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

В США одна из моделей установки с дробеметным устройством предназначена для очистки труб диаметром от 150 до 900 мм.. К установке придается сменное оборудование, позволяющее быстро перестраивать машину в зависимости от диаметра труб. Скорость дроби в такой установке достигает 70 м/сек. Дробеметное устройство перебрасывает за 1 мин. до 1,13 т стальной дроби. Максимальная производительность установки 27 м труб в 1 мин.

Довольно широко распространена очистка металлических по­ верхностей химическими растворами. Ржавчину и окалину уда­ ляют при помощи водных растворов кислот (травлением). Наи­ более часто используют серную, соляную и фосфорную кислоты. Изделие погружают в ванну или набрызгивают раствор на его поверхность. Для уменьшения разрушения основного металла при травлении используют ингибиторы, которые в некоторых случаях снижают также и травильную хрупкость. Ингибиторы выбирают в зависимости от условий травления (типа кислоты, ее концентрации, температуры и т. п.). Особенно эффективны как ингибиторы органические вещества — тиомочевина, хинолин и другие.

При работе с серной кислотой применяется обычно ее 5— 10%-ный раствор в сочетании с ингибиторами. Травление при температуре 65—88° С продолжается 5—20 мин. После травле­ ния оставшуюся на металле серную кислоту нейтрализуют щелоч­ ным раствором, а затем поверхность несколько раз промывают чистой водой.

В нейтрализующий раствор вводят пассивирующие вещества, чтобы предупредить дальнейшее ржавление очищенной металли­ ческой поверхности, которая после травления находится в весьма активном состоянии. В качестве пассивирующих агентов исполь­ зуют добавки на основе фосфатов, хроматов и нитритов.

При работе с соляной кислотой применяют ее растворы кон­

Работая с фосфорной кислотой, применяют ее 10—20%-ный раствор при температуре 60—85° С. Стоимость очистки металла одной фосфорной кислотой очень высокая. Поэтому используют комбинированный метод, при котором травление выполняют вна­ чале серной кислотой, а затем поверхность изделия обрабатывают 2—10%-ным раствором фосфорной кислоты с добавкой неболь­ шого количества железа.

Для очистки поверхности металлов используется также элек­ тролитическое травление, при котором изделие может быть ано­ дом или катодом. Электролитическое травление применяется как средство улучшения очистки с минимальной потерей основного металла.

Анодное травление ускоряет процесс очистки и может выпол­ няться в 25—30 %-ном растворе серной кислоты при плотности

41

тока от 6,2 до 50,2 а!см1. Плотность тока 66,9—200,8 а/см? при­ меняется при катодном травлении или при использовании пере­ менного тока. При катодном травлении потери основного металла меньше, чем при анодном. Для ускорения процесса очистки и сни­ жения потерь основного металла используют комбинированное анодное и катодное травление.

Химический способ применяется на некоторых предприятиях и для очистки листовых заготовок труб. Например, на трубном

12,7 мм, химическую очистку ведут по следующей схеме. Вна­ чале заготовки в специальных контейнерах опускают краном в ванну с горячим раствором серной кислоты, содержащей инги­ битор. После 15-минутного травления заготовки для промывки помещают в ванну с водой, а затем для нейтрализации остатков кислоты в ванну со щелочным раствором. После этого заготовки еще раз прополаскивают водой. Готовые трубы после испытания пропускают через машину, где происходит прополаскивание го­ рячим щелочным раствором, удаляющим жир и грязь. Очищенную трубу праймируют.

При химической очистке металла иногда применяют кислоту или совокупность кислот в виде желе. Высокая концентрация кислот делает успешным использование желеобразных масс при низкой температуре.

Желеобразную массу накладывают на поверхность металла при помощи щеток слоем 0,7—1,5 мм. Желе прилипает к поверх­ ности, которую кислота хорошо протравляет. Затем скребком счищают желе и ополаскивают металл нейтрализующим раство­ ром. После этого поверхность высушивают и накладывают на нее слой праймера или холодного фосфатирующего раствора для пассивации. Затраты на очистку таким способом примерно равны стоимости механической очистки, однако указанный метод более эффективен.

