Новая комбинированная технология автоматической сварки неповоротных стыков труб магистрального газопровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

НОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Е.А. Татаринов, Н.В. Глушак

Аннотация

технология сварка соединение труба

Рассмотрена новая полностью автоматизированная комбинированная технология сварки неповоротных кольцевых стыковых соединений труб магистрального газопровода в специальную зауженную разделку кромок, собранных со «слепым» зазором. Произведено сравнение рассматриваемой технологии с традиционно применяемыми технологиями сварки линейной части магистрального газопровода. Выделены основные преимущества использования новой технологии.

Ключевые слова: магистральный газопровод, неповоротные стыки, специальная зауженная разделка кромок, «слепой зазор», автоматическая сварка.

Annotation

A NEW COMBINED ORBITAL WELDING TECHNOLOGY OF MAIN GAS PIPELINE'S TUBES

E.A. Tatarinov, N.V. Glushak

Considered a new fully automated combined orbital welding technology of annual butt joints of main gas pipeline's tubes into special narrowed edge preparation, collected with “blind” gap. Made comparison of concerned technology of conventionally used line pipe's technologies of main gas pipeline. Highlighted the main benefits of using the new technology.

Key words: main gas pipeline, orbital welding, special narrowed edge preparation, “blind” gap, machine welding.

Основная часть

В настоящее время на территории России реализуется большая программа проектирования и строительства крупных внутрироссийских, а также транснациональных газопроводных систем. В рамках данной программы осуществляется широкомасштабное строительство системы магистральных газопроводов «Южный коридор», ориентированное на сооружение системы магистралей нового поколения, отвечающей требованиям высокого уровня безопасности, надежности и эффективности функционирования.

Особенностями реализации проекта строительства газопровода «Южный коридор» является большая проектная мощность (63 млрд. м³ газа в год), достаточно высокое рабочее давление (до 9,8 МПа) а также использование в связи с этим труб большого диаметра с большой толщиной стенки (Ш 1420 мм х 25,8 мм - для строительства линейной части), произведенных из стали высокого класса прочности. Следует учитывать также, что газопровод проходит через большое количество земель сельскохозяйственного назначения, а также пересекает большое количество рисовых чеков, каналов, рек и различного рода препятствий искусственного и естественного происхождения.

Указанные особенности не дают возможности полноценного и эффективного применения в данном проекте традиционных технологий сварки неповоротных стыков труб, наиболее часто используемых в современном строительстве магистральных газопроводов, к числу которых относят:

1) технологию автоматической сварки проволокой сплошного сечения в защитных газах (АПГ+ААДП);

2) комбинированную технологию механизированной сварки плавящимся электродом в среде активных газов корневого слоя шва с последующим заполнением разделки автоматической сваркой порошковой проволокой в защитных газах (МП+АПИ).

Данные технологии сварки неповоротных стыков труб на сегодняшний день обладают наилучшим сочетанием таких показателей, как: качество готовых сварных соединений, производительность процесса сварки, а также экономическая эффективность от применения в проектах.

Помимо этого, несомненным преимуществом применения технологии сварки АПГ+ААДП при строительстве магистральных газопроводов является полная автоматизация сварочного процесса, которая в сочетании с усовершенствованной геометрией свариваемых кромок, обеспечивает высокую производительность для широкого диапазона типоразмеров свариваемых труб в сочетании с высокими механическими свойствами сварных соединений [1]. Осуществление данного способа сварки в щелевую разделку минимизирует количество наплавленного металла, что помимо экономии сварочных материалов, сокращает время производства сварочных работ. Но высокая стоимость комплекса оборудования (табл. 1), его квалифицированного обслуживания делает рентабельным применение данной технологии сварки только при строительстве достаточно протяженных линейных участков магистральных газопроводов [1]. А количество таких участков при строительстве системы газопроводов «Южный коридор» сильно ограничено ввиду наличия большого количества указанных ранее препятствий естественного и искусственного происхождения. Именно этот факт не дает возможности использования технологии сварки АПГ+ААДП при реализации проекта строительства газопровода «Южный коридор» на полную мощность.

Что касается технологии сварки МП+АПИ, также широко реализуемой при строительстве современных газопроводов, то важнейшими ее преимуществами является простота применения, а также распространённость используемого оборудования, его приемлемая цена и стоимость обслуживания. Но такие недостатки, как отсутствие полной автоматизации сварочного процесса (не автоматизирована сварка корневого слоя шва), а также большой объем наплавленного металла (вследствие сварки в стандартную неусовершенствованную разделку кромок) не позволяют обеспечить необходимый на сегодняшний день темп строительства в сочетании с высоким экономическим эффектом от использования данной технологии при строительстве системы магистралей «Южный коридор».

