Муфты для трубопроводов укмт

Перспективный метод ремонта нефтепроводов с помощью усиливающей композиционной муфты Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кочергина А.В., Томарева И.А., Беляков Р.В.

Одной из актуальных проблем в нефтегазодобывающей отрасли стали многочисленные аварии трубопроводов, которые требуют инновационных решений. В данной статье был проанализирован перспективный метод ремонта с помощью композиционных муфт, которые включают в себя множество достоинств по сравнению с конструкциями из стали. А также приведены прочностные характеристики муфт и описан их процесс установки.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кочергина А.В., Томарева И.А., Беляков Р.В.

Исследование изменения глубины зоны температурного разупрочнения при ремонте коррозионных повреждений трубопроводов методом наплавки порошковыми проволоками

A PROMISING METHOD FOR REPAIRING OIL PIPELINES USING A REINFORCING COMPOSITE COUPLING

One of the most pressing problems in the oil and gas industry is numerous pipeline accidents that require innovative solutions. This article analyzes a promising method of repair using composite couplings, which include many advantages compared to steel structures. The strength characteristics of the couplings are also given and their installation process is described.

Текст научной работы на тему «Перспективный метод ремонта нефтепроводов с помощью усиливающей композиционной муфты»

Перспективный метод ремонта нефтепроводов с помощью усиливающей

А.В. Кочергина, И.А. Томарева, Р.В. Беляков Волгоградский государственный технический университет

Аннотация: Одной из актуальных проблем в нефтегазодобывающей отрасли стали многочисленные аварии трубопроводов, которые требуют инновационных решений. В данной статье был проанализирован перспективный метод ремонта с помощью композиционных муфт, которые включают в себя множество достоинств по сравнению с конструкциями из стали. А также приведены прочностные характеристики муфт и описан их процесс установки.

Ключевые слова: нефтепровод, капитальный ремонт, усиливающая композиционная муфта, композиционные материалы.

На данный момент в России насчитывается около 250 тыс. километров трубопроводов, находящихся в эксплуатации и предназначенных для транспортировки нефти и газа. Со временем, под влиянием перекачиваемых по ним продуктов, режима эксплуатации и внешней среды, ухудшается несущая способность нефтепроводов, что приводит к серьезным авариям и неизбежным последствиям. Большинство труб выполнены из стали, которые имеют небольшой строк эксплуатации, так как подвержены коррозии.

Выбор технологии производства работ на действующих сетях становится одной из важных проблем в нефтедобывающей отрасли, так как увеличиваются объемы работ по ремонту нефтепроводов. В связи с этим возникает необходимость разработки и совершенствовании методов ремонта нефтепроводов с применением композиционных полимерных материалов [14].

Применение чистого пластика, как полимерного материала имеет серьезные недостатки, что предполагает создание конструкций из композиционных материалов. К таким недостаткам относятся:

а) чувствительность работы на изгиб из-за недостаточной жесткости и прочности, устранение которых предполагает увеличение денежных затрат;

б) некоторые виды полимерных материалов могут разрушаться под воздействием ультрафиолета;

в) некоторые пластики подвержены ползучести, за счет чего может происходить удлинение, которое заканчивается разрушением.

Композиционный материал является одним из наиболее перспективных материалов для ремонта различных категорий трубопроводов, которые имеют такие преимущества, как прочность, легкость, коррозионная стойкость.

Состав композиционного материала может быть из двух и более материалов, свойства которых оказывают взаимоусиливающее действие. Благодаря комбинации армирующего волокна и

полиуретанового/эпоксидного связующего, композиционные ремонтные муфты могут достигать высоких характеристик сопротивления в 1,5-2 раза выше, чем у стали. Стекловолокно или углеволокно выступает в качестве армирующего компонента [5-6].