Применяется также комбинированный метод — первичная очи­ стка механическим способом с последующей химической обра­ боткой.

42

В табл. 9 приведены данные (на основе отечественного опыта), свидетельствующие об экономической эффективности химического способа очистки.

В последнее время для обезжиривания и очистки металла от ржавчины и окалины начинают использовать ультразвук.

Обезжиривание металлических поверхностей в горячих ще­ лочных или мыльных растворах иногда требует значительного времени. При использовании соответствующего растворителя и ультразвука продолжительность обезжиривания может быть резко уменьшена.

Травление в сочетании с ультразвуком повышает качество очистки от ржавчины и окалины.

Интересная работа по использованию ультразвука для очистки металлических поверхностей от ржавчины проведена Институтом строительной физики и ограждающих конструкций Академии строительства и архитектуры СССР. Опытами было установлено, что при воздействии магнитострикционного ультразвукового ви­ братора на увлажненную или мокрую поверхность металла ржав­ чина «стекает». Кроме того, эксперименты показали, что после длительного воздействия ультразвуковых колебаний сталь в даль­ нейшем не окислялась. Стальные образцы, обработанные ультра­ звуком, не ржавели даже после длительного (примерно в течение 6 месяцев) пребывания в растворе поваренной соли или аммиака. Образование пассивного слоя на поверхности металла, обработан­ ного ультразвуком, является многообещающей перспективой.

Эффект пассивации поверхности трубопроводов в условиях почвенной коррозии имеет большое значение. В связи с этим очень важно изучить сопротивляемость почвенной коррозии поверх­ ности металла, обработанной ультразвуком, с учетом возмож­ ности пассивации сварных швов.

Первые эксперименты на металлических пластинах показы­ вают, что очистка ультразвуком даже без последующей пассива­ ции металла требует много времени.

Поскольку ржавчина удаляется только с поверхности металла, непосредственно соприкасающейся с ультразвуковым вибратором, производительность очистки в большой степени зависит от мощ­ ности и размеров последнего.

Процесс огневой очистки сводится к кратковременному силь­ ному нагреву пламенем поверхности металла с последующим уда­ лением продуктов коррозии и окалины.

Огневой метод основан на использовании различного теплового расширения окалины и основного металла. В результате кратко­ временного и сильного нагрева возникает перепад температуры по толщине металла. Слой окалины, как более нагретый, расши­ ряется значительнее, искривляется и лопается.

Для огневой очистки применяют специальные горелки высо­ кой производительности. Обычные горелки, используемые для газовой сварки, не дают необходимого результата. Окалина пол­

43

ностью удаляется только непосредственно под конусом пламени. Поэтому при огневой очистке следует применять по возможности многопламенные горелки.

Степень очистки пламенем зависит от толщины окалины и ме­ талла, структуры окалины и т. и.

Эффективность удаления окалины в зависимости от ее толщины может быть объяснена следующим образом. При увеличении тол­ щины теплопроводность слоя окалины становится меньшей, а поглощение подводимого тепла больше. В результате только небольшая часть тепла передается на поверхность основного ме­ талла. Разница температур основного металла и окалины увели­ чивается, а следовательно возрастает термическое напряжение, благодаря которому окалина растрескивается.

В результате проведенных опытов была установлена также зависимость качества очистки от толщины металла. Повышение качества очистки при увеличении толщины изделия объясняется следующим. В толстом слое металла тепло распространяется быстрее, благодаря чему при кратковременном нагреве на поверх­ ности изделия температура невысокая; в результате этого возни­ кают большие перепады температур окалины и основного металла. Следовательно, увеличивается разность между температурными расширениями, что приводит к растрескиванию слоя окалины. Было установлено, что только при толщине металла более 15 мм достигается достаточная степень очистки. Опыты показали, что удаление окалины зависит ’также от ее структуры и характера сцепления с основным металлом.

