RU2247890C1 - Способ ремонта труб сваркой - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительству, эксплуатации трубопроводного транспорта и используется при ремонте магистральных трубопроводов. Перед механической обработкой дефектного участка ремонтируемой трубы последовательно вышлифовывают его отдельные дефекты, измеряют остаточную толщину стенки ремонтируемой трубы по всей площади дефектного участка, по результатам этих измерений выделяют завариваемые зоны. Производят путем шлифования завариваемых зон механическую обработку дефектного участка ремонтируемой трубы, а заварку обработанного участка ремонтируемой трубы осуществляют путем приварки в завариваемых зонах на заданном расстоянии друг от друга металлических пластин и наплавляют металл в промежутках, образовавшихся между приваренными в каждой завариваемой зоне пластинами. Повышает надежность трубопровода. 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к способам ремонта труб с помощью сварки и может быть использовано при ремонте магистральных трубопроводов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ ремонта труб сваркой, заключающийся в механической обработке дефектного участка ремонтируемой трубы и последующей заварке обработанного участка ремонтируемой трубы (см. Инструкцию по устранению коррозионных повреждений труб сваркой при капитальном ремонте магистральных газопроводов. М.: ВНИИГАЗ, 1986, с.5-8). Основным недостатком известного способа является наличие температурного воздействия при его осуществлении и связанное с ним охрупчивание металла по всей длине дефектного участка, что не позволяет обеспечить необходимую прочность отремонтированных труб с протяженными дефектными участками. Кроме того, наплавка металла по всей площади дефектного участка связана со значительными трудозатратами, расходом сварочных материалов и электроэнергии. При этом следует иметь ввиду, что наплавленный металл имеет неоднородную структуру, внутренние остаточные напряжения, концентраторы напряжений и поэтому предрасположен к коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН).

Задачей данного технического решения является устранение приведенного недостатка, что предполагает достижение технического результата, который заключается в увеличении прочности отремонтированных труб, повышении их сопротивляемости к КРН, а также в снижении трудоемкости и стоимости ремонта.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном способе ремонта труб сваркой, заключающемся в механической обработке дефектного участка ремонтируемой трубы и последующей заварке обработанного участка ремонтируемой трубы, перед механической обработкой дефектного участка ремонтируемой трубы последовательно осуществляют вышлифовывание отдельных дефектов, входящих в дефектный участок, измерение остаточной толщины стенки ремонтируемой трубы по всей площади дефектного участка и выделение завариваемых зон по результатам этих измерений, механическую обработку дефектного участка ремонтируемой трубы производят путем шлифования завариваемых зон, а заварку обработанного участка ремонтируемой трубы осуществляют путем приварки в завариваемых зонах на заданном расстоянии друг от друга металлических пластин и наплавки металла в промежутках, образовавшихся между приваренными в каждой завариваемой зоне пластинами, а также за счет того, что привариваемые пластины изготавливают из металла со значениями величин предела прочности и предела текучести, не меньшими значений величин предела прочности и предела текучести металла, из которого изготовлена ремонтируемая труба, и, кроме того, за счет того, что при выделении завариваемых зон проецируют дефектный участок ремонтируемой трубы на плоскость, перпендикулярную поверхности ремонтируемой трубы и направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы, на полученной проекции дефектного участка определяют значения расстояний от концов проекции дефектного участка до проекций ближайших к ним границ крайних из завариваемых зон, при этом искомые расстояния принимают равными значениям критических при заданном разрушающем давлении трубы длин дефектов, имеющих такую же проекцию, как соответствующие концевые части дефектного участка.

