Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения
Рассмотрена возможность выполнения ремонта дефектов коррозионного происхождения на стенке трубопровода, находящегося под внутренним давлением, с использованием наплавки. Показано, что на безопасное выполнение сварочных работ оказывают влияние не только габаритные размеры дефекта, но и форма утонен...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102946 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения / В.И. Махненко, В.С. Бут, С.С. Козлитина, Л.И. Дзюбак, О.И. Олейник // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 10-13. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102946 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Махненко, В.И. Бут, В.С. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. Олейник, О.И. 2016-06-13T04:36:30Z 2016-06-13T04:36:30Z 2010 Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения / В.И. Махненко, В.С. Бут, С.С. Козлитина, Л.И. Дзюбак, О.И. Олейник // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 10-13. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102946 621.791:621.643.1/.2 Рассмотрена возможность выполнения ремонта дефектов коррозионного происхождения на стенке трубопровода, находящегося под внутренним давлением, с использованием наплавки. Показано, что на безопасное выполнение сварочных работ оказывают влияние не только габаритные размеры дефекта, но и форма утонения стенки трубы. С помощью расчетных алгоритмов обоснована возможность устранения дефектов наплавкой за счет оптимального снижения внутреннего давления в магистрали на период ремонта. Possibility of applying surfacing to repair defects of corrosion origin in the wall of a pipeline under inner pressure, is considered. It is shown that safe performance of welding operations is influenced not only by overall dimensions of the defect, but also by the shape of pipe wall thinning. Calculation algorithms are applide to substantiate the possibility of defect repair by surfacing due to an optimum lowering of pressure in the main pipeline for the repair period. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения Optimum reduction of operating pressure in pipeline in hardfacing repair of thinning areas Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения |
| spellingShingle |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения Махненко, В.И. Бут, В.С. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. Олейник, О.И. Научно-технический раздел |
| title_short |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения |
| title_full |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения |
| title_fullStr |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения |
| title_full_unstemmed |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения |
| title_sort |
оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения |
| author |
Махненко, В.И. Бут, В.С. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. Олейник, О.И. |
| author_facet |
Махненко, В.И. Бут, В.С. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. Олейник, О.И. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Optimum reduction of operating pressure in pipeline in hardfacing repair of thinning areas |
| description |
Рассмотрена возможность выполнения ремонта дефектов коррозионного происхождения на стенке трубопровода,
находящегося под внутренним давлением, с использованием наплавки. Показано, что на безопасное выполнение
сварочных работ оказывают влияние не только габаритные размеры дефекта, но и форма утонения стенки трубы.
С помощью расчетных алгоритмов обоснована возможность устранения дефектов наплавкой за счет оптимального
снижения внутреннего давления в магистрали на период ремонта.
Possibility of applying surfacing to repair defects of corrosion origin in the wall of a pipeline under inner pressure, is
considered. It is shown that safe performance of welding operations is influenced not only by overall dimensions of the
defect, but also by the shape of pipe wall thinning. Calculation algorithms are applide to substantiate the possibility of
defect repair by surfacing due to an optimum lowering of pressure in the main pipeline for the repair period.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102946 |
| citation_txt |
Оптимальное снижение рабочего давления в трубопроводе при ремонте наплавкой участков утонения / В.И. Махненко, В.С. Бут, С.С. Козлитина, Л.И. Дзюбак, О.И. Олейник // Автоматическая сварка. — 2010. — № 10 (690). — С. 10-13. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT mahnenkovi optimalʹnoesniženierabočegodavleniâvtruboprovodepriremontenaplavkoiučastkovutoneniâ AT butvs optimalʹnoesniženierabočegodavleniâvtruboprovodepriremontenaplavkoiučastkovutoneniâ AT kozlitinass optimalʹnoesniženierabočegodavleniâvtruboprovodepriremontenaplavkoiučastkovutoneniâ AT dzûbakli optimalʹnoesniženierabočegodavleniâvtruboprovodepriremontenaplavkoiučastkovutoneniâ AT oleinikoi optimalʹnoesniženierabočegodavleniâvtruboprovodepriremontenaplavkoiučastkovutoneniâ AT mahnenkovi optimumreductionofoperatingpressureinpipelineinhardfacingrepairofthinningareas AT butvs optimumreductionofoperatingpressureinpipelineinhardfacingrepairofthinningareas AT kozlitinass optimumreductionofoperatingpressureinpipelineinhardfacingrepairofthinningareas AT dzûbakli optimumreductionofoperatingpressureinpipelineinhardfacingrepairofthinningareas AT oleinikoi optimumreductionofoperatingpressureinpipelineinhardfacingrepairofthinningareas |
| first_indexed |
2025-11-25T23:28:26Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:28:26Z |
| _version_ |
1850580799494029312 |
| fulltext |
УДК 621.791:621.643.1/.2
ОПТИМАЛЬНОЕ СНИЖЕНИЕ РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ
В ТРУБОПРОВОДЕ ПРИ РЕМОНТЕ НАПЛАВКОЙ
УЧАСТКОВ УТОНЕНИЯ
Академик НАН Украины В. И. МАХНЕНКО, В. С. БУТ, канд. техн. наук, С. С. КОЗЛИТИНА,
Л. И. ДЗЮБАК, О. И. ОЛЕЙНИК, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрена возможность выполнения ремонта дефектов коррозионного происхождения на стенке трубопровода,
находящегося под внутренним давлением, с использованием наплавки. Показано, что на безопасное выполнение
сварочных работ оказывают влияние не только габаритные размеры дефекта, но и форма утонения стенки трубы.
