Разработка конструкций стеклопластиковых муфт и методов расчета их работоспособности при ремонте газопроводов
|
Скачать 292.87 Kb.
|
|
На правах рукописи РОМАНЦОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ МУФТ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ГАЗОПРОВОДОВ Специальность 25.00.19 - "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени к  андидата технических наукМосква - 2006 Работа выполнена в ООО «Севергазпром» и Ухтинском Государственном Техническом Университете, г. Ухта Научный руководитель - доктор технических наук, Шарыгин Александр Михайлович Официальные оппоненты: - доктор технических наук Черний В. П. - кандидат технических наук Ремизов Д. И. Ведущее предприятие: ОАО «Северные магистральные нефте-проводы» , г. Ухта Защита состоится " 20 " декабря 2006 г. в 13.30 ч. на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО "ВНИИГАЗ" по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, поселок Развилка. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО "ВНИИГАЗ". Автореферат разослан " 17 " ноября 2006 г.  Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Курганова И.Н. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Затраты на капитальный ремонт газопроводов в системе ОАО «Газпром» за последние 20 лет увеличились в 6-7 раз, при этом заменено более 12,6 тыс. км труб. Возрастающие объемы ремонта дефектных участков требуют разработки и применения более экономичных и менее трудоемких способов восстановления их несущей способности, исключающих вырезку труб, а в определенных ситуациях и остановку перекачки газа. В последние 10-15 лет акцент в мировой практике методов ремонта смещается в сторону более широкого использования муфтовых технологий, позволяющих исключить вырезки трубных катушек и плетей с дефектами. В целом ряде случаев ремонт с использованием муфт является безальтернативным методом, например, при утечках газа из полости трубопровода или в качестве временной меры при невозможности остановить перекачку продукта. Практика ремонта дефектных участков трубопроводов развивается, опираясь на высокопрочные материалы для муфт – сталь и армированные полимеры. Если конструкции и методы установки стальных муфт в достаточной мере отработаны, то применение для ремонта дефектов армированных полимеров, в частности стеклопластиков, находится в начальной стадии развития. Технология использования стеклопластиковых муфт имеет существенные недостатки. Практически не исследованы вопросы силового взаимодействия стеклопластиковой муфты с защищаемой дефектной трубой, отсутствуют методы оценки работоспособности конструкций муфт, существует недостаток базы данных по натурным испытаниям муфт, установленных на трубах больших диаметров (530-1220 мм). В этой связи, разработка новых конструктивных решений по применению стеклопластиковых муфт и методам их расчета является актуальной темой исследования. Цель диссертационной работы: разработка методов и экспериментально-аналитическое обоснование эффективности применения новых конструкций стеклопластиковых муфт для ремонта газопроводов. Основные задачи работы: - разработка конструктивных и технологических схем изготовления стеклопластиковых муфт, обеспечивающих значительное упрочнение дефектных участков трубопроводов; - создание методики расчета стеклопластиковых муфт с болтовой затяжкой при установке на трубу; - расчетный анализ эффективности применения стеклопластиковой оболочки для снижения коэффициента концентрации напряжений в трубах с трещиноподобными дефектами; - разработка методов экспериментальных исследований муфт, установленных на трубы с дефектами; - проведение лабораторных, полигонных и натурных испытаний стеклопластиковых муфт различных конструкций с целью оценки эффективности их применения; - разработка методов ремонта дефектных участков трубопроводов с помощью стеклопластиковых муфт; - создание нормативных документов по изготовлению и применению стеклопластиковых муфт. Научная новизна. В результате анализа существующих конструктивно-технологических решений по ремонту дефектов трубопроводов разработаны принципиально новые конструкции стеклопластиковых муфт с резьбовой затяжкой, позволившие значительно увеличить несущую способность дефектных труб при эксплуатации. Создан аналитический метод расчета силового взаимодействия стеклопластиковой муфты с трубой при создании нагрузок от затяжки болтовых соединений и внутреннего давления среды. Получены зависимости, связывающие значения контактного давления муфты на трубу с основными их конструктивными параметрами. Определена разрушающая нагрузка для трубы с дефектом, усиленным стеклопластиковой оболочкой. Разработана комплексная методика экспериментальных характеристик муфт в лабораторных условиях, на полигоне и на действующем газопроводе, позволившая определить эффективность новых конструктивных решений, с учетом силовых и антикоррозионных параметров, сочетающих положительные свойства стеклопластиковых полотен и стальных узлов их затяжки. Разработан численный метод расчета концентраторов напряжений в трещиноподобных дефектах, усиленных стеклопластиковыми муфтами, на основе которого оценена их эффективность. Защищаемые положения 1. Разработка конструкции высокопрочной стеклопластиковой муфты с использованием специальной технологии однонаправленной намотки стеклошнура на шаблон. 2. Методика расчета эффективности болтовой затяжки при установке муфты на трубу. 3. Методы экспериментальных исследований муфт в лабораторных условиях, на полигоне, на подземном участке действующего газопровода. 4. Оценка эффективности применения муфт по результатам исследований методов ремонта трещиноподобных и сквозных дефектов, а также определение их антикоррозионной защищенности. Практическая значимость На основе проведенных исследований созданы технические условия и стандарт предприятия ООО «Севергазпром», позволившие применить стеклопластиковые муфты при капитальном ремонте участков магистральных газопроводов. Разработано Руководство по проведению ресурсных испытаний труб, отремонтированных с применением муфтовых и сварочных технологий. Установлено 33 муфты на дефектные участки труб с экономическим эффектом 4,4 млн. рублей. Апробация работы. Основные положения и результаты исследований автора докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: - научно-техническом совете (НТС) ОАО «Газпром» «Новые технические решения при ремонте, реконструкции и строительстве линейной части магистральных газопроводов и газораспределительных станций» (г. Волгоград, 2002); - НТС ОАО «Газпром» «Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН на магистральных газопроводах ОАО «Газпром» (г. Ухта, 2003); - научно-технической конференции Ухтинского Государственного Технического Университета (г. Ухта, 2004); - международной конференции: «Газотранспортные системы. Настоящее и будущее» (г. Москва, 2005 г.) Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них 3 патента на изобретения. Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, 15 таблиц, 79 рисунков и списка литературы из 117 наименований общим объемом 170 страниц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследования, защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость результатов работы, приведена структура диссертации. В первой главе представлен аналитический обзор муфтовых устройств, предназначенных для ремонта трубопроводов. Выполнена классификация рассмотренных устройств в зависимости от их функционального назначения (рисунок 1). Аналитический обзор показал, что в последнее время большое внимание уделяется методам ремонта трубопроводов с применением муфт типа «Clock spring». Испытания образцов из стеклопластикового полотна толщиной 1,65 мм проводили по стандарту ASTM в экстремальных условиях при полном их погружении в воду с температурой + 60 0С. Сопротивление разрыву образцов достигало 350590 МПа. Материал ленты при растяжении деформировался по линейному закону вплоть до разрушения при максимальной деформации 1,5-2,0 %. Модуль упругости стеклопластика составлял 35000 МПа в направлении стеклонитей, и 9700 МПа – поперек них. Длительные испытания проведены в воде с температурой t= +50+60 0C и рН от 4 до 9,5, что моделировало наихудшие условия эксплуатации. Никаких существенных изменений в механизме разрушения материала не наблюдалось. При самых экстремальных условиях и по самым консервативным оценкам напряжения, равные 138 МПа, могут быть выдержаны в течении 50 лет.   Рисунок 1 – Классификация муфтовых конструкций Ряд характеристик армированной стеклопластиковой ленты (АСПЛ) и углеродной ориентированной ленты (УОЛ) представлены в таблице 1. Таблица 1- Характеристики армированных лент из стеклопластика и углерода