Преимущество огневого метода в том, что пламя проникает в любые (даже незначительные) углубления, благодаря чему достигается высокое качество очистки. Кроме того, полностью удаляется влага, что способствует хорошему сцеплению изоля­ ционного покрытия с металлом. ;

Применение огневого метода пока ограничено в связи с тем, что он гарантирует удаление окалины с поверхности изделий только значительной толщины.

Существует также способ очистки путем индукционного на­ грева. Обрабатываемую поверхность труб можно нагревать элек­ трическим током. Этот метод, называемый термоэлектрическим, состоит в интенсивном нагреве, при котором тепловой эффект развивается в точках соприкосновения. Рабочим инструментом при очистке труб могут быть вращающиеся щетки или шарошки, выполняющие функции переменного контакта с обрабатываемой поверхностью и в то же время удаляющие отслаивающуюся ока­ лину и ржавчину. Ржавчина при интенсивном нагреве обезвожи­ вается, а окислы железа частично восстанавливаются, превра­ щаясь в легко удаляемый черный порошок.

Из всех описанных способов лучшее качество подготовки по­ верхности труб обеспечивают струйные методы и химическая очистка.

44

Централизованная изоляция труб в Советском Союзе

В СССР имеется опыт изоляции отдельных труб и секций в стационарных условиях. Для водопроводов и газораспредели­ тельных сетей Москвы давно применяются трубы, изолированные на стационарной базе. Используется метод централизованной изоляции и на строительстве магистральных трубопроводов. Так, управление № 6 треста Мосгазпроводстрой при сооружении газо­ провода Аксай—Новочеркасск (зима 1956/57 г.) организовало очистку и изоляцию труб в стационарных условиях.

В связи с сравнительно небольшим объемом работ (протяжен­ ность трубопровода 32 км) для базы был построен временный каркасно-засыпной цех общей площадью 391 лг2, длиной 87 м.

В цехе установили три очистных и одну изоляционную ма­ шины, смонтировали четыре рольганга, стеллажи и установку для обогрева помещений и труб.

Технологические операции выполнялись в потоке. Сваренные плети подавались трубоукладчиком на рольганг, помещенный вне цеха, а с него перекатывались на рольганг, установленный в цехе, и затем на стеллаж, где их подогревали.

Подогрев применяли внутренний и наружный. При внутрен­

У нижней секции устанавливали офутерованную печь с форсун­ кой, а конец образовавшегося «змеевика» соединяли с дымовой трубой. Движение горячих газов нагревало трубы до 40—60° С (при температуре наружного воздуха —3° С). Такой способ одно­ временно служил для обогрева помещения.

При внешнем подогреве использовали печь, поставленную между стеллажом и рольгангом. Эта печь длиной 1 м была сде­ лана из трубы диаметром 500 мм, разрезанной вдоль и открываю­ щейся на петлях.

В печи имелись две небольшие форсунки; воздух подводился от компрессора. Секция, проходя через печь, просушивалась и подогревалась, после чего ее перекатывали на рольганг основ­ ной технологической линии и лебедкой подавали в первую очист­ ную машину. Пройдя три очистных машины, секция ходовыми колесами первой и третьей из них подавалась по рольгангу в изо­ ляционную машину и далее на узкоколейку, с которой два трубо­ укладчика переносили ее на склад.

Для подтягивания секций по рольгангу при вводе в очистную машину была установлена лебедка от подъемника Т-41. Между электродвигателем и основным редуктором был помещен допол­ нительный редуктор от автомашины ГАЗ-51 для выравнивания скоростей подачи секций со скоростями очистных машин. После входа секции в первую очистную машину лебедка переключалась на подачу следующей секции.

45

Первая и третья очистные машины имели левое вращение, а вторая (средняя) — правое, причем у нее работал только ро­ тор, так как цепи ходовых колес были сняты. Этим предотвра­ щалось вращение секций.

