2. 2
Схема работы стенки нефтепровода
Повреждения нефтепроводовПовреждения нефтепроводов
Транспортировка
труб
Транспортировка
труб
Сборка при
монтаже
Сборка при
монтаже
Эксплуатаци
я
Эксплуатаци
я
Технологические
сварочные дефекты
Технологические
сварочные дефекты
Внутреннее
давление
Продольное
напряжение
Кольцевое
напряжение
Изгиб трубы
3. Технология ремонта нефтепроводов
Локальные дефектыЛокальные дефекты Протяженные дефектыПротяженные дефекты
Муфта
hд > 0,2tн
Lд.о > πDн/6
Муфта
hд > 0,2tн
Lд.о > πDн/6
Шлифовка
hд ≤ 0,2tн
Шлифовка
hд ≤ 0,2tн
Заварка
hд > 0,2tн
tост ≥ 5 мм
S ≤ 80x80 мм2
Заварка
hд > 0,2tн
tост ≥ 5 мм
S ≤ 80x80 мм2
Заплата
hд > 0,4tн
dд > 100 мм
Заплата
hд > 0,4tн
dд > 100 мм
Патрубок
dд > 100 мм
Патрубок
dд > 100 мм
Чоп
hд = tн
dд < 2tн
Чоп
hд = tн
dд < 2tн
3
Врезка
катушки
Врезка
катушки
hд - глубина дефекта; dд – диаметр дефекта
tн – номинальная толщина стенки
tост - остаточная толщина стенки
S – площадь поверхности дефекта
Dн – наружный диаметр трубы
Lд.о - длина дефекта в окружном направлении
Трубы ремонтируемого
участка трубопроводов
Катушки
4. 4
Конструкции и технологии установки чопов
Головка чопа
Уплотняемая
часть чопа
Установочная
часть чопа
Стенка трубы
Гладкий чопГладкий чоп Резьбовой чопРезьбовой чоп
Чопы не используются за рубежом, их применение рассмотрено только в трудах
российских ученых (Хромченко Ф.А., Ладыжанский А.П., Зандберг А.С.).
5. 5
Гладкие и резьбовые чопы,
собранные под сварку
Поперечные сечения лабораторных
образцов с чопами
Конструкции лабораторных образцов с типовыми видами
чопов
1 2
3 4
5 6
7. 7
Результаты анализа циклической прочности чопов на
лабораторных образцах
Макрошлифы образцов с чопами после испытаний
Трещины длиной 0,5 и
0,8 мм
Трещины длиной 0,5 и
0,8 мм
Трещин нетТрещин нет Трещины длиной 0,8 и
1,2 мм
Трещины длиной 0,8 и
1,2 мм
Трещины длиной 4,1 и
2,2 мм
Трещины длиной 4,1 и
2,2 мм
Трещины длиной 4,2 и
4,4 мм
Трещины длиной 4,2 и
4,4 мм
Трещины длиной 8,1 и
15 мм (сквозная)
Трещины длиной 8,1 и
15 мм (сквозная)
Оценка прочности выполнена по наличию и длине усталостных трещин.
Опасность разрушения после ремонта зависит от конструкции и размеров чопа.
