книги из ГПНТБ / Иванцов, Олег Максимович. Индустриализация строительства магистральных трубопроводов

предел прочности стали, создает условия для снижения толщины стенок труб. Уменьшение толщины стенок тольдо на 1 мм при­ водит к сокращению годового расхода стали для трубопроводов на 10—12%, т. е. к снижению затрат металла в 1965 г. на 198— 237 тыс. т.

толщины стенок за счет применения высококачественных легиро­ ванных сталей и совершенствования технологии изготовления труб. Однако использованы не все имеющиеся возможности. Так, например, необходим пересмотр коэффициента запаса проч­ ности. При принятом у нас коэффициенте дальнейшее уменьше­ ние толщины стенок затруднено. Это становится очевидным, если провести расчет минимальной толщины стенок при суще­ ствующем коэффициенте запаса 1,57, пределе текучести 35 кГ1мм? и рабочем давлении 55 кПсм?. Для таких условий минимальная толщина стенок труб диаметром 529 мм составляет 6,2 мм (а вы­

1,3—1,5, поэтому при почти одинаковых показателях прочности американские трубы более тонкие.

Средством сокращения металлоемкости трубопроводов яв­ ляется также применение труб с пределом текучести 40—45 кПсм?. Задача освоения таких труб поставлена перед трубной промыш­ ленностью Советского Союза. Целесообразность применения труб с повышенным пределом текучести видна из следующих примеров. Если использовать сталь с пределом текучести 40 кГ/мм2, даже при существующих в настоящее время коэффициентах запаса,

Таким образом, прп использовании стали с пределом теку­ чести 40 кГ/мм? расход металла, например для труб диаметром

И

1020 мм, сократится на 20—25%, а при применении стали с пре­ делом текучести 45 кГ^ммг уменьшится более чем на 30%.

Ориентировочные расчеты показывают, что переход на стали с повышенным пределом текучести вызывает удорожание порядка 10—15%; однако в целом стоимость 1 км труб за счет уменьшения расхода металла сокращается более чем на 15—20%.

Американские специалисты, например, считают, что для труб экономически целесообразно применять даже очень дорогую сталь с пределом текучести до 50 кГ1млР.

В настоящее время имеется известная тенденция повышать предел текучести металла труб искусственным путем, в част-

Рис. 3. Эпюра переменной толщины стенок трубопровода равного сопро­ тивления диаметром 700 мм (по трубопроводу перекачивается 10 млн. т нефти в год двумя насосами производительностью 750 м?]час с начальным

давлением 68 кГ/см2).

ности экспандированием. При этом прочность изменяется незна­ чительно. А, как известно, только предел текучести не может полностью характеризовать работоспособность труб. Необходимо регламентировать отношение предела текучести к пределу проч­ ности.

Как известно, максимальное расчетное давление в магистраль­ ных трубопроводах бывает только в непосредственной близости от компрессорных и насосных станций. По мере удаления от этих пунктов в связи с потерей напора на преодоление гидравличе­ ского сопротивления внутреннее давление падает. Поэтому, имеется возможность на участках, удаленных от компрессорных и насосных станций, снижать толщину стенок. На рис. 3 для примера показано возможное уменьшение толщины стенки трубо­ провода равного сопротивления диаметром 700 мм. Однако из-за ограниченности сортамента труб такой способ прокладки у нас в стране применяется редко. Вместе с тем использование труб одного и того же диаметра, но со стенками разной толщины яв­ ляется большим резервом снижения металлоемкости трубопро­ водов.

Если на участке трубопровода протяженностью 1000 км и диаметром 720 мм укладывать трубы с тремя разными толщинами

12

стенок, то можно получить экономию стали 25—30 тыс. т, т. е. сократить ее расход на 15—20%.

О снижении капиталовложений и металлоемкости свидетельст­ вует опыт строительства нефтепроводов, где применялись трубы с двумя-тремя толщинами стенок. Размер капиталовложений на стро­ ительство всего комплекса сооружений нефтепровода, вес труб и их стоимость при одинаковой и различной толщине стенок показаны в

сборных и сварочных работ на трассе.

В табл. 5 приведены данные о влиянии длины труб на объем сварочных работ (при трехслойной сварке), выполняемых на трассе, на 1 км трубопровода.

13

Из табл. 5 видно, что применение длинномерных труб резко сокращает объем сварки в полевых условиях, а следовательно снижает трудоемкость и сроки строительства. Использование длинномерных труб является одним из важнейших факторов индустриализации строительства магистральных трубопроводов.