С помощью расчетных алгоритмов обоснована возможность устранения дефектов наплавкой за счет оптимального
снижения внутреннего давления в магистрали на период ремонта.
К л ю ч е в ы е с л о в а : магистральный трубопровод, ре-
монт сваркой, наплавка, размеры дефектов, остаточная
толщина стенки трубы, оптимальное давление
Ремонт магистральных трубопроводов сваркой
без вывода их из эксплуатации, т. е. под давле-
нием, в настоящее время находит все более ши-
рокое применение, поскольку позволяет опти-
мально сократить время простоев и загрязнение
окружающей среды. Ключевым моментом такой
технологии является безопасность проведения ре-
монтных работ на трубопроводе под давлением
в зависимости от вида дефекта, его формы и раз-
меров. Наиболее распространенными дефектами
для подземных магистральных газопроводов яв-
ляются коррозионные дефекты утонения стенки,
связанные с нарушением гидроизоляции. Такие
дефекты с габаритными размерами s0×c0×a
(рис. 1), где s — размер дефекта по оси трубы,
c, а — то же соответственно по окружности и
толщине стенки, достаточно хорошо изучены. Раз-
работаны различные критерии оценки риска раз-
рушения в зоне таких дефектов в зависимости
от их размеров, геометрических параметров тру-
бопровода, его механических свойств, давления
в трубе [1–3] и др. Так, в работе [1] приведены
достаточно простые соотношения, основанные на
многочисленных экспериментальных исследова-
ниях и позволяющие судить о допустимости де-
фектов утонения стенки трубопроводов в зави-
симости от перечисленных выше параметров.
Условие допустимости в трубопроводе корро-
зионного дефекта утонения с размерами s(t), c(t)
в момент времени t по [3] представляется в виде
y(t) = δ – a(t) – [δ]Rj > 0, (1)
где
Rj = δmin/[δ] (j = s, c), (1а)
δmin — минимально измеренная толщина стенки
в зоне дефекта (δmin = δ – a); [δ] — допустимая
расчетная толщина стенки трубопровода без учета
дефектов утонения, т. е.
[δ] = PD
2[σ]
,
(2)
где P — рабочее давление в трубе с наружным
диаметром D из материала с допускаемыми в дан-
ных условиях напряжениями [σ]; для величины
Rj (j = s, c) в [1] предложены следующие зави-
симости:
Rs =
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
0,2, если λ = 1,285
√⎯⎯⎯⎯D[δ]
s ≤ 0,3475 ,
[0,9 – 0,9
√⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯1 + 0,48λ2
] [1,0 – 0,9
√⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯1 + 0,48λ2
]–1, если λ > 0,3475 ;
Rc =
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
0,2, если c ⁄ D ≤ 0,348,
10,511 (c ⁄ D)2 – 0,7358
1,0 + 13,838 (c ⁄ D)2 , если c ⁄ D > 0,348 .
