加工品分别进行热压成型，精加工后得到的两个套筒组件成品，加工方法简单，成本低，适用性强。
修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的修复方法，通过将两个套筒组件分别扣合于待修复三通主管与对接钢管环焊缝缺陷上，两个套筒组件完成对口，形成套筒本体；对口时应尽量使套筒本体两侧分别与对接钢管和三通主管贴合，随后进行局部位置调整，使得套筒本体的内壁与对接钢管和三通主管环焊缝缺陷处的管体外轮廓贴合；高了套筒本体对三通主管与对接钢管之间连接的环焊缝缺陷的密封，最后通过焊接将套筒本体焊接在三通主管与对接钢管之间连接的环焊缝缺陷处，提高了套筒本体对三通主管与对接钢管之间连接的环焊缝缺陷处的修复稳定性，该修复方法操作简单，经济可靠。
附图说明
图1为现有技术中三通管道的结构示意图；
图2为图1中W部分的剖面图；
图3为图1中W部分的钝边位置示意图；
图4为三通主管与对接钢管“偏心”示意图；
图5为现有技术中三通主管与对接管缺陷处焊接修复的结构示意图；
图6为现有技术中三通主管与对接管缺陷处焊接修复放大示意图；
图7为本发明中第一套筒扣合修复三通主管与对接管之间缺陷的结构示意图；
图8为本发明套筒本体的第一套筒的结构示意图；
图9为本发明发中第一套筒扣合修复三通主管与对接管之间缺陷的放大示意图；
图10为本发明中第二套筒扣合修复三通主管与对接管之间缺陷的结构示意图；
图11为本发明套筒本体的第二套筒的结构示意图；
图12为本发明实施例中的上半部分套筒组件模具水平方向剖面图；
图13为本发明实施例中的上半部分套筒组件模具垂直方向剖面图；
图14为本发明实施例中的下半部分套筒组件模具水平方向剖面图；
图15为本发明实施例中的下半部分套筒组件模具垂直方向剖面图。
图中：1-三通主管；2-对接钢管；3-套筒本体。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供了修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒，如图7所示，包括扣合在三通主管1与对接钢管2之间环焊缝缺陷上的两个套筒组件；其中两个所述套筒组件相对扣合固定形成套筒本体3；所述套筒本体3的内壁孔的轮廓与三通主管1与对接钢管2外壁轮廓对应设置，实现了套筒本体3对三通主管1与对接钢管2之间连接的环焊缝缺陷的密封。
三通主管1上半部分外部轮廓横截面呈月牙形凸起形貌，三通主管1下半部分外部轮廓横截面呈半圆形，所述三通主管安装孔的内孔结构与三通主管1的外轮廓对应设置，三通主管1的上半部分外的厚度大于下半部分的厚度。套筒本体3的内壁孔包括对接管安装孔和三通主管安装孔；所述对接管安装孔套在对接钢管2上，三通主管安装孔套在三通主管1上。
其中，三通主管1的管端直径小于管壁直径，管壁与管端之间呈楔形面，所述三通主管安装孔的孔端口的直径小于孔壁直径，孔端口与孔壁之间呈楔形面；所述三通主管安装孔的内壁与三通主管1的外壁对应设置。
三通主管1的管端与对接钢管2的管端大小对应设置，所述三通主管安装孔的孔端口与对接管安装孔的孔端口大小对应设置。
本发明提供了修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒，包括第一套筒和第二套筒；第一套筒和第二套筒的套筒本体均由两个套筒组件扣合形成，如图8和图11所示。
根据图7、图8和图9所示，第一套筒的筒体结构与对接钢管2和三通主管1连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置。
根据图10和图11所示，第二套筒的管体呈圆柱体状，第二套筒的内孔结构与对接钢管2和三通主管1连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置。
其中，修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，通过上述所述的套筒，包括如下步骤，
利用3D扫描仪对三通主管1与对接钢管2之间待修复环焊缝处的连接管体进行3D扫描，以获取对接钢管和三通主管的外部轮廓图和轮廓参数；
对获取的对接钢管2和三通主管1的外部轮廓图和轮廓参数进行放大，使放大前、后的外部轮廓产生间隙为T+g，其中T为用于加工套筒的钢板壁厚，g为套筒内壁与对接钢管或三通主管外部轮廓之间的间隙；
将获得的放大后的外部轮廓作为待加工模具的内壁轮廓进行加工，加工时应将模具分割成两个套筒组件的代加工品；
对两个套筒组件的代加工品分别进行热压成型，精加工后得到的两个套筒组件成品。
修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的修复方法，通过上述所述的套筒，包括如下步骤，
将两个套筒组件分别扣合于待修复三通主管1与对接钢管2环焊缝缺陷上，两个套筒组件完成对口，形成套筒本体3；对口时应尽量使套筒本体3两侧分别与对接钢管2和三通主管1贴合，随后进行局部位置调整，使得套筒本体3的内壁与对接钢管2和三通主管1环焊缝缺陷处的管体外轮廓贴合；
将两个套筒组件扣合形成的两条扣合线通过对接焊缝焊接固定在一起；
将套筒本体3靠近对接钢管2的一端通过角焊缝与对接钢管焊接在一起，将套筒本体3靠近三通主管的一端通过角焊缝与三通主管焊接在一起，完成三通主管环焊缝缺陷修复。
实施例
本发明中两个套筒组件相互配对但不对称，其中一个套筒组件呈半圆柱管状，另一个套筒组件呈半椭圆柱管状，两个套筒组件分别由两张厚度为T的钢板通过上、下模具热压成型而成。钢板的厚度T由公式（1）确定：
