Способ ремонта высоконапорных трубопроводов с поверхностными дефектами

 

Использование: в магистральных газопроводах и может быть использовано на газоперекачивающих компрессорных станциях. Сущность изобретения: поврежденный участок трубопровода с поверхностным дефектом в виде вырыва-канавки охватывают двумя полухомутами, стягиваемыми болтами, канавку-вырыв заполняют пластичным металлом, а зону ремонта накрывают прокладкой, ориентированной строго по дефекту, повторяющей очертания канавки-вырыва с нахлестом по 4-5мм на каждую сторону и выполненной из свежеотожженной меди, причем полухомут, охватывающий ремонтируемый трубопровод и прижимающий прокладку, разгружает металл в зоне ремонта, создавая напряжения противоположного знака давлением через прокладку болтами, установленными в полухомуте в резьбовых отверстиях, выполненных заранее и ориентированных строго no дефекту.2 з.п.ф-лы,5 ил.

Изобретение относится к магистральным газопроводам и может быть использовано на газоперекачивающих компрессорных станциях для ремонта и поддержания в рабочем состоянии участков газопроводов.

Размещение газопроводов на опорах бывает различным и в определяющей степени зависит от местных условий.

На стадии строительства участки стальных трубопроводов частично в соответствии с проектом, а большей частью строителями для удобства выполнения тяжелых строймонтажных работ, прихватываются /привариваются/ к металлоконструкциям опор.

При пуске компрессоров горячий /нагретый сжатием/ газ поступает в газопровод и вызывает значительные температурные подвижки трубопровода. Трубопровод отрывает от металлоконструкций опор /большей частью в местах непроектной прихватки/, оставляя на его наружной поверхности вырывы-канавки /см.фиг.1 и 2/, различно ориентированные. Так как толщина стенки высоконапорных /обычно 75 атмосфер/ газопроводов значительна /например, 12,7 мм или 15,7 мм зависит от диаметра/ то такие вырывы не бывают сквозными, они носят поверхностный характер.

Однако уменьшение толщины стенки в месте дефекта вызывает значительное повышение напряжения в металле в этой зоне. Так, например, кольцевые напряжения /напряжения от давления/ составляют обычно 50 60% от предела текучести материала. Уменьшение толщины стенки на 30% автоматически увеличит действующее в этой зоне рабочее напряжение до величины, близкой к пределу текучести. Эксплуатация таких участков становится опасной. Причем на отдельных компрессорных станциях количество таких поверхностных дефектов может доходить до сотни. Правда, они разбросаны по газопроводу и взаимного их влияния не обнаружено. Отключение магистрального газопровода для ремонта не допустимо, т.к. повлечет за собой перебой в энергоснабжении целого города.

Существующие способы ремонта поверхностных дефектов трубопроводов ориентированы, как правило, на линейную часть и основываются на применении огневых устройств и сварки.

Известен способ ремонта трубы /патент Великобритании 2210134, кл. F 16 L 55/16, опубл. 1990/, включающий поврежденный участок трубопровода и два полухомута, стягиваемые болтами, с постадийным устройством герметичных уплотнений в нескольких местах и с окончательным заполнением зоны дефекта твердеющим веществом типа эпоксидной смолы.

Этот способ имеет два существенных недостатка.

Во-первых, технология ремонта сложна, многоступенчата и требует очень большой тщательности и обычной чистоты на ремонтируемом участке. Для наших северных компрессорных станций это тяжелое требование. Во-вторых, напряжения на отремонтированном участке трубы снижаются благодаря передаче их на стальной кожух-хомут /из двух полухомутов через отвердевающее вещество, в качестве которого принята эпоксидная смола. Поэтому надежность и практическая эффективность этого способа ограничены прочностными характеристиками эпоксидной смолы, которые во много раз ниже, чем у стали и даже у меди. Эпоксидная смола никак не сможет передать /ее просто раздавит/ на стальной хомут напряжение σ= 1500 кг/см², которое здесь обычно и составляет лишь 33% от предела текучести трубной стали Х60, самой распространенной сегодня при изготовлении труб для магистральных трубопроводов.

Задачей изобретения является повышение надежности ремонта высоконапорных трубопроводов с поверхностными дефектами в виде глубоких вырывов-канавок, различно ориентированных по поверхности.

Эта задача достигается тем, что канавка-вырыв заполняется пластичным металлом, прочностные характеристики которого во много раз выше прочностных характеристик эпоксидной смолы, а зона ремонта накрывается прокладной, ориентированной строго по дефекту и повторяющей очертания канавки-вырыва с нахлестом по 4-5 мм на каждую сторону и выполненной из свежеотожженной /т.е. мягкой и податливой в момент монтажа/ меди, а полухомут, прижимающий прокладку, разгружает металл в зоне ремонта, создавая напряжения противоположного знака давлением через прокладку болтами, установленными в полухомуте в резьбовых отверстиях, выполненных заранее и ориентированных строго по дефекту.

Заполнение канавки-вырыва пластинчатым металлом может производиться различно: либо по зубопротезной технологии со снятием гипсового слепка дефекта с изготовлением гипсовой формы, в точности повторяющей дефект, и с последующей заливкой ее расплавленным металлом /мягкой сталью, например,/, причем после остывания отлива просто вставляется в канавку-вырыв на трубопроводе, либо набиванием меди в свежеотожженном состоянии /т.е. мягкой и податливой к силовой формовке в момент монтажа/ в канавку-вырыв с последующим выравниванием цилиндрической поверхности напильником или абразивным инструментом.

