Учебное пособие 800195

при повреждении стенки труб и зарождении в металле трещины развитие ее в глубину ограничивается межслойным зазором; поскольку стенка состоит из 3—4 слоев, возникшая местная перегрузка из-за ослабления сечения трубы трещиной не может привести к полному разрушению трубопровода, т. е. может образоваться утечка, но полного разрушения трубопровода быть не должно;

вязкое разрушение по газопроводу распространяется пол действием усилия, вызванного давлением сжатого газа, транспортируемого по трубопроводу, на площадь бортов труб в зоне разрыва; величина площади бортов трубы, передающей усилие в вершину трещины, пропорциональна поперечной жесткости трубы, а так как поперечная жесткость многослойных труб в 3—4 раза меньше, чем у аналогичных труб с монолитной стенкой, то усилие, движущее разрушение в газопроводе из многослойных труб, будет существенно меньше; это позволяет к рулонной стали для многослойных труб предъявить менее жесткие требования по вязкости и хладостойкости, чем к толстолистовой;

при использовании для изготовления многослойных труб из рулонной стали толщиной не более 6 мм, которая подвергается при прокатке более высокому обжатию, чем толстолистовая, легче получить необходимый комплекс свойств, в том числе высокое временное сопротивление разрыву, при меньшей стоимости самого металла.

Преимущества многослойных труб позволяли считать, что при обеспечении их герметичности и поперечной жесткости они наиболее полно могут отвечать требованиям, предъявляемым к трубам газопроводов нового класса.

Принцип многослойности позволяет впервые получить трубы, отвечающие условию «неразрушаемости» мощных газопроводов при эксплуатации. Правильно запроектированные и качественно изготовленные многослойные трубы позволяют устранять выявленные дефекты в плановом, а не в аварийном порядке.

Целесообразность и эффективность применения много-

100

слойных труб в магистральных газопроводах будет определяться тем, насколько эффективно будут устранены трудности, связанные с их производством, насколько стабильно будет обеспечена их герметичность, какой уровень свойств рулонной стали будет обеспечен металлургической промышленностью, на какие рабочие параметры будут строиться газопроводы в последующие годы.

Чем выше будут рабочие параметры газопроводов, тем эффективнее должно быть применение многослойных труб.

Принцип многослойности конструкции труб для магистральных газопроводов сверхвысоких рабочих параметров в основе своей правилен, он хорошо проверен при использовании многослойных сосудов высокого давления. Однако для строящихся газопроводов на давление 7,5 МПа многослойные трубы не конкурентоспособны в сравнении с простыми в изготовлении трубами с монолитной стенкой. Для таких газопроводов, как и для компрессорных станций и узлов врезок, где применение труб стандартной длины ограниченно, имеется большое число пересечений, врезок для подсоединения арматуры и других трубных деталей, применение многослойных труб не предполагалось.

3.4.3. Конструкция многослойных труб

Многослойные трубы собирают из обечаек, изготовленных по принципу плоской спирали Архимеда, и сваривают между собой двусторонними многослойными швами. Товарная труба длиной 11 — 11,6 м состоит из пяти многослойных обечаек и двух концевых обечаек с монолитной стенкой. Конструкция трубы показана на рис. 17.

101

вующая коррозии, они должны быть законсервированы. В многослойных трубах закрытие дренажных отверстий осуществляется с помощью клапанов, конструкция которых обеспечивает выход газа из межслойного зазора, но препятствует проникновению туда влаги.

Технология изготовления многослойных обечаек должна обеспечивать плотную намотку с межслойным зазором не выше 0,1 мм. Требования к механическим свойствам основного металла труб и сварных соединений оговариваются техническими условиями.

Все сварные соединения и сплошность внутреннего слоя труб должны быть проконтролированы физическими неразрушающими методами.

3.5. Стандарты и технические характеристики труб

Трубные изделия, изготовляемые прокатной, прессованием, волочением или сваркой, стандартизованы ГОСТом или техническими условиями.

