Автор: УДК УДК 621.791.4 Р. Р. Шафиков, аспирант, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
Газотранспортная система России – самая крупная в мире по протяженности и производительности. Она обеспечивает транспорт запланированных объемов газа для потребностей России, СНГ и дальнего зарубежья. Ключевым звеном в формировании надежности и безопасности транспортировки газа потребителям является своевременное техническое обслуживание и ремонт трубопроводов.
Как известно, основная часть газотранспортной системы ОАО «Газпром», включающей 158 тыс. км газопроводов, была построена в 70-80-е годы прошлого века. Естественно, что при существовавших столь высоких темпах ввода новых объектов обеспечить требуемое качество изысканий, проектирования и строительства магистральных газопроводов было трудно.
На большей части газопроводов, особенно пролегающих в сложных природно-климатических условиях, полимерные изоляционные покрытия давно утратили свои проектные характеристики и перестали выполнять функции по защите металла, что привело к зарождению и быстрому протеканию коррозионных процессов. Поэтому ремонт магистральных газопроводов приобретает сегодня первостепенную важность по причине неуклонного увеличения в потребности поддержания работоспособности участков, связанного с имеющимся уровнем технического состояния и возрастом эксплуатируемых газопроводов.
В настоящее время поддержание технического состояния МГ выполняют традиционными методами капитального ремонта, которые ведутся на отключенном и полностью освобожденном от газа участке трубопровода, что требует больших финансовых затрат. ОАО «Газпром» работает в условиях жесткого дефицита финансовых средств, что значительно затрудняет возможности проведения ремонта традиционными методами. Таким образом, без использования нетрадиционных решений по поддержанию требуемого уровня технического состояния МГ, рост затрат на обеспечение безопасности и надежности МГ может стать весьма значительными. Следовательно, со стороны эксплуатационных организации сегодня возникает спрос на высокие технологии, которые позволят решить проблемы обеспечения безопасности и надежности газопроводов. Одним из таких решений является применение выборочного метода ремонта без остановки перекачки газа, основанного на разработке технологий с применением способа заварки коррозионных дефектов.
При сварочных работах на газопроводах без остановки перекачки газа, должны быть установлены режимы сварки, исключающие сквозное проплавление трубы. Для определения допустимых из условия безопасности параметров режимов сварки проводился эксперимент заварки коррозионных дефектов.
Для этого из трубы, бывшей в эксплуатации (сталь Х60), вырезалась пластина (ширина и длина 400 мм) толщиной 18,7 мм. На поверхности пластины произвели вышлифовку участков, эмитируя остаточную толщину, которая составила 6;8;10;15,7 мм от основной толщины (18,7 мм), вследствии воздействия коррозии (рис. 1).
Рис. 1. – Экспериментальный образец (сталь Х60)
В пластину с обратной стороны припаивались хромель-алюминиевые термопары для регистрации и контроля термических циклов при наплавке металла (рисунок 2).
Образец устанавливался на стенд, который производил обдув образца со скоростью 8 м/с и температурой 25 °С. На стенде эмитировали параметры температуры и скорости газа, приближенные к реальным параметрам транспортировки газа (рис. 3).
Рис. 3. – Стенд для обдува экспериментального образца
Перед проведением наплавки металла ручной дуговой сваркой, производился подогрев образца до 100-130 °С (рис. 4).
Рис. 4. – Предварительный подогрев экспериментального образца
Ручной дуговой сваркой проводилась наплавка металла на каждый участок из толщин образца (рис. 5). При сварке использовались электроды (ESAB ОК 53. 70) диаметром 2,5-3,2 мм.
Рис. 5. –Наплавка металла ручной дуговой сваркой на каждую толщину экспериментального образца
Регистрация температуры при наплавке на пластину производилась двумя 6-канальными регистраторами РМТ-69. 6-канальные регистраторы РМТ-69 предназначены для измерения, регистрации и контроля температуры и других неэлектрических величин, преобразованные в электрические сигналы силы, напряжения постоянного тока и активное сопротивление постоянного тока. Регистраторы РМТ-69 имеют 6 аналоговых и 4 дискретных гальванически развязанных входа. В процессе наплавки регистрация температур отображалась на мониторе в виде графиков и числовых данных дискретных входов. Опрос производился путем параллельной обработки сигналов по всем измерительным каналам. Цикл опроса всех каналов – около 1 секунды. Накопленные в РМТ-69 данные затем просматривались на мониторе и переписывались на внешний ПК для дальнейшей обработки (рис. 6).
Рис. 6. – Регистратор контроля температуры РТМ-69
На рисунках 7,8,9,10,11 показаны результаты замеров термического цикла при наплавке металла ручной дуговой сваркой на экспериментальном образце.
Рис. 7. – Термические циклы при наплавке металла на
экспериментальный образец
Скорость сварки = 0,6 мм/с
Ток сварки = 70 А
Скорость обдува = 8 м/с
Электрод 2,5 мм
Предварительный подогрев = 100130 °С
Рис. 8. – Термические циклы при наплавке металла на
экспериментальный образец
Скорость сварки = 0,6 мм/с
Ток сварки = 100 А
Скорость обдува = 8 м/с
Электрод 3,2 мм
Предварительный подогрев = 100130 °С
Рис. 9. – Термические циклы при наплавке металла на
экспериментальный образец
Скорость сварки = 0,6 мм/с
Ток сварки = 130 А
Скорость обдува = 8 м/с
Электрод 3,2 мм
Предварительный подогрев = 100130 °С
Рис. 10. – Термические циклы при наплавке металла на
экспериментальный образец
Скорость сварки = 2,4 мм/с
Ток сварки = 100 А
Скорость обдува = 8 м/с
Электрод 3,2 мм
Предварительный подогрев = 100130 °С
Рис. 11. – Термические циклы при наплавке металла на
экспериментальный образец
Скорость сварки = 2 мм/с
Ток сварки = 130 А
Скорость обдува = 8 м/с
Электрод 3,2 мм
Предварительный подогрев = 100 °С
Рис. 12. – Изменение прочностных характеристик сталей при нагреве.
В процессе сварки происходит локальный нагрев металла стенки. С увеличением температуры уменьшается прочность нагретого металла. На рисунке 12 приведены зависимости изменения прочностных характеристик трубных сталей от температуры нагрева [1].
Как видно, характер изменения временного сопротивления сталей 14ХГС, 17Г1С, и Х60 практически одинаков. При температуре выше 450 °С их прочность резко снижается, а при температуре 600 °С составляет всего 50%. Это необходимо учитывать при выборе режимов сварки на действующем трубопроводе в зависимости от конкретной марки стали и стремиться к минимальному тепловложению при сварке.
Вывод:
Проведенный эксперимент подтвердил возможность проведения выборочного ремонта без остановки перекачки газа методом заварки коррозионных дефектов. Таким образом, ремонт действующего газопровода 1420 мм с толщиной 18,7 мм (при режимах сварки I=100 А, U=22 В, св=2 мм/с, электрод 3,2 мм) возможно проводить при минимальной остаточной толщине стенки трубы 12 мм. Также возможен ремонт действующего газопровода при минимальной остаточной толщине 10 мм при условии, что давление в газопроводе будет снижено на 30% и будут выбраны начальные режимы сварки =70 А, U=22 В, св=1 мм/с, электрод 2,5 мм.
Литература
1. Бут В.С., Аснис А.Е., Иващинко Г.А., и др. Серия "Технология сварки, сварные конструкции". ИЭС им. Е.О. Патона, 1985, №41.