(3)
© В. И. Махненко, В. С. Бут, С. С. Козлитина, Л. И. Дзюбак, О. И. Олейник, 2010
Рис. 1. Схема трубопровода с дефектом утонения в виде
эллипсоида размером s0×c0×a перед наплавкой
10 10/2010
В практике ремонта обнаруженных дефектов
утонения часто возникают прогнозные задачи бе-
зопасности с учетом технологического действия
в зоне дефекта (зачистки, наплавки), при которых
меняются геометрические параметры a(t), s(t), c(t).
Особенно важно оперативно прогнозировать уве-
личение глубины дефекта a(t) в результате зачистки
поверхности от коррозии (примерно 1 мм), либо
от сварочного нагрева при соответствующей тех-
нологии наплавки [4] (примерно по глубине про-
никновения изотермы около 1000 °С для стали в
зависимости от положения источника нагрева в
зоне утонения с учетом изменения размеров s(t)
и с(t) за счет уже наплавленных участков к мо-
менту времени t).
Очень важно при этом учитывать дополнитель-
ный резерв обеспечения безопасности путем дос-
таточно кратковременного снижения давления в
трубопроводе, при котором существенно не на-
рушается эксплуатационный режим, т. е. доста-
точно оперативно требуется компромиссная оцен-
ка по минимальному снижению давления в трубе,
обеспечивающему необходимую безопасность —
выполнение условий (1). Этому вопросу посвя-
щена данная работа.
Положим, что в момент времени t заданы раз-
меры дефекта a(t), s(t), c(t) в трубопроводе с ге-
ометрическими размерами D×δ из материала с до-
пускаемыми напряжениями [σ] вне дефекта.
Из зависимостей (1)–(3) при y = 0 следует
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
λ(Rs) =
⎡
⎢
⎣
0,81(
1 – Rs
0,9 – Rs
)2 – 1
⎤
⎥
⎦
0,5
1,4434 при Rs > 0,2
λ(Rs) = 0,3475 при Rs ≤ 0,2,
,
sкр(Rs) = λ(Rs)
√⎯⎯⎯⎯D[δ]
1,285 , (4)
cкр(Rc) = D
⎡
⎢
⎣
Rc + 0,73589
10,511 – 13,838Rc
⎤
⎥
⎦
0,5
при Rc ≥ 0,2,
cкр(Rc) = 0,348D при Rc < 0,2, (5)
где sкр, cкр — допустимые критические размеры
при данных Rs и Rc.
Использовав (1а) и (2), можем записать
Rj =
δmin
P 2[δ]
D (j = s, c). (6)
Из (4)–(6) следует, что
при Rj ≤ 0,2 допустимые размеры s и c для
дефекта утонения не зависят от величины δmin и
равны соответственно s = 0,27D√⎯⎯⎯⎯⎯⎯P ⁄ 2[δ] , c =
= 0,348D;
при фиксированных δmin за счет снижения P
по (6) можно как угодно близко приближаться
к предельным значениям параметров Rs = 0,9 и
Rc = 10,511/13,838, при которых sкр и cкр по (4)
и (5) →∞, т. е. такие дефекты утонения становятся
«абсолютно допустимые».
Рассмотрим конкретный пример. Труба диа-
метром 1420×20 мм из стали ([σ] = 345 МПа, P =
= 7,5 МПа, [δ]p = 15,5 мм). Задав ряд значений
δmin = 20 – a(t), получим соответствующий ряд
значений Rs = Rc для P = 7,5 МПа (табл. 1), на
основе которых определяем sкр и cкр по (4), (5).
Из результатов табл. 1 и кривых P на рис. 2,
а, б следует, что для данного примера при рабочих
Т а б л и ц а 1. Результаты расчета sкр и cкр для P =
= 7,5 МПа
δmin, мм Rs = Rc sкр, мм скр, мм
3,10 0,2 40,1 494,2
4,65 0,3 53,3 573,7
6,20 0,4 68,0 678,8
7,25 0,5 83,1 835,0
9,30 0,6 118,0 1104,8
10,85 0,7 151,1 1874
12,40 0,8 192,0 —
13,185 0,85 417,9 —
Рис. 2. Зависимость sкр (а) и скр (б) от минимальной толщины
δmin стенки трубы диаметром 1420×20 мм и [σ] = 345 МПа
при P = 7,5 МПа: 1 — 0,6P; 2 — 0,7P; 3 — 0,8P; 4 — P
10/2010 11
давлениях критические значения cкр на порядок
выше sкр во всем диапазоне значений δmin ≥
≥ 3,1 мм. Значения sкр достаточно низкие, осо-
бенно при малых δmin. Здесь снижение рабочего
давления при ремонте является достаточно акту-
альной мерой для обеспечения безопасности. Это
наглядно демонстрируют данные табл. 2 и кривые
1, 3 на рис. 2, а, б.
Видно, что при малых δmin вблизи 0,2[δ]p =
= 3,1 мм влияние снижения давления не дает за-
метных изменений значений sкр и cкр. Однако при
δmin > 6 мм снижение рабочего давления на 40 %
увеличивает sкр и cкр на порядок и больше, что
очень важно для практики.
В качестве примера использования таких кри-
вых рассмотрим безопасность заплавки дефекта
утонения с размерами s0 = sкр = 100 мм, c = 40 мм
при δmin = 8,5 мм (рис. 3). Заварка проводится
с концов дефекта вдоль окружности на режиме,
обеспечивающем проникновение изотермы
1000 °С на глубину ξ = 3 мм (с определенным
консерватизмом) при ширине наплавочного ва-
лика B = 10 мм. Соответственно в зоне наплав-
ляемого валика остаточная условная толщина
стенки δусл = δ – a(x) – ξ. Если δусл > δmin = δ –
– amax, то предельный критический размер sкр (см.
рис. 2, а) остается равным s0 и необходимости
в снижении рабочего давления нет.
На следующем шаге выполнения заварки нап-
лавочный валик вдоль окружности на другом конце
дефекта, когда s = s0 – B = 90 мм, и согласно рис.
2, а при рабочем давлении δmin должно быть не
ниже примерно 8 мм. Если δусл при этом выше
11 мм, то необходимости в снижении давления нет.
В общем виде при наплавке с концов получим
изменение длины sn = s0 – nB, где n — номер
прохода. Соответственно для длины s дефекта,
зная его глубину a(x), где x — координата вдоль
оси дефекта n-го прохода, вычисляем условную
глубину дефекта aусл = a(x) + ξ, а затем разность
δ – aусл сравниваем с соответствующей допусти-
мой (см. рис. 2, а) величиной δmin для sn при
давлении P. На основе такого сравнения прини-
маем решение о необходимости и степени сни-
жения давления. В табл. 3 для данного примера
приведены величины sn, xn, δ – aусл и δmin(sn) (см.
рис. 2, а) для n = 1, 2, … при различных давлениях
в трубе.
Для дефекта, имеющего форму эллипсоида, ко-
торый описывается уравнением
a(x) = a0 √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯1 – ⎛⎜
⎝
2x
s0
⎞
⎟
⎠
2
⎛⎜
⎝
2y
c0
⎞
⎟
⎠
2
,
где a0 = δ – δmin, соответственно по оси y = 0
a(x) = (δ – δmin) √⎯⎯⎯⎯1 – ⎛⎜
⎝
2x
s0
⎞
⎟
⎠
2
при –
s0
2 < x <
s0
2 .
Условная глубина дефекта для n-го прохода
составит
aусл
n = 11,5 √⎯⎯⎯⎯1 –
⎛
⎜
⎝
2xn
s0
⎞
⎟
⎠
2
+ 3 мм.
Из данных табл. 3 видно, что для рассматри-
ваемого дефекта и режимов наплавки (ξ = 3 мм)
процесс вполне можно проводить при рабочем
давлении 7,5 МПа.
Рассмотрим наиболее консервативную форму
дефекта (рис. 3) в виде
a(x, y) =
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
δ – δmin при –
s0
2 < x <
s0
2 , –
c0
2 < y <
c0
2 ,
0 при |x| >
s0
2 , |y| >
c0
2 .
В этом случае при δ = 20 мм и δmin = 8,5 мм
дефект на пределе допустимого при P = 7,5 МПа.
