Спосіб ремонту дефектної ділянки трубопроводу, який знаходиться під тиском

Реферат: Спосіб ремонту дефектної ділянки трубопроводу, який знаходиться під тиском, включає встановлення герметичної муфти з подальшим заповненням підмуфтового простору масою, яка самотвердіє та яка подається під тиском. З двох сторін дефектної ділянки встановлюють тонкостінні кільця з наступною установкою на них частин ремонтної муфти, торці якої розташовують над зовнішніми торцями тонкостінних кілець. Після цього частини ремонтної муфти притискають до тонкостінних кілець і зварюють між собою поздовжніми швами. З двох сторін муфти з зазором монтують технологічні кільця, після чого суміжні торці муфти, технологічних і тонкостінних кілець зварюють з трубопроводом в зазор між кільцями. Після завершення зварювання з трубопроводом торців муфти, технологічних і тонкостінних кілець на кожному технологічному кільці встановлюють по додатковому тонкостінному кільцю, потім з двох сторін муфти монтують бандажні кільця. При цьому внутрішні торці бандажних кілець розташовують на поверхні муфти, а зовнішні - на відповідних додаткових тонкостінних кільцях. Далі внутрішні торці бандажних кілець кріплять за допомогою зварювання до поверхні муфти, а зовнішні торці бандажних кілець одночасно із зовнішніми торцями додаткових тонкостінних кілець зварюють кільцевими швами з поверхнею відповідних технологічних кілець. Після цього підмуфтовий простір заповнюють під тиском масою, яка самотвердіє. UA 102423 U (12) UA 102423 U UA 102423 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки ремонту трубопроводного транспорту, переважно магістральних трубопроводів високого тиску. При тривалій експлуатації трубопроводів, на їхніх лінійних ділянках у результаті процесів корозії, механічних і хімічних впливів, з'являються численні дефекти (раковини, каверни, тріщини, свищі, спучування, розшарування металу труби, гофр і т.д.). У ряді випадків дефекти є неприпустимими для безпечної експлуатації трубопроводу. Для ремонту діючих трубопроводів, велике поширення одержав муфтовий ремонт, що полягає в установці навколо дефектної ділянки замкнутої твердої оболонки, наповненої компаундом. Для ефективного ремонту дефектної ділянки труби потрібно максимально знизити кільцеві напруження, передавши навантаження на зовнішню оболонку. Це може бути здійснено декількома способами. По-перше, муфта може бути встановлена на трубопровід при зниженому тиску, коли він має мінімальний діаметр. У цьому випадку, при підвищенні внутрішнього тиску й пов'язаного із цим збільшення діаметра, муфта обтискує трубу, беручи на себе частину навантаження. Однак при цьому необхідна зміна режимів транспорту продукту. По-друге, при установці муфти трубопровід може бути примусово стиснутий, для чого потрібні дорогі зовнішні пристрої й пристосування. По-третє, в підмуфтовому просторі може бути створено необхідний тиск, однак для цього потрібна надійна герметизація торців муфти. Відомий спосіб ремонту лінійних ділянок трубопроводів шляхом встановлення ремонтної муфти, заповненої клейовою композицією [UK Patent Application, GB, 2210134A]. Ремонтна конструкція складається із двох півмуфт. У процесі монтажу півмуфти механічно з'єднують одну з другою, утворюючи замкнуту оболонку навколо ремонтованої ділянки трубопроводу. Далі оболонку центрують за допомогою технологічних елементів (болтів), установлених в отворах корпуса. Після цього простір між трубопроводом і муфтою герметизують з обох кінців за допомогою суміші, що самотвердіє (цементу, епоксидної шпаклівки й т.д.). В ізольований проміжок через спеціальні штуцери накачують епоксидну суміш, що забезпечує високу жорсткість конструкції. Даний спосіб ремонту практично всіх типів некрізних дефектів набув широкого застосування на лінійних ділянках трубопроводів, що працюють під високим тиском. Відремонтовані в такий спосіб ділянки трубопроводу, мають, як правило, більш високу міцність, ніж прилягаючі неушкоджені ділянки труби. Незважаючи на велике поширення, спосіб має істотні недоліки, пов'язані з неможливістю введення епоксидного наповнювача під високим тиском. Надалі, через зміну геометричних розмірів трубопроводу через перепади тиску продукту, що перекачується, і температурних деформацій, епоксидний шар може розшаровуватися, що призводить до зниження жорсткості й герметичності конструкції. Крім того, відносно низький тиск