С1961 г. предполагается выпуск труб длиной 18 и 24 м. Ждановский металлургический завод изготовляет трубы со

спирально-сварным швом. Такие трубы после формовки и завод­ ской сварки имеют относительно правильную цилиндрическую форму, что упрощает их отделку и позволяет выдерживать более жесткие допуски по геометрическим размерам, чем у прямошовных труб. Расположение сварного шва по спирали разгру­ жает его и повышает жесткость трубы. Кроме того, в спиральном шве не возникают такие высокие напряжения, как в продольных швах. Стенки труб со спирально-сварным швом можно делать, минимальной толщины, а длину труб не ограничивать.

Трубы со спирально-сварным швом выпускают диаметром до 630 мм; они рассчитаны на работу под давлением 20—25 кПсм?-.

Применяемая технология изготовления не обеспечивает высо­ кого качества сварных швов. Двухслойная наружная сварка часто приводит к непровару, достигающему 25—40%. Внутренняя сварка лишь осваивается в настоящее время.

Применение внутренней сварки и другие технологические усовершенствования позволят выпускать трубы со спирально­ сварным швом, рассчитанные на эксплуатационное давление магистральных трубопроводов.

Изготовление труб практически любой длины, определяемой лишь транспортными возможностями, обеспечит сокращение объема сборочно-сварочных работ. Облегченный вес этих труб будет способствовать упрощению транспортных и ряда производствен­ ных операций. Таким образом, с точки зрения индустриализации работ трубы со спирально-сварным швом имеют значительное преимущество перед трубами других типов.

Для сооружения магистральных трубопроводов, отводов и распределительных сетей применяют и цельнокатанные трубы.

Толщина стенок таких труб почти в 2 раза превышает тре­

о том, что трубопрокатная промышленность имеет возможности для освоения выпуска тонкостенных труб.

Ориентируясь на характеристику.трубопрокатных станов, мож­

7 мм, диаметром 300 мм — до 8 мм и диаметром 350—400 мм — до 8 мм (причем даже такие толщины выше расчетных на 1—3 мм).

Большое значение этой задачи становится очевидным, если учесть, что только при строительстве газопровода Казань —

14

вали до 450° С и прокатывали в полосу длиной до 45 м (при спе­ циализированном прокатном оборудовании полоса сможет дости­ гнуть 100 м и более). Толщина стенки трубы составляла 4 мм, Плоские заготовки сворачивали в рулон и доставляли на мон­ тажную площадку. Отдельные трубы соединяли фланцами. Для придания концам плоской заготовки круглой формы был изго­ товлен специальный конус, который вводился в трубу.

После раскатки рулона заготовку натягивали трактором и раздували сжатым воздухом при давлении 6 кГ/смК Затем давле­ ние в трубе снижали до 2 кПслР и проверяли плотность сварных соединений. Одна заготовка была раздута без предварительного натяжения; в этом случае труба не получилась прямой. Все ме­ таллические крепежные изделия (болты, гайки и шайбы) оцинко­ вывали для предохранения алюминиевых фланцев от электриче­

образно применять при транспортировке коррозийных продуктов

ипри строительстве трубопроводов в труднодоступных местах. По предварительным данным стоимость укладки алюминие­

вых плоскосворачиваемых труб в 2 раза ниже стоимости соору­ жения трубопровода из стальных труб того же диаметра.

В Тульской области проложили опытный газопровод диа­ метром 150 мм, длиной около 200 м из алюминиевых бесшовных плоскосворачиваемых труб.

Отдельные звенья сваривали встык газовой сваркой с флю­ сом АФ-4А. Концы рулонов торцевали и к ним приваривали алю­ миниевые патрубки с фланцами.

Раздували проложенные участки газом давлением до 5 кГ/см?, для чего их присоединяли к магистральному газопроводу.

Испытательное давление достигало 6—7 кПсм?, а на отдель­ ных участках 12 кГ/см?.

В настоящее время проводятся работы по совершенствованию технологии изготовления плоскосворачиваемых труб большого диаметра из сплавов алюминия.

ТРУБЫ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Алюминий и некоторые его сплавы стойки в углеводородных средах и в условиях почвенной коррозии; трубы из алюминия имеют небольшой вес. Эти преимущества делают очень ценным применение алюминиевых труб для сооружения трубопроводов в грунтах с высокой коррозийной активностью, в труднопроходи­ мых горных районах, в болотистой местности, а также при строи­ тельстве воздушных переходов, временных ниток и магистралей для транспортировки высокоагрессивных продуктов. Примене­

16

ние алюминиевых труб позволит резко сократить объем очистных изоляционных работ, выполняемых на трассе, облегчит транс­ портировку, опуск труб в траншею и т. п. Широкие возможности имеются для изготовления из алюминиевых труб отдельных ча­ стей переходов и гнутых элементов на заводах и централизован­ ных базах.

