Сеть профессиональных контактов специалистов сварки.
             

Термическая обработка сварных соединений магистральных нефтегазопроводов

Темы: Сварные соединения, Сварка труб.

В настоящее время и ближайшие годы магистральные газонефтепродуктопроводы (далее магистральные трубопроводы) диаметром до 1420 мм будут прокладывать в регионах нашей страны с холодными климатическими условиями (север Европейской части России, восточные регионы Сибири, Сахалин и др.). Для эксплуатации магистральных трубопроводов в таких климатических условиях требуются легированные стали с высоким уровнем хладостойкости, что обусловливает повышенные требования к строительно-монтажным организациям в обеспечении качества сварочных работ. С этой целью применяют различные технологические операции и, в частности, подогрев для сварки кромок труб (предварительный и сопутствующий) и термическую обработку сварных соединений. К операциям, проводимым с помощью средств нагрева и относящимся к сварочным работам, следует отнести также нагрев выполненных сварных соединений для наложения постоянной гидротеплоизоляции (антикоррозионной изоляции).

Необходимость подогрева для сварки и термической обработки сварных соединений определяется требованиями нормативно-технической документации (НТД). В настоящее время часть магистральных трубопроводов, в частности на Сахалине, проектируется зарубежными организациями с поставкой оборудования и материалов по НТД этих стран. В этом случае сварочные работы, в том числе и термическая обработка сварных соединений, должны выполняться по нормативам этих стран. Например, по нормативам США, которые практически считаются международными, согласно коду ASME B 31.8, термическую обработку сварных соединений проводят для углеродистых и низколегированных сталей МО1 (W01) (аналог в России —стали 20, 15ГС, 09Г2С и др.) с толщиной стенок более 19 мм.

Еще страницы близкие к теме

Термическая обработка сварных соединений

:

В нормативах России (ВСН 006—89) регламентировано, как проводится термическая обработка сварных соединений промысловых нефтегазопроводов, транспортирующих рабочие среды с высокими содержанием и парциальным давлением норматисероводорода H2S. Однако отсутствуют указания по термической обработке сварных соединений магистральных трубопроводов, транспортирующих "чистые" (без содержания H2S) нефтегазопродукты. Назначение термической обработки таких сварных соединений должно проводиться согласно указаниям проектной документации. Исключения составляют требования, предъявляемые СП 105-34—96 к магистральным газопроводам "Ямал—Европа", для сварных соединений которых предписано проведение термической обработки по режиму высокого отпуска в отдельных случаях (для разнотолщинных стыковых соединений при толщине стенки более 42 мм и др.).

Подогрев для сварки (предварительный до начала сварки) до 100—200 °C в соответствии с требованиями НТД выполняют для свариваемых кромок труб с целью их осушки и создания запаса теплоты, необходимой для успешного проведения сварочного процесса. В отдельных случаях необходимо проведение сопутствующего подогрева в процессе сварки, когда кромки труб остывают ниже минимальной температуры, предписанной требованиями НТД. При этом особое внимание обращается на недопустимость загрязнения кромок труб (например при подогреве газопламенным способом с использованием пропана), а также при необходимости обеспечения равномерного нагрева.

Термическая обработка сварных соединений магистральных трубопроводов проводится по требованиям НТД, как правило, по режиму высокого отпуска с целью снижения содержания диффузионного водорода и уровня сварочных напряжений, а также улучшения механических свойств и структуры металла сварного соединения.

Подогрев поверхности сварных соединений до 150—200 °C для наложения гидротеплоизоляции выполняют после окончания сварки и контроля качества сварных соединений. Особое внимание при этом обращают на чистоту поверхности и равномерность нагрева различных зон сварного соединения.

При разработке оборудования для выполнения подогрева при сварке, термической обработки и подогрева сварных соединений для наложения антикоррозионной изоляции следует учитывать возможность выполнения этих трех операций с применением одного и того же типа оборудования.

Согласно положениям НТД развитых зарубежных стран, подогрев для сварки является первой фазой термической обработки и включен в НТД по термической обработке сварных соединений. Согласно коду ASME B 31.8, для российского аналога стали МО1-1 подогрев для сварки при толщине стенки до 25 мм производят до 10 °C (осушка), а свыше 25 мм — до 79 °C, для российского аналога стали МО2-1 при толщине стенки до 13 мм — до 10 °C (осушка), более 13 мм — до 79 °C. Безусловно, при проведении работ в условиях холодного климата температура подогрева должна быть увеличена. Согласно ВСН 006 — 89, подогрев для сварки относится к сварочным операциям и в зависимости от химического состава металла труб, типа электродов и толщины стенки свариваемых труб его температура находится в пределах 100—200 °C.

 

При подогреве для сварки магистральных трубопроводов применяют четыре технологии: с использованием газопламенного нагрева от кольцевых пропановых горелок, электронагревателей сопротивления и комбинированного действия, индукционного нагрева токами средней частоты до 10 кГц.

Основным методом подогрева при сварке магистральных трубопроводов, проектируемых российскими организациями, является газопламенный нагрев кольцевыми пропановыми горелками. Этот метод нагрева отличается простотой и не требует применения электрических источников питания.

Однако качество подогрева, особенно для труб большого диаметра, может оказаться невысоким из-за трудности осуществления равномерного нагрева по окружности свариваемых кромок труб и их загрязнения от копоти пламени. Кроме того, при работе в северных условиях, когда сварка стыков труб происходит под переносными укрытиями, сложно обеспечить необходимые правила техники безопасности. По этой причине при строительстве магистральных нефтепроводов "Сахалин-II" и "Сахалин-I" диаметром 219—925 мм с толщиной стенки 8—12 мм из низколегированной стали Х65 по проектам "Сахалин Энерджи" (Англия) и "Эксон-Мобил" (США) применение газопламенного подогрева для стыковых соединений запрещено. Для этих целей используют специально изготовленные фирмами РIH (Англия) и "Миллер" (США) индукционные установки токов средней и высокой частоты мощностью до 20 кВт. Кроме того, успешно применяется разработанная ООО НПП "Курай" (Уфа) специальная индукционная установка токов средней частоты для подогрева труб диаметром 525—1220 мм (рис. 1).

Техническая характеристика установки.

Напряжение питающей сети, В . . . . . . . . . . . 380, три фазы

Максимальная мощность, кВт . . . . . . . . . . . . 20

Диапазон рабочих частот, кГц. . . . . . . . . . . . . 7—10

Ток, А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Напряжение, В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Охлаждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Воздушно-принудительное

Кпд, %. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Диапазон регулирования мощности, % . . . . . 10—100

Габаритные размеры, мм . . . . . . . . . . . . . . . . 450 х 550 х 900

Масса, кг. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Температура окружающей среды, °C. . . . . . . От 40 до –40

Время подогрева до 100 °C, мин . . . . . . . . . . 2—7

 

термическая обработка сварных соединений магистральных нефтегазопроводов

Рис. 1. Установка ООО "НПП Курай" для подогрева при сварке труб диаметром 525—1220 мм: 1 — пульт управления установки; 2 — секция индуктора на трубе; 3 — устройство для соединения секций индукторов; 4 — резервная секция индуктора.

Установка укомплектована соединительными кабелями и гибкими индукторами для труб диаметром 525, 625, 920 и 1220 мм. В настоящее время проводится разработка аналогичной установки для подогрева при сварке труб диаметром 1420 мм.

Индукционные электронагреватели легко устанавливаются на трубы, имеют высокую удельную мощность до 8 Вт/см2.

Применение электронагревателей сопротивления носит ограниченный характер. Электронагреватели типа ГЭН в 1980-х гг. имели значительное применение, однако в последние годы практически не применяются (сняты с производства в 1990 г.) [1]. Применение поверхностных электронагревателей (типа нагревательных матов) мощностью 2,7 кВт (45 А, 60 В), как зарубежных, так и отечественных, нерационально в связи с их небольшими размерами, незначительной удельной мощностью (4—5 Вт/см2) и обязательной необходимостью использования программной установки.

Подогрев для сварки рационально выполнять с использованием электронагревателей комбинированного действия типа КЭН-3 и КЭН-4-3 [2]. Эти электронагреватели обладают высокой удельной мощностью (до 9 Вт/см2), легко устанавливаются на свариваемые трубы, не требуется применения программных установок, допускается выполнение сопутствующего подогрева в процессе сварки, возможно применение для труб диаметром до 1420 мм.

Термическая обработка сварных соединений магистральных трубопроводов диаметром до 1020 мм, транспортирующих среды с H2S, проводилась в нашей стране примерно с 1960 г., используя передвижные программные установки ОТС-62 в комплекте с электронагревателями сопротивления типа ПТО и ГЭН [3]. Для выполнения этих работ в системе Миннефтегазстроя СССР были организованы два специализированных монтажных треста (в Оренбурге и Узбекистане), которые направляли персонал термистов с установками ОТС-62 в различные регионы страны. В 1990-х гг. изготовление этого оборудования было прекращено и в настоящее время в регионах Оренбургской обл. находятся только отдельные единицы. Ремонтные работы на магистральных трубопроводах, транспортирующих среды с H2S, в регионе Оренбурга проводят с использованием электронагревателей ГЭН, в регионе Астрахани — нагревательными матами мощностью 2,7 кВт.

термическая обработка сварных соединений

Рис. 2. Мобильный комплекс ООО РСП "Алексий" (назначение - термическая обработка сварных соединений в условиях трассы) : 1 — кабина автомобиля "Урал"; 2 — фургон (кунг); 3, 4 — люки для подключения и хранения кабелей соответственно; 5 — дверь отсека дизель-генератора.

