Совершенствование технологии ремонта магистральных нефтепроводов методом наплавки Рыбин Василий Александрович

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Развитие и поддержание в рабочем состоянии магистральных нефтепроводов является необходимым условием эффективного функционирования всей трубопроводной системы Российской Федерации, связывающей отдаленные месторождения углеводородов Якутии, Дальнего Востока, Ямала и Тюменского Севера с важнейшими промышленно-экономическими центрами страны.

Потребности современного топливно-энергетического и промышленного комплексов России в нефти требуют обеспечения бесперебойной перекачки углеводородного сырья к объектам его переработки и потребления, что определяет необходимость проведения комплекса мероприятий по совершенствованию технологий эксплуатации трубопроводного транспорта.

Известно, что длительность эксплуатации большей части трубопроводов России, включая магистральные нефтепроводы, превышает 20 лет. Для трубопроводов указанной возрастной группы характерен физический износ, сопровождающийся ростом числа отказов вследствие образования и развития различного рода дефектов.

Основными «возрастными» дефектами магистральных нефтепроводов являются дефекты типа «потеря металла», среди которых особо выделяют локальные коррозионные повреждения площадью до 10 см², являющиеся причиной возникновения и развития магистральных трещин.

Эффективность, качество и рентабельность методов ремонта вышеперечисленных дефектов во многом определяют своевременность и бесперебойность поставок углеводородного сырья потребителям.

Одним из наиболее прогрессивных методов ремонта наружных коррозионных повреждений линейной части магистральных нефтепроводов является метод наплавки. Этот метод позволяет проводить ремонт наружных коррозионных повреждений линейной части магистральных нефтепроводов без остановки перекачки продукта.

Тем не менее применяемая в настоящее время ручная дуговая наплавка морально устарела и, как показали современные исследования, имеет ряд существенных технологических недостатков, негативно сказывающихся на экономических показателях и качестве ремонтных работ.

Решением указанной проблемы является совершенствование технологии ремонта наплавкой путем внедрения современных и прогрессивных технологий, позволяющих существенно повысить экономичность, производительность и качество ремонтных работ. Одной из таких технологий является наплавка с применением механизированной сварки порошковыми самозащитными проволоками.

Однако современная нормативная и научно-методическая базы по ремонту наружных коррозионных повреждений магистральных нефтепроводов под давлением на сегодняшний день морально устарели и не учитывают современных достижений науки, техники и технологий в части ремонта магистральных нефтепроводов.

Следовательно, проведение исследований с целью совершенствования технологии ремонта магистральных нефтепроводов методом наплавки посредством внедрения современных и перспективных сварочных материалов -порошковых самозащитных проволок - является актуальной задачей эксплуатации трубопроводного транспорта.

Степень разработанности темы исследования. Описание технологии методов ремонта наружных коррозионных повреждений нефтепроводов, в частности метода наплавки, широко представлено в трудах ведущих ученых России в области нефтегазового дела и технологии трубопроводного транспорта таких, как Г.Г. Васильев, СИ. Сенцов, В.А. Иванов, А.Г. Гумеров, В.В. Новоселов, Г.Р. Гумерова, В.Л. Березин, К.М. Гумеров, П.П. Бородавкин, И.И. Велиюлин и др.

Изменение структуры и свойств сталей при сварке и наплавке подробно рассмотрено в трудах А.И. Акулова, Е.Е. Зорина, Р.В. Дедюха, В.В. Фролова, Г.Л. Петрова и др.

Изменение градиента температур и методики расчета тепловых полей при ремонте наплавкой представлены в трудах Ю.В. Гагена, А.Е. Зорина, В.Д. Тарана, Н.Н. Рыкалина и др.

Также, метод ремонта наружных коррозионных повреждений магистральных нефтепроводов методом наплавки представлен в нормативно-технических документах ПАО «Транснефть».

Анализ нормативно-технических документов и трудов указанных выше авторов показал, что существующая научно-методическая база метода ремонта наружных коррозионных повреждений не учитывает современных достижений науки и техники в части ремонта магистральных нефтепроводов под давлением.