Проанализировав положительные и отрицательные стороны вышеуказанных технологий, было принято решение о необходимости создания новой технологии сварки неповоротных стыков труб, которая может быть эффективно применена при строительстве системы газопроводов «Южный коридор». Соответствующая технология должна обеспечить получение высококачественных сварных соединений в сочетании с надежной работой оборудования и его приемлемой ценой. Помимо этого, основным требованием к новой технологии явилось обеспечение полной автоматизации сварочного процесса, а также усовершенствование геометрии свариваемых кромок труб.

Таблица 1

Сравнение способов сварки неповоротных стыков труб магистрального газопровода

В качестве базовой технологии была выбрана технология сварки МП+АПИ, реализуемая на базе широко распространённого в России оборудования (табл. 1), которое и было положено в основу новой технологии сварки, как отвечающее всем требованиям по приемлемости цены, стоимости облуживания, простоте применения и качеству получаемых при его использовании сварных соединений.

Автоматизация корневого слоя шва была достигнута посредством перехода со способа сварки МП (механизированной сварки плавящимся электродом в среде активных газов) в стандартную заводскую разделку кромок труб на способ сварки АПГ (автоматическую сварку проволокой сплошного сечения в защитном газе) в специальную зауженную разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором, которая осуществляется методом STT в автоматическом режиме. Таким образом, была создана полностью автоматизированная комбинированная технология сварки корневого слоя шва в автоматическом режиме проволокой сплошного сечения в углекислом газе и сварки заполняющих и облицовочного слоев шва порошковой проволокой в защитных газах (АПГ+АПИ). Применение новой технологии АПГ+АПИ сводит к минимуму влияние человеческого фактора на процесс сварки, а также облегчает обучение сварщиков (операторов) по сравнению с базовой технологией МП+АПИ, что в конечном итоге повышает механические свойства сварных соединений и обеспечивает стабильность их получения.

Сварка корневого слоя шва по технологии АПГ осуществляется с использованием источников сварочного тока Invertec STT-II («Линкольн Электрик» (США) и автоматических сварочных головок M300-C («СиЭрСи Эванс АВ» (США) в соответствии с режимами сварки, представленными в таблице 2, «на спуск» с поперечными колебаниями электродной проволоки одновременно двумя автоматическими сварочными головками, каждая из которых сваривает свою сторону сварного соединения [3].

Таблица 2

Режимы автоматической сварки корневого слоя шва головками M300-C в зауженную разделку кромок труб, собранных по «слепому зазору» *

Сварка заполняющих и облицовочного слоев шва по технологии АПИ выполняется с использованием источников питания Idealarc DC-400 («Линкольн Электрик» (США) и автоматических сварочных головок М300-С в соответствии с режимами сварки, представленными в таблице 3, «на подъем» с поперечными колебаниями электродной проволоки, одновременно двумя сварочными головками, при этом каждая головка сваривает свою половину стыкового соединения. Сварку второй автоматической головкой начинают после завершения сварки первой головкой участка периметра сварного соединения, длина которого достаточна для одновременной работы сварочных головок [3].

Таблица 3

Режимы автоматической сварки заполняющих и облицовочного слоев шва головками M300-C в зауженную разделку кромок труб *

Как уже отмечалось, помимо вопроса полной автоматизации разрабатываемой технологии, также стоял вопрос о совершенствовании геометрии свариваемых кромок труб, ввиду того, что стандартная заводская разделка кромок труб, используемая при реализации базовой технологии, имеет большую площадь сечения (табл. 1). Это приводит к таким недостаткам как: большой объем наплавленного металла; наличие большого количества заполняющих слоев; выполнение сварки последних заполняющих слоев в несколько валиков (что представляет сложность для сварщиков и, в общем, понижает качество готовых сварных соединений); снижение общего темпа производства сварочных работ.

При решении вопроса совершенствования геометрии свариваемых кромок труб изначально было определено, что сварка по новой технологии будет осуществляться по «слепому зазору». В результате дальнейшей работы по созданию новой разделки кромок, проведенной в рамках разработки технологии сварки АПГ+АПИ, была получена разделка кромок труб (табл. 1), при которой достигается оптимальное сочетание качества сварных соединений, производительности сварки и служебных свойств металла шва. Соответствующая разделка кромок труб (рис. 1) позволяет повысить производительность технологии сварки АПГ+АПИ по сравнению с базовой практически в два раза (табл. 1).

Рис. 1 Внешний вид новой специальной разделки кромки труб

Это достигается посредством: уменьшения времени сборки стыка, которая является менее трудоемкой в случае сварки по «слепому зазору», нежели в стандартную разделку кромок; уменьшения времени, затрачиваемого на сварку корневого слоя шва, а также времени сварки заполняющих и облицовочного слоев. При этом уменьшение времени сварки заполняющих слоев, связано как со снижением их общего числа, так и со сведением к минимуму применения валиковой сварки, отсутствие которой, помимо всего прочего, позволяет повысить качество сварных соединений (рис. 2).

