Сварка магистрального трубопровода

Оглавление

Введение

В данной работе будет  рассмотрен процесс сварки участка  трубопровода диаметром 1220мм. с толщиной стенки 12мм. Сварка трубопроводов является одним из наиболее ответственных этапов в процессе строительства магистрального трубопровода, от качества проведения сварочно-монтажных работ зависит продолжительность жизни и надежность трубопровода на протяжении периода эксплуатации. Трубопроводы прокладывают на всей территории нашей страны, соответственно сварка трубопроводов производится в различных климатических условиях, которые основным образом влияют на способы и методы сварки трубопроводов. В процессе эксплуатации трубопроводы подвергаются различным деформациям, которые могут быть вызваны как изменением температуры транспортируемого продукта, так и внешними факторами, обводнение грунтов, изменение температуры окружающего воздуха и многие другие. При проведении сварочных работ мы должны учитывать все вышеперечисленные факторы ,  чтобы наши сварные соединения выдержали нагрузки и деформации, и в то же время сохраняли некую пластичность трубопровода.

Описание технологии сварки труб на трубосварочной базе в  трехтрубные секции.

Полевые трубосварочные базы применяют для механизированной сборки и сварки отдельных труб в секции длиной 24-36 м и более. Существующая технология строительства магистральных трубопроводов предусматривает применение двух типов баз: полустационарных и передвижных. Применение трубосварочных баз позволяет механизировать сборочные операции, применить высокопроизводительные методы сварки, организовать поточный контроль качества сварочных работ. На механизированных базах соединение стыков осуществляют в поворотном положении с применением  автоматической сварки под слоем флюса и неповоротном — с использованием микроконтактной сварки. Сборка в секции и сварка стыков осуществляется на полустационарных трубосварочных базах, которые могут быть укомплектованы различными установками и оборудованием.

Для сборки и соединения труб в секции с применением автоматической сварки под флюсом применяется полустационарная сварочная база, состоящая из механизированной трубосварочной линии МТЛ – 121 и  полевой автосварочной установки ПАУ-602.

Трудоемкие процессы при сборке труб в секции (накатывание одиночных труб, сближение труб, установка зазора, вращение секции, скатывание секции) на трубосварочных линиях механизированы, и управление осуществляется дистанционно.

Технологический  процесс  сборки  и сварки секций на линии  сборки труб осуществляется  следующим   образом. В начале работы трубы укладывают трубоукладчиком на приемочный стеллаж, где производят подготовительные операции. Затем одиночные трубы при помощи   отсекателей   поочередно   отделяют от остальных труб, передавая их на рольганги продольного перемещения. После укладки первой трубы на рольганг линии она перемещается вправо (или влево) на позицию сборки. Далее на рольганг линии подают вторую трубу и отправляют на позицию сборки. Затем подается третья труба, которая остается на позиции сборки. После две крайние трубы подводятся к средней до соприкосновения кромок и осуществляется сборка секции с установкой внутренних центраторов. При этом собирается вначале один стык на прихватках, а затем второй. Трубы при сборке можно перемещать с помощью рольганга или приводом штанги центратора. После того как сварщики проварят   две   трети   периметра   каждого стыка, собираемую секцию устанавливают так, чтобы непроваренный участок стыка оказался в верхнем положении и ручная сварка осуществлялась не в потолочном положении, а в нижнем. После выхода центраторов из полости труб и перемещения их на лотке в исходное положение секция передается на вращатель и поворачивается на 180°.

Сборочно-сварочные работы на линиях сборки труб ведутся в освещенной кабине, что позволяет вести работы в две смены и при плохой погоде. Сварка первого слоя полуавтоматическим методом STT обеспечивает получение качественного сварного соединения. Сварка последующих слоев швов выполняется под флюсом на полевых автосварочных установках ПАУ-602, где секция накатывается на роликоопоры. Вращение секции осуществляется торцовым или роликовым вращателями. Наружная сварка швов может осуществляться одновременно двумя автоматами, что повышает производительность сварочной установки. Полностью сваренные стыки секций труб контролируют на стеллажах готовой продукции и вывозят на трассу.