В ходе анализа существующей научно-методической базы метода ремонта наружных коррозионных повреждений нефтепроводов наплавкой установлено, что современные нормативные документы регламентируют низко производительный и теплонагруженный способ наплавки, а методика расчета допустимого давления в нефтепроводе при ремонте не учитывает влияние отвода тепла в перекачиваемый продукт.

Цель и задачи.

Цель исследования — разработка научно-методической базы для совершенствования технологии ремонта нефтепроводов наплавкой под давлением.

Задачи исследования:

1. Провести анализ современных технологий ремонта наружных
коррозионных повреждений магистральных нефтепроводов под давлением.

2. Установить закономерности распределения градиента температур на
участке ремонта наружных коррозионных повреждений наплавкой с учетом отвода
тепла в перекачиваемый продукт.

3. Провести экспериментальные исследования изменения временного
сопротивления разрыву основного металла труб линейной части, содержащих
ремонтные наплавки.

4. Разработать высокоэффективную технологию ремонта наружных коррозионных повреждений трубопроводов под давлением с применением современных методов наплавки.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

1. Установлены закономерности влияния тепловых процессов наплавки порошковыми проволоками на прочностные свойства металла в зоне ремонтной наплавки и разработаны статистические модели оценки прочностных параметров труб, обеспечивающих безопасность процесса наплавки под давлением.

2. Получены математические модели тепловых процессов, протекающих в стенке трубы на участке ремонта, с учетом отвода тепла от активной зоны в перекачиваемый продукт.

3. Предложен коэффициент, учитывающий изменение допустимого давления в трубопроводе и отвод тепла в перекачиваемый продукт при ремонте наплавкой.

4. Разработана технология ремонта наружных коррозионных повреждений линейной части магистральных нефтепроводов наплавкой порошковыми проволоками.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований рекомендуется применять при подготовке специалистов и инженеров нефтегазового комплекса по проектированию, эксплуатации и ремонту трубопроводного транспорта.

Полученные зависимости, закономерности и разработанная методика позволяют повысить безопасность и производительность ремонта наружных коррозионных повреждений стенки нефтепроводов под давлением методом наплавки порошковыми проволоками.

Результаты проведенных исследований рекомендуется внести в нормативные документы по производству ремонта на действующих магистральных нефтепроводах, а также использовать в курсах повышения квалификации и переподготовки инженерных кадров предприятий нефтегазового комплекса и обучения студентов по специальностям «Оборудование и технология сварочного

производства» и «Строительство, эксплуатация и ремонт нефтегазопроводов, баз и хранилищ».

Методология и методы исследования. При решении задач исследования использовались методы системного анализа, численного моделирования тепловых процессов при наплавке, статического планирования экспериментов и экспериментальных исследований прочности трубопроводов с ремонтными наплавками.

Положения, выносимые на защиту:

5. Регрессионные модели, описывающие распределение температур по сечению ремонтируемого участка стенки магистрального нефтепровода с учетом отвода тепла в перекачиваемый продукт.

6. Методика определения зоны гарантированных прочностных свойств металла стенки трубы 5_Т, мм при ремонте наружных коррозионных повреждений нефтепровода под давлением с учетом действия точечного источника тепла с заданными параметрами эффективной тепловой мощности q₃, Вт и скорости наплавки v_H, м/с.

3. Технология ремонта наружных коррозионных повреждений
магистральных нефтепроводов под давлением методом наплавки порошковыми
проволоками, включающая в себя методику расчета допустимого давления в
нефтепроводе при проведении ремонтных работ и параметров наплавки.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях студентов и преподавателей, организованных ПАО «Транснефть» (Тюмень, 2010-2012 гг.), расширенном заседании кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» в 2014 и 2016 гг., а также заседаниях научного совета ООО «НИИ Транснефть» в 2016-2017 гг.

Публикации. Основные положения работы опубликованы в пяти статьях, размещенных в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, основных выводов, библиографического списка литературы в количестве 117 наименований. Общий объем диссертации составляет - 152 страницы, в том числе 33 таблицы, 37 рисунков и 4 приложения.