 
В настоящее время большой объем работ по строительству магистральных трубопроводов, транспортирующих среды с H2S, проводят в Казахстане. Термическая обработка сварных соединений проводится, в частности, на двух мобильных комплексах на автомашинах "Урал 6 х 6" с программной установкой "Термо-3000" мощностью 200 кВт, изготовленных ООО РСП "Алексий" (Пермь) (рис. 2) [4]. Установки предназначены для термической обработки сварных соединений труб диаметром до 1420 мм с использованием электронагревателей комбинированного действия КЭН-4-3, изготовленных ООО "Нагрев". В кабине автомобиля вместе с установкой для термической обработки размещен дизель-генератор ДГУ-200. Один такой передвижной комплекс эксплуатируется в ООО "Пермтрансгаз".

В последние годы в России термическую обработку сварных соединений магистральных газопроводов проводили при сооружении газопровода "Голубой поток" (Россия — Турция).

Техническая характеристика автомобиля "Урал 6 х 6":

Номинальная мощность, л. с. . . . . . . . . . . 240

Масса груза на шасси, кг . . . . . . . . . . . . . . 12 000

Масса автомашины, кг . . . . . . . . . . . . . . . . 8310

Полная масса мобильного комплекса, кг . 20 535

Максимальная скорость движения авто-

мобиля, км/ч. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Габаритные размеры фургона (кунга), мм. 5700 х 2500 х 2100

Техническая характеристика дизель-генератора ДГУ-200:

Номинальная мощность, кВт . . . . . . . . . . 200

Номинальная частота вращения, об/мин 1500

Удельный расход топлива, кг/(кВт•ч) . . . 0,3

Ток. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Переменный, трехфазный

Линейное напряжение, В . . . . . . . . . . . . . 380

Частота тока, Гц. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Температура окружающей среды, °C. . . . –50—50

Габаритные размеры, мм . . . . . . . . . . . . . 2865 х 1330 х 1715

Масса, кг. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3000

 
Две линии магистрального газопровода длиной 1 км включают трубы диаметром 610 мм с толщиной стенки 38 мм из стали ЛРI5LX65 (аналог 09Г2С). На этих линиях выполняли термическую обработку 219 сварных соединений по режиму высокого отпуска с нагревом до 595—615 °C с применением программных установок ТП6-100 и ТП8-120 производства ООО НПП "Курай" (Уфа), мощностью соответственно 100 и 120 кВт с шестью и восемью каналами нагрева. Для нагрева использовали нагревательные маты мощностью 2,7 кВт фирмы "Велдотерм" (Германия) и высокотемпературную теплоизоляцию ЗАО РЛБ "Силика" (Московская обл.) типа "Супер-Сил" толщиной 25 мм. Согласно технологии, разработанной ВНИИМонтажспецстроем, на сварные соединения устанавливали 18 электронагревателей суммарной мощностью 48 кВт. Время установки электронагревателей, термопар и теплоизоляции составляло 6 ч, время нагрева до 600 °C — 3 ч. Кроме того, были обработаны четыре сварных соединения трубных элементов размером 1220 х 30 и 1300 х 70 мм с установкой 56 электронагревателей суммарной мощностью 151 кВт. Время установки электронагревателей, термопар и теплоизоляции составило 10 ч, время нагрева до 600 °C — 6 ч. Термическую обработку по нормативам кода ASME B 31.8 проводила фирма "Катран-К" (Франция), персонал термистов был российский. Следует отметить, что электронагреватели устанавливали с параллельным подключением (каждая секция имела два подсоединения). Установки ТП6-100 и ТП8-120 были размещены в специальных кабинах и перемещались вдоль трассы тракторами совместно с дизель-генераторами. Следует отметить, что работы проходили в регионе с теплым климатом (Краснодарский край) в летнее время.

В настоящее время термическую обработку сварных соединений нефтегазопроводов проводят на Сахалине в системах "Сахалин-I" — "Сахалин-IV". Так, например, на нефтяном месторождении Чаево (район г. Оха) термическую обработку сварных соединений размером 610 x 76 мм из стали А533 (аналог 09Г2С) по проекту фирмы "Эксон-Мобил" (США), согласно нормативам ASME код B 31.8, проводил российский персонал термистов по предложению ВНИИМонтажспецстроя. Для этих целей использовали установку "Стандарт-Европа" 84-6 фирмы "Велдотерм" с установкой 30 секций нагревательных матов мощностью 2,7 кВт (суммарной мощностью 81 кВт). Работы выполняли при температуре –26—30 °C и сильном ветре, на сварное соединение была установлена защитная палатка. При этом время нагрева составляло 15—17 ч, а размещения электронагревателей, термопар и теплоизоляции — 9—10 ч.