Данный технический результат достигается также за счет того, что при выделении завариваемых зон значение протяженности каждой из завариваемых зон в направлении, перпендикулярном направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы, принимают равной не менее трем значениям толщины стенки ремонтируемой трубы, а также за счет того, что при выделении завариваемых зон значения величин интервалов между завариваемыми зонами принимают равными значениям, не меньшим значений критических при заданном разрушающем давлении трубы длин дефектов, имеющих такую же конфигурацию, как находящиеся между завариваемыми зонами части дефектного участка ремонтируемой трубы, и, кроме того, за счет того, что в каждой из завариваемых зон располагают не менее двух привариваемых пластин, а также за счет того, что привариваемые пластины изготавливают из дополнительной трубы с диаметром, равным диаметру ремонтируемой трубы, при этом заготовки привариваемых пластин вырезают из стенки дополнительной трубы в направлении, соответствующем направлению приварки пластин к ремонтируемой трубе относительно ее поверхности, чем достигается соответствие кривизны верхних поверхностей привариваемых пластин кривизне поверхности ремонтируемой трубы. Данный технический результат достигается за счет того, что привариваемые пластины устанавливают перпендикулярно поверхности ремонтируемой трубы в направлении, параллельном направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы. При такой ориентации привариваемых пластин на контакте “привариваемая пластина - наплавляемый металл” будут возникать наименьшие растягивающие напряжения.

Технический результат достигается за счет того, что каждую привариваемую пластину изготавливают путем нанесения на ее заготовку линии, повторяющей контур поверхности ремонтируемой трубы в завариваемой зоне относительно ее поверхности, соответствующей внутренней поверхности дополнительной трубы, и последующего удаления части заготовки со стороны этой поверхности до нанесенной линии. В этом случае контур привариваемой пластины будет повторять контур поверхности трубы, на которую ее приваривают.

Данный технический результат достигается за счет того, что значение протяженности привариваемых пластин устанавливают с возможностью перекрытия ими завариваемых зон, а также прилегающих к ним бездефектных участков ремонтируемой трубы, привариваемые пластины располагают со смещением их концов относительно друг друга в направлении наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы, что позволяет избежать возникновения протяженных зон ослабленного температурным воздействием металла стенки трубы в направлении, перпендикулярном направлению наибольших растягивающих напряжений.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что в промежутках между привариваемыми пластинами располагают пластины из жаропрочного теплоемкого материала, каждую из которых удаляют перед наплавкой металла в соответствующем промежутке, при этом данные пластины препятствуют перегреву металла трубы и привариваемых пластин при сварке и замедляют охлаждение наплавленного металла.

Указанный технический результат достигается за счет того, что наплавку металла в промежутках между привариваемыми пластинами выполняют до заданного уровня над бездефектной поверхностью ремонтируемой трубы.

Способ ремонта труб сваркой поясняется с помощью фиг.1-9. На фиг.1 показан участок поверхности ремонтируемой трубы со стресс-коррозионными трещинами. На фиг.2 показан тот же участок поверхности ремонтируемой трубы после вышлифовки отдельных дефектов (стресс-коррозионных трещин) и шлифовки участка ремонтируемой трубы в завариваемой зоне. На фиг.3 показан участок поверхности ремонтируемой трубы после приварки к нему металлических пластин, а на фиг.4 - тот же участок после наплавки металла в первом промежутке между пластинами. На фиг.5 показан отремонтированный участок трубы после наплавки металла во всех промежутках между пластинами. На фиг.6 показана проекция огибающей дефектного участка после вышлифовки стресс-коррозионных трещин на плоскость, перпендикулярную бездефектной поверхности ремонтируемой трубы и направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы. На фиг.7 приведена зависимость минимального разрушающего давления трубы от длины начальных концевых частей дефектного участка. На фиг.8 приведена зависимость минимального разрушающего давления от длины конечных концевых частей дефектного участка. На фиг.9 показана проекция огибающей поверхности отремонтированной трубы на плоскость, перпендикулярную бездефектной поверхности отремонтированной трубы и направлению наибольших растягивающих напряжений в ее стенке.