Стандарты и технические условия определяют размеры и техническую характеристику труб, химический состав металла, формы профиля, номинальные размеры и допускаемые пределы отклонений, механико-структурные свойства, внешний вид, правила испытаний, приемки, маркировки, упаковки и транспортировки.

Стандарты на трубы учитывают, в основном, технические возможности заводов—поставщиков и требования потребителей, причем ГОСТы периодически пересматриваются и ужесточаются на основе усовершенствования технологии изготовления труб, применения нового, более современного оборудования, позволяющего повысить требования к качеству труб.

Основные виды государственных стандартов на поставку труб следующие:

стандарты общих технических условий устанавли-

вают технические требования к определенному виду труб,

103

включая все требования к сортаменту, качественным характеристикам труб, правилам приемки и методам испытаний: стандарты сортамента определяют наиболее рациональные для народного хозяйства профили и размеры труб. В этих стандартах устанавливают диаметр труб или размеры сечения для профильных труб, толщина стенки, допускаемые отклонения по геометрическим размерам, овальности, разностенности и кривизне и т.п.;

стандарты технических требований определяют ос-

новные технические требования к трубам широкого назначения. В них предусматриваются марки стали, механические свойства (временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение и ударная вязкость), требования к качеству поверхности, а также требования к технологическим испытаниям — гидравлическим давлением, сплющиванием, раздачей, загибом и др. В стандартах указываются правила приемки, специальные требования к маркировке, упаковке, транспортированию и хранению труб;

технические условия (ТУ) разрабатываются на изготовление и поставку труб при отсутствии в государственных стандартах технических условий, распространяющихся на данную продукцию, а также при необходимости дополнения или ужесточения свойств изделий в этих стандартах. Требования, установленные с ТУ, должны быть не ниже требований действующих стандартов, распространяющихся на данную продукцию.

К числу стандарта на производство стальных труб относятся прежде всего сортаментные стандарты, определяющие рациональные для народного хозяйства профили и размеры труб. В этих стандартах устанавливаются диаметры для круглых труб и размеры сечения для профильных, толщина стенки, длина, допускаемые отклонения по геометрическим размерам и массе.

104

4. ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ СВОЙСТВ СТАЛИ И ТРУБ

В теоретических положениях, положенных в основу разработки новых типов стали для труб газопроводов, исходят из возможности управлять свойствами стали путем максимального измельчения ее структуры и субструктуры в процессе контролируемой прокатки и последующего ускоренного регулируемого охлаждения. Наряду с этим основным направлением будет совершенствоваться технология и развиваться производство термически упрочненных труб. Быстрому прогрессу, достигнутому металлургической промышленностью за последние годы, во многом способствовала совместная работа большой группы исследовательских организаций черной металлургии, газовой промышленности и строителей магистральных трубопроводов. Достигнутый за 15-20 лет прогресс в производстве стали для труб хорошо иллюстрируют следующие цифры. Временное сопротивление металла труб повысилось с 500— 540 до 600— 650 МПа, еще более повысился предел текучести. Хладостойкость стали, т. е. температура перехода металла в хрупкое состояние, снизилась с 5—0 до —15, —20° С и даже до —30° С при оценке ее применительно к магистральным газопроводам.

Вязкость стали КСУ повысилась с 0,1—0,2 Мдж/м2 при температуре—15°С до 0,8—1,2 МДж/м2 при той же температуру Разработаны трубные стали с вязкостью 1,5—2 МДж/м2 и более

Дальнейшее улучшение свойств труб и повышение их комических показателей будет достигаться при решении комплексных мероприятий. Можно ожидать, что основное внимание будет уделено уменьшению расхода легирующих добавок полному исключению таких дефицитных элементов, как молибден, при некотором повышении прочностных характерней» стали труб, вязкости и хладостойкости.