Проведенные работы показали, что применение нагревательных матов мощностью 2,7 кВт, предлагаемых зарубежными фирмами для термической обработки сварных соединений магистральных трубопроводов больших диаметров (более 600 мм) или с большими толщинами стенок (более 40 мм), нерационально вследствие их небольшой удельной мощности (4—5 Вт/см2). Причем это зависит и от типа программных установок, в том числе российских, что также было подтверждено первым опытом работ по приварке фитингов для врезки в нефтегазопроводы под давлением.

Для проведения термической обработки в северных условиях и на Северо-Европейском газопроводе необходимы разработка и применение других средств нагрева. К числу требований, предъявляемых к ним, относятся значительная удельная мощность (не менее 8—9 Вт/см2), упрощение электрической схемы нагрева, связанной с применением относительно мощных электронагревателей, что уменьшает количество их подключений к источникам питания и требует небольшой длины участка сварного соединения для установки электронагревателей (не более 400 мм для ввода мощности 150 кВт).

 
К таким средствам нагрева относится индукционный нагрев токами средней частоты 2500 Гц (единичная мощность индуктора до 160 кВт) и нагрев электронагревателями комбинированного действия КЭН-4-3 (единичная мощность 25—28 кВт) [1]. Индукционный нагрев токами средней частоты 2500 Гц эффективен при местной термической обработке сварных соединений крупногабаритных конструкций барабанов котлоагрегатов диаметром до 2 м с толщиной стенки до 110 мм [6].

Электронагреватели КЭН-4-3 успешно использовались при местной термической обработке сварных соединений газопроводов при рекуперации газокомпрессорных станций в течение 5 лет по технологии, разработанной ВНИИМонтажспецстроем [4]. Более 2 тыс. сварных соединений труб диаметром 820—1220 мм с толщиной стенки до 27 мм из стали 12ХМ итальянской поставки обрабатывали по режиму высокого отпуска с нагревом до 700 °C электронагревателями КЭН-4-3.

В настоящее время для местной термической обработки сварных соединений магистральных трубопроводов в полевых условиях можно рекомендовать передвижную всесезонную установку "Интерм-160" производства ООО НПП "Курай" для индукционного нагрева токами средней частоты 2500 Гц мощностью 100 кВт.

Техническая характеристика установки "Интерм-160":

Параметры питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 В, три фазы, 50 Гц

Допустимые колебания напряжения сети 10—15 % Uном

Выходное напряжение установки, В:

номинальное. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400

регулируемое . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200—600

Частота выходного напряжения, кГц:

номинальная. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,4

регулируемая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,6—3,0

Потребляемая мощность, кВт . . . . . . . . . . 180

Выходная мощность, кВт:

номинальная . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

регулируемая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30—160

Охлаждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Жидкостное (вода или тосол)

Расход охлаждающей жидкости, м3/ч, не более. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,2

Температура окружающего воздуха, °C . . От –40 до 40

Габаритные размеры кабины установки, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4500 х 2400 х 2500

Масса установки с кабиной, кг . . . . . . . . . 2600

 

Оборудование для термической обработки размещено в передвижной кабине на полозьях, что облегчает ее перемещение вдоль трассы трактором совместно с дизель-генератором. В установке возможно использование индукторов как из оголенного медного провода, так и водоохлаждаемых. Существует также вариант кабины на колесном ходу.

Нагрев сварных соединений для наложения постоянной изоляции может выполняться с помощью средств, применяемых при предварительном подогреве свариваемых кромок труб. Для наиболее ответственных трубопроводов, к которым относятся магистральные трубопроводы систем "Сахалин-I" и "Сахалин-II", для нагрева применяют английские и американские индукционные установки, а также индукционные установки, изготовленные ООО НПП "Курай". Также возможно применение электронагревателей типа КЭН и средств нагрева для термической обработки сварных соединений.

В заключение следует отметить, что необходима разработка специальной НТД по термической обработке сварных соединений магистральных трубопроводов, где кроме режимов должны быть приведены рекомендуемые средства нагрева, технологические приемы проведения термической обработки и средства контроля качества.

Список литературы по теме "Термическая обработка сварных соединений магистральных нефтегазопроводов":

1. Корольков П. М. Термическая обработка сварных соединений. Киев: Экотехнология, 2003. 199 с.

2. Корольков П. М. Рациональные методы подогрева для сварки магистральных и технологических нефтегазопроводов //Химическая техника. 2004. № 4. С. 32—36.

3. Корольков П. М. Термообработка сварных соединений трубопроводов в полевых условиях // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1996. № 11—12. С. 21—24.

4. Корольков П. М. Местная термообработка сварных соединений технологических трубопроводов при рекуперации газокомпрессорных станций // Химическая техника. 2003. № 10. С. 18—21.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

.