На фиг.1-5 показаны: ремонтируемая труба 1; стресс-коррозионные трещины 2; дефектный участок 3, находящийся в определенных в процессе обследования трубопровода границах; выемка 4, образовавшаяся после вышлифовки стресс-коррозионных трещин 2; завариваемая зона 5 после ее шлифовки; приваренные металлические пластины 6, нижние поверхности которых повторяют контур обработанной поверхности ремонтируемой трубы 1 и имеют разделку под сварку; сварные швы 7, соединяющие металлические пластины 6 с ремонтируемой трубой 1; пластины 8 из жаропрочного теплоемкого материала, обеспечивающие температурный режим сварки; наплавленный металл 9.

Способ осуществляется следующим образом. Одним из известных методов (внутритрубная дефектоскопия, обследование труб в шурфах и т.п.) определяют положение дефектов (стресс-коррозионных трещин 2) на ремонтируемой трубе 1 (фиг.1). Затем вышлифовывают выявленные дефекты с помощью шлифовальной машинки, в результате чего образуется выемка 4 (фиг.2). На ремонтируемую трубу 1 наносят координатную сетку с размером ячейки не более 25 мм и выполняют измерения остаточной толщины стенки трубы по узлам этой сетки на всей поверхности дефектного участка 3.

По полученным данным строят проекцию дефектного участка 3 ремонтируемой трубы 1 на плоскость, перпендикулярную бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1 и направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы 1 (фиг.6). На полученной проекции дефектного участка 3 определяют значения расстояний от концов проекции дефектного участка 3 до проекций ближайших к ним границ крайних из завариваемых зон. При этом искомые расстояния принимают равными значениям критических при заданном разрушающем давлении трубы длин дефектов, имеющих такую же проекцию, как соответствующие концевые части дефектного участка 3.

Для определения критических длин дефектов, соответствующих концевым частям дефектного участка 3, строят графики зависимости минимального разрушающего давления от длины концевых частей дефектного участка 3 (фиг.7, 8). При этом минимальное давление разрушения трубы определяют по формуле, приведенной в Инструкции по обследованию и ремонту газопроводов, подверженных КРН, в шурфах, ВРД 39-1.10-023-2001. - М.: ИРЦ Газпром, 2001, с.5-8:

где Р_раз - минимальное расчетное давление разрушения дефектной трубы, МПа;

δ - толщина стенки трубы, мм;

R - внутренний радиус трубы, мм;

σ - напряжение течения, принимаемое равным 0,75 от (σ _0,2+σ _вр)/2, МПа;

σ _0,2 - нормативный предел текучести трубной стали, МПа;

σ _вр - нормативный предел прочности трубной стали, МПа;

А_э - площадь потери металла на проекции эффективной части дефектной области (концевой части дефектного участка или части дефектного участка между завариваемыми зонами) на продольную ортогональную плоскость, мм²;

А_0э - первоначальная (до появления дефектов) площадь продольного сечения стенки трубы по длине эффективной части дефектной области, А_0э=L_эδ ;

L_э - длина эффективной части дефектной области, мм;

М_э - коэффициент Фолиаса, рассчитанный для эффективной части дефектной области по формуле:

Параметры эффективной части дефектной области определяют по измеренной зависимости глубины дефектной области от продольной координаты на ее продольной проекции. Проекцию дефектной области разбивают на участки, ограниченные точками измерения глубины. В пределах дефектной области может быть выделено конечное число К ее частей, каждая из которых образует непрерывную последовательность таких участков. Значение числа К может быть определено из выражения (3) в результате выполнения процедуры, заключающейся в расчете величины

для всех возможных частей дефектной области. При этом определяют эффективную часть, для которой выполняется соотношение

где

- безразмерная величина, характеризующая влияние геометрических параметров k-ой части дефектной области на расчетное давление разрушения трубы;

A_k - площадь рассматриваемой части дефектной области

где k - номер рассматриваемой части дефектной области, k=1, 2, 3,... , К-1, К;

К - число возможных вариантов выделения части дефектной области;

n₁, n₂ - номера первого и последнего участков дефектной области в пределах рассматриваемой k-ой части дефектной области, n₁=1, 2, 3,... , N, n₂=1, 2, 3,... ,N;