В последней (по ходу) очистной машине осуществлялось также праймирование. Очистные машины, как и в полевых условиях, «сидели» ходовыми колесами на трубе, секция же двигалась по четырем троллеям, подвешенным к каркасу. Опорные колеса на машинах не были установлены, и верх агрегатов был свободно расчален тросами к верхнему поясу каркаса. Для предупрежде­ ния движения машин по трубе нижние рамы агрегатов в обоих направлениях были свободно расчалены тросами к нижнему поясу каркаса.

Обмотка крафт-бумагой выполнялась вручную, так как не удалось достигнуть равномерного перемещения секций по трол­ леям, что вызывало неодинаковые захлесты или обрывы.

Вцехе работало 18 человек. Качество изоляции было хоро­

шим.

Всистеме Моссовета имеются три стационарных цеха для изоляции стальных труб диаметром до 500 мм, длиной 12 м и диаметром 600—1200 мм, длиной 6 м.

На рис. 13 показана схема цеха для изоляции труб большого диаметра. Трубы подаются на вагонетках через ворота а в отде­ ление предварительной очистки 1, откуда направляются в ванну 2 для химической очистки. Для обмывки водой предназначена'

нанесения грунтовки имеется стенд 6. Камера 7 предназначена для просушки грунтованных труб. В ванне 8 трубы покрывают битумной изоляцией, а на стенде 9 известковым молоком или крафт-бумагой.

Через ворота б трубы поступают на склад готовой продук­ ции 10. Для транспортировки по цеху предназначен тельферный кран.

При обработке в ваннах и на стендах трубы вращаются на роликовых приспособлениях.

При цехе имеется котельная 11, склад 12 и контора 13. Труба в ванне для химической очистки (рис. 14) укладывается

па двойные подвижные ролики, приводимые от электродвигателя мощностью 2,2 кет. Окружная скорость вращения трубы на ро­ ликах не должна превышать 0,22 м/сек.

Ванна заполнена ингибиторной соляной кислотой с таким расчетом, чтобы наружная и внутренняя поверхности трубы омы­ вались раствором. Стальные щетки, прикрепленные к ванне и прижатые с двух сторон к трубе, снимают ржавчину, растворив­ шуюся под действием соляной кислоты. Совмещение химической и механической очистки значительно ускоряет процесс. Слабо концентрированная кислота, разрушающе действующая на ме-

46

099 600

Рис. 13. Схема цеха для очистки и изоляции труб диаметром 600—1200 мм, длиной 6 м.

талл, при добавке к ней ингибитора ПБ растворяет только ржав­ чину. Это объясняется тем, что ингибитор ПБ, относящийся к группе наиболее распространенных так называемых травиль­ ных присадок, находясь в растворе в коллоидном состоянии, адсорбируется поверхностью чистого металла, образуя на нем тончайшую мономолекулярную пленку, предохраняющую поверх­ ность от растворения и тормозящую коррозийный процесс.

Ржавчина растворяется быстрей при повышении температуры раствора. По мере истощения раствора снижение его концентра­ ции может компенсироваться повышением температуры. Однако, учитывая летучесть соляной кислоты, не рекомендуется нагревать ее более чем до 40° С. Начальная рабочая температура раствора

Рис. 14. Ванная для химической очистки стальных труб.

1 — опорные ролики диаметром 250 .мл; 2 — оЧшцаемая^труба; 3 — ведущий вал диа­ метром 40 мм; 4 — набивка из резиновых колец; .5 — червячный редуктор; в — электродвигатель; 7 — отстойник; 8 — спускная трубка; 9 — спускная пробка; 10 — щетки; 11 — паропровод.

должна быть не ниже -|~20° С. Скорость травления резко сни­ жается при накоплении солей железа в травильном растворе. Раствор считается непригодным для дальнейшего использования при показаниях ареометра более 1,3.

Отработанный раствор через спускную трубку сливается в от­ стойники. Грязь и ржавчину, осевшую в лотке ванны, удаляют вручную лопатами.

