Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Ремонт магистрального газопровода

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Развитие многих отраслей промышленности определяется надежностью работы системы нефте- и нефтепродуктопроводов. В то же время, согласно статистическим данным, количество отказов на магистральных трубопроводах остается довольно высоким.

Это связано в первую очередь с коррозионным износом трубопроводов, т. е. с их старением.

Кроме того, причинами отказов могут быть некачественные строительные материалы, недоброкачественное выполнение строительно-монтажных работ и, наконец, несвоевременное и некачественное выполнение ремонтных работ на линейной части магистральных трубопроводов.

Несвоевременное выполнение ремонтных работ часто связано с несовершенством диагностики состояния стенок труб, сварных соединений и изоляции, а качество выполнения ремонтных работ - с совершенством применяемых машин и механизмов, качественной организацией операционного контроля на всех этапах ремонта и, наконец, с грамотным выполнением требований технологии ремонта.

Отказы на магистральных трубопроводах наносят большой экономический ущерб не только из-за потерь продукта и нарушения непрерывного процесса производства в смежных отраслях, но могут сопровождаться загрязнением окружающей среды, возникновением пожаров и даже человеческими жертвами.

В настоящее время вопросам капитального ремонта уделяется большое внимание: разработаны новые типы землеройных машин для снятия плодородного слоя над трубопроводом, для вскрышных работ и удаления грунта из-под трубопровода, значительно усовершенствована технология очистки и изоляции трубопроводов, разработаны новые технологии диагностики и восстановления стенки трубопроводов.

Внедрение новых машин и технологий в процесс ремонта позволит избежать неприятных последствий аварийных отказов.

3. Выбор схемы ремонта трубопровода

Капитальный ремонт нефтепроводов по характеру и технологии проведения работ подразделяют на следующие виды:

- с заменой трубы;

- с заменой изоляционного покрытия;

- выборочный ремонт.

Ремонт с заменой трубы производится следующими способами:

1) путем укладки в совмещенную траншею вновь прокладываемого участка трубопровода рядом с заменяемым с последующим демонтажем последнего;

2) путем укладки в отдельную траншею, в пределах существующего технического коридора коммуникаций, вновь прокладываемого участка трубопровода с последующим вскрытием и демонтажем заменяемого;

3) путем демонтажа заменяемого трубопровода и укладки вновь прокладываемого трубопровода в прежнее проектное положение.

Ремонт с заменой изоляционного покрытия производится следующими способами:

1) с подъемом трубопровода в траншее (для труб диаметрами 219...720 мм при замене дефектного изоляционного покрытия без восстановления стенки трубы);

2) с подъемом трубопровода и укладкой его на лежки в траншее (для труб диаметрами 219...720 мм при замене дефектного изоляционного покрытия с восстановлением стенки трубы);

3) без подъема трубопровода с сохранением его положения (для труб диаметрами 820...1220 мм и для труб меньшего диаметра при плохом состоянии стенок).

4 Подготовительные работы при капитальном ремонте МТ

При ремонте трубопровода технологические операции выполняются в следующей последовательности:

а) уточнение положения трубопровода;

б) планировка полосы отвода в зоне движения машин, снятие плодородного слоя почвы и перемещение его во временный отвал;

в) разработка траншеи до нижней образующей трубопровода;

г) проверка технического состояния трубопровода, контроль поперечных сварных стыков и усиление их в случае необходимости;

д) очистка трубопровода от старого изоляционного покрытия;

е) выполнение сварочных работ;

ж) окончательная очистка трубопровода;

з) нанесение грунтовки;

и) нанесение нового изоляционного покрытия;

к) контроль качества изоляционного покрытия;

л) присыпка трубопровода и окончательная засыпка траншеи;

м) рекультивация плодородного слоя почвы.

При значительной длине ремонтируемого участка трубопровода работы, как правило, выполняются поточным методом.

4.1 Уточнение положения трубопровода

Во избежание повреждения трубопровода при его вскрытии ковшом экскаватора проводится определение его положения с помощью различных приборов (ИТ-5, ТПК-1, ВТР-ГУ и др.) [1].

Принцип действия искателей трубопровода основан на использовании электромагнитной индукции и заключается в обнаружении трубопровода при помощи приемника переменного магнитного поля, искусственно создаваемого при помощи генератора вокруг трубопровода. Схема подключения генератора к трубопроводу и поисковая антенна приведены на рис.1.1.

Согласно схеме, генератор подключается к трубопроводу и при включении наводит вокруг него переменное магнитное поле, которое улавливается антенной и передается на головные телефоны.

Ниже приводится последовательность операций при использовании прибора ИТ-5.

При определении места нахождения трубопровода антенну располагают перпендикулярно предполагаемому положению трубопровода и перемещают в горизонтальной Плоскости вправо и влево от трубопровода. Положению антенны над осью трубопровода соответствует максимум сигнала в головных телефонах (рис.1.2 а).

Рис.1.1. Схема подключения генератора к трубопроводу:

1 – заземление; 2 – генератор; 3 – место подключения генератора к трубопроводу; 4 – антенна; 5 – штанга; 6 – приемник; 7 – головные телефоны; 8 – трубопровод, 9 – колодец.

Рис.1.2. Схема поиска трубопровода прибором ИТ-5:

а – поиск по максимуму сигнала; б - по минимуму сигнала

1 – трубопровод; 2 – антенна; 3 – штанга; 4 – кривая уровня слышимости сигнала.

Поскольку кривая слышимости сигнала при прослушивании по максимуму изменяется плавно, то таким путем можно выделить зону шириной до двух метров, в которой находится трубопровод.

Для уточнения положения трубы используется метод минимума сигнала. В этом случае антенну устанавливают вертикально и перемещают в горизонталь-ной плоскости перпендикулярно оси трубы (как и в первом случае). Минимум сигнала соответствует положению над осью трубопровода (рис.1.2 б).

Для определения направления трубопровода антенну устанавливают в горизонтальной плоскости над осью трубопровода и плавно вращают вокруг вертикальной оси (вокруг оси штанги). Положение антенны при минимуме сигнала будет соответствовать направлению трубопровода.

Для определения глубины заложения трубопровода антенну располагают под углом 45° к поверхности земли и удаляют от трубопровода в перпендикулярном направлении до первого минимума слышимости сигнала (рис.1.3).

Рис.1.3. Схема определения глубины заложения трубопровода:

1 – трубопровод; 2 – антенна; 3 – штанга; 4 – кривая уровня слышимости сигнала.

Расстояние hi от оси трубопровода до положения антенны по горизонтали, при котором слышимость сигнала минимальна, соответствует глубине h его зале-гания. Рекомендуется определять величины h1 и h2, перемещая антенну в обе стороны от трубопровода. Эти величины должны отличаться друг от друга не более чем на 10 %. Окончательная глубина заложения оси трубопровода определяется по формуле:

Из зарубежных приборов, предназначенных для обнаружения местоположения и глубины залегания трубопроводов, известны приборы серии FМ 9800, трас-соискатель МFЕ 90 фирмы "Seba dynatronic" (ФРГ), РL-801 GXII фирмы "Fuji ТЕСОМ Inc." (Япония) и др. Эти приборы также работают по принципу обна-ружения электромагнитного поля, но отличаются способностью обнаружения трубопроводов на большей глубине, рабочей частотой и автоматическим определением глубины заложения трубопровода.

4.2 Снятие плодородного слоя почвы и планировка полосы отвода в зоне движения машин

Работы по снятию плодородного слоя почвы в зоне ведения ремонтных работ вдоль трассы трубопровода должны производиться в соответствии с проектом рекультивации земель, входящим в состав рабочего проекта.

Ширину полосы земель, отводимых для капитального ремонта трубопровода, надлежит устанавливать согласно табл.1.1.