N - число участков разбиения продольной проекции дефектной области, N=I-1;

I - число точек измерения глубины дефектной области;

L_j - длина j-го участка дефектной области, j=n₁, n₁+1,... , n₂-1, n₂;

x_i - продольная координата i точки измерения глубины дефектной области;

t_j - средняя глубина j-го участка дефектной области;

где t_i - значение глубины дефектной области в i-ой точке измерения;

A_0k - первоначальная (до растрескивания и шлифовки) площадь продольного сечения стенки трубы по длине рассматриваемой k-ой части дефектной области

где M_k - коэффициент Фолиаса, рассчитанный для длины рассматриваемой части дефектной области.

Между определенными краями завариваемых зон выбирают их положение и ширину. При этом значения интервалов между завариваемыми зонами 5 принимают не меньшими значений критических при заданном разрушающем давлении длин дефектов, имеющих такую же конфигурацию, как находящиеся между завариваемыми зонами 5 части дефектного участка. Критические длины дефектов, соответствующих частям дефектного участка 3 между завариваемыми зонами, определяют по приведенной выше методике с использованием формул (1)-(7). Значение ширины каждой из завариваемых зон 5 принимают не меньшей трех значений толщины стенки ремонтируемой трубы 1.

После определения положения и ширины завариваемых зон 5 с учетом приведенных выше ограничений определяют расчетное значение высоты h_p привариваемых пластин относительно бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1 по формуле:

где L_дн - суммарная длина незавариваемых зон, определяемая как разность длины дефектного участка и суммарной длины завариваемых зон;

δ - толщина стенки ремонтируемой трубы;

S_дн.ост - площадь металла на проекции дефектного участка в незавариваемых зонах на плоскость, перпендикулярную поверхности трубы и наибольшим растягивающим напряжениям;

L_зав - суммарная длина завариваемых зон.

Если расчетное значение h_p составляет менее 0,35, значение высоты h привариваемых пластин относительно бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1 принимают равным 0,3δ , если расчетное значение h_p находится в интервале 0,3-1,0δ , значение высоты h привариваемых пластин 10 принимают равным расчетному значению h_p. Если расчетное значение h_p превышает значение δ , то увеличивают значения ширины завариваемых зон 5 до значений, при которых расчетное значение h_p не превышает δ и принимают значение высоты h привариваемых пластин равным значению h_p.

Расстояние h_p от верхних поверхностей пластин 6 до бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1 (усиление завариваемой зоны 5) и ширину завариваемой зоны 5 дефектного участка 3 рассчитывают таким образом, чтобы площадь металла в любом сечении отремонтированной трубы 1 была не меньше площади металла в аналогичном сечении бездефектной трубы. Значение расстояния h от верхних поверхностей привариваемых пластин 6 до бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1 принимают равным не меньше 0,3 от толщины стенки ремонтируемой трубы 1 для того, чтобы упрочнение ремонтируемой трубы 1, связанное с приваркой металлических пластин 6 и наплавкой металла 9 между ними, было большим, чем разупрочнение ремонтируемой трубы 1, связанное с температурным воздействием, возникающим при выполнении указанных операций. С другой стороны, значение расстояния h не должно быть больше толщины стенки ремонтируемой трубы 1, поскольку продольные напряжения в привариваемых пластинах 6 уменьшаются по мере удаления от поверхности ремонтируемой трубы 1, т.е. верхние слои металла приваренных пластин 6 работают менее эффективно. В связи с этим следует указать на то, что, в случае, когда расчетное значение h_p превышает значение толщины δ стенки ремонтируемой трубы 1, увеличивают значение ширины завариваемых зон 5 до величин, при которых расчетное значение h_p будет меньше, чем значение δ .