Ликвидация дефектов нефтепроводов происходит с помощью композитных материалов, которые перераспределяют кольцевые нагрузки на стенке трубы, путем переноса их на армирующее волокно. Равномерная передача напряжений достигается с помощью специальных эпоксидных составов — праймеров. Наружный слой композиционного материала создает условия для надежной эксплуатации нефтепровода при максимально допустимом рабочем давлении.

Рассмотрим метод ремонта трубопроводов с помощью композиционных муфт.

Композиционная муфта — это современная технологичная конструкция для ремонта трубопроводов и соединительных деталей трубопроводов (СДТ) с геометрией любой сложности (переходы, тройники, отводы). Композитные муфты с болтовыми соединениями делятся на

Я Инженерный вестник Дона, №4 (2020) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2020/6397

несколько типов: РСМ, КСМ, УКМТ. Расчет таких ремонтных конструкций осуществляется по стандартам ISO 24817 и ASME PCC-2, регламентирующих размеры муфт в зависимости от параметров трубопровода, типа дефекта и перекачиваемой среды. Процесс установки композитных муфт не требует использования специального оборудования, а также может осуществляться силами двух человек (при малых диаметрах труб — даже одного) [7-9].

УКМТ состоит из двух полуоболочек, изготовленных путем однонаправленной намотки стеклоровинга на фланцы из нержавеющей стали, которые с одной стороны соединены между собой шарниром, а с другой болтами (рис. 1). При работе муфты, за счет возникновения контактного давления снаружи трубы, происходит компенсация внутреннего давления в трубе. Это позволяет устанавливать муфту при рабочих давлениях с гарантированным качеством. УКМТ стягиваются болтами (ГОСТ 1173878), которые могут идти в комплекте с гроверными шайбами, не допускающими раскручивание при длительных вибрационных нагрузках. Такие шайбы актуальны при проведении ремонта трубопроводов вблизи компрессорных станций [10].

Рис. 1. — Усиливающая композиционная муфта трубопровода

Прочность силового корпуса муфты намного превосходит прочность бездефектной трубы, а усилие сжатия предоставляет практически полную разгрузку металла нефтепровода от внутреннего давления.

Прочностные характеристики УКМТ приведены в таблице № 1.

Прочностные характеристики УКМТ

Прочность при разрыве, МПа, не менее 800

Изгибающее напряжение при разрыве, МПа, не менее 200

Модуль упругости в окружном направлении, МПа, не менее 3,0х104

Плотность, кг/м3 1600-1800

Водопоглощение за 24 часа, %, не более 0,2

Последовательность процесса установки муфты проходит в несколько этапов. На первом этапе осуществляется очистка поверхности трубы с удалением жирного слоя. Второй этап заключается в подготовке вкладыша, который устраняет негативное механическое воздействие на сварные стыки. Включение вкладыша в конструкцию муфты позволяет устанавливать ее на продольно- и спиральношовные трубы и применять для ремонта дефектов, находящихся вблизи вертикального сварного стыка. Третьим этапом является нанесение клеевого состава и монтаж вкладыша. Его длина несколько больше длины силового корпуса, что делает возможным ремонтировать протяжённые прямолинейные участки нефтепровода без разрыва, устанавливая муфты встык друг за другом. Полимерный вкладыш обеспечивает изоляцию отремонтированных участков трубы от воздействия внешней среды, а также дает возможность эксплуатировать трубопровод при увеличении внутренних дефектов до сквозных. Завершающими этапами являются установка муфты, ее герметизация и восстановление изоляции.

При изучении данной темы был выявлен ряд преимуществ ремонта нефтепроводов при помощи полимерных композиционных материалов. Первым преимуществом является высокое сопротивление разрушению, по сравнению со стальными конструкциями. Помимо этого полимерные композиционные материалы являются достаточно легкими (легче, чем сталь),

следовательно, нет необходимости использовать сложное дорогое оборудование. Высокая устойчивость к коррозии и износостойкость обеспечивают увеличение срока службы труб. Возможность использования на сложных изогнутых участках (тройниках, отводах), а также в труднодоступных местах, решает больше аварийных проблем. При нагреве до температуры + 1106С материал не выделяет вредных летучих веществ, что является экологически безопасным.