заповнення епоксидною сумішшю простору під муфтою, з урахуванням його усадки в процесі затвердіння, допускає появу порожнеч. Максимальний тиск заповнення простору під муфтою обмежено міцністю ізолюючих прокладок на торцях. Для істотного зниження окружних напружень у ремонтованій трубі, встановлення муфти проводять при зниженому тиску в трубопроводі, що в більшості випадків реальної експлуатації магістральних газопроводів є небажаним. Відомий спосіб ремонту локальних пошкоджень трубопроводів [патент Росії 2104439]. Спосіб оснований на використанні розрізної муфти, частини якої збирають на ділянці трубопроводу, яка ремонтується і центрують за допомогою болтів, утворюючи навколо труби замкнуту оболонку. Надалі простір під муфтою ізолюють за допомогою еластичної прокладки і фланців, після чого заповнюють під тиском епоксидною сумішшю. Даний спосіб дозволяє здійснити якісний ремонт трубопроводу. Запресовування епоксидної суміші в простір під муфтою здійснюють при високому тиску. В результаті цього простір гарантовано заповнюється епоксидною сумішшю. Крім того, стінки муфти піддаються розтягуванню, а трубопроводів стиску. Це дозволяє компенсувати зміну геометричних розмірів трубопроводу через перепади тиску і зменшення обсягу епоксидного прошарку в процесі усадки. Разом з тим, для реалізації способу потрібні трудомісткі роботи по центруванню муфти, сама конструкція відрізняється складністю через наявність роз'ємних фланців. Вимагається склеювання ущільнювальних прокладок. Відомий спосіб ремонту трубопроводу за допомогою муфти, що заповнюється рідкою речовиною [Гумеров А.Г., Ахметов Х.А., Гумеров Р.С., Векштейн М.Г. Аварийновосстановительный ремонт магистральных нефтепроводов / Под ред. А.Г. Гумерова. - М: Недра-Бизнесцентр, 1988. - стр. 88-91]. Після встановлення, муфта являє собою герметичну оболонку, жорстко приварену до трубопроводу кільцевими швами. Після встановлення підмуфтовий простір заповнюють рідиною, за яку автор рекомендує використовувати нафту. Спосіб має обмежене застосування на діючих трубопроводах, що знаходяться під тиском, тому що для ефективного розвантаження ділянки труби, яка ремонтується, значення тиску у 1 UA 102423 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підмуфтовому просторі повинно перевищувати половину тиску усередині трубопроводу. Однак збільшення тиску у підмуфтовому просторі в цьому випадку, за рахунок ефекту розклинення, призводить до появи небажаних напружень в зварному шві, за допомогою якого зовнішня оболонка з'єднується з трубою, що підвищує, в порівнянні з іншими ділянками, ймовірність гільйотинного розриву труби по зварному шву при позаштатних умовах експлуатації трубопроводу. Крім того, застосування рідкого наповнювача небажано, тому що у випадку розгерметизації підмуфтового простору з плином часу муфта перестає виконувати свої функції. Відомий спосіб підвищення категорії протяжної лінійної ділянки діючого трубопроводу шляхом встановлення на ньому багатосекційної герметичної муфти з компаундним наповненням підмуфтового простору (патент України 78963). У заздалегідь вибраних точках, сусідні сектори муфт встановлені на тонкостінних кільцях, зварюються між собою і трубопроводом за допомогою кільцевих швів. Для зменшення навантаження на кільцевий зварний шов і зменшення можливості гільйотинного розриву по зварному шву, при позаштатних умовах експлуатації трубопроводу, для муфт, зварених із секторів, використовують оболонку з більшою товщиною стінки, при цьому заповнюють масою, яка самотвердіє, під меншим тиском. Крім того, зверху зварного шва встановлюють бандажні кільця. Підвищення товщини оболонки призводить до збільшення ваги трубопроводу і вартості ремонтної конструкції. Крім того, бандажне кільце у вигляді, запропонованому в способі підвищення категорії протяжної лінійної ділянки діючого трубопроводу, може бути використано тільки в місцях зварного з'єднання оболонок з однаковим зовнішнім діаметром. Відомий спосіб ремонту дефектної ділянки трубопроводу, що знаходиться під тиском (патент України 77931), вибраний як найближчий аналог. Спосіб здійснюють наступним чином. З двох сторін дефектної ділянки встановлюють тонкостінні кільця, висоту яких вибирають таку, що дорівнює максимальному перевищенню шва трубопроводу в межах ділянки, що ремонтується. Після цього на встановлених тонкостінних кільцях монтують частини розрізної ремонтної муфти. У загальному випадку, ремонтна муфта складається з двох півоболонок довжиною, що дорівнює відстані між дальніми торцями тонкостінних додаткових кілець. Частини ремонтної муфти сильно притискають до тонкостінних додаткових кілець, розташувавши торці муфти над торцями тонкостінних кілець, після чого частини ремонтної муфти зварюють між собою поздовжніми швами, не торкаючись дугою стінки трубопроводу. З боку зовнішніх торців муфти з зазором встановлюють технологічні кільця, що складаються з декількох частин, які зварюють поздовжніми швами без торкання дугою тіла труби. Після охолодження наплавленого металу зварюють кільцеві шви, якими приварюють торці муфти, розташовані під ними торці тонкостінних кілець і внутрішні торці технологічних кілець до трубопроводу в зазор між ними, забезпечуючи тим самим герметичність підмуфтового простору. Після закінчення зварювальних робіт підмуфтовий простір заповнюється відомими способами масою, яка самотвердіє та яку подають під тиском, порівнянним з тиском всередині трубопроводу, що ремонтується. Спосіб, вибраний як найближчий аналог, має обмежене застосування на трубопроводах, що працюють при високому тиску (понад 5 МПа), на яких в силу технічних чи інших причин не допускається зміна режимів транспорту продукту на час проведення ремонтних робіт. Для ефективного розвантаження дефектної ділянки, необхідно, щоб тиск у підмуфтовому просторі дорівнював або перевищував половину тиску в трубопроводі. В цьому випадку, кільцеві зварні шви будуть піддаватися розклинюванню. Якщо зварні шви, що зв'язують муфту з трубою, накладалися при максимальному тиску (а отже, при максимальному діаметрі трубопроводу), після запресовування маси, яка самотвердіє, в них будуть діяти неприпустимі напруження, що знижують надійність ремонтної конструкції. Задачею корисної моделі є підвищення надійності ремонтної конструкції і якості ремонту дефектної ділянки трубопроводу за рахунок встановлення зверху кільцевого зварного шва бандажного кільця. Це дозволить створити у підмуфтовому просторі рівень тиску маси, яка самотвердіє, необхідний для досягнення необхідного ступеня розвантаження ділянки трубопроводу, яка ремонтується, без ризику появи в кільцевих зварних швах небезпечних значень механічних напружень. Поставлена задача вирішується тим, що в способі ремонту дефектної ділянки трубопроводу, який знаходиться під тиском, що полягає у встановленні герметичної муфти з подальшим заповненням підмуфтового простору масою, яка самотвердіє та яка подається під тиском, для реалізації якого спочатку з двох сторін дефектної ділянки встановлюють тонкостінні кільця з наступним встановленням на них частин ремонтної муфти, торці якої розташовують над зовнішніми торцями тонкостінних кілець, після чого частини ремонтної муфти притискають до тонкостінних кілець і зварюють між собою поздовжніми швами, крім того, з двох сторін муфти з зазором монтують технологічні кільця, після чого відповідні торці муфти, технологічних кілець і 2 UA 102423 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тонкостінних кілець зварюють з трубопроводом в зазор між кільцями, згідно з корисною моделлю, після завершення зварювання з трубопроводом торців муфти, технологічних кілець і тонкостінних кілець на кожному технологічному кільці встановлюють по додатковому тонкостінному кільцю, потім з двох сторін муфти монтують бандажні кільця, причому внутрішні торці бандажних кілець розташовують на поверхні муфти, а зовнішні - на відповідних додаткових тонкостінних кільцях, далі внутрішні торці бандажних кілець кріплять за допомогою зварювання до поверхні муфти, а зовнішні торці бандажних кілець одночасно із зовнішніми торцями додаткових тонкостінних кілець зварюють кільцевими швами з поверхнею відповідних технологічних кілець, після цього підмуфтовий простір заповнюють під тиском масою, яка самотвердіє. Пропонований спосіб здійснюють наступним чином. З двох сторін дефектної ділянки монтують тонкостінні кільця. Тонкостінні кільця можуть бути виготовлені як з стрічкового матеріалу, який легкозварюється, так і з порошкової зварювальної стрічки. Висоту тонкостінних кілець вибирають рівну максимальному перевищенню шва трубопроводу в межах ділянки, яка ремонтується. Ширину кожного тонкостінного кільця вибирають з умови створення додаткової жорсткості труби в районі зварювання, що гарантує збереження її стійкості