После травления трубы промывают из шлангов в ванне, имею­ щей дно с уклоном и трапом для спуска загрязненной воды, а за­ тем на 5 мин. помещают в ванну с пассиватором. В качестве пасси­ ваторов используют растворы:

Рекомендуется температура пассиватора 70° С. Нагрев осуще­ ствляется паропроводом диаметром 38 мм, проложенным по дну ванны.

Экспериментальные работы по выбору оптимальных режимов химической очистки труб, проведенные Центральной производ­ ственной экспериментальной лабораторией при ВНИИСТ, пока­ зали, что достаточно травить стальные трубы в 20%-ной соляной

48

кислоте с добавкой 0,8% ингибитора марки ПБ в течение 5 мин. при температуре 40° С. Однако в связи с разной загрязненностью труб и изменением степени концентрации ингибиторной кислоты продолжительность тр.авления следует корректировать.

Опыты показали также, что в качестве пассиватора лучше всего применять щелочные растворы хромпика. Хранение образ­ цов труб, обработанных ингибиторной кислотой и пассивирован­ ных хроматным пассиватором свыше 2 месяцев, показало их пол­ ную устойчивость на воздухе.

Для грунтовки в описываемом цехе применяют праймер, представляющий собой растворенный в бензине битум (три части бензина и одна часть битума). При нанесении на трубы, нагретые на 20—30° G, бензин быстро испаряется, а на поверхности остается слой битума толщиной 0,1—0,2 мм.

Праймер приготовляют в специальном котле емкостью 200 л, а затем разливают в бочки с герметическими крышками и пробко­ выми кранами.

Трубы, покрытые праймером, тельферным краном подают на изоляционную установку. Эта установка представляет собой ванну шириной 2 м, высотой 1,6 м. На высоте 50 мм от пола вдоль ванны на расстоянии 100 мм друг от друга проложены три жаровые трубы диаметром 150 мм, проходящие через торцовые стенки. Концы труб с одной стороны соединены с дымоходом печи, а с другой — с вытяжной трубой. Горячие газы из печи, про­ ходя по жаровым трубам, обогревают ванну.

На высоте 0,7 м от дна ванны на балках из швеллера устано­ влены роликовые опоры, приводимые от электродвигателя мощ­ ностью 2,2 кет. Скорость вращения трубы на роликах не превы­ шает 0,22—0,30 м/сек.

В ванне приготовляют битумную мастику следующего состава: битумы марок III и IV (взятые поровну) с добавлением 15% (по весу) измельченного сухого наполнителя. Нагревают смесь до 160° С.

Поворачиваемую на роликах трубу двое рабочих поливают битумом. За один прием наносится слой в 1,5 мм. Затем через 2—3 мин., когда первый слой приобретает некоторую прочность, наносят второй слой толщиной также 1,5 мм.

Если необходима усиленная изоляция по неостывшему слою битума, наматывают гидролиз, а затем наносят еще два слоя горя­ чей битумной мастики и обертывают трубу крафт-бумагой.

Для изготовления весьма усиленной изоляции закладывают два слоя гидроизола, при этом общая толщина покрытия соста­ вляет , 9 мм.

Иногда вместо крафт-бумаги применяют густое известковое молоко, которое наносят кистями на мастику, имеющую темпера­ туру не ниже 80° С. На поверхности битумного покрытия при этом образуется слой карбонизовавшейся извести толщиной 1—1,5 мм.

По мнению некоторых специалистов такое покрытие сопро-

тивляется световым, тепловым и механическим воздействиям лучше, чем крафт-бумага.

Концы труб на участках длиной 20 см не изолируют.

Все процессы по очистке и изоляции труб выполняют 12 рабо­ чих: 2 такелажника, 2 чистильщика, 2 грунтовщика, 4 изолиров­ щика, 2 моториста (один из них является бригадиром).

Производительность цеха в основном зависит от степени заржавленности труб, срока, в течение которого не меняется концен­ трация ингибиторной кислоты, а также от скорости сушки после грунтовки.

В среднем бригада из 12 человек очищает и изолирует за смену

50