Также к немаловажным преимуществам относятся: восстановление несущей способности конструкции, возможность применения для подводного ремонта, отсутствие специальной квалификации персонала, широкий диапазон сред и температур.

а) низкая стоимость;

б) низкие временные затраты (по отношению к другим методам ремонта);

в) универсальность применения;

г) постоянный метод ремонта.

1. Аскаров P.M. Комплексный подход к ремонту газопроводов больших диаметров, пораженных стресс-коррозией. // Наука и техника в газовой промышленности. 2001. № 4. 35 с.

2. Антонов В.Г., Балдин A.B., Галиуллин З.Т. и др. Исследование условий и причин коррозионного растрескивания труб магистральных газопроводов. М.: ВНИИЭгазпром, 1991. 43 с.

3. Гумеров А.Г., Ямалеев К.М., Гумеров Р.С., Азметов Х.А. Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта. М.: Недра, 1998. 252 с.

4. Гумеров А.Г., Векштейн М.Г., Гумеров Р.С. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов. М.: Недра, 1998. 271 с.

5. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. М.: Недра, 1982. 341 с.

6. Аникин Е.А., Габелая Р.Д., Салюков В.В. Эффективные методы ремонта магистральных трубопроводов // Обзорн. инф. Сер. «Ремонт трубопроводов». М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001. 108 с.

7. Березин В.Л. и др. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1978. 301 с.

8. Халлыев Н.Х. Совершенствование технологии и организации капитального ремонта магистральных газопроводов // Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. М.: 1986. 54 с.

9. Baker T.R., Parkins R.N., Rochfort G.G. Investigation Relating to Stress Corrosion Cracking on the Pipeline Authority’s Moomba to Sydney Pipeline. Proc. of 7th Symp. Line Pipe Research. 1986. AGA, Arlington, N 15495/27-1.

10. Parkins R.N., Line pipe corrosion cracking-prevention and control. 1995. apr. Cambridge p. 18-21.

1. Askarov P.M. Nauka i tekhnika v gazovoy promyshlennosti. 2001. № 4. 35

2. Antonov V.G., Baldin A.B., Galiullin Z.T. i dr. Issledovaniye usloviy i prichin korrozionnogo rastreskivaniya trub magistral’nykh gazoprovodov. [Investigation of the conditions and causes of corrosion cracking of pipes of gas pipelines]. M.: VNIIEgazprom, 1991. 43 p.

3. Gumerov A.G., Yamaleyev K.M., Gumerov R.S., Azmetov KH.A. Defektnost’ trub nefteprovodov i metody ikh remonta. [Defective oil pipelines and methods for their repair]. M.: Nedra, 1998. 252 p.

4. Gumerov A.G., Vekshteyn M.G., Gumerov R.S. Avariyno-vosstanovitel’nyy remont magistral’nykh nefteprovodov. [Emergency recovery repairs of oil trunk pipelines]. M.: Nedra, 1998. 271 p.

5. Aynbinder A.B., Kamershteyn A.G. Raschet magistral’nykh truboprovodov na prochnost’ i ustoychivost’. [Calculation of trunk pipelines for strength and stability]. M.: Nedra, 1982. 341 p.

6. Anikin E.A., Gabelaya R.D., Salyukov V.V. Obzorn. inf. Ser. «Remont truboprovodov». M.: OOO «IRTS Gazprom», 2001. 108 p.

7. Berezin B.L. i dr. Kapital’nyy remont magistral’nykh truboprovodov. [Overhaul of main pipelines]. M.: Nedra, 1978. 301 p.

8. Khallyyev N.KH. Sovershenstvovaniye tekhnologii i organizatsii kapital’nogo, remonta magistral’nykh gazoprovodov. [Improving the technology and organization of major repairs of gas pipelines]. Avtoreferat dissertatsii na soiskaniye uchenoy stepeni doktora tekhnicheskikh nauk. M.: 1986. 54 p.

9. Baker T.R., Parkins R.N., Rochfort G.G. Proc. of 7th Symp. Line Pipe Research. 1986. AGA, Arlington, N 15495/27-1.

10. Parkins R.N., Line pipe corrosion cracking-prevention and control. 1995. apr. Cambridge. pp. 18-21.

Муфты для трубопроводов укмт

Принцип работы муфты — это компенсация внутреннего давления в трубопроводе за счет создания контактного давления снаружи при значительной величине момента затяжки болтовых соединений, что позволяет проводить монтаж на рабочих давлениях с гарантированным качеством, в отличие от муфт устанавливаемых без создания предварительного напряжения.

Рисунок 15 — Полуоболочки муфты

Муфта состоит из двух полуоболочек соединенных между собой с одной стороны — шарниром, а с другой — четырьмя болтовыми разъемами. Для стягивания муфты используются серийно выпускаемые болты по ГОСТ 11738-78.

Ее отличие от всех существующих на сегодняшний день типов ремонтных муфт это простота монтажа, а как следствие высокая скорость проведения ремонта и малый объем земляных работ. Для ее установки достаточно вручную выкопать небольшой шурф и за 15 — 20 минут отремонтировать дефектный участок, что имеет большое значение, если, например, в это время приходится еще и откачивать грунтовые воды, тогда и размер шурфа и время проведения ремонта выходят на первый план.

Рисунок 16 — Применение клея при ремонте внутренних дефектов

Клеевой состав применяется только при ремонте внутренних дефектов с большой потерей металла, в таком случае труба остается работоспособной даже при их развитии до сквозных. Применяемый клей полимеризуется при влажности до 100 % и температуре стенки трубы до минус 7 градусов.

Муфта полностью изготовлена в цеховых условиях, а значит, качество ремонта с ее применением не зависит от добросовестности оператора. Металлические детали выполнены из нержавеющей стали и не подвержены коррозии. После проведения ремонта технологические пазухи и отверстия заполняются специальным материалом, и муфта становится монолитным стеклопластиком, армированным закладными деталями из нержавеющей стали.

Модификация УКМТ — позволяет ликвидировать аварийные сквозные отверстия путем вдавливания в дефект свинцовой пробки по принципу резьбового пресса.

Муфты этой конструкции, фирма ROSEN EUROPA B.V. с успехом устанавливала в Саудовской Аравии в нефтяной компании Сауди Арамко на магистральный нефтепровод 1420 мм. Сауди Арамко одна из крупнейших нефтяных компаний мира и к вопросам ремонта в ней подходят с полной ответственностью.

До недавнего времени они ремонтировали трубопроводы по технологии «Бритиш газ», затем попробовали «Клок спринг», вышеизложенные методы их не устроили и вот теперь мы доказываем на практике, что на сегодняшний день наши муфты наилучшие и аналогов в мире нет.

Объемы ремонтных работ на промысловых трубопроводах и сроки их выполнения определяются по результатам осмотров, диагностических обследований, ревизий, а также по прогнозируемым режимам транспортировки нефти и газа, установленным предельным рабочим давлениям, анализу эксплуатационной надежности в соответствии с местными условиями и требованиями безопасности.

В настоящее время ремонт промысловых трубопроводов по объему и характеру выполняемых работ подразделяют на следующие основные виды: аварийный, текущий, и капитальный. При выборочном капитальном ремонте магистральных трубопроводов ремонтируют, в основном, участки только некачественным изоляционным покрытием. Ранее выделяли как отдельные виды ремонта трубопроводов — осмотровый и средний. Сейчас эти виды ремонта включают в состав текущего ремонта.

Муфты УКМТ

Для компаний газовой и нефтяной промышленности проблема ремонта трубопроводов всегда находится на одном из первых мест. Множество сложностей ждет владельца трубы, если диагностика показала необходимость его ремонта. Особенно остро стоит вопрос, когда магистраль проходит по заболоченной или обводненной местности.

Износившиеся участки трубопровода требуют замены. А замена проблематична по многим причинам. На возможности ремонта влияет сезон. Серьезные ограничения накладывает диаметр труб, поскольку не все существующие способы ремонта годятся для труб малого диаметра. Также далеко не всегда возможно осуществить ремонт на действующих нагрузках, без изменения режимов перекачки. А снижение объема перекачиваемого продукта неизбежно влечет для владельца трубопровода значительные финансовые потери.

Ситуация изменилась в середине 90-х, когда появились новые эффективные методы ремонта с использованием композитных материалов.

УКМТ – усиливающая композиционная муфта, созданная в ПСО «Нефтегаздиагностика». Она представляет собой стягивающий элемент, состоящий из двух полумуфт, шарнирно соединенных с одной стороны при помощи композитных колец, а с другой стороны стягиваемых болтами. Принцип работы муфты – компенсация внутреннего давления трубопровода за счет большой величины момента затяжки соединений (болтов), который создает значительное контактное давление снаружи.

Какие проблемы предстоит решить

Итак, электро-коррозионные обследования и внутритрубная диагностика трубопровода показали наличие дефекта, как следствие – необходимость ремонта. Планируя ремонтные мероприятия, владелец хочет получить оптимальное сочетание потребительских свойств: стоимости ремонта и времени. Складывается оно из многих факторов: надежности, простоты, возможности ремонта самых разных – вплоть до сквозных – типов дефектов.

Если трубопровод проходит по болотистой местности, важна возможность ремонта в условиях небольшого околотрубного пространства, высокой влажности и низких/высоких температур. Особое значение имеет скорость, поскольку на заболоченных участках околотрубное пространство постоянно подтапливается.

Ремонт морских подводных трубопроводов предъявляет требования еще более жесткие, поскольку нахождение водолаза на глубине 30 метров, без последующих декомпрессионных остановок во время всплытия на поверхность, ограничено 20 минутами.

Применение муфты УКМТ позволяет осуществлять ремонт внутренних и наружных дефектов трубопроводов механического и коррозионного происхождения, в том числе в случаях когда потеря металла составляет до 100 % номинальной толщины стенки. Для проведения ремонта не требуются огневые работы.

Метод позволяет с гарантированным качеством осуществить ремонт не только без остановки перекачки транспортируемого сырья, но и без сброса давления, в отличие от других технологий, когда муфты устанавливаются без создания предварительного напряжения. Модуль упругости муфты УКМТ после затяжки приближается к модулю упругости стали. Поэтому, в случае изменения давления в магистрали, муфта меняет свой диаметр, «дышит» вместе с трубой.

Технологические отверстия и пазухи после проведения ремонта заполняются специальным материалом, он входит в комплект поставки. В результате муфта становится монолитной конструкцией из стеклопластика, которая армирована деталями из нержавеющей стали.

Еще одним серьезным преимуществом технологии является то, что она применима для очень широкого спектра – от 89 до 1420 мм – типоразмеров ремонтируемых труб. При этом она гарантирует полное перекрытие ремонтируемого участка, простоту монтажа, малый объем земляных работ и, как следствие, высокую скорость проведения ремонта. А скорость напрямую влияет на снижение стоимости ремонта.

Для стягивания муфты используются серийно выпускаемые болты. С целью предотвращения раскручивания муфты при длительных вибрационных нагрузках болты затягиваются через шайбу типа гровер.

Использование УКМТ, таким образом, позволяет осуществлять недорогой, достаточно простой, при этом оперативный и надежный ремонт промысловых и магистральных трубопроводов.

К примеру, чтобы отремонтировать трубу сравнительно небольшого диаметра, для установки муфты достаточно вручную, без привлечения тяжелой техники, выкопать небольшой шурф. Продолжительность ремонта дефектного участка – 15-20 минут, что безусловно является плюсом, потому что если во время ремонта нужно еще и откачивать грунтовые воды, время проведения ремонта и размер шурфа выходят на первый план. Все составные части УКМТ легко поднимаются двумя монтажниками, даже если ремонтируется труба диаметром 1420 мм.

Если речь идет о морском трубопроводе, технология позволяет произвести монтаж на глубине 30 метров за одно погружение при условии, что труба предварительно очищена. При этом свободного околотрубного пространства, особенно под трубой, требуется немного. Применяемый клей полимеризуется при влажности до 100 % и температуре стенки трубы до -7 ˚С.

Подытожим. УКМТ позволяет осуществить капитальный ремонт трубопровода:

• без раскачки трубопровода;
• без остановки перекачки продукта;
• без сброса давления;
• при минимальном количестве земляных работ;
• без огневых работ;
• с высокой технологичностью применяемых материалов и изделий;
• с высокой скоростью ремонтных работ
• без привлечения высококвалифицированных специалистов

Благодаря перечисленному выше ремонт с помощью УКМТ с точки зрения организационно-технических мероприятий значительно проще, а значит и дешевле, чем ремонт с использованием других технологий, тем более ремонт путем замены катушки.

Что входит в комплект УКМТ

УКМТ – это не только муфта, а целый комплекс, включающий в себя следующие материалы и конструктивные элементы:

• выравнивающая шпатлевка на эпоксидной основе;
• клеевой состав (суперклей);
• стеклопластиковый вкладыш;
• стягивающий элемент, состоящий из двух полумуфт, шарнирно соединенных с одной стороны при помощи композитных колец, а с другой стороны стягиваемых болтами.
• магнитный маркер, позволяющий регистрировать УКМТ внутритрубными диагностическими снарядами;
• электромагнитный маркер, позволяющий обнаружить отремонтированный с помощью УКМТ участок трубопровода после его засыпки с поверхности земли;
• паспорт изделия;
• инструкция по применению.

При производстве муфт осуществляется контроль качества, проводятся испытания каждого изделия на максимальную нагрузку. В паспорт изделия вносятся результаты испытаний.

Изготавливается УКМТ в климатическом исполнении УХЛ. Категория размещения 5 по ГОСТ 151500, предусматривающему нижнее значение температуры воздуха / окружающей среды -60 ˚С.

Материал муфты при нагреве УКМТ до температуры + 110 о С не выделяет вредных летучих веществ.

Пожарная и гигиеническая безопасность УКМТ соответствует ГОСТ 12.1.044. Муфты имеют гигиенический сертификат и разрешены для применения в нефтегазовой отрасли.

Отремонтированный с помощью УКМТ участок трубопровода может эксплуатироваться без обслуживания и ремонта не менее 50 лет.

Кто применяет технологию

Муфты с успехом применяются многими нефтегазодобывающими предприятиями: Роснефть, ЛУКОЙЛ, ТНК-ВР, «Газпром нефть», ОАО «РИТЭК», «Сибур Холдинг», ЗАО «Ачимгаз» и другими российскими и зарубежными компаниями.

Одним из крупнейших заказчиков УКМТ является Казахстан. Министерством энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан в 2008 году был утвержден отраслевой стандарт по применению УКМТ.

Огромный интерес к УКМТ проявляют компании из Юго-Восточной Азии, в связи с чем открыто представительство ПСО «Нефтегаздиагностика» в Джакарте (Индонезия). В процессе заключения находятся несколько договоров с крупнейшими индонезийскими компаниями.

Источник https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivnyy-metod-remonta-nefteprovodov-s-pomoschyu-usilivayuschey-kompozitsionnoy-mufty

Источник https://studbooks.net/1786694/geografiya/tehnicheskie_harakteristiki_ukmt

Источник http://xn--b1afmfhmcalckfhg.xn--p1ai/ukmt