1 2 3
4 5 6
8. Рекомендуемые виды конструкции и технологии
установки чопов
Чоп с головкойЧоп с головкойЧоп с разделкойЧоп с разделкой
8
Задача: определить рациональные размеры конструкции и технологии
приварки чопов с разделкой и с головкой по критериям долговечности
Головка
чопа
Стенка
трубы
Разделка
d - диаметр отверстия
t - толщина стенки трубы
Dг - диаметр головки
h - высота головки
К – катет шва
9. Два типа ориентации концентратора в корне шва:
тип 1 - по толщине трубы тип 2 - вдоль поверхности
Классификация конструкций чопов по ориентации
концентратора в корне шва
9
10. 10
Компьютерное моделирование процесса приварки
чопа с головкой
Схема установки чопа с головкой при ремонте нефтепровода
Сетка конечных элементов и раскладка валиков для чопа с головкой
12. 12
Рассчитанный сварочный термический
цикл для точки B рядом со швом
Сопоставление рассчитанной зоны проплавления с
макрошлифом натурного образца
Зона проплавленияЗона проплавления
BB
13. 13
Механические характеристики стали К60 (шов Э50А)
Модуль упругости при сдвиге
Объемный модуль упругости Свободная температурно-структурная деформация
Предел текучести
1. Аустенит
2. Перлит шва
3. Бейнит шва
4. Перлит основного
металла
5. Бейнит основного
металла
АустенитАустенит
Перлит, БейнитПерлит, Бейнит
14. Скорость роста трещин в стали К60
Зависимость роста трещины за 10 000 циклов от размаха коэффициента
интенсивности напряжения
14
Результаты экспериментальных исследований
l Δl
Рост менее 2 ммРост менее 2 мм
Рост более 20 ммРост более 20 мм
15. 15
Эпюры сварочных напряжений
После 7-го (корневого) валикаПосле 7-го (корневого) валика
После 10-го валикаПосле 10-го валика
После завершения сваркиПосле завершения сварки
σ1
σ1
σ1,
16. 16
Анализ остаточных напряжений после приварки чопа с головкой и
напряжений от рабочего давления
1) Остаточное
напряжение
1) Остаточное
напряжение
2) Остаточное
напряжение +
напряжение от
рабочего давления
2) Остаточное
напряжение +
напряжение от
рабочего давления
3) После разгрузки3) После разгрузки
Напряжение от рабочего давления
(без учета остаточных напряжений)
Напряжение от рабочего давления
(без учета остаточных напряжений)
σ1
σ1
σ1,
17. 17
Сетка конечных элементов осесимметричной
модели и раскладка валиков для чопа с разделкой.
Компьютерное моделирование процесса приварки чопа с разделкой
Форма проплавления и изотермы максимальных температур, достигнутых в процессе
сварки чопа с разделкой в сопоставлении с макрошлифом натурного образца
Зона проплавленияЗона проплавления
18. 18
Анализ остаточных напряжений после приварки чопа с разделкой и
напряжений от рабочего давления
1) Остаточное
напряжение
1) Остаточное
напряжение
2) Остаточное
напряжение +
напряжение от
рабочего давления
2) Остаточное
напряжение +
напряжение от
рабочего давления
3) После разгрузки3) После разгрузки
Напряжение от рабочего
давления (без учета
остаточных
напряжений)
Напряжение от рабочего
давления (без учета
остаточных
напряжений)
σ1σ1
σ1,
19. Рекомендуемые конструкции чопа
D - диаметр ремонтируемого отверстия, t – толщина стенки трубы
19
• Чоп с головкой является универсальной конструкцией и может использоваться
для герметизации отверстий диаметром от 8 до 40 мм.
• Чоп с разделкой имеет более узкое применение – для герметизации отверстий
диаметром от 8 до 20 мм.
Рекомендуемые соотношения размеров чопов
Чоп с головкой Чоп с разделкой
20. Изготовление натурных образцов (технология)
20
Способ сварки - ручная дуговая сварка
электродами с покрытием основного типа
(Э50А по ГОСТ 9467 или Е7016 по AWS
A5.1).
Диаметр электродов – от 3,0 до 3,2 мм.
Сварочный ток – 90…120 А.
33. 33
Шлиф чопа с разделкой поперек
оси трубы – обнаружена
трещины длиной 0,71 мм
Фотографии шлифов, вырезанных из испытанных чопов
Шлиф чопа с головкой
поперек оси трубы –
трещины не обнаружены
Разработанные конструкции вошли в нормативный документ и применяются для ремонта
трубопроводов диаметром до 1220 мм с давлением до 10 МПа