При заварке дефектного участка 3 с неглубокой выемкой 4 уменьшение прочности ремонтируемой трубы 1, связанное с потерей металла 9, может быть скомпенсировано за счет прочности привариваемых пластин 6, а дополнительное упрочнение за счет наплавки металла 9 в промежутках между пластинами 6 не требуется. В этом случае наплавку металла 9 в промежутках между пластинами 6 выполняют до уровня усиления сварных швов 7 для обеспечения передачи усилия от ремонтируемой трубы 1 к пластинам 6 и получения устойчивой к внешним воздействиям конструкции отремонтированного участка ремонтируемой трубы 1. В промежуточном случае, когда требуется лишь незначительное дополнительное упрочнение ремонтируемой трубы 1 за счет наплавки металла 9 между пластинами 6, наплавку металла 9 выполняют до уровня h_p, обеспечивающего необходимое дополнительное упрочнение ремонтируемой трубы 1.

Привариваемые пластины 6 изготавливают из дополнительной трубы, имеющей диаметр, равный диаметру ремонтируемой трубы 1. При этом заготовки привариваемых пластин 6 вырезают в направлении относительно поверхности дополнительной трубы, параллельном направлению приварки соответствующих пластин к ремонтируемой трубе 1 относительно поверхности ремонтируемой трубы 1. При такой вырезке кривизна поверхности привариваемых пластин 6 будет соответствовать кривизне бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1.

В качестве дополнительной трубы используют трубу, металл которой имеет значения величин предела прочности и предела текучести не меньше значений величин предела прочности и предела текучести металла, из которого изготовлена ремонтируемая труба 1. Использование пластин 6 с худшими механическими характеристиками приводит к неоправданному увеличению размеров пластин 6, дополнительному расходу электроэнергии и сварочных материалов. При этом не достигается экономия за счет удешевления пластин 6, поскольку на предприятиях, эксплуатирующих трубопроводы, всегда имеются современные трубы, прочностные характеристики которых, как правило, не ниже прочностных характеристик ремонтируемых труб, использованных ранее при строительстве трубопровода.

Для изготовления пластин 6 из дополнительной трубы вырезают темплет, имеющий размер в направлении вырезки пластин 6, не меньший длины изготавливаемых пластин 6. Затем разрезают темплет на полосы, имеющие ширину, равную толщине пластин 6. При этом ширина заготовок для изготовления пластин 6 будет равна толщине стенки используемой трубы, а кривизна их верхних поверхностей будет соответствовать кривизне поверхности ремонтируемой трубы 1. Далее выполняют механическую обработку привариваемых пластин 6 и поверхности дефектного участка 3 ремонтируемой трубы 1 (фиг.2) таким образом, чтобы контур нижней поверхности пластин 6 соответствовал контуру поверхности ремонтируемой трубы 1, на которую их приваривают. При этом на первой пластине выполняют двухстороннюю разделку под сварку, на остальных пластинах - одностороннюю. На концах пластин 6 для получения более плавной поверхности ее заваренного участка срезают их верхние углы, которые не воспринимают нагрузку от ремонтируемой трубы 1.

Привариваемые пластины 6 располагают перпендикулярно поверхности ремонтируемой трубы 1 в направлении, параллельном направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы 1. Для прямолинейного участка трубопровода, нагруженного внутренним давлением транспортируемого продукта, наибольшие механические напряжения ориентированы в кольцевом направлении. При такой ориентации пластин 6 напряжения на контактах пластин 6 с наплавленным металлом 9 будут примерно в 2 раза ниже напряжений, возникающих в пластинах 6 в продольном направлении. Кроме того, полученная после окончания заварки слоистая структура (фиг.5), в которой слои образованы пластинами 6 и наплавленным металлом 9, устойчива к образованию стресс-коррозионных трещин 2, поскольку они развиваются перпендикулярно направлению наибольших напряжений, т.е. перпендикулярно указанным слоям. Следовательно, границы между пластинами 6 и наплавленным металлом 9 будут препятствовать, а не способствовать развитию КРН.