Таким образом, использование алюминиевых труб расширяет возможности строительства магистральных трубопроводов инду­ стриальными методами.

В Советском Союзе для изготовления труб применяют чистый алюминий и его сплавы с магнием АМг-6 (предел текучести 12— 14 кГ/мм2), а также с магнием, марганцем, медью и кремнием.

Трубы диаметром 430 мм выпускают со стенкой толщиной 16 мм. В недалеком будущем начнется изготовление алюминие­ вых труб диаметром до 700 мм.

Сравнительно невысокая прочность алюминиевых сплавов

ные на работу при давлении 50 кГ/см2, имеют стенки толщиной 7—8 мм, а трубы из сплава АМг 3, изготовленные прессованием, 15 мм. Хотя алюминий в 2,8 раза легче стали, увеличение тол­ щины стенок труб не дает преимущества в весе трубопровода. Получение новых сплавов с высоким пределом прочности по­ зволило снизить толщину стенок труб.

Всвязи с технико-экономическими преимуществами алюми­ ниевых труб и большей пропускной способностью, чем у сталь­ ных, уже в настоящее время прокладка трубопроводов среднего диаметра из алюминиевых сплавов стоит столько же, сколько из стальных труб. Но экономическая эффективность алюминиевых трубопроводов значительно выше, чем стальных из-за большего срока их службы.

ВСША освоен выпуск прессованных и продольносварных

алюминиевых труб диаметром до 500 мм со стенкой толщиной 10 мм. Стандартная длина таких труб 7,5—15 м. Трубы изгото­ вляют с внутренней и наружной плакировкой из специального алюминиевого сплава, обладающего высокой антикоррозийной стойкостью. Несмотря на усовершенствование процесса произ­ водства алюминия, стоимость 1 м трубы из алюминиевого сплава примерно на 50% выше стоимости стальной трубы того же диаметра.

На основании технико-экономических исследований американ­ ские специалисты пришли к следующему выводу: алюминий целе­ сообразнее всего применять при строительстве трубопроводов диаметром до 325 мм, причем лишь в тех случаях, когда можно пол­ ностью использовать все его преимущества — незначительный вес, противокоррозийную и противохимическую стойкость.

Положительным качеством алюминиевых труб является также гладкость (по коэффициенту шероховатости эти трубы прибли­

жаются к стеклянным), благодаря которой потери напора значительно уменьшаются, а производительность по сравнению со стальными трубами увеличивается на 10—16%.

Алюминиевые трубы в трубопроводном строительстве США находят пока весьма ограниченное применение. Чаще всего их используют при прокладке временных разборных трубопроводов диаметром 75—125 мм, предназначенных для подачи дизельного топлива и воды к буровым установкам. Рекомендуемое рабочее давление при эксплуатации временных алюминиевых трубопро­ водов 35 кГ/смК По данным американской технической литера­ туры трудоемкость сооружения временного алюминиевого трубо­ провода диаметром 100 мм в 6 раз меньше, чем стального трубо­ провода того же диаметра.

Алюминиевые трубы используются при строительстве трубо­ проводов для соленой воды (закачиваемой в пласт), сернистых нефти и газа, а также при сооружении подводных линий.

Заслуживает внимания применение алюминиевых труб при строительстве переходов через водные препятствия. Благодаря небольшому весу труб значительно сокращается нагрузка на мосты и тросовые устройства. Например, при строительстве из алюминиевых труб диаметром 270 мм, со стенкой толщиной 4,5 мм подвесного перехода длиной более 100 м оказалось доста­ точным протянуть между пилонами один стальной трос диаме­ тром 30 льм.

Для наиболее ответственных трубопроводов в США исполь­ зуют сплав алюминия с прочностью на разрыв до 6300 кГ!см?‘.

Алюминиевые трубы для подземной укладки изготовляют посредством так называемого экстрюдииг-процесса (горячая прес­ совка).

Стыки алюминиевых трубопроводов, предназначенных для постоянной эксплуатации, сварные. Сварку ведут в аргоне плавящимся электродом при помощи автоматов. Сварочную машину весом около 90 кг прикрепляют к стреле трактора-трубо­ укладчика и опускают на трубу, предварительно сцентрирован­ ную и прихваченную над траншеей. Питается машина от гене­ ратора, установленного на грузовике, который двигается вдоль траншеи впереди трубоукладчика. Включается и выключается машина кнопочным устройством, расположенным в кабине грузо­ вика. Скорость сварки и состояние дуги регулируются автома­ тически.