Техническая характеристика ПАУ-602

Оборудование  трубосварочной базы

Вращатель

Вращатели используют на ПАУ для создания непрерывного или  периодического изменения положения собранного стыка относительно сварочной головки, обеспечивая выполнение процесса в нижнем положении с регулируемой частотой. Роликовый вращатель СВР-141 обеспечивает    окружную скорость секции труб диаметром 720-1420 мм с помощью  приводных  роликов, которые входят в контакт с внешней поверхностью труб. Он может быть использован в комплекте установок ПАУ, где выполняет следующие операции: вращение секции обрезиненными роликами и высокой равномерностью: отсекание, укладывание и снятие секций со стенда с помощью системы рычагов с электрическим приводом.

Рис.1.Схема роликового вращателя: 1-электродвигатель; 2-редуктор; 3-распределитель мощности; 4-вал; 5-обрезиненный ролик.

Техническая характеристика СВР-142

Перегружатель

Перегружатель устанавливают на механизированной линии.  Два перегружателя используют для сбрасывания сваренной секции с линии. Перегружатель представляет собой изогнутый рычаг, который приводится в действие штоком гидравлической системы. При подаче масла в нижнюю полость цилиндра шток поднимает рычаг в верхнее положение и происходит сбрасывание секции на покати.

Рис.2. Перегружатель на трубосварочной линии: 1-рычаг; 2-шток; 3-цилиндр.

Роликовые опоры

Роликовые опоры применяют  при поворотной сварке секций труб на ПАУ при вращении секции. Каждая опора имеет корпус, в котором на оси устанавливается коромысло. На коромысле имеется два опорных ролика. Коромысло качается на оси и может занимать два положения: оба опорных ролика находятся в горизонтальной плоскости (рабочее положение-сварка); правый ролик опущен (сброс готовой секции). 

Рис.3. Роликовая  опора  типа ОР:

1-корпус; 2-обойма; 3-ролик; 4-стропорное устройство.

Техническая характеристика ОР121

Тяговая лебедка

При сборке труб в секции на сборочном кондукторе используют тяговую лебедку ЛТ-82-1 для осевого перемещения одиночных труб. Лебедка ЛТ-82-1 предназначена для сборки труб диаметром 1020-1420мм в секции. Лебедка имеет электродвигатель переменного тока мощностью 10 кВт, тормоз, редуктор, передающий вращение на барабан. Стягивание труб осуществляется с помощью каната крюком со скоростью 6,1м/мин.

Техническая характеристика ЛТ-82-1

Сварочная головка

Головку СГФ-1004  используют в полевой автосварочной установке  ПАУ-602 для автоматической сварки трубопровода под слоем флюса. Эта усовершенствованная головка позволяет вести сварку поворотных стыков труб по предварительно подваренному первому слою шва. Сварочная головка СГФ-1004 смонтирована на четырехколесной тележке и имеет электродвигатель с редуктором, подающий механизм, токопровод, бункер с флюсом, кронштейн с кассетой и пульт управления. Головка имеет корректор, который позволяет сместить электрод относительно зенита труб на величину 20—120 мм. Для обеспечения надежного подвода тока к электродной проволоке головка комплектуется токоподводами двух типов — пружинным и трубчатым. Пружинный токопровод используют для сварки труб диаметром 720—1420 мм, применяя проволоку толщиной 2—3 мм. Токоподвод имеет мундштук, на нижнем конце которого крепится токосъемник, состоящий из двух бронзовых накладок, одна из которых с помощью пружины давит на проволоку, обеспечивая надежный контакт.

Для подачи флюса в  зону сварки головка комплектуется  раздельным флюсоподводом, который  жестко закрепляется с токоподводом и копирует его перемещение при  работе корректором.

Рис.4. сварочная головка  СГФ-1004

1-корректор; 2-пульт управления; 3-бункер; 4-подающий механизм; 5-кассета; 6-штатив;  7-опорные ролики.

Техническая характеристика СГФ-1004

Передвижная электростанция

Для питания трубосварочной базы ПАУ-602 применяется передвижная  электростанция АБ16-Т230 П-Р

Выпрямитель

Сварочные выпрямители  собирают из полупроводниковых элементов-вентилей, которые используют для выпрямления  переменного тока. Выпрямители имеют понижающий трансформатор с регулирующим устройством и блоки вентилей. В сварочных выпрямителях применяют селеновые или кремниевые вентили, собранные по трехфазной мостовой или шестифазной схеме выпрямления.

Техническая характеристика ВДМ-1001УЗ

Станок для  очистки и намотки проволоки

Сварочная проволока поступает в бухтах, при этом упаковка может иметь повреждение и проволока ржавеет. Кроме этого поверхность проволоки часто покрыта смазкой, на ней может быть окалина и грязь, попадание этих веществ в сварочную ванну нежелательно. Поэтому проволоку перед употреблением подвергают очистке на станке МОН-52, в закрытом вращающемся блоке с помощью иглофрез и наматывают с рядной укладкой в кассеты сварочных головок. Для подъема и установки проволочной бухты на станке установлено подъемное устройство. Станок позволяет очищать обычную сварочную проволоку и наматывать в кассеты омедненную проволоку. Проволоку без омеднения перед намоткой очищают подпружиненным стальным канатиком, который 2-3 раза обвивает движущуюся проволоку, двумя подпружиненными шлифовальными кругами и войлочными пластинами.

Техническая характеристика МОН-52

Печь

Печь СНО-5,5.5/5-И2 используют для прокаливания на трубосварочных базах флюса и электродов при  температуре до 500 ºС.

Техническая характеристика СНО-5,5.5/5- И2

Станок СПК

Для изменения геометрии  кромок (снятия фасок) и зачистки поверхности  трубы, примыкающей к кромке изнутри  и снаружи, применяют лобовой  станок СПК-121А.

В трассовых условиях станок перемещают от трубы к трубе  трактором-трубоукладчиком, на котором установлена станция питания станка. На трубосварочной базе станок подвешивают на тали и помещают в будке, где обрабатываются кромки труб, которые подаются на рольганге.

Техническая характеристика СПК-121А

Материалы.

На трубосварочной базе для сварки корневого слоя шва  и выполнения подварочного слоя стыков труб из стали с нормальным пределом прочности до 588 МПа включительно:

ЛБ – 52У (LB – 52U), диаметром 2,6, Kobee Steel (Япония).

Сварка «флюс + проволока» (510-530 МПа включительно):

АН-348А + СВ-08ГА

АН-47 + СВ-08ГА «Запорожский завод сварочных флюсов и стеклоизделий».

Гидроподъемник. Описание и расчет.

На механизированных трубосварочных линиях устанавливают  до пяти гидроподъемников, представляющих собой подвижные опоры, на которых  удерживается секция труб при сварке. Во время продольного перемещения труб катки гидроподъемников опускаются ниже уровня роликов продольного перемещения. Три или четыре гидроподъемника (в зависимости от конструкции линии) имеют ход до 80 мм и выполняют роль обычных подъемных опор. Один гидроподъемник имеет ход до 140 мм и используется для регулирования сварочного зазора. Гидроподъемник состоит из следующих основных деталей: гидроцилиндра, подвижной траверсы и катков. Подвижная траверса представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух щечек, соединенных ребрами и плитой, которая болтами крепится к фланцу штока гидроцилиндра. На щечках делают пазы, в которые устанавливают оси катков. При работе с трубами различного диаметра оси катков устанавливают в требуемые пазы, которые соответствуют данному диаметру. Подъем траверсы с катками осуществляется давлением масла в системе, которое соответствует примерно 8 МПа. В цилиндр масло подается из системы, и поршень, перемещаясь, вызывает вертикальный подъем штока с роликами.