Достигнуты большие успехи в повышении свойств стали труб при небольшом расходе легирующих элементов. С ор-

105

ганизацией массового выпуска современных малоперлитных сталей контролируемой прокатки для изготовления труб резко снизился интерес потребителей к трубам новых конструкций. Несмотря на большое число предложенных конструкций, техническая разработка до уровня промышленного апробирования выполнен» только для двухслойных спиралешовных труб и многослойных труб из обечаек. По-видимому, в перспективе нельзя ожидать; разработки новых конструкций труб, так как фактические рабочие параметры газонефтепроводов уже близки к оптимальным. К тому же развитие производства труб будет определяться техникоэкономическими показателями транспортировки продуктов по трубопроводам, запасами газа и нефти, которые далеко не бесконечны.

Однако перед строителями и службами эксплуатации трубопроводов стоят новые задачи: обеспечить доставку угля и различных руд к металлургическим заводам и электростанциям по» . трубопроводам. Следует отметить, что в этой области появляются интересные решения, например, транспортировка угольной пульпы высокой концентрации—75—80% угля, остальное — вода с небольшим количеством химических присадок. Это позволяет использовать такую пульпу как новый вид горючего. Начинают строиться трубопроводы для транспортировки обогащенных руд из карьеров на металлургические заводы. Новых назначения трубопроводов потребуют новых решений при производстве труб. Поскольку такие трубопроводы, по-видимому будут иметь меньшие рабочие параметры, чем современные газонефтепроводы, можно ожидать использования для их строительства также резинометаллических рукавов, которые могут изготавливаться непосредственно в полевых условиях в. виде бесконечной трубы. Возможно применение спиралешовых труб, изготавливаемых в поле, и другие решения.

Повышение надежности магистральных газопроводов может быть обеспечено путем снижения протяженности разрушений при аварии, за счет установки ограничителей

106

разрушений. Этот метод относится только к магистральным газопроводам, где возможны протяженные разрушения как вязкого, так и хрупкого» характера. Идея установки на газопроводах ограничителей разрушений высказана довольно давно, однако реального применения они пока не находят.

Идея установки ограничителей разрушений принадлежит поставщикам труб и направлена на снижение требований к стали труб. Длина распространения разрушения ограничивается шагом установки ограничителей. В газопроводах установка ограничителей означает сознательное допущение достаточно длинного разрыва. Такое решение весьма спорно, особенно для мощных магистральных газопроводов, ибо это означает не только возможность перебоев в снабжении промышленности энергией и сырьем, но и ведет к снижению безопасности эксплуатации газопроводов, так как радиус зоны поражения от оси газопровода может составлять 300 м и более.

Установка ограничителей разрушения может также привести к снижению активности металлургической промышленности в производстве современной высоковязкой стали для труб. При этом снизится темп повышения их характеристик, что затруднит процесс снижения расхода металла на строительство магистральных газопроводов, который систематически осуществлялся на протяжении последних почти 20 лет, и приведет к повышению их металлоемкости. Поэтому установка ограничителей разрушения целесообразна только в отдельных конкретных случаях для гарантированного исключения разрушения каких-либо особо ответственных узлов, переходов или других элементов трубопроводов.

107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие содержит в краткой форме сведения по курсу «Трубопроводостроительные материалы», которые соответствуют современным рациональным и распространенным в промышленности транспорта нефти и газа материалам для труб, методом оценки их работоспособности, конструкциям и технологии изготовления труб для магистральных газонефтепроводов.

Впособии рассмотрены следующие разделы: оценка работоспособности металла труб газонефтепроводов, классификация сталей для труб магистральных газонефтепроводов, конструкциям и методам их изготовления. Особое внимание уделено перспективным направлениям разработки материалов

иконструкций труб для современных газонефтепроводов.

Вучебном пособии содержится определенное количество иллюстративного и справочного материала.

Данная работа существенно восполнит имеющуюся в настоящее время информацию по трубопроводостроительным материалам. Существующая научная и учебно-методическая литература издана, в основном, более 10-15 лет назад. Пособие будет полезно преподавателям, студентам, аспирантам, инже- нерно-техническим работникам, специализирующимся в области нефтегазового производства.

108