На фиг. 1 изображена канавка-вырыв, вид на нее сверху, в крайней точке дефекта схематически показаны действующие напряжения -кольцевые s_к и продольные σ_пр.; на фиг. 2 дан поперечный разрез дефекта /сечение А-А с фиг. I/, показаны в масштабе, близком к 1:1 глубины, ширина и профиль канавки вырыва; на фиг. 3 показана пунктиром канавка-вырыв, накрытая прокладкой; на фиг. 4 зона ремонта, закрытая хомутом с резьбовыми отверстиями, ориентированными по дефекту; на фиг. 5 поперечный разрез зоны ремонта /сечение Б-Б с фиг. 4/ болт, установленный в полухомуте, создает противодавление на металл в зоне дефекта.

Высоконапорный стальной трубопровод 1 имеет поверхностный дефект в виде глубокого вырыва-канавки 2. В результате этого уменьшается работающая толщина стенки в месте дефекта и соответственно увеличиваются действующие кольцевые напряжения 3 / где р давление в трубопроводе, Д его диаметр и d-толщина стенки/.

В соответствии с предлагаемым техническим решением пространство 2 заполняется пластичным металлом 4, который способен воспринять на себя часть действующего напряжения 3. Узкая прокладка 5, ориентированная строго по дефекту и повторяющая очертания канавки-вырыва 2 с нахлестом по 4 5 мм на каждую сторону, накладывается на зону ремонта в свежеотожженном состоянии, т.е. мягкой и податливой к силовой формовке на момент монтажа. Два стальных полухомута 5 и 7 /ответный на фиг. не показан/ выполнены внутренним диаметром на 2-4 мм больше наружного диаметра поврежденного трубопровода. Они охватывают трубопровод в месте дефекта и стягиваются на нем крупными /М27 или М30/ стандартными болтами, обеспечивающими усилие сжатия на прокладку порядка 6000 8000 кг.

До монтажа и до заполнения пространства 2 пластичным металлом в полухомуте 6 выполняются не менее двух резьбовых отверстий 8 /размером М12, например/, ориентированных строго по дефекту. При монтаже через эти отверстия 8 прокладка 5 удерживается на месте. При стягивании полухомутов 6 и 7 прокладка 5 раздавливается/ для свежеотожженной меди такой процесс происходит при напряжениях около 300 кг/см²/ на зоне дефекта и замоноличивает ее.

Болты 9, установленные в отверстиях 8 полухомута 6, при завинчивании еще более замоноличивают зону ремонта и, кроме того, разгружают металл в этой зоне, создавая здесь напряжения противоположного знака в стенке трубопровода 1 и в пластичном металле 4, заполняющем пространство вырыва-канавки 2.

После окончания ремонта медь быстро "стареет" и ее прочностные характеристики растут. Через несколько суток она способна выдерживать и передавать через себя напряжения 1200 1500 кг/см². К этому моменту зона ремонта /см. фиг.5/ будет представлять собой монолит из пластичного металла и рабочая толщина стенки высоконапорного трубопровода в этом месте будет складываться из толщины его стенки, толщины прокладки 5 и толщины полухомута 6, т.е. можно ожидать снижение рабочих напряжений практически вдвое. Разгрузка противодавлением еще более облегчает условия работы зоны ремонта.

Отремонтированный таким образом трубопровод можно безопасно эксплуатировать в течение длительного времени.

Указанная величина нахлеста прокладки 4-5 мм на каждую сторону продиктована практическими соображениями, при меньшем нахлесте трудно обеспечить качественный монтаж, больший нахлест увеличит размеры прокладки и соответственно усилие, необходимое для ее сжатия.

Техникоэкономическим преимуществом предлагаемого технического решения является продление сроков безопасной эксплуатации высоконапорных трубопроводов с поверхностными дефектами.

Формула изобретения

1. Способ ремонта высоконапорных трубопроводов с поверхностными дефектами в виде глубоких вырывов-канавок, различно ориентированных, включающий поврежденный участок трубопровода с канавкой-вырывом и два полухомута, охватывающие трубопровод в этом месте и стягиваемые болтами, отличающийся тем, что канавка-вырыв заполняется пластичным металлом, а зона ремонта накрывается прокладкой, ориентированной строго по дефекту, повторяющей очертания канавки-вырыва с нахлестом по 4-5 мм на каждую сторону и выполненной из свежеотожженной меди, причем полухомут, охватывающий ремонтируемый трубопровод и прижимающий прокладку, разгружает металл в зоне ремонта, создавая напряжения противоположного знака давлением через прокладку болтами, установленными в полухомуте в резьбовых отверстиях, выполненных заранее и ориентированных строго по дефекту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнение канавки-вырыва производится по зубопротезной технологии со снятием гипсового слепка дефекта, с изготовлением гипсовой формы, в точности повторяющей дефект, и с последующей заливкой ее расплавленным пластичным металлом, причем после остывания отливка просто вставляется в канавку-вырыв на трубопроводе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнение канавки-вырыва производится набиванием меди в свежеотожженном состоянии в канавку-вырыв с последующим выравниванием цилиндрической поверхности напильником или абразивным инструментом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5