при нагріванні. У загальному випадку, ширина тонкостінного кільця не повинна бути менше товщини стінки трубопроводу на ділянці, яка ремонтується. Після цього на встановлених тонкостінних кільцях монтують частини розрізної ремонтної муфти. У загальному випадку, ремонтна муфта складається з двох півоболонок довжиною, що дорівнює відстані між далекими торцями тонкостінних додаткових кілець. Частини ремонтної муфти сильно притискають до тонкостінних кілець, розташувавши торці муфти над торцями тонкостінних кілець, після чого частини ремонтної муфти зварюють між собою поздовжніми швами, не торкаючись дугою стінки трубопроводу. Після цього з боку торців муфти з зазором встановлюють технологічні кільця, що складаються з декількох частин, які зварюють поздовжніми швами без торкання дугою тіла труби. Після охолодження наплавленого металу зварюють кільцеві шви, якими приварюють торці муфти, розташовані під ними торці тонкостінних кілець і внутрішні торці технологічних кілець до трубопроводу в зазор між ними. Далі на кожне технологічне кільце встановлюють по додатковому тонкостінному кільцю. Додаткові тонкостінні кільця виконують з матеріалу, який добре зварюється або з порошкової зварювальної стрічки. Після встановлення додаткових тонкостінних кілець на них монтують бандажні кільця. Внутрішні торці бандажних кілець розташовують на поверхні муфти, а зовнішні торці поєднують із зовнішніми торцями додаткових тонкостінних кілець. Після монтажу частини бандажних кілець зварюють між собою поздовжніми швами. Після цього зовнішні торці бандажних кілець разом із зовнішніми торцями додаткових тонкостінних кілець зварюють з поверхнею відповідних технологічних кілець кільцевими кутовими швами. Внутрішні торці бандажних кілець за допомогою зварювання кріплять до поверхні муфти. З метою запобігання виникнення згодом щілинної корозії і додаткового зниження напружень в кільцевому зварному шві, що з'єднує муфту з трубопроводом, під бандажні кільця відомими способами може бути під тиском введена антикорозійна речовина. Проте, в цьому випадку, при встановленні бандажного кільця, під його торцем, який контактує з муфтою, бажано встановити підкладне кільце, яке згодом зварюють з поверхнею муфти одночасно з внутрішнім торцем бандажного кільця. Використання підкладного кільця дозволить затупити природний концентратор напружень у вигляді міжшарового проміжку між бандажним кільцем і муфтою, в місцях переходу від наплавленого металу до основного. Це дозволить збільшити ресурс роботи зварних з'єднань за рахунок підвищення їх опірності крихкому руйнуванню. Після остаточного монтажу на трубі всієї ремонтної конструкції проводять гідравлічні випробування герметичності підмуфтового простору за допомогою рідини, що підвищує адгезивні властивості металу. При позитивних результатах випробувань підмуфтовий простір заповнюються відомими способами масою, яка самотвердіє, під розрахунковим тиском. Як тимчасовий захід підмуфтовий простір може бути заповнено маслом або іншою рідиною, що має високий модуль пружності. Використання пропонованого технічного рішення дозволить здійснити ремонт практично всіх видів некрізних дефектів трубопроводів, ефективно знизивши як кільцеві, так і поздовжні напруження в трубі ділянки, яка ремонтується. Наявність бандажного кільця, встановленого зверху кільцевого шва, дозволяє підвищити надійність всієї ремонтної конструкції, зокрема веде до зниження ймовірності гільйотинного розриву трубопроводу при різкому скиданні тиску і зрушення ґрунту. Крім того, бандажне кільце сприяє зменшенню кутової деформації стінок ремонтної муфти і трубопроводу в місцях їх з'єднання, знижуючи тим самим ефект розклинення зварного шва при запресовуванні маси, яка самотвердіє. При цьому наявність додаткових 3 UA 102423 U 5 10 15 20 25 30 35 тонкостінних кілець дозволяє надійно зафіксувати бандажне кільце на муфті, забезпечивши при цьому ефективне розвантаження кільцевих зварних вузлів ремонтної конструкції. Пропонований спосіб може бути використаний і при ремонті протяжних ділянок діючих трубопроводів. В цьому випадку, ремонтну конструкцію роблять з декількох муфтових секцій, з'єднаних кроковим способом через вузли сполучення без зварювання муфти з трубопроводом (стиковка сусідніх торців муфт на формуючому кільці), вузли сполучення зі зварюванням муфти з трубопроводом або герметичні роздільники підмуфтового