Сварочная проволока, состоящая из 95% алюминия и 5% кремния, подается с катушки непосредственно к головке, где расплавляется электрической дугой, создаваемой вольфрамовым электродом.

Машина имеет два синхронно работающих двигателя: один вращает ее вокруг трубы, другой разматывает катушку с про­ волокой.

18

Трубы диаметром 220 мм сваривают в четыре прохода за 2 мин. Одной машиной соединяют за день 1,6 км труб.

Кремниево-магниевые алюминиевые сплавы, применяемые для изготовления труб, по своей коррозийной устойчивости прибли­ жаются к чистому алюминию. Как известно, алюминий покры­ вается на воздухе тонкой пленкой окислов, которая предохраняет его от дальнейшей атмосферной коррозии. Степень коррозийного воздействия тех или иных сред определяется тем, в какой мере они разрушают защитную пленку.

По данным американской печати углеводородные газы не ока­ зывают корродирующего воздействия на алюминиевые трубы. Газ, содержащий распыленную соленую воду, вызывает неболь­ шую коррозию, которая, однако, не приводит к серьезному сокращению срока службы алюминиевых трубопроводов. Сырая нефть (в том числе и сернистая) и все продукты ее переработки также не вызывают значительной коррозии. В связи с этим про­ водятся опыты по применению неизолированных алюминиевых труб.

На подводном газопроводе в заливе Матагорда участок про­ тяженностью 570 м был оставлен без изоляции. Проверка через 20 месяцев после ввода газопровода в эксплуатацию показала отсутствие коррозии. На газопроводе, идущем к глиноземному заводу в Ла Квинте, не был изолирован участок протяженностью 3 км. В течение 3 лет эксплуатации коррозия на этом участке не была обнаружена.

В г. Порт-Комфорт (штат Тексас) построили полностью неизо­ лированный газопровод протяженностью 6 км (диаметр 200 мм). Грунты на трассе газопровода — песчаные, глинистые и солоно­ ватые болотистые.

Общепринятое в настоящее время в США мнение относительно целесообразности изоляции алюминиевых трубопроводов сводится к следующему: а) в грунтах нормального состава, хорошо про­ пускающих воду, изоляция алюминиевых труб не требуется; б) в болотистых грунтах с высоким содержанием органических веществ (гуминовых кислот) изоляция желательна; в) во влаж­ ных щелочных грунтах наружная изоляция обязательна. Однако такая изоляция в 2—3 раза дешевле покрытий, наносимых на стальные трубы. Эффективной защитой для алюминиевых труб является анодирование.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ТРУБЫ

У нас в стране железобетонные трубы широко используют для сетей водоснабжения; из центрифугированных железобетон­ ных труб выполняют сваи, опоры, линии электропередач и связи.

В ближайшие годы предполагается значительное увеличение выпуска железобетонных труб.

Несмотря на то, что технология изготовления труб из железо­ бетона непрерывно совершенствуется и в настоящее время в Совет­ ском Союзе осваивается производство труб с предварительно напряженной арматурой, они все еще не применяются для транс­ порта нефтепродуктов и газа.

За рубежом также только в редких случаях используют же­ лезобетонные трубы для строительства газопроводов. Например, в Нидерландах напорные железобетонные трубы применили для газопроводов, работающих под давлением до 16 кПсл^. Сведений об использовании железобетонных труб для транспорта нефти и нефтепродуктов не имеется.

Между тем железобетонные трубы благодаря их коррозийной стойкости и, следовательно, долговечности, а также сравни­ тельно небольшой металлоемкости можно применять для строи­ тельства магистральных трубопроводов, транспортирующих нефтепродукты и газ.

Н. С. Хрущев, выступая на Всесоюзном совещании по строи­ тельству в 1958 г., указал на целесообразность сооружения железобетонных трубопроводов, более долговечных и менее металлоемких, чем стальные.

В табл. 6 сопоставляется расход металла на изготовление стальных и железобетонных труб.

Из табл. 6 видно, что на изготовление напорных железобетон­ ных труб даже со стальной облицовкой или внутренним цилин­ дром расходуется металла в 2,5—3,0 раза меньше, чем на сталь­ ные трубы тех же диаметров.

Стоимость железобетонных труб значительно ниже, чем сталь­ ных (табл. 7).

Современный уровень производства железобетона позволяет поставить задачу создания труб для транспорта нефти и газа,

20