Из таблицы видно, что стеклопластиковые и углеродные ленты обладают высокой прочностью на растяжение. В результате обзора выявлено большое число ремонтных конструкций, обеспечивающих решения ряда функциональных проблем с перспективой применения стеклопластиковых муфт. Основным недостатком в практике использования бандажно-муфтовых устройств из стеклопластиковых материалов следует отметить недостаточное использование прочностных возможностей стеклопластика, что значительно снижает силовую эффективность применяемых конструкций, которую можно доказать только экспериментальным путем. Из имеющегося множества экспериментальных и расчетных исследований, касающихся стеклопластиков, только единицы относятся к проблемам ремонта трубопроводов. Не решены вопросы взаимодействия стеклопластиковых оболочек с дефектными участками труб и определения силовой эффективности стеклопластика, защищающего трубу с дефектом в режиме эксплуатационного давления перекачиваемой среды. Вторая глава посвящена разработке новых конструкций стеклопластиковых муфт, технологии получения высокопрочного полотна, методам установки муфты на дефектный участок, а также разработке методов экспериментальных исследований новых стеклопластиковых муфт. Д  ля газопроводов больших диаметров (10201420 мм) создана двухразъемная ремонтная стеклопластиковая муфта типа РСМ. Основное отличие от существующих аналогов – принципиально новый узел затяжки в каждом разъеме муфты (рисунок 2). Рисунок 2 – Конструктивная схема затяжки муфты типа РСМ 1- правая полумуфта; 2 – левая полумуфта; 3 – петлевой захват; 4 – стержень (ось); 5 – гайка; 6 – шайба; 7 – болт; 8 – вспененный полеуретан; 9 – стенка трубы Муфта содержит две полумуфты 1, 2 выполненные из стекло-пластикового полотна прямоугольного поперечного сечения. С целью исключения возникновения изгибающих моментов в полотне полумуфт и узле затяжки, концевые участки полумуфт выполнены в виде петлевых захватов 3, куда заложены круглые стальные стержни (оси) 4. В этих стержнях образованы квадратные углубления, содержащие гайки 5 с шайбами 6 без возможности поворота в процессе затяжки болтов 7. Болты 7 выполнены из двух стержней с правой и левой резьбой, соединенными шестигранной головкой под ключ. Полости в петлях 3 заполнены инертной массой 8, например, вспененным полиуретаном, предотвращающим попадание в эти полости влаги и грязи. Для компенсации неизбежных при изготовлении и монтаже муфты перекосов болтов и устранения в них изгибных напряжений, контактирующие поверхности шайб 6 и гаек 5 выполнены сферическими. Для реализации рассмотренной конструктивной схемы в виде изделия и одновременно получения полотна повышенной прочности разработана технология однонаправленной намотки стеклоровинга с использованием специального оборудования и пропиткой стеклоровинга связующим типа эпоксидного компаунда. Перед полимеризацией в полотне создают предварительное натяжение, составляющее до 15 % разрывной нагрузки. Такая технология обеспечивает высокую прочность полотна муфты - до 800 МПа. Метод ремонта с помощью описанной муфты можно эффективно использовать для упрочнения стенки трубы, пораженной снаружи самыми опасными стресс-коррозионными трещинами. Высокая прочность стеклопластика и пониженная изгибная жесткость полотна позволяют обеспечить существенно более равномерное обжатие трубопровода по сравнению со стальными муфтами. При использовании муфты типа РСМ решаются задачи повышения эффективности натяжения гибкой ленты и расширения области применения на трубопроводе с продольными сварными швами. Эффективность установки муфты заключается в следующем. После затяжки болтов стеклопластиковая лента плотно охватывает трубопровод, причем в зоне трещиноподобного дефекта создается повышенное контактное давление, которое разгружает стенку трубы от изгиба, а кольцевые напряжения снижаются за счет равномерного контактного давления, компенсирующего часть рабочего давления перекачиваемого продукта. При этом прочность дефектной трубы возрастает до уровня бездефектной, тем самым повышается надежность эксплуатации трубопровода без применения вырезки дефектного участка и связанных с ней потерь перекачиваемого продукта и экологических нарушений в природной среде. Таким образом, разработанная муфта для ремонта трубопровода и способ ее установки обеспечивают более надежную защиту дефектного участка от нагрузок, чем известные решения, требуют меньшего расхода материалов и трудозатрат при установке. Для газопроводов диаметром 530 мм и ниже разработана одноразъемная стеклопластиковая муфта. Узел затяжки несколько отличается от рассмотренного выше тем, что закладные оси выполнены полыми, а болты вынесены за пределы ширины полотна муфты и стягиваются гайками с правой резьбой. Основное преимущество конструкции – быстрота установки в трассовых условиях, когда требуется, например, перекрыть течь продукта из полости газопровода. Эффективность защитных конструкций из полимерных композиционных материалов зависит от особенностей конструкции и технологии изготовления и определяется в ходе полигонных и натурных испытаний с решением ряда задач. Для адекватной оценки параметров силового взаимодействия муфты с трубой испытания необходимо проводить при нагрузках, приближенных к эксплуатационным, т.