Рис. 2 Макрошлиф сварного соединения, выполненного по технологии сварки АПГ+АПИ

Одновременно с этим, сварка по «слепому зазору» приводит к экономии используемых сварочных материалов. По подсчетам разработчиков экономическая выгода от применения зауженной разделки кромок труб при сварке в «слепой зазор» по технологии АПГ+АПИ по сравнению со сваркой стыка в стандартную заводскую разделку кромок по технологии МП+АПИ составляет порядка 26 млн рублей на 100 км строительства: 21 млн рублей экономится за счет уменьшения количества используемой проволоки на 56 тонн и 5 млн рублей - за счет уменьшения количества применяемых защитных газов на 2600 баллонов.

При этом, автоматическая сварка корневого слоя шва методом STT в узкую разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором (рис. 3), позволяет получить гарантированную высоту корневого слоя в 4,05,0 мм и полное проплавление свариваемых кромок с высотой обратного валика в диапазоне 03,0 мм и шириной 3,06,0 мм. В процессе разработки новой технологии успешно выполнялась сварка стыков труб, собранных с нормативным смещением кромок до 3,0 мм включительно.

Рис. 3 Автоматическая сварка корневого слоя шва методом STT в узкую разделку кромок труб со «слепым» зазором

Ширина облицовочного слоя шва, выполненного по технологии сварки АПГ+АПИ отличается в меньшую сторону, по сравнению с шириной облицовочного слоя шва, выполненного по базовой технологии (рис. 4).

Рис. 4 Облицовочный слой шва, выполненный по технологии АПГ+АПИ

В процессе разработки новой технологии сварки была произведена целая серия механических испытаний сварных соединений, результаты которых показали, что технология сварки АПГ+АПИ обеспечивает получение высоких механических свойств сварных соединений, при этом особенные успехи были достигнуты в области повышенных значений вязкопластических свойств сварных соединений (особенно ударной вязкости) как при температуре испытаний - 20°С, так и при температуре испытаний -40 °С (табл. 4). Этот факт расширяет область применения технологии сварки АПГ+АПИ и предполагает возможность ее использования на проектах с повышенными требованиями к сварным соединениям в части значений ударной вязкости.

Таблица 4

Результаты сравнительных испытаний механических свойств сварных соединений, выполненных по технологиям сварки МП+АПИ, ААДП+АПГ и АПГ+АПИ на стыках труб Ш1420мм х 25,8мм из стали класса прочности К60

Таким образом, можно выделить следующие основные преимущества технологии сварки АПГ+АПИ по сравнению с традиционными технологиями сварки неповоротных кольцевых стыков труб магистральных газопроводов:

1. Полная автоматизация сварочного процесса.

2. Отсутствие необходимости закупки монтажными организациями нового оборудования.

3. Умеренная стоимость оборудования и его обслуживания по сравнению с другими полностью автоматическими комплексами.

4. Легкость обучения (переобучения) будущих сварщиков- операторов.

5. Легкость применения технологии за счет высокой степени автоматизации.

6. Снижение времени сборки и сварки стыка за счет использования труб со специальной зауженной разделкой кромок, собранных со «слепым зазором».

7. Снижение объема наплавленного металла за счет уменьшения площади сечения разделки.

8. Экономия сварочных материалов.

9. Высокие и стабильные механические свойства сварных соединений (в первую очередь, значения ударной вязкости).

Технология сварки АПГ+АПИ прошла квалификационные испытания и внесена в нормативную документацию по сварке трубопроводов ОАО «Газпром» [3]. В настоящее время данная технология внедрена и успешно применяется для сварки неповоротных стыков труб на проекте строительства магистрального газопровода «Южный коридор». В ближайшее время планируется использование данной технологии сварки и на других крупных объектах строительства магистральных газопроводов, таких как: МГ Бованенково-Ухта, «Южный коридор» (европейский участок строительства).

Список литературы

1. Преимущества автоматической сварки самозащитной порошковой проволокой / Блехерова Н.Г. [и другие] // Территория НЕФТЕГАЗ, 2013. №5. С. 94 - 95.

2. СТО Газпром 2-2.2-136-2007 «Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых магистральных газопроводов. Часть I».

3. Технологическая инструкция ОАО «Газпром» по автоматической сварке проволокой сплошного сечения в углекислом газе методом STT корневого слоя шва и порошковой проволокой в защитных газах заполняющих и облицовочного слоев шва сварочными головками М-300С в специальную зауженную разделку кромок неповоротных кольцевых стыковых соединений.

Размещено на Allbest.ru