Длину пластин 6 выбирают таким образом, чтобы они полностью перекрывали дефектный участок 3, а также прилегающие бездефектные участки ремонтируемой трубы 1. Концы пластин 6 располагают со смещением, за счет этого все пластины 6 (фиг.3-5) имеют разную длину. Необходимость смещения концов пластин 6 связана с ухудшением механических свойств металла по контуру привариваемых пластин 6 под действием температуры сварки. Наиболее опасными являются ослабленные зоны стенки ремонтируемой трубы 1, ориентированные перпендикулярно направлению наибольших напряжений. Если пластины 6 приваривать со смещением их концов, максимальная длина указанных ослабленных зон будет равна сумме значений толщины пластины 6 и расстояния между пластинами (фиг.5). При этом рядом со всеми ослабленными зонами, кроме зон возле торцов самой длинной пластины, будут находиться пластины 6, препятствующие деформации металла и развитию разрушения в ослабленных зонах.

Толщину пластин 6 и расстояние между ними выбирают таким образом, чтобы обеспечить качественную приварку к ремонтируемой трубе 1 пластин 6 по всей их толщине и наплавку металла 9 между пластинами при минимальных расходе сварочных материалов и электроэнергии. При увеличении толщины пластин 6 увеличивается объем сварных швов 7 и расстояние между пластинами 6, которое не может быть меньше усиления швов 7. Чрезмерное уменьшение толщины пластин 6 приводит к увеличению их числа, времени сварки и суммарного объема металла, наплавляемого между пластинами 6, поскольку в этом случае расстояние между пластинами 6 будет лимитироваться толщиной используемых для наплавки электродов и не может быть уменьшено пропорционально уменьшению толщины пластин 6. В любом случае, в каждой из завариваемых зон 5 приваривают не менее двух пластин 6.

Первую пластину 6 приваривают с двух сторон, а затем с одной стороны (на фиг.3 с правой стороны) последовательно приваривают остальные пластины 6 к ремонтируемой трубе 1, помещая в образовавшиеся между пластинами 6 промежутки пластины из жаропрочного теплоемкого материала 8 (на фиг.3 не показаны). Пластины 8 крепят в промежутках между пластинами 6 креплениями, монтируемыми на пластинах 6 (на фигурах 3 и 4 не показаны). Пластины 8 замедляют нагрев пластин 6 и ремонтируемой трубы 1 при приварке пластин 6 к ремонтируемой трубе 1, а затем препятствуют их быстрому охлаждению перед наплавкой металла 9 в промежутках между пластинами 6. Кроме того, пластины 8 предохраняют от перегрева металл ремонтируемой трубы 1 и пластин 6 при заварке промежутков между пластинами 6 (фиг.4).

После приварки всех пластин 6 на ремонтируемой трубе 1 получают металлическую решетку необходимой конфигурации, учитывающей смещение концов пластин 6, в промежутках которых находятся пластины 8 (на фиг.3 пластины 8 не показаны). При этом ремонтируемая труба 1, пластины 6 и пластины 8 находятся в нагретом состоянии.

Далее при осуществлении предлагаемого способа вынимают одну из пластин 8 и производят наплавку металла 9 в освободившемся промежутке между пластинами 6 (фиг.4). Затем вынимают пластину 8 в соседнем промежутке и выполняют наплавку металла 9 в нем. Аналогичным образом последовательно и непрерывно выполняют наплавку металла 9 во всех промежутках между пластинами 6 (фиг.5). После завершения сварочных работ накрывают отремонтированный участок теплоизолирующим материалом для предотвращения его быстрого остывания.

Отремонтированный участок трубы обрабатывают механически, устанавливают на него кожух, заливают полимерным композитным материалом и изолируют трубу.

Пример определения параметров заварки дефектного участка.