е. при воздействии внутреннего давления в трубном образце с установленной муфтой, затянутой определенным усилием. При этом проявляются конструктивные особенности муфты. Так, при затяжке муфты возникают значительные радиальные усилия давления круглых стержней на трубу. Кроме того, полимерные материалы при нагрузках проявляют ползучесть, которая снижает усилие от начальной затяжки. Немаловажное значение имеет проверка муфты в реальных условиях подземной прокладки на действующем газопроводе. В процессе полигонных испытаний решают следующие задачи: а) отработка технологии монтажа муфты на дефектных участках и продольных сварных швах с использованием клеевых составов; б) определение несущей способности системы «труба-муфта» с учетом типа дефектов; в) определение параметров напряженно-деформироавного состояния конструкции с помощью измерительных средств и приборов; г) создание базы экспериментальных данных для отработки и проверки расчетных методик; д) оценка эксплуатационных в том числе антикоррозионных свойств в реальных условиях подземной прокладки и выработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию и использованию муфты. В диссертационной работе приведены конкретные методические элементы экспериментальных исследований двух-и одноразъемной муфт, а также состав приборов и оборудования. |
Похожие:
 |
Проект профессионального стандарта монтажник бетонных и металлических конструкций Выполнение комплекса работ по монтажу бетонных и металлических конструкций при строительстве, расширении, реконструкции, капитальном... |
 |
Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых... «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий вниигаз» |
|
Эксплуатация газопроводов и оборудования микрорайона с котельной... Тема: Эксплуатация газопроводов и оборудования микрорайона с котельной и детальная разработка защиты газопроводов от электрохимической... |
|
Технологические процессы испытания магистральных газопроводов при... ... |
|
Действие зажимных муфт gebo Гебо Техника является производителем зажимных муфт и ремонтных обойм для ремонта системы питьевой воды, центрального обогрева, газовых... |
|
Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений... Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий вниигаз» |
|
Профессиональный стандарт Выполнение комплекса работ по изготовлению, укладке в опалубку арматурных элементов железобетонных конструкций при строительстве,... |
|
Профессиональный стандарт Выполнение комплекса работ по изготовлению, укладке в опалубку арматурных элементов железобетонных конструкций при строительстве,... |
|
Профессиональный стандарт 1 Разработка и освоение новых технологических процессов и материалов, используемых при производстве, ремонте и реставрации |
|
Профессиональный стандарт арматурщик Выполнение комплекса работ по изготовлению, укладке в опалубку арматурных элементов железобетонных конструкций при строительстве,... |
|
Профессиональный стандарт Выполнение слесарных работ при демонтаже, дефектации, разборке, ремонте, сборке, монтаже и испытаниях механизмов, арматуры, аппаратуры,... |
|
Установившейся практики тепловая изоляция наружных ограждающих конструкций Ключевые слова: тепловая изоляция наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений, система утепления, элемент конструктивный,... |
|
Развитие теории и аналитических методов расчета подземных сооружений на сейсмические воздействия |
|
Новости /разъяснения При увольнении сотрудника и выплате ему расчета ндфл нужно перечислить в день расчета или на следующий |
|
Инструкция по монтажу комплектация Фильтровальное оборудование соединяется между собой при помощи 4 муфт и кабельного провода |
|
Инструкция по монтажу и эксплуатации 20 >10. Обеспечение взрывозащищенности... Настоящее руководство по эксплуатации (РЭ) предназначено для изучения работы уровнемера вк1700 и содержат описание его устройства... |