Минимальная ширина полосы, с которой снимается плодородный слой почвы, должна равняться ширине траншеи по верху плюс 0,5 м в каждую сторону. С целью же сохранения плодородного слоя рекомендуется в ширину полосы, с которой снимается плодородный слой почвы, включать 0,5 м с одной стороны траншеи, зону разработки траншей и отвала минерального грунта и зону работы бульдозера (зона III) (рис.1.4) [1].

Таблица 1.1

Норма отвода земель

Диаметр трубопровода, мм	Ширина полосы земель, отводимых для одного подземного трубопровода, м
Диаметр трубопровода, мм	на землях не сельскохозяйственного назначения или непригодных для сельского хозяйства и землях государственного лесного фонда	на землях сельскохозяйственного назначения худшего качества (при снятии и восстановлении плодородного слоя)
1	2	3
1	2	3
До 426 включительно	20	28
Более 426 до 720	23	33
Более 720 до 1020	28	39
Более 1020 до 1220	30	42
Более 1220 до 1420	32	45

Рис.1.4. Схема снятия плодородного слоя почвы в зоне ведения работ при капитальном ремонте трубопровода:

1 - зона прохода ремонтной колонны; II - зона разработки траншеи и отвала минерального грунта; III,V - зоны работы бульдозера; IV - зона отвала плодородного слоя почвы.

Толщина плодородного слоя почвы и места его снятия по трассе устанавливаются на основании материалов изысканий.

В настоящее время для снятия грунта и транспортировки его в отвал исполь-зуют бульдозеры, скреперы или роторные экскаваторы. Чаще всего для этих ра-бот используют бульдозеры. Однако они имеют ряд существенных недостатков:

1)производительность работ резко снижается при ремонте трубопроводов большого диаметра, т. к. объем снимаемого грунта и расстояние при его транспортировке увеличивается до 16...19 м;

2) значительная часть рабочего времени затрачивается на непроизводительное маневрирование;

3) неизбежно перемешивание плодородной почвы с минеральным грунтом;

4) нарушается структура почвы в результате воздействия на нее гусениц механизма;

5) увеличивается расход топлива и износ деталей.

Почти всех этих недостатков лишены роторные экскаваторы. Однако, вследствие небольшой ширины рабочего органа экскаваторов невозможно их применение для снятия плодородного слоя при ремонте трубопроводов больших диаметров. Поэтому была разработана конструкция дополнительного оборудо-вания к серийным экскаваторам ЭТР 231 и ЭТР 254, которая позволила за один проход снимать плодородный слой почвы с полосы шириной не менее 3,5 м и глубиной 0,2...1,0 м, и обеспечивает дальность транспортировки до 16м.

Конструкция дополнительного оборудования представляет собой два допол-нительных ротора с зубьями, установленными симметрично по обе стороны основного ротора на его внутренней раме.

Для обеспечения заданной дальности транспортировки грунта транспортер экскаватора снабжен дополнительной секцией с приводом от основного тран-спортера. Грунт разрабатывается всеми тремя роторами одновременно. Из дополнительных роторов грунт по наклонным лоткам, установленным в их полости, подается в ковши Основного ротора, а оттуда вместе с грунтом, разра-ботанным основным ротором, на транспортер и в отвал.

Научно-исследовательский технический центр (НИТЦ) "Ротор" (г. Киев) разработал машину для послойной разработки грунта (МПРГ-1), которая пред-ставляет собой разновидность цепного экскаватора с двумя рабочими органами.

При непрерывном движении машины скребковые цепные органы движутся вокруг наклонных рам, которые одновременно совершают колебательные движения в горизонтальной плоскости. Разработанный грунт I подается в ротор, установленный перпендикулярно оси движения машины, и выбрасывается на бруствер в любую сторону и на любое расстояние от продольной оси выемки до 8 м от нее.

Машина обеспечивает отрывку траншеи над трубопроводом симметрично его продольной оси с погрешностью не более 150 мм. Работы могут выполняться на местности с продольными уклонами до 15° и с поперечными уклонами до 12°. При этом разработка траншеи над трубопроводом может производиться с ради-усом его кривизны в плане не менее 60 диаметров трубы.

Машина оборудована системой слежения за осью трубопровода, которая вы-дает рекомендации машинисту о движении по курсу, а также обеспечивает конт-роль положения шасси машины и рабочего органа относительно трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Управление машиной осуществляется двумя операторами из кабины шасси и дистанционно с выносного пульта.

Технические характеристики машины МПРГ-1 следующие:

- наибольшая глубина копания за один проход, м:

- в немерзлых грунтах - 0,8;

- в мерзлых грунтах - 0,4;

- ширина разрабатываемой выемки, м, не менее: 5.

4.3 Разработка траншеи

При ремонте трубопровода имеют место два случая [1]:

1) при ремонте с подъемом он вскрывается до нижней образующей (рис.1.5 а);

при ремонте без подъема (с подкопом) трубопровод должен быть вскрыт ниже нижней образующей на глубину не менее 1 м (рис.1.5 б).

При механизированном способе выполнения ремонтных работ размеры траншеи должны быть достаточными для свободного перемещения по трубе очистных и изоляционных машин. Ширина траншеи по низу должна быть не менее Dн + 1,0 м.

При разработке траншеи специальными вскрышными экскаваторами ее ширина по низу b равна:

b=Dн+2к,

где Dн - наружный диаметр трубопровода;

к - ширина режущей кромки рабочего органа машины.

Для трубопроводов диаметром 219...530 мм к =0,5 м; более 530 мм -к = 0,7м.

При разработке траншеи одноковшовым экскаватором:

b=Dн+2к+2δ,

где δ - расстояние от режущей кромки экскаватора до трубы. Обычно принимают δ = 0,15...0,2 м.

Траншеи с вертикальными стенками без крепления разрабатываются в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой при отсутствии грунтовых вод на следующую глубину:

- в насыпных песчаных и гравийных грунтах - не более 1 м;

- в супесях - не более 1,25 м;

- в суглинках и глинах - не более 1,5 м;

- в особо плотных грунтах - не более 2,0 м.

При большей глубине траншей необходимо разрабатывать их с откосами, заложение которых должно соответствовать величинам, указанным в справочной литературе.

Чаще всего разработку траншей ведут обычными одноковшовыми экскаваторами. Однако, на прямолинейных участках трассы со спокойным рельефом местности можно разрабатывать траншею специальными вскрышными экскаваторами.

Рис.1.5. поперечный профиль траншеи трубопровода:

а- при ремонте с подъемом; б- при ремонте без подъема.

ВНИИСПТнефть была разработана серия вскрышных экскаваторов для труб различного диаметра (ЭВ-529, ЭТР-377 РС, ЭТР-720 РС и др.).

Рабочий орган вскрышных экскаваторов последних модификаций представляет собой два ротора, установленных на раме. Между роторами смонтирован отвальный нож с приваренными к нему открылками, образующими плут.

С помощью роторов рабочего органа траншея разрабатывается до заданной глубины. Одновременно ножом, укрепленным в верхней части конструкции, разрезается грунт и разваливается по обе стороны трубопровода в ковши роторов и доставляется на транспортер.

Однако, из-за большого диаметра ротора применение экскаваторов этого типа на криволинейных участках трубопровода затруднительно.

НИТЦ "Ротор" разработал машину для вскрытия трубопроводов;

(МВТ), которая как и МПРГ-1, имеет два рабочих органа, разрабатывающих грунт по обе стороны от трубопровода.

Разработанный грунт транспортируется скребками рабочих органов во вращающийся ротор, который отбрасывает его в любую сторону и на любое заданное расстояние в пределах 8 м от оси трубопровода.

Технические характеристики машины МВТ следующие:

- техническая производительность, погонный метр в час, в грунтах 1 категории при диаметре труб:

-530, 630 мм-100;

- 720, 820 мм - 80;

-1020, 1220 мм - 60;

- профиль траншей:

- ширина по верху, м - 3,5...4,5;

- ширина по дну, м - 2,2...2,7;

- глубина, м - до 4,1.