При обследовании газопровода диаметром 1420 мм на импортной трубе 1 с толщиной стенки 15,7 мм, изготовленной из стали контролируемой прокатки Х-70, обнаружен дефектный участок 3 со стресс-коррозионными трещинами 2. Ремонтируемая труба 1 расположена на равнинном участке газопровода, наибольшие растягивающие напряжения вызваны давлением транспортируемого газа и действуют в кольцевом направлении. После подготовительных манипуляций с ремонтируемой трубой 1 выполняют вышлифовку стресс-коррозионных трещин 2, при этом на дефектный участок 3 наносят координатную сетку с размером ячейки 10 мм и измеряют остаточную толщину стенки ремонтируемой трубы 1 в ее узлах. По полученным данным определяют максимальное значение глубины выемки вдоль каждой линии, проведенной в кольцевом направлении, и, соединяя полученные точки, строят проекцию огибающей вышлифованного дефектного участка 3 на продольную ортогональную плоскость (фиг.6).

По формулам (1-7) вычисляют минимальное давление разрушения дефектов, соответствующих концевым частям дефектного участка 3. При этом за начальную точку концевой части дефектного участка 3 принимают начало (конец) дефектного участка 3, а за конечную точку последовательно принимают каждую из точек на проекции огибающей вышлифованного дефектного участка 3 (фиг.6). В результате получают зависимости минимального разрушающего давления от длины начальной (фиг.7) и конечной (фиг.8) концевых частей дефектного участка 3. После этого задают допустимое разрушающее давление, например, в соответствии с Инструкцией по обследованию и ремонту газопроводов, подверженных КРН, в шурфах - ВРД 39-1.10-023-2001, для участков III категории, его принимают равным 1,15 от рабочего давления, составляющего в рассматриваемом газопроводе 7,35 МПа, т.е. заданное давление равно 8,45 МПа. Координаты краев завариваемых зон определяют как точки пересечения зависимостей минимального разрушающего давления с заданным давлением (фиг.7, 8) - 250 мм и 330 мм. Поскольку значение ширины завариваемых зон принимают не меньшим трех значений толщины стенки трубы (47 мм), в полученном интервале (80 мм) может быть размещена только одна завариваемая зона 5 шириной 80 мм.

По формуле (8) рассчитывают значение высоты h_p привариваемых пластин 6 относительно бездефектной поверхности ремонтируемой трубы 1 - 11 мм (10,925 мм). Поскольку расчетное значение h_p находится в интервале 0,3-1,0δ , значение h принимают равным расчетному значению h_p.

Минимальное расстояние между привариваемыми пластинами 6 принимают в зависимости от толщины применяемых электродов. Для электродов диаметром 2,5 мм, указанное расстояние принимают равным 5 мм. Значение толщины привариваемых пластин 6 принимают большим расстояния между ними на величину (на 2 мм), не превышающую толщину зоны проплавления металла пластин 6 при сварке. При разделке нижней поверхности пластины 6 под сварку оставляют полосу шириной 2 мм, остальную часть поверхности пластины 6 срезают под углом 45° . Ширина завариваемой зоны 5 и число привариваемых пластин 6 связаны соотношением

где W - ширина завариваемой зоны 5;

w_пл - толщина пластин 6; в нашем случае она равна 2+5=7 мм;

w_пр - расстояние между пластинами 6; в данном случае - 5 мм;

n - число привариваемых пластин 6;

n-1 - число промежутков между привариваемыми пластинами.

Выразив n из уравнения (9), получаем, что оно равно (80+5)/(5+7)=7. Величину смещения концов пластин 6 в кольцевом направлении принимают равной сумме толщины пластины 6 и расстояния между пластинами 6; в нашем случае значение величины смещения равно 7+5=12 мм.

После определения параметров заварки дефектного участка 3 выполняют ремонт в соответствии с описанной выше технологией. Параметры отремонтированной трубы 1 можно наблюдать на проекции ее огибающей поверхности на продольную ортогональную плоскость. В случае описанного примера проекция огибающей поверхности отремонтированной трубы на продольную ортогональную плоскость показана на фиг.9.

