книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

Г л а в а 4 ТРУБЫ ДЛЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ

18. СТАЛЬНЫЕ ТРУБЫ

Основной вид труб для газонефтепроводов —стальные трубы. Большая несущая способность, высокая стабильность механических и технологи­ ческих свойств достигнуты благодаря совершенствованию технологии их изготовления и внедрения в нее разнообразных испытаний, а особен­ но 100 %-ного неразрушающего контроля качества сварных швов и ме­ талла. Это также позволило сделать трубы наиболее надежными и долго­ вечными. Другие виды труб (чугунные, алюминиевые, железобетонные, асбоцементные, пластмассовые и т.д.) являются заменителями стальных труб, которые по способу изготовления делятся на бесшовные горячека­ таные и сварные с продольным прямым швом (прямошовные), спираль­ ным швом (спиральношовные) , многослойные и др.

В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик сталь­ ные трубы общего назначения, которые используют и для газонефтепро­ водов, поставляют по группам А, Б, В, Г и Д. Соответственно каждая группа имеет-свои определенные гарантируемые характеристики: А —ме­ ханические свойства; Б —химический состав; В —механические свойст­ ва и химический состав; Г —химический состав, контроль механических свойств на термически обработанных образцах; Д —только прочность при испытании гидравлическим давлением. Для газонефтепроводов по­ ставляют по группе В бесшовные горячекатаные и сварные прямошов­ ные и спиральношовные трубы. Также используют термически обрабо­ танные трубы по группе Г В каждой группе гарантируется прочность при гидравлическом испытании.

Бесшовные горячекатаные трубы применяют для сооружения маги­ стральных газонефтепроводов и отводов от них, городских газопрово­ дов, трубопроводов для подачи-нефти и газа на промыслах диаметром менее 530 мм. Электросварные прямошовные трубы используют для тонкостенных газонефтепроводов диаметром до 1420 мм и выше. Раз­ меры трубопроводов ограничиваются технико-экономическими показа­ телями их строительства. Электросварные спиральношовные трубы при­ меняют для магистральных трубопроводов диаметром 530—1420 мм.

Бесшовные горячекатаные трубы

Процесс изготовления труб включает две стадии: изготовление заготовки трубы в виде прошитой гильзы (стакана); последующее формование трубы до заданной формы и размеров горячей прокаткой.

113

Рис. 49. Схема прокатки трубы на ав­ томатическом двухвалковом стане:

1 — рабочий валок; 2 — ролик обрат­ ной подачи; 3 — труба; 4 — стержень с оправкой

Прошивку слитков для получения заготовок труб (гильз) осуще­ ствляют на косовалковых станах с валками различных видов или на прессах в нагретом состоянии. Особенности процесса прошивки слитка на косовалковых станах —нарушение его сплошной сердцевины и обра­ зование осевой полости. Это происходит в процессе обжатия и вращения нагретого слитка между специальными бочковидными валками, располо­ женными под углом друг к другу, при осевой подаче слитка навстречу жестко закрепленной оправке. Полученная заготовка представляет со­ бой гильзу. Более толстостенные гильзы (стаканы) получают прошивкой нагретых слитков или заготовок на прессах.

Далее гильзы или стаканы подвергают горячей прокатке на различ­ ных трубопрокатных установках, чаще всего на автоматических двух­ валковых и пилигримовых станах для получения труб необходимых форм и размеров.

Трубопрокатные установки с автоматическим двухвалковым станом по своим типовым размерам подразделяются на малые, средние и боль­ шие для прокатки труб диаметром соответственно 50—140, 114—219 и 140-426 мм. На автоматических двухвалковых станах (автомат-станах) осуществляют продольную прокатку в два-три прохода гильзы на корот­ кой оправке между валками, образующими круглый калибр (рис. 49). При подаче гильзы в валки происходит ее обжатие по толщине и диамет­ ру. После первого прохода верхний рабочий валок поднимается, при этом включаются ролики обратной подачи путем подъема нижнего роли­ ка, и гильза возвращается в исходное положение для второго прохода.

За долгие годы существования этот способ прокатки совершенство­ вался и достиг высокой степени автоматизма. Например, для нагрева слитков используют кольцевые печи с вращающимся подом (рис. 50), механизирована замена оправок и т.п. Разработаны двухклетьевые авто­ матические станы: раскатку гильз в трубу проводят за один проход на коротких оправках в двух последовательно расположенных двухвалко­ вых клетях с одноручьевыми валками. После прокатки труба снимается

114

Рис. 50. Схема рабочей линии трубопрокатной установки с автоматическим ста­ ном:

вкалибровочном стане

соправки приводными роликами. Применение таких станов позволяет ликвидировать возвратное движение трубы на стане, что приводит к по­ вышению производительности и качества труб.

Для производства бесшовных горячекатаных труб средних и боль­ ших размеров практически любой длины широкое применение имеют установки с пилигримовым станом. По типоразмерам они подразделяют­ ся на малые, средние и большие для прокатки труб диаметром соответ­ ственно 22—140, 140-325 и 325—720 мм. На этих установках для про­ шивки слитков вместо косовалковых станов применяют прессы, благо­ даря чему сократились дефекты труб по внутренним пленам и умень­ шилась разностениость труб. Однако по сравнению с автоматическими станами пилигримