RU2683099C1

RU2683099C1 - Pipelines manufacturing method

Info

Publication number: RU2683099C1
Application number: RU2017145012A
Authority: RU
Inventors: Михаил Яковлевич Бровман; Иван Викторович Цветков
Original assignee: Иван Викторович Цветков
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-03-26

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to the construction of pipelines for the gases and liquids, mainly oil transportation. Pipelines manufacturing method includes the adjacent pipes edge sections expansion joint deformation operation. On the installed in the pipeline pipe, putting the bushing with the longitudinal slots on the part of its length, and inserting the second pipe into the said bushing until connection to the first pipe. Then implementing the both pipes end sections expansion deformation and connecting them with welds within the said longitudinal slots. After that, displacing the bushing in the newly attached pipe direction and completing the weld formation along the joined pipes entire perimeter. Also provided is the expander unloading and its withdrawal from the pipes connection zone after the welds formation within the bushing slots.EFFECT: technical result of the invention is increase in the pipelines quality and in the adjacent pipes connection areas accuracy.1 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано как при строительстве магистральных трубопроводов для транспортировки нефти и природного газа, так и для межпромысловых линий.The invention relates to the construction of pipelines and can be used both in the construction of trunk pipelines for transporting oil and natural gas, and for interfield lines.

Известен способ изготовления трубопроводов из труб, полученных сваркой продольными швами, см. Патент ФРГ №3841795 В21С 37/03 от 1990 г. Он предусматривает формовку труб изгибом листов с последующей сваркой, но при этом точность труб низкая, что существенно снижает качество трубопровода.A known method of manufacturing pipelines from pipes obtained by welding with longitudinal seams, see German Patent No. 3841795 VC 37/03 from 1990. It provides for the formation of pipes by bending sheets with subsequent welding, but the accuracy of the pipes is low, which significantly reduces the quality of the pipeline.

Известен также способ, описанный в монографии В.Н. Шинкина «Сопротивления материалов для металлургов», Москва, изд. дом МИСиС, 2013 г. - 665 с. Способ предусматривает формовку труб изгибом из одного листа в форме цилиндра, или из двух листов в форме двух половин цилиндров, с последующей сваркой продольными сварными швами и соединением труб в линию трубопровода кольцевыми сварными швами. После сварки каждую трубу подвергают пластической деформации операцией экспандирования - давлением на внутреннюю поверхность трубы жесткими сегментами, тем самым осуществляют увеличение ее диаметра. Это повышает точность размеров каждой из труб, но не может исключить появления «ступенек» на границах соседних труб, которые являются концентраторами напряжений. Также «ступеньки» вызывают турбулентность при течении газов или жидкостей по данным трубам. Это не только увеличивает гидравлическое сопротивление трубопровода, но и создает пульсации давления, иногда сопровождаемые шумом, вибрацией и существенно снижает долговечность и надежность трубопроводов. Как указано в данном аналоге (монографии В.Н. Шинкина) из-за аварий трубопроводов ежегодно вытекает 10…15 млн. тонн нефти (4…5% от всей нефти, добываемой в РФ). Экономический ущерб (только от потерь нефти) достигает 270 млн. долларов в год (стр. 638 указанной монографии В.Н. Шинкина).Also known is the method described in the monograph of V.N. Shinkin "Resistance of materials for metallurgists", Moscow, ed. MISiS House, 2013 - 665 p. The method involves forming pipes by bending from one sheet in the form of a cylinder, or from two sheets in the form of two half cylinders, followed by welding with longitudinal welds and connecting the pipes to the pipe line with ring welds. After welding, each pipe is subjected to plastic deformation by the expansion operation — pressure on the inner surface of the pipe by rigid segments, thereby increasing its diameter. This increases the dimensional accuracy of each pipe, but cannot exclude the appearance of “steps” at the boundaries of adjacent pipes, which are stress concentrators. Also, “steps” cause turbulence in the flow of gases or liquids through these pipes. This not only increases the hydraulic resistance of the pipeline, but also creates pressure pulsations, sometimes accompanied by noise, vibration and significantly reduces the durability and reliability of the pipelines. As indicated in this analogue (monograph by V.N. Shinkin), 10 ... 15 million tons of oil (4 ... 5% of all oil produced in the Russian Federation) flows annually due to pipeline accidents. Economic damage (only from oil losses) reaches 270 million dollars a year (p. 638 of the indicated monograph by VN Shinkin).

Ближайшим аналогом заявляемого способа является способ, предложенный в заявке «Способ изготовления сварных трубопроводов» 2016149937/02(080218) от 19.12.2016. Способ отличается тем, что сварку каждой пары соседних труб кольцевыми швами осуществляют после совместной деформации концов указанной пары труб в нагруженном с помощью экспандера состоянии, с последующей разгрузкой после сварки. Данный способ позволяет существенно повысить точность трубопроводов. Следует, однако, отметить сложность реализации процесса сборки при соединении двух труб для последующей сварки.The closest analogue of the proposed method is the method proposed in the application "Method for the manufacture of welded pipelines" 2016149937/02 (080218) from 12.19.2016. The method is characterized in that the welding of each pair of adjacent pipes with fillet welds is carried out after joint deformation of the ends of the specified pair of pipes in the state loaded by the expander, followed by unloading after welding. This method can significantly improve the accuracy of pipelines. However, it should be noted the complexity of the implementation of the assembly process when connecting two pipes for subsequent welding.

Данное изобретение имеет целью упростить процесс соединения каждой пары соседних труб и повысить их точность. Указанная цель достигается за счет того, что на одну из соединяемых труб надевают втулку с продольными пазами на определенной части ее длинны, после чего вводят в данную втулку вторую трубу, осуществляют ее стыковку с первой трубой и их совместное экспандирование, а потом соединяют указанные трубы сварными швами сначала в пределах указанных продольных пазов, затем выводят втулку из контакта зоны сварного шва ее перемещение вдоль оси труб и завершают после этого соединение обеих труб кольцевым поперечным сварным швом. Кроме того, сварку в пределах продольных пазов втулки осуществляют при нагружении обеих труб усилиями со стороны экспандера, а после этого разгружают экспандер, выводят его из труб и завершают сварку кольцевым швом. Именно указанные отличительные признаки обеспечивают решение технической задачи. Они являются существенными.The present invention aims to simplify the process of connecting each pair of adjacent pipes and increase their accuracy. This goal is achieved due to the fact that one of the connected pipes is put on a sleeve with longitudinal grooves on a certain part of its length, after which a second pipe is inserted into this sleeve, it is mated with the first pipe and jointly expanded, and then these pipes are welded seams first within the specified longitudinal grooves, then the sleeve is removed from the contact of the weld zone, its movement along the axis of the pipes and then the connection of both pipes is completed by an annular transverse weld. In addition, welding within the longitudinal grooves of the sleeve is carried out when both pipes are loaded by forces from the expander, and then the expander is unloaded, removed from the pipes and the welding is completed with an annular seam. It is these distinctive features that provide a solution to the technical problem. They are significant.

Способ иллюстрируется чертежами фиг. 1 - фиг. 12, причем на фиг. 1 показаны две соединяемые трубы 1 и 2 с втулкой 3, а на фиг. 2 - эти же детали в продольном разрезе вдоль оси труб. На фиг. 3 и 4 показаны разрезы в сечениях А-А и Б-Б. На фиг. 5 показано положение двух труб во втулке до начала экспандирования, но после ввода экспандера в трубу. На фиг. 6 показано это же сечение, но после осуществления операции экпандирования совместно двух труб 1 и 2. На фиг. 7 показано положение двух труб после соединения их сваркой в пределах продольных пазов во втулке и расположение сварного шва. На фиг. 8 показан разрез в сечении В-В при использовании втулки с двумя продольными пазами. На фиг. 9 показан разрез в сечении В-В при использовании втулки с тремя продольными пазами. На фиг. 10 показано в аксонометрии положение двух труб после соединения их сваркой в пределах продольных пазов втулки. Фиг. 11 иллюстрирует схему расположения труб после сдвига втулки в сторону трубы, соединяемой с линией трубопровода, а на фиг. 12 кольцевой сварной шов после завершения сварки двух труб кольцевым наружным швом.The method is illustrated by the drawings of FIG. 1 - FIG. 12, with FIG. 1 shows two connected pipes 1 and 2 with a sleeve 3, and in FIG. 2 - the same parts in longitudinal section along the axis of the pipes. In FIG. 3 and 4 show sections in sections aa and bb. In FIG. Figure 5 shows the position of two pipes in the sleeve before expansion begins, but after the expander is inserted into the pipe. In FIG. 6 shows the same section, but after performing the expansion operation together of two pipes 1 and 2. In FIG. 7 shows the position of two pipes after joining them by welding within the longitudinal grooves in the sleeve and the location of the weld. In FIG. Figure 8 shows a sectional view in section BB when using a sleeve with two longitudinal grooves. In FIG. 9 shows a sectional view in cross-section BB using a sleeve with three longitudinal grooves. In FIG. 10 shows a perspective view of the position of two pipes after joining them by welding within the longitudinal grooves of the sleeve. FIG. 11 illustrates a pipe layout after shearing a sleeve toward a pipe connected to a pipe line, and FIG. 12 annular weld after completion of welding of two pipes with an annular outer seam.

На чертежах принято следующее обозначение: трубу 1 необходимо соединить с трубой 2 уже, расположенной в линии трубопровода. Поэтому трубу 1 вводят во втулку 3 с продольными пазами на определенной части ее длины. В обе труб вводят экспандер с сегментами 4 и 5, перемещаемыми гидравлическими цилиндрами 6, 7 и 8, 9, на чертежах показаны только два противоположных сегмента 4 и 5, обычно их число принимают равным двенадцати. Все сегменты расположены на центральном опорном стержне 10 (опорные ролики, которые катятся по внутренней поверхности труб, не показаны). Кольцевой сварной шов обозначен позицией 11.In the drawings, the following designation is accepted: pipe 1 must be connected to pipe 2 already located in the pipeline line. Therefore, the pipe 1 is introduced into the sleeve 3 with longitudinal grooves on a certain part of its length. An expander is inserted into both pipes with segments 4 and 5 moved by hydraulic cylinders 6, 7 and 8, 9, the drawings show only two opposite segments 4 and 5, usually their number is taken to be twelve. All segments are located on the central support rod 10 (support rollers that roll along the inner surface of the pipes are not shown). An annular weld is indicated at 11.

Приведем пооперационное описание способа. Первая операция состоит в стыковке трубы 1 с уже закрепленной, установленной в линии трубопровода, трубой 2 (опоры трубы 2 не показаны). Для этого на трубу 2 надевают втулку 3 на участке ее длины, равной не менее трех-четырех диаметров, а в остальной участок втулки той же длины вводят трубу 1, перемещаемую предусмотренным манипулятором. Положение труб во втулке 3 видно из фиг. 1 и 2. Оно также поясняется двумя сечениями по трубе 2 и втулке 3, фиг. 3 и 4. Трубы изготовлены как обычно изгибом листа и сваркой его продольным сварным швом. При последующем экспандировании трубы расширяют с увеличением диаметров. Участки труб (l…l,5) D, при этом выполняют меньших диаметров, чем диаметры по остальной длине, они выравниваются при последующем совместном экспандировании краевых участков обеих труб (как в прототипе). Вторая операция заключается в том, что в трубы 1 и 2 вводят слева экспандер, снабженный сегментами 4 и 5 (и другими), имеющими возможность радиальных перемещений от гидравлических приводов - цилиндров 6, 7 и 8, 9, установленных на опорном стержне 10. Третья операция - это расширение краевых участков труб 1 и 2, расположенных во втулке 3 в положение, показанное на фиг. 6. После этого реализуют четвертую операцию - сварку обеих труб сварными швами 11 в пределах продольных пазов во втулке 3. Число пазов в нашем примере равно двум, но можно использовать и другое число пазов, например, три или четыре, расположенных по периметру под углами 120° или 90°, соответственно. Пятая операция состоит в том, что втулку 3 быстро перемещают влево - в сторону трубы 1, и разгружают экспандер и выводят его из труб. Шестая операция - это окончательное формирование кольцевого сварного шва, сварные швы 11, полученные при сварке труб 1 и 2 в пределах пазов втулки 3 фиг. 8 и фиг. 9, продолжают по всему периметру стыка труб. Если толщина стенок труб превышает 25…30 мм, то необходимо реализовать седьмую операцию - дополнительную сварку внутренним кольцевым швом. После этого следуют обычные операции по зачистке поверхностей сварных швов, их промывки (например, смесью воды и индустриального масла), дефектоскопия - контроль сварных швов, покраска или нанесение защитных покрытий. В некоторых случаях также осуществляют термообработку (отпуск) в зонах вблизи кольцевых сварных швов. После завершения этого цикла операций, регулируют положение опор трубы 1, чтобы избежать ее изгиба, далее отделяют трубу 1 от манипулятора, которым берут следующую трубу для установки ее в линию трубопровода.Here is the operational description of the method. The first operation consists in joining the pipe 1 with the pipe 2 already fixed, installed in the pipeline line (pipe supports 2 are not shown). To do this, put the sleeve 3 on the pipe 2 at a section of its length equal to at least three to four diameters, and enter the pipe 1, moved by the provided manipulator, into the remaining section of the sleeve of the same length. The position of the pipes in the sleeve 3 is seen from FIG. 1 and 2. It is also illustrated by two sections along the pipe 2 and the sleeve 3, FIG. 3 and 4. Pipes are made as usual by bending the sheet and welding it with a longitudinal weld. With subsequent expansion, the pipes expand with increasing diameters. The pipe sections (l ... l, 5) D, while doing smaller diameters than the diameters along the rest of the length, they are aligned with the subsequent joint expansion of the edge sections of both pipes (as in the prototype). The second operation consists in introducing an expander into the pipes 1 and 2 on the left, equipped with segments 4 and 5 (and others), which are capable of radial movements from hydraulic drives - cylinders 6, 7 and 8, 9, mounted on the support rod 10. Third the operation is the expansion of the edge sections of the pipes 1 and 2 located in the sleeve 3 to the position shown in FIG. 6. After this, the fourth operation is carried out - welding both pipes with welds 11 within the longitudinal grooves in the sleeve 3. The number of grooves in our example is two, but you can use another number of grooves, for example, three or four, located around the perimeter at angles of 120 ° or 90 °, respectively. The fifth operation is that the sleeve 3 is quickly moved to the left - towards the pipe 1, and unload the expander and remove it from the pipes. The sixth operation is the final formation of the annular weld, the welds 11 obtained by welding pipes 1 and 2 within the grooves of the sleeve 3 of FIG. 8 and FIG. 9, continue along the entire perimeter of the pipe junction. If the wall thickness of the pipes exceeds 25 ... 30 mm, then it is necessary to implement the seventh operation - additional welding with an inner circumferential seam. This is followed by the usual operations of cleaning the surfaces of welds, washing them (for example, with a mixture of water and industrial oil), flaw detection - control of welds, painting or applying protective coatings. In some cases, heat treatment (tempering) is also carried out in areas near annular welds. After completing this cycle of operations, the position of the supports of the pipe 1 is adjusted to avoid bending it, then the pipe 1 is separated from the manipulator, which takes the next pipe to install it in the pipeline line.

Приведем конкретный пример реализации способа. Трубопровод собирают из стальных труб с содержанием углерода 0,06%, легированных марганцем и в малом количестве (0,02%) ниобием, диаметром 1020 мм, длинной 12 м, с толщиной стенки 16 мм. Трубу 1 манипулятором доставляют к трубе 2, установленной уже стационарно в линии трубопровода. Общая длина втулки 3 равна 8 м, из которых на длине 4 м она надета на трубу 2, а второй четырехметровый участок является консолью. В этот консольный участок втулки 3 вводят трубу 1 до соприкосновения с трубой 2. Внутреннюю поверхность втулки 3 можно покрыть слоем полимерного материала, чтобы не повредить наружную поверхность труб 1 и 2. Диаметры участков труб 1 и 2 на длинах 1 м выполнены равными 1010 мм (это на 10 мм меньше чем на остальной длине). Их подвергают совместной деформации экспандирования с увеличением диаметров до 1020 мм. После этого в пазах втулки 3 (при двух пазах с углами 45° длинами 360 мм) выполняют два симметричных сварных шва. Длина обоих швов по 350 мм во избежание приварки к поверхности трубы втулки 3. После этого прекращают сварку, разгружают экспандер и быстро выводят его из труб, а также смещают втулку 3 в сторону трубы 1. Далее завершают кольцевой сварной шов, соединяющий труб 1 и 2. Можно провести его дефектоскопию, например, с помощью ультразвука, зачистку и окраску поверхности. Способ обеспечивает повышение качества трубопроводов за счет увеличения точности соединений труб.We give a specific example of the implementation of the method. The pipeline is assembled from steel pipes with a carbon content of 0.06% doped with manganese and in a small amount (0.02%) of niobium, 1020 mm in diameter, 12 m long, with a wall thickness of 16 mm. The pipe 1 is delivered by a manipulator to the pipe 2, which is already installed stationary in the pipeline line. The total length of the sleeve 3 is 8 m, of which 4 m is worn on the pipe 2, and the second four-meter section is the console. Pipe 1 is introduced into this cantilever section of the sleeve 3 until it contacts the pipe 2. The inner surface of the sleeve 3 can be covered with a layer of polymer material so as not to damage the outer surface of the pipes 1 and 2. The diameters of pipe sections 1 and 2 at lengths of 1 m are made equal to 1010 mm ( it is 10 mm less than the rest of the length). They are subjected to joint expansion deformation with an increase in diameters up to 1020 mm. After that, in the grooves of the sleeve 3 (with two grooves with angles of 45 ° with lengths of 360 mm), two symmetrical welds are made. The length of both seams is 350 mm each to avoid welding to the surface of the sleeve 3 pipe. After this, the welding is stopped, the expander is unloaded and quickly removed from the pipes, and the sleeve 3 is shifted towards the pipe 1. Next, the ring weld connecting the pipes 1 and 2 is completed. . You can carry out its inspection, for example, using ultrasound, cleaning and painting the surface. The method improves the quality of pipelines by increasing the accuracy of pipe joints.

Claims

A method of manufacturing pipelines, including the docking of each pair of adjacent pipes, their joint expansion deformation and welding, characterized in that a sleeve with longitudinal grooves is put on one of the pipes to be joined along part of its length, after which a second pipe is inserted into this sleeve, and it is docked with the first of the pipes and their joint expansion, and then connect these pipes with welds, first within the specified longitudinal grooves when loading both pipes with forces from the expander, then unload the expander and outputting the expander sleeve from the tube and out of contact with the weld zone of its movement along the pipe axis, and this process is terminated after the pipe joining annular cross seam.