Однако при наплавке на глубину ξ = 3 мм условие
допустимости по s для δmin(sn) = 8,5 – 3 = 5,5 мм
при s0 = 100 мм выполняется только при P ≤
Рис. 3. Схема трубопровода с дефектом утонения прямоу-
гольной формы размером s0×c0×a перед наплавкой
Т а б л и ц а 2. Результаты расчета sкр и cкр для давлений
0,8P = 6 МПа и 0,6P = 4,5 МПа
δmin, мм
0,8P = 6 МПа 0,6P = 4,5 МПа
Rs = Rc sкр, мм скр, мм Rs = Rc sкр, мм скр, мм
3,10 0,250 41,70 531 0,333 44,9 596
4,65 0,375 57,30 649 0,500 66,5 833
6,20 0,500 76,80 833 0,667 119,5 1485
7,25 0,5846 94,10 1051 0,7796 192,7 —
9,30 0,750 166,60 — — — —
10,85 0,875 654,00 — — — —
12 10/2010
≤ 4,5 МПа, т. е. такой дефект можно наплавить,
снизив давление до указанного уровня (4,5 МПа).
В заключение можно заметить, что при ре-
монте дефектов утонения магистральных трубоп-
роводов с использованием наплавки в зависимос-
ти от габаритных размеров и формы утонения с
учетом снижения при нагреве сопротивления ма-
териала деформированию безопасность работ
можно повысить за счет соответствующего дав-
ления в трубопроводе.
Показано, что габаритные размеры дефекта
утонения далеко не всегда определяют безопас-
ность выполнения наплавочных работ. Форма де-
фекта утонения, в частности, наличие развитого
по площади участка в зоне максимальной глубины
дефекта существенно влияет на безопасность вы-
полнения наплавочных работ, связанных с уст-
ранением дефекта утонения. Тем не менее всегда
существует уровень давления в трубе, ниже ко-
торого устранение дефекта утонения наплавкой
является безопасной операцией с точки зрения
сохранения целостности трубы. Важно, чтобы
этот уровень удовлетворял, хотя бы кратковре-
менно, условиям эксплуатации трубопровода. Для
этого целесообразно для типовых размеров и
прочности материала магистральных трубопрово-
дов разработать диаграммы допустимости дефек-
тов, типа приведенных на рис. 2, а, б, по которым
нетрудно было бы для типовых дефектов с раз-
витой площадью в зоне максимальной глубины
определять оптимальный уровень давления в тру-
бопроводе для безопасности ремонта на соот-
ветствующих сварочных режимах.
1. Fitness-for-Service. American Petrolium Institute. Recom-
manded Practice 579. — First ed. — 2000. — 623 p.
2. ВРД 39-1.10-004–99. Методические рекомендации по ко-
личественной оценке состояния магистральных газопро-
водов с коррозионными дефектами, их ранжирование по
степени опасности и определение остаточного ресурса.
— М.: ОАО Газпром, 2000. — 48 с.
3. РД ЭО 0571–2006. Нормы допустимости толщин эле-
ментов трубопроводов из углеродистых сталей. — М.:
Росэнергоатом, 2006. — 98 с.
4. Риск разрушения магистрального трубопровода с дефек-
тами утонения стенки при ремонте под давлением / В. И.
Махненко, В. С. Бут, С. С. Козлитина, О. И. Олейник //
Автомат. сварка. — 2010. — № 1. — С. 11–14.
Possibility of applying surfacing to repair defects of corrosion origin in the wall of a pipeline under inner pressure, is
considered. It is shown that safe performance of welding operations is influenced not only by overall dimensions of the
defect, but also by the shape of pipe wall thinning. Calculation algorithms are applide to substantiate the possibility of
defect repair by surfacing due to an optimum lowering of pressure in the main pipeline for the repair period.
Поступила в редакцию 26.03.2010
Т а б л и ц а 3. Пример расчета необходимости снижения давления при наплавке дефекта утонения s0 = 100 мм, c0 =
= 20 мм, δmin = 8,5 мм в трубе диаметром 1420×20 мм (см. рис. 2)
n sn, мм xn, мм aусл
n , мм δ – aусл, мм
δmin(sn)
(P = 7,5 МПа)
δmin(sn)
(P = 6,0 МПа)
δmin(sn)
(P = 4,5 МПа)
0 100 50 3,0 17,0 8,5 7,3 5,6
1 90 –50 3,0 17,0 8,0 6,6 5,1
2 80 40 9,9 10,1 6,0 6,0 4,6
3 70 –40 9,9 10,1 6,0 5,5 4,3
4 60 30 12,2 7,8 5,1 4,5 3,9
5 50 –30 12,2 7,8 4,0 3,6 3,3
6 40 20 13,7 6,3 3,0 3,0 —
7 30 –20 13,7 6,3 3,1 — —
10/2010 13
|