Рис.5.Гидроподъемник.

Исходные данные для  расчета гидроподъемника: необходимая сила на штоке Р= 49703,4 (Н), Ход поршня L= 80 мм, время рабочего хода t= 40 (c). Площадь поршня:

Диаметр цилиндра:

Секундная подача насоса:

V- объем цилиндра, F- площадь поршня, η₁=0,9 объемный к.п.д. системы, учитывающий утечки в золотнике и цилиндре. Мощность расходуемая на привод насоса:

η₂=0,8-0,9  к.п.д.насоса и силового узла.

Описание сборки и технологии сварки трехтрубных  секций в трассовых условиях поточным методом с применением ручной дуговой сварки.

Возможны две схемы  организации линейных работ при  ручной дуговой сварке неповоротных стыков:

• преимущественная схема - поточно-расчлененная организация сварки комбинированным методом крупными бригадами;

• возможная схема - сварка всего стыка в целом электродами с покрытием основного вида методом малой бригады.

Для обеспечения заданного  темпа сварочно-монтажных работ  при поточно-расчлененной организации  сварки в составе каждого укрупненного комплексного технологического потока должен быть выделен ряд специализированных подразделений, бригад и звеньев. 

Подразделение инженерно-технологической  подготовки, которое обеспечивает опережающее строительство при организации сварочно-монтажных работ по наращиванию труб в индустриальных условиях работы трубосварочных баз, а также переходов и горизонтальных углов поворота, что позволяет точно спланировать число захлестов и осуществить точную привязку их по трассе. В состав этого подразделения входят три бригады:

• бригада погрузочно-разгрузочных работ и входного контроля труб. Примерный состав бригады 9 - 11 человек, включая бригадира. Вместе с бригадой постоянно работает контролер, осуществляющий входной контроль труб;

• бригада по монтажу и сварке переходов и углов поворота. Бригада может состоять из двух звеньев и осуществлять работы по монтажу и сварке переходов через естественные и искусственные препятствия, а так же углов поворота. Примерный состав каждого звена 6 - 8 человек, включая двух сварщиков.

• бригада по механизированной сварке поворотных стыков труб на унифицированной трубосварочной базе. 

Подразделение линейных работ должно быть основным подразделением укрупненного комплексного технологического потока, в котором выполняется 85 - 90 % объема всех работ. Бригады и звенья подразделения линейного потока должны быть освобождены от выполнения всех других работ, характерных для подразделения инженерно-технологической подготовки.

Темп линейного потока и технологического потока в целом должен задаваться темпом сварки головного звена. Этот темп является расчетным нормативом для всех остальных бригад и звеньев укрупненного комплексного технологического потока (УКТП). Их состав и оснащение необходимо выбирать для каждого конкретного участка с учетом этого общего темпа. Структура организации работ УКТП, основой которого является поточно-расчлененный метод (ПРМ) сварки комбинированным способом, должна обеспечивать постоянный задел сваренной нити трубопровода.

Оптимальная организация  работ по структуре ПРМ создает условия, при которых сварка неповоротных стыков перестает быть операцией, сдерживающей темп работы потока.

В состав этого подразделения  входят следующие бригады и звенья:

Укрупненная бригада  сборки и сварки неповоротных стыков секций труб в составе подготовительного, головного и завершающего звеньев.

• Подготовительное звено выполняет работы по:

• раскладке секций вдоль трассы;
• очистке полости секций;
• селекции и отбраковке секций с вмятинами, забитыми фасками и т.д.;
• восстановлению забракованных секций (правку вмятин, обрезку концов труб, подготовку фасок сваркой).

Примерный состав звена 3 - 4 человека, в том числе 1 сварщик. Для повышения темпа сварки в  подготовительное звено может быть «вынесена» операция предварительного подогрева преимущественно внутритрубными нагревателями. В этом случае предварительный подогрев синхронизируется с работой головного звена.

• Головное звено выполняет следующие основные работы:

• перемещает очередную трубную секцию к стыку и устанавливает ее на центратор;
• осуществляет предварительный подогрев (если он не вынесен в подготовительное звено);
• производит центровку стыка и установку зазора;
• выполняет сварку корневого слоя шва;
• осуществляет зачистку и вышлифовывание неровного рельефа наружной поверхности корневого слоя шва;
• выполняет сварку горячего прохода;
• высвобождает и перемещает центратор и подвозит технологическое оборудование для начала цикла сборки и сварки следующего стыка.

Примерный состав головного  звена 10 - 11 человек, в том числе 4 сварщика.

• Завершающее звено выполняет следующие операции:

• производит сварку заполняющих и облицовочного слоя шва по схеме n ´ 2, где n - число слоев шва;
• производит зачистку каждого слоя шва от шлака, а после сварки облицовочного слоя шва дополнительно зачищает околошовные зоны от брызг. Каждая пара сварщиков выполняет сварку каждого слоя шва от начала и до конца, а затем переходит к следующему стыку.

Примерный состав завершающего звена 20 человек, в том числе 10 сварщиков.

Ремонтная бригада выполняет  ремонт сварных стыков после завершения сварки на основании результатов неразрушающего контроля. Примерный состав звена 4 рабочих, в том числе 1 сварщик. Бригада по монтажу и сварке захлестав. Примерный состав 6 - 7 человек, в том числе 2 сварщика.

Оборудование  для ручной дуговой сварки трубопроводов.

Источник питания  для ручной дуговой сварки.

Качество и производительность сварки стыков магистральных и промысловых  трубопроводов в значительной степени  зависят от технологических характеристик  и конструкции источников сварочного тока. В трассовых условиях и на строительных площадках электроустановки питаются от линий электропередач и передвижных дизель-электрических станций. Используем передвижную электростанцию для сварочных постов АД-200.

Оборудование  для правки концов труб

Правку деформированных  концов труб глубиной до 3,5% диаметра трубы  выполняют с помощью безударных приспособлений. Для вправки вмятин на трубах диаметром 630-1420 мм с толщиной стенок до 22 мм применяют устройство УПВ-141. В качестве рабочего органа используют гидравлический домкрат с усилием 300кН. При отрицательной температуре окружающего воздуха проводят местный подогрев до 100-150ºС. Участки труб с вмятинами глубиной более 3,5% диаметра, а также с резкими дефор\

мированными краями, имеющими надрезы, обрезают газокислородной резкой или механическим способом.

Оборудование  для зачистки кромок под сварку

Перед сборкой  под  сварку кромки и прилегающие к  ним внутреннюю и наружную поверхности  труб шириной не менее 10 мм зачищают до металлического блеска проволочными дисковыми щетками марки ШД-6, приводимыми во вращение высокооборотными шлифовальными машинками. Дисковая щетка марки ЩД-6 предназначена для механической очистки кромок и прилегающих к ним поверхностей от окалины, ржавчины, краски, снятия заусенцев, скругления острых кромок и зачистки швов при сварке стыков труб и других металлоконструкций.

Техническая характеристика ЩД-6

Оборудование  для подогрева и термической  обработки стыков труб

Перед началом выполнения работ по сварке стыков труб производится сушка или подогрев торцов труб. При температуре воздуха –30 ºС в зависимости от толщины стенки трубы (12 мм) и С_э (С_э=0,359) подогрев осуществляется до температуры +100 ºС.

Подогрев стыков и  концов труб на трассе и трубосварочной базе выполняют подогревателями, работающими на сжиженном или природном газе.

Подогреватель ПС-1424 имеет  наружную и внутреннюю модификации  и работает от емкости РС-1600.