При ремонте трубопровода без подъема возникает необходимость в удалении грунта из-под трубы с целью ее осмотра и обеспечения прохода очистных и изоляционных машин различных типов.

Одна из конструкций подкапывающих машин, разработанных бывшим ВНИИСПТнефть.

Ходовой механизм шагающего типа с устройством фиксации на трубопроводе создает напорное усилие, позволяющее машине перемещаться по поверхности трубы со скоростью 100 (170) погонных метров в час.

Рабочие органы в виде двух роторов, установленных на вертикальных валах электродвигателей, обеспечивают разработку грунта под трубопроводом без его удаления из траншеи.

Основные параметры подкапывающих машин этого типа приведены в табл.1.2.

НИТЦ "Ротор" разработал подкапывающую машину типа МПР, которая имеет два ротора шнекового типа, расположенных горизонтально (по одному с каждой стороны трубопровода). Передвижение машины по трубопроводу обеспечивается цепным устройством в виде гусеницы, опирающейся на трубопровод.

Основные технические характеристики машины МПР следующие:

- диметр подкапываемого трубопровода, мм: 530, 630;

- размеры разрабатываемого слоя грунта под подкапываемым трубопроводом, мм:

-толщина-120... 700;

- ширина - не менее 1300;

- техническая производительность в грунтах 1 категории, погонных метров в час: не менее 120;

Таблица 1.2

Основные технические характеристики подкапывающих машин типа МПТ

Параметры	Типы машин
Параметры	МПТ-720	МПТ-1020	МПТ-1220
Диаметры подкапываемых трубопроводов, мм	720 820	1020	1220
Глубина подкопа, мм	500;530	500	500
Производительность, м/ч	80...170	60... 110	60...110
Мощность, кВт	25	30	35
Число роторов, шт	2	2	2

- минимальный радиус кривизны подкапываемого трубопровода в плане: не более 90 Dтр;

- количество роторов: 2;

- номинальная мощность электродвигателя ротора, кВт: 30;

- тип ходового механизма: гусеничный трубоход;

- масса машины в рабочем положении, кг: не более 3500.

4.4 Проверка технического состояния трубопровода после его вскрытия

При ремонте трубопровода с укладкой его на лежки перед подъемом сварные швы очищаются от старой изоляции, ржавчины, загрязнений и подвергаются сплошному визуальному осмотру.

В зависимости от результатов осмотра, сварные швы, вызывающие сомнения с точки зрения прочности, подвергаются контролю физическими методами (магнитографическим, радиографическим или ультразвуковой дефектоскопией) и при необходимости ремонтируются до подъема трубопровода или вырезаются.

2 Очистка трубопровода от старой изоляции

В общем случае все методы очистки трубопроводов можно раздели на три группы: механические методы, химические и термические.

Однако, применение химических и термических методов при выполнении ремонтных работ на действующих нефтепроводах правилами капитального ремонта запрещено. Таким образом, в практике ремонта трубопроводов и в нашей стране и за рубежом применяют только механические методы очистки.

В свою очередь, механические методы можно условно разделить на 3 вида:

1) срезание старой изоляции с помощью резцов (ножей), цепей, щеток или тросов;

2) очистка путем динамического воздействия на изоляцию пескоструйный, дробеструйный или дробеметный способы очистки;

3) гидродинамический способ - очистка от изоляции в результате воздействия воды, нагнетаемой под высоким давлением.

Первые очистные машины для снятия старой изоляции при капитальном ремонте нефтепроводов были разработаны и внедрены производство бывшим ВНИИСПТнефть. Это был ряд машин типа ОМС: ОМС-1, ОМС-2, ОМС-2М/219-273, ОМС-2М/325, ОМС-2М/377-426, ОМС-2М/508 и ОМС-720 РС [1].

Некоторые конструктивные особенности этих машин (разъемный рабочий орган и корпус рабочего органа, прижатие резцов к телу трубы при вращении ротора за счет центробежных сил, два рабочих органа оснащенных резцами) используются и в современных очистных машинах.