простору. Пропоновані способи пояснюються рисунками, показаними на фіг. 1-9. На фіг. 1 показаний остаточний вигляд ремонтної конструкції при реалізації запропонованого способу, де: 1 - трубопровід; 2 - муфта, 3 - підмуфтовий простір (заповнений масою, яка самотвердіє, або рідиною), 5 - тонкостінні кільця; 6 - технологічні кільця; 7 поздовжній зварний шов; 8 - кільцевий зварний шов; 9 - додаткові тонкостінні кільця; 10 бандажні кільця. На фіг. 2 показаний остаточний вигляд ремонтної конструкції при реалізації пропонованого способу і використанні підкладних кілець, де: 1 - трубопровід; 2 - муфта, 3 - підмуфтовий простір (заповнений масою, яка самотвердіє, або рідиною), 5 - тонкостінні кільця; 6 - технологічні кільця; 7 - поздовжній зварний шов; 8 – кільцевий зварний шов; 9 - додаткові тонкостінні кільця; 10 бандажні кільця; 11 - підкладні кільця. На фіг. 3 і 4 показані варіанти вузлів сполучення муфтових секцій при використанні багатосекційної ремонтної конструкції зі зварюванням муфти з трубопроводом, де: 1 трубопровід; 2 - муфта, 5 - тонкостінні кільця; 7 - поздовжній зварний шов; 8 - кільцевий зварний шов; 10 - бандажне кільце; 11 - підкладне кільце; 13 - антикорозійна речовина. На фіг. 5 показаний вигляд вузла сполучення муфтових секцій при використанні багатосекційної ремонтної конструкції без зварювання муфти з трубопроводом, де: 1 трубопровід; 2 - муфта, 3 - підмуфтовий простір; 7 - поздовжній зварний шов; 8 - кільцевий зварний шов; 15 - кільце, яке формує. На фіг. 6 показаний варіант роздільника підмуфтового простору при використанні багатосекційної ремонтної конструкції без зварювання муфти з трубопроводом, де: 1 трубопровід; 2 - муфта, 3 - підмуфтовий простір, 5 - тонкостінні кільця; 7 - поздовжній зварний шов; 8 - кільцевий зварний шов; 10 - бандажне кільце; 11 - підкладне кільце. Використання запропонованого способу дозволяє ефективно відремонтувати дефектну ділянку трубопроводу без зниження тиску продукту, який перекачується, знизивши кільцеві напруження до мінімального рівня. Пропонований спосіб може знайти застосування на магістральних трубопроводах високого тиску як для локального ремонту, так і для посилення протяжної ділянки трубопроводу з метою підвищення його категорії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Спосіб ремонту дефектної ділянки трубопроводу, який знаходиться під тиском, що полягає у встановленні герметичної муфти з подальшим заповненням підмуфтового простору масою, яка самотвердіє та яка подається під тиском, спочатку з двох сторін дефектної ділянки встановлюють тонкостінні кільця з наступною установкою на них частин ремонтної муфти, торці якої розташовують над зовнішніми торцями тонкостінних кілець, після чого частини ремонтної муфти притискають до тонкостінних кілець і зварюють між собою поздовжніми швами, крім того, з двох сторін муфти з зазором монтують технологічні кільця, після чого суміжні торці муфти, технологічних і тонкостінних кілець зварюють з трубопроводом в зазор між кільцями, який відрізняється тим, що після завершення зварювання з трубопроводом торців муфти, технологічних і тонкостінних кілець на кожному технологічному кільці встановлюють по додатковому тонкостінному кільцю, потім з двох сторін муфти монтують бандажні кільця, при цьому внутрішні торці бандажних кілець розташовують на поверхні муфти, а зовнішні - на відповідних додаткових тонкостінних кільцях, далі внутрішні торці бандажних кілець кріплять за допомогою зварювання до поверхні муфти, а зовнішні торці бандажних кілець одночасно із зовнішніми торцями додаткових тонкостінних кілець зварюють кільцевими швами з поверхнею відповідних технологічних кілець, після цього підмуфтовий простір заповнюють під тиском масою, яка самотвердіє. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при встановленні бандажного кільця, під його торцем, який контактує з муфтою, встановлюють підкладне кільце, яке згодом зварюють з поверхнею муфти одночасно з внутрішнім торцем бандажного кільця. 4 UA 102423 U 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що при виготовленні багатосекційної муфтової конструкції секції можуть з'єднувати одну з другою через вузли сполучення без зварювання муфти з трубопроводом, вузли сполучення зі зварюванням муфти з трубопроводом і герметичні роздільники підмуфтового простору. 5 UA 102423 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6