Использование данного изобретения позволяет увеличивать прочность отремонтированных труб, повышать их сопротивляемость к коррозионному растрескиванию под напряжением, а также снизить трудоемкость и стоимость ремонта магистральных трубопроводов.

Claims (12)

1. Способ ремонта труб сваркой, заключающийся в механической обработке дефектного участка ремонтируемой трубы и последующей заварке обработанного участка ремонтируемой трубы, отличающийся тем, что перед механической обработкой дефектного участка ремонтируемой трубы последовательно осуществляют вышлифовывание отдельных дефектов, входящих в дефектный участок, измерение остаточной толщины стенки ремонтируемой трубы по всей площади дефектного участка и выделение завариваемых зон по результатам этих измерений, механическую обработку дефектного участка ремонтируемой трубы производят путем шлифования завариваемых зон, а заварку обработанного участка ремонтируемой трубы осуществляют путем приварки в завариваемых зонах на заданном расстоянии друг от друга металлических пластин и наплавки металла в промежутках, образовавшихся между приваренными в каждой завариваемой зоне пластинами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что привариваемые пластины изготавливают из металла со значениями величин предела прочности и предела текучести не меньшими значений величин предела прочности и предела текучести металла, из которого изготовлена ремонтируемая труба.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при выделении завариваемых зон проецируют дефектный участок ремонтируемой трубы на плоскость, перпендикулярную поверхности ремонтируемой трубы и направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы, на полученной проекции дефектного участка определяют значения расстояний от концов проекции дефектного участка до проекций ближайших к ним границ крайних из завариваемых зон, при этом искомые расстояния принимают равными значениям критических при заданном разрушающем давлении трубы длин дефектов, имеющих такую же проекцию, как соответствующие концевые части дефектного участка.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что при выделении завариваемых зон значение протяженности каждой из завариваемых зон в направлении, перпендикулярном направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы, принимают равной не менее трем значениям толщины стенки ремонтируемой трубы.

5. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что при выделении завариваемых зон значения величин интервалов между завариваемыми зонами принимают равными значениям, не меньшим значений критических при заданном разрушающем давлении трубы длин дефектов, имеющих такую же конфигурацию, как находящиеся между завариваемыми зонами части дефектного участка ремонтируемой трубы.

6. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что в каждой из завариваемых зон располагают не менее двух привариваемых пластин.

7. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что привариваемые пластины изготавливают из дополнительной трубы с диаметром, равным диаметру ремонтируемой трубы, при этом заготовки привариваемых пластин вырезают из стенки дополнительной трубы в направлении, соответствующем направлению приварки пластин к ремонтируемой трубе относительно ее поверхности.

8. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6 или 7, отличающийся тем, что привариваемые пластины устанавливают перпендикулярно поверхности ремонтируемой трубы в направлении, параллельном направлению наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы.

9. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, отличающийся тем, что каждую привариваемую пластину изготавливают путем нанесения на ее заготовку линии, повторяющей контур поверхности ремонтируемой трубы в завариваемой зоне относительно ее поверхности, соответствующей внутренней поверхности дополнительной трубы, и последующего удаления части заготовки со стороны этой поверхности до нанесенной линии.

10. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающийся тем, что значение протяженности привариваемых пластин устанавливают с возможностью перекрытия ими завариваемых зон, а также прилегающих к ним бездефектных участков ремонтируемой трубы, привариваемые пластины располагают со смещением их концов относительно друг друга в направлении наибольших растягивающих напряжений в стенке ремонтируемой трубы.

11. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, или 10, отличающийся тем, что в промежутках между привариваемыми пластинами располагают пластины из жаропрочного теплоемкого материала, каждую из которых удаляют перед наплавкой металла в соответствующем промежутке.

12. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, или 9, или 10, или 11, отличающийся тем, что наплавку металла в промежутках между привариваемыми пластинами выполняют до заданного уровня над бездефектной поверхностью ремонтируемой трубы.

Images