Figure 253720DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，T为钢板壁厚，mm；t为对接钢管壁厚，mm。
根据图12至图15所示，套筒本体3长边包括三部分，第一部分为用于扣盖在对接钢管2上的套筒部分，长度为L1，L1≥180mm；第二部分为用于扣盖在三通主管1上的套筒部分，长度为L3，L3≥180mm；第三部分为用于连接上述两部分的套筒变径过渡部分，长度为L2，L2≥80mm。
根据图12和图13所示，在位于三通主管1与对接钢管2之间环焊缝缺陷处上半部分的套筒组件中，扣盖在对接钢管2上的套筒部分为横截面呈半圆形的弧形钢板，弧形钢板的内径d1由公式（2）确定；扣盖在三通主管1上的套筒部分为横截面呈半个椭圆形的弧形钢板，弧形钢板的内壁轮廓比三通主管上半部分的外部轮廓略大，二者之间的间隙保持为g（g取值范围为5-10mm）。
Figure 702018DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，D1为对接钢管2的外径，mm；d1为套筒的半圆形弧形钢板的内径；g为套筒本体内壁与对接钢管外壁之间的间隙，取值范围为5-10mm。
根据图14和图15所示，位于三通主管1与对接钢管2之间环焊缝缺陷处下半部分的套筒组件中，扣盖在对接钢管2上的套筒部分为横截面呈半圆形的弧形钢板，弧形钢板的内径d1由公式（2）确定；扣盖在三通主管上的套筒部分同样为横截面呈半圆形的弧形钢板，弧形钢板的内径d2由公式（3）确定。
Figure 639013DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中：D2为三通主管下半部分的外径，mm；d2为套筒的半圆形的弧形钢板；g—套筒本体内壁与对接钢管外壁之间的间隙，取值范围为5-10mm。
根据图12和图13所示，位于三通主管1与对接钢管2之间环焊缝缺陷处上半部分的套筒组件中的变径过渡部分的水平倾斜角θ为变量，θ在图2中A点上方T+g处达到最大值α，在图2中C、D两点上方T+g处达到最小值β。下方异形套筒结构件中的变径过渡部分的水平倾斜角常量，其值等于β。水平倾斜角最大值α、水平倾斜角最小值β，分别由公式（4）、（5）计算确定：
Figure 565380DEST_PATH_IMAGE004
(4)
其中，LOA三通横截面上OA的长度，mm；g—套筒内壁与三通主管外壁之间的间隙，取值范围为5-10mm；T—套筒壁厚，mm；
Figure 786277DEST_PATH_IMAGE005
(5)
其中，LOC三通横截面上OC（或OB或OD）的长度，mm；g—套筒内壁与三通主管外壁之间的间隙，取值范围为5-10mm；T—套筒壁厚，mm。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，所述套筒包括上下扣合在三通主管（1）与对接钢管（2）之间环焊缝缺陷上的两个套筒组件；其中两个所述套筒组件相对扣合固定形成套筒本体（3）；所述套筒本体（3）的内壁孔的轮廓与三通主管（1）和对接钢管（2）外壁轮廓对应设置，实现了套筒本体（3）对三通主管（1）与对接钢管（2）之间连接的环焊缝缺陷的密封，其特征在于，包括如下步骤，
利用3D扫描仪对三通主管（1）与对接钢管（2）之间待修复环焊缝处的连接管体进行3D扫描，以获取对接钢管和三通主管的外部轮廓图和轮廓参数；
对获取的对接钢管（2）和三通主管（1）的外部轮廓图和轮廓参数进行放大，使放大前、后的外部轮廓产生间隙；
将获得的放大后的外部轮廓作为待加工模具的内壁轮廓进行加工，加工时将模具分割成两个套筒组件的待加工品；
对两个套筒组件的待加工品分别进行热压成型，精加工后得到的两个套筒组件成品。
2.根据权利要求1所述的一种修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，其特征在于，
所述三通主管（1）上半部分外部轮廓横截面呈月牙形凸起形貌，三通主管（1）下半部分外部轮廓横截面呈半圆形，所述三通主管（1）的管端直径小于管壁直径，管壁与管端之间呈楔形面，所述三通主管（1）的管端与对接钢管（2）的管端大小对应设置；
所述套筒本体（3）的内壁孔包括对接管安装孔和三通主管安装孔；所述对接管安装孔扣合在对接钢管（2）上，三通主管安装孔扣合在三通主管（1）上；其中，三通主管安装孔的孔端口与对接管安装孔的孔端口大小对应设置；
所述三通主管安装孔的孔端口的直径小于孔径，孔端口与孔壁之间呈楔形面；所述三通主管安装孔的内壁与三通主管（1）的外壁对应设置。
3.根据权利要求2所述的一种修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，其特征在于，所述套筒本体（3）为第一套筒，其中第一套筒的筒体外壁轮廓与对接钢管（2）和三通主管（1）连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置。
4.根据权利要求2所述的一种修复三通主管对接环焊缝缺陷的套筒的加工方法，其特征在于，所述套筒本体（3）为第二套筒，其中第二套筒的筒体外壁轮廓呈圆柱体状，第二套筒的内孔结构与对接钢管（2）和三通主管（1）连接环焊缝缺陷处的外壁轮廓对应设置。
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