3. Трубы

Для магистральных и промысловых трубопроводов высокого давления могут применяться бесшовные горячедеформированные трубы и их модификации, сварные прямошовные и спиралешовные трубы из рулонной или листовой стали и трубы специальных конструкций — дву- и многослойные.

Инженеры, технологи, проектировщики и строители нефтяной и газовой промышленности не всегда имеют достаточно полные данные о работоспособности различных типов труб и руководствуются в своей работе соответствующими инструкциями и указаниями. В то же время нормативные документы имеют достаточно широкое назначение и часто рекомендуют большое разнообразие труб. Наша задача — показать принципиальное влияние технологии изготовления труб, заготовок для труб, а в отдельных случаях и используемого оборудования на свойства стали в изделии и на точность размеров труб с тем, чтобы помочь в практической работе специалистам при выборе труб.

В настоящее время для строительства трубопроводов применяют трубы, изготовляемые по двум принципиально различным технологическим процессам: 1) малого диаметра (менее 530 мм), в основном бесшовные трубы, получаемые методом горячего деформирования; 2) сварные трубы большого диаметра, получаемые методами холодного деформирования и последующей сварки. Трубы малых диаметров могут проходить вторичную горячую или холодную деформацию с целью получения более высококачественной поверхности и повышения точности их размеров.

Для обеспечения стабильной работоспособности труб в сооружении большое внимание уделяется контролю труб на заводах, особенно технологическому контролю с широким использованием ЭВМ, управлению качеством производства труб. Задача заводского контроля не отбраковывать дефектные трубы, а максимально предупреждать брак на всех стадиях прокатки, формовки или сварки труб, а также отделки. По данным механических испытаний заполняются сертификаты, удостоверяющие соответствие изготовленных труб требованиям стандартов или технических условий на их постановку и фиксирующие фактические (поправочно) свойства стали в готовых трубах.

3.1. Бесшовные трубы

Бесшовные трубы общего назначения в ряде случаев применяются для строительства трубопроводов и поставляются по ГОСТ 8731—74 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные; технические требования» и по ГОСТ 8732—78 «Сортамент». В ограниченных объемах применяются стальные холоднодеформированные и теплодеформированные трубы по ГОСТ 8733—74 группы «Б», т. е. с гарантией содержания химического состава и механических свойств, и трубы бесшовные повышенной точности, поставляемые по ГОСТ 9567—-75 «Сортамент и требования к точности размеров».

Преобладающее большинство бесшовных горячекатаных труб производится из слитка круглой или многогранной формы, в ограниченных объемах производятся трубы из катаной заготовки или из полых трубных гильз, полученных методами центробежного непрерывного литья или другими способами.

Качество заготовки определяет и последующее качество бесшовных труб. В частности, при производстве труб из слитка вследствие неоднородности его структуры качество бесшовных труб также неоднородно. Трубы, прокатанные из головной части слитка, часто имеют закаты, плену, нестабильный химический состав. Производство труб из катаной заготовки всегда способствует улучшению свойств стали и предупреждает металлургические дефекты в трубах, улучшает качество их поверхности. Поэтому при заказе труб ответственного назначения необходимо оговаривать в технических условиях на их поставку тип заготовки, используемый для производства бесшовных труб. Бесшовные трубы поставляются в горячекатаном состоянии или при соответствующем оформлении в термообработанном состоянии. Прокатка труб (вытяжка заготовки в готовое изделие) производится на станах: пилигримовом, автоматическом, двух- или трехвалковом, непрерывной прокатки и других конструкций. Тип стана определяет точность размеров и качество труб.

На пилигримовом стане вытяжка заготовки в трубы осуществляется путем циклической прокатки на валках с переменным радиусом ручья по окружности — приблизительно на одной половине окружности валка имеется рабочий ручей, па второй половине — холостой ручей большего радиуса. Процесс горячей прокатки труб осуществляется в следующем порядке. Нагретая до заданной температуры литая или катаная заготовка прошивается и вытягивается в гильзу. Толстостенная гильза на длинной цилиндрической оправке вводится специальным устройством в пилигримовые валки. В соответствии с направлением вращения пилигримовых валков гильза при каждом цикле прокатки смещается назад, образуя короткий отрезок готовой трубы. Рабочий цикл прокатки труб прерывается холостой частью валков. За это время гильза на штанге продвигается вперед и одновременно поворачивается (кантуется) на 1,57 рад. После этого цикл прокатки повторяется, и так до тех пор, пока гильза не будет раскатана в трубу по всей длине.

Нераскатаная пилигримовая головка и неравномерно раскатанный передний конец труб после прокатки отрезаются. Окончательная отделка и получение готовой продукции осуществляются на калибровочном или редукционном трубопрокатном стане. Бесшовным трубам, прокатанным на пилигримовых станах, присуща повышенная разнотолщинность стенок. В трубах, полученных из слитка, часто наблюдаются металлургические дефекты. Бесшовные трубы общего назначения являются наиболее массовыми по производству. Однако применение их для трубопроводов высокого давления, особенно использование труб из слитка, должно быть максимально ограничено.

На автоматических станах прокатывают бесшовные трубы диаметром до 406 мм. В качестве исходного материала используют катаную круглую заготовку. Вытяжка прошитой гильзы на автоматическом стане осуществляется в одно- и многоручьевом валках двухвалкового стана. Горячая гильза надвигается с помощью рабочих валков на короткую оправку, которая установлена на штанге. Для получения окончательного размера трубы требуется 2—3 прохода. При каждом последующем проходе применяется оправка большего диаметра и трубная заготовка поворачивается (кантуется) вокруг своей оси на 1,57 рад. Диаметр последней оправки равен диаметру готовой трубы. Окончательную отделку и калибровку размеров труб производят на стане винтовой прокатки. Автоматические станы позволяют получить до 3 труб за 1 мин с хорошим качеством поверхности, повышенной точностью размеров в сравнении с трубами, полученными на пилигримовых станах. Бесшовные трубы ответственного назначения для нефтяной и газовой промышленности должны изготавливаться в основном на автоматических станах.

Прокатка труб на непрерывном стане производится до диаметра 160 мм на длинной гладкой оправке диаметром, равным диаметру готовой трубы. В непрерывном стане толстостенная гильза и оправка движутся вместе с высокой скоростью через систему клетей (7—9 шт.), последовательно раскатывающих (утоняющих) стенку. Прокатка завершается за один проход. Полученная трубная заготовка вторично нагревается и прокатывается до окончательного размера на редукционном или редукционно-растяжном трубопрокатном стане. Непрерывные станы в значительной степени автоматизированы и управляются с использованием компьютеров, что обеспечивает высокую производительность процесса и стабильное качество продукции. Полученные трубы имеют длину до 30 м. После редуцирования длина труб может достигать 180 м. Готовая длинная труба охлаждается и разрезается на мерные отрезки, а затем передается па окончательную отделку и испытание. Продолжительность одного цикла прокатки труб составляет примерно 15 с. На непрерывных станах изготавливают высококачественные трубы ответственного назначения.

Редуцирование труб на редукционных и редукционно-растяжных станах позволяет существенно уменьшить диаметр и толщину стенки. Возможность быстрой смены клетей на редукционных станах позволяет при ограниченном наборе заготовок выпускать относительно широкий сортамент труб. В общем случае уменьшение толщины стенки заготовки при редуцировании труб может доходить до 40 % при одновременном уменьшении диаметра. Это экономичный метод, широко используемый при производстве бесшовных труб небольшого диаметра ответственного назначения.