Введение к работе
Актуальность исследования
Надежность трубопроводов из эмалированных труб определяется коррозионной и абразивной стойкостью внутренней поверхности сварного соединения, особенно уязвимой в сил\ ее труднодоступное для защиты от коррозии и поведения металла сварного шва как активного анода, обладающего меньшей коррозионной стойкостью. Применять в производстве эмалированные трубы с использованием обычных методов соединения сваркой невозможно из-за возникновения серьезных дефектов эмалевого покрытия, кото-рос подвергается высокотемпературному воздействию дуги и в результате разрушается. В процессе сварки структура металла в зоне термического влияния становится неоднородной, при этом изменяются условия взаимодействия между металлом и покрытием, а также условия образования прочного сцепления эмали с металлом. После затвердевания в покрытии могуг возникнуть поры, пузыри, микротрещины или другие дефекты. Необходимо учитывать, что трубопроводы работают при высоких давлениях, в жестких абразивных и коррозионно-агрессивных средах, содержащих активные ионы, кислые газы и механические примеси. При эксплуатации трубопроводов в результате электрохимической реакции образуется постоянно расширяющаяся зона коррозии в местах дефекта эмалевого покрытия и, как следствие, его отслоение от поверхности трубы, в результате чего процесс коррозионного разрушения ускоряется. Именно поэтому разработка и усовершенствование технологии и способов соединения эмалированных труб сваркой с повышенной коррозионной стойкостью внутренней поверхности соединения является актуальной проблемой.
Активно занимаются разработками в данной области следующие предприятия и организации: ЗАО "Негас" г. Москва; ООО "Эмаль-Ставан" (г. Екаїеринбург); ОАО "Уральский институт металлов" (г. Екатеринбург); 000 "Инженерно-производственный центр" г. Бугульма; ОАО "Удмуртнефть" г.
Ижевск; (МО "Татнефть" г. Бугульма: 000 "Целер" г. Самара; DAIC1II HIGH FREQUENCY СО LTD (Япония); KUBOTA CORP (Япония); Stoh Oflshore S.A. (Великобритания); Fraenkischc Rohrwerke Gehr Kirchner Gmbh-Co.Kg (Германия); Pipelife Nederlande B.V. (США); Nippon Sanso Corporation (США); Framatome Anp Gmbh (США).
Исследования no представленной тематике проводили в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ в ОАО «Уральский институт металлов»; при содействии «Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Гос. контракт №5 I 62р/4656 от 04.06.07г); ряде хозяйственных договоров с предприятиями.
Объект исследования - технология соединения систем трубопроводов с внутренним эмалевым покрытием и защитой сварного шва.
Предмет' исследования - развитие технологии соединения систем трубопроводов с внутренним эмалевым покрытием и защитой сварного шва.
Цель - развитая технология соединения систем трубопроводов с внутренним эмалевым покрытием и защитой сварного шва (обеспечение надежного и долговечного соединения систем трубопроводов за счет формирования качественного защитного силикатно-эмалевого покрытия в зоне сварного шва предложенного способа соединения труб).
Задачи:
-
І Іровести анализ существующих аналогов и прототипов и обосновать необходимость нового способа СЭТ;
-
Произвести научно-техническую и практическую реализацию предлагаемого решения по этапам:
комплексные исследования технических характеристик сварных соединений систем трубопроводов с силикатно-эмалевым покрытием в зависимости от параметров соединяемых труб, соединительных элементов и транспортируемой среды;
разработка методики расчета прочности соединения втулки с внутренней поверхностью эмалированных труб, гидравлической эффек-
тивносги эмалевых покрытии, параметров соединиіельньїх втулок н зависимости от геометрических размеров и материала соединяемых труб; - создание технологической модели производства соединительного элемента, сборки и сварки соединения с применением нового устройства и низкотемпературного шликера легкоплавкой эмали (в т.ч. модель технологии соединения эмалированных груб в полевых условиях);
-
Разработать и утвердить НТД (технологическую инструкцию по сборке и сварке эмалированных труб, согласованную с Госгортехнадзором России. ТУ по требованиям к соединительным втулкам);
-
Оценить эффективность предложенных решений.
Научная новизна работы:
Впервые сформирован пакет научных прототипов по теме диссертационного исследования, отличающийся 2-х ранговой структурой. Впервые расчетным и экспериментальным путем исследованы свойства эмалевых покрытий при сварке труб, а также технические параметры соединения трубопроводов с эмалевым покрытием с использованием защитной втулки.
Создана методика по расчету параметров соединительных втулок в зависимости от геометрических размеров и материалов соединяемых труб. Предложен новый способ соединения эмалированных труб и технология его выполнения, отличающиеся тем, что используют специальную втулку с разрезом по ее длине, тем, что сжатие эмалированной втулки проводят до смыкания стенок в местах ее разреза и размещают внутри труб разрезом вниз, причем внутреннее и внешнее эмалевое покрытие имеет марочный состав эмалевого покрытия труб (патент № 2227241 от 20.05.2003). Создано устройство для защиты внутреннего сварного шва трубо-
проводов, отличающееся параметрами соединительною кольца, которые зависят от диаметра свариваемых труб, толщины стенки трубы (были получены расчетно-экспсриментадьным методом и опробованы в промышленных условиях) (патент № 52967 от 27.06.2005. решение о выдаче патента на полезную модель от 01.08.2012.. Заяи:-.л .№201 1147455/06(071 141 j). 6. Предложены эмалевый шликер и эмалевое покрытие на ею основе, отличающиеся тем, что содержит формулу приготовления состава с повышенной адгезией и расширенным температурным диапазоном и КТР и обладает возможностью использования при отрицательных температурах (патент > 2264359 от 26.07.2004, № 2368573 от 12.05.2008. патент Л» 2440935 от 18.06.2010).
Практическая значимость
Проведенные в ходе выполнения данной работы комплексные исследования технических характеристик сварных соединений систем трубопроводов с силикатпо-эмалевым покрытием позволили повысить уровень надежности и коррозионной стойкости сварного соединения при различных условиях эксплуатации за счет усовершенствования конструкции соединительной втулки и создания новых материалов для защитного покрытия, что позволило в свою очередь снизить энергозатраты и расход материалов, сократить время сборки и сварки соединения по сравнению с существующими аналогами.
Использование предложенного способа соединения эмалированных труб на промышленных предприятиях различных отраслей показало, что по сравнению с аналогом - соединительной втулкой фирмы «ЦЕЛЕР» (г.Самара):
увеличивается на 7-8% пропускная способность трубопроводов,
увеличивается стойкость систем трубопроводов гидро- и пневмотранспорта (испытания продолжаются),
сокращается срок монтажа стыка трубопроводов из эмалированных труб на 35-40% по сравнению с нормативным (норматив по утвержденной техноло-
і имеской инструкции составляет 75 минут, предложенный способ позволяет сократи іь время монтажа до 40-45 мин),
появляется возможность проведения качественных ремонтных и восстановительных работ па существующих трубопроводах. Аналог в настоящее время для этой цели не применяется.
обласіь использования предложенного способа защиты сварного шва распространяется на трубопроводы с керамическими, оксидными, остеклованными и другими видами защитных покрытий,
предложенный способ не требует использования специального оборудования, дорогостоящих материалов и высокой квалификации персонала.
Ни защиту выносятся:
-
Применительно к системе соединения трубопроводов отсутствуют исследования, направленные на изучение уровня защиты сварных соединений эмалированных трубопроводов. В диссертации разработан 2-х-ранговый пакет научных прототипов по соединению эмалированных трубопроводов, приведена их критика, показаны алгоритм и схема функционирования СЭТ.
-
Существующие в литературе методики исследования неструктурированных проблем соединения эмалированных трубопроводов имеют узкую область применения и при распознавании в сложных задачах недостаточны. В диссертации предложена методика исследования неструктурированных проблем СЭТ, которая обеспечивает полный анализ условий, необходимых для оптимального решения СЭТ, формирования качественного защитного эмалевого покрытия в зоне сварного шва для повышения уровня надежности и коррозионной стойкости предложенного способа.
-
В настоящее время нет методик расчета геометрических параметров соединительных элементов трубопроводов. В данной работе предложена методика расчета геометрических параметров соединительных элемен-
тов трубопроводов, использование которой позволило определить ряд типоразмеров соединительной втулки в зависимости от существующего сортамента труб с СЭП.
-
Новый способ соединения эмалированных, труб и его выполнения.
-
Устройство для обеспечения сохранности внутреннего эмалевого покрытия при сварке, а также антикоррозионной защиты зон кольцевых сварных стыков трубопроводных систем.
6. Специальный шликер для формирования эмалевого антикоррозион
ною покрытия стыка при сварке эмалированных труб в полевых
условиях (в том числе при отрицательных температурах).
Апробация результатов
Основные положения диссертации доложены на 4-х научно-практических конференциях. Результаты исследований по тематике заслушивались и обсуждались на МТС в Институте проблем эмалирования ОАО «УИМ» и НТС предприятий-заказчиков. За сформированную концепцию решения проблемы соединения трубопроводных систем на выставке «Трубы» (Уральские выставки - 2002) проект награжден «Бронзовой медалью». Па Международной выставке «Металл - Экспо - 2005» (г. Москва) за разработку нового способа соединения труб авторы проекта награждены «Серебряной медалью».
Публикации По теме диссертации имеется 6 патентов, 8 публикаций, 3 отчета о законченных НИР.
Структура диссертации приведена на рис.1