Позднее этим же институтом для снятия битумной изоляции были разработаны более совершенные очистные машины серии МПП, а для снятия полимерной изоляции - машины типа ОМП.

В настоящее время ИПТЭР разработан новый ряд очистных машин типа ОМГ. Эти машины предназначены для подготовки наружной поверхности магистральных трубопроводов под новые изоляционные покрытия, в том числе и полимерные, при капитальном ремонте с заменой изоляции и при ремонте с заменой труб.

Машины имеют два ротора, передний из которых оснащен резцами, задний - щетками. Управление машиной осуществляется с бровки траншеи при помощи пульта, смонтированного на телескопической штанге.

Машины типа, ОМГ могут работать как в горных условиях (с уклоном трубопровода до 35°), так и на равнинной местности (с уклоном трубопровода до 8°).

Техническая характеристика очистных машин этого типа приведена табл.2.1.

Для проведения очистных работ при выборочном ремонте трубопровода ИПТЭР разработано очистное устройство УО-820, предназначенное для снятия старой битумной и полимерной изоляции на трубопроводах диаметром 720 и 820 мм.

Таблица 2.1

Техническая характеристика очистных машин типа ОМГ

Основные параметры	Тип машины
Основные параметры	ОМГ-530	ОМГ-820	ОМГ-1220
1	2	3	4
Диаметр ремонтируемого трубопровода, мм	377;426;530	630;720; 820	1020;1220
Суммарная мощность, кВт	25	41	48
Частота вращения венцов рабочих органов, об/мин	295	240	170
Максимальная скорость передвижения машины, м/ч	400	400	400
Число рабочих органов, шт	2	2	2
Число рабочих инструментов на рабочем органе, шт: резцов щеток	4 8	4 4	4 4
Степень очистки (в % к площади обрабатываемой трубы)	100	100	100
Масса, кг	1900	2500	3500
Габаритные размеры (без пульта управления), мм: длина ширина высота	2805 1345 1590	2900 1680 1970	2865 2310 2800

Устройство легко монтируется в любом месте трубопровода и управляется с бровки траншеи с помощью пульта, укрепленного на телескопической штанге.

Аналогичное устройство разработало Пензенское конструкторско-технологическое бюро арматуростроения (ПКТБА), расширив диапазон очищаемый труб от 325 мм до 820 мм (рис.2.1).

Характеристики устройств приведены в табл.2.2.

В настоящее время научно-производственным предприятием “Август” (г. Уфа) разработана и освоена производством серия очистных машин типа МПП. В отличие от машин типа ОМГ, эти машины имеют меньшую мощность и массу, а также отличаются и конструкцией рабочих инструментов на рабочих органах. В частности, на каждый из двух роторов устанавливается по 20 резцов (инструмент ИСИ-1220) [1]. Кроме того, дополнительно, на специальных держателях могут быть установлены попарно соединенные дискообразные щетки (инструмент ИОР-1220), что значительно улучшает степень очистки поверхности трубопровода.

Характеристика этих машин приведена в табл.2.3.

Рис.2.1. Схема очистного устройства ОУ-820 конструкции ПКТБА:

1 - корпус разъемный; 2 - тележка; 3 - ролик тележки; 4 - ротор разъемный; 5 - ролик ротора; 6 - скребок; 7 - щетка; 8 - привод; 9 – цепь.

Таблица 2.2

Характеристика очистных устройств для выборочного ремонта

Основные параметры	Значения параметров
Основные параметры	УО-820 (ИПТЭР)	ОУ-820 (ПКТБА)
Мощность электродвигателя, кВт	2,2	1,5
Частота вращения ротора, об/мин	37,2	30; 40; 50
Скорость передвижения устройства по трубе, м/ч	25	15
Рабочий инструмент	4 резца	скребок, щетка
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота - диаметр, описываемый деталями ротора	100 1500 1700 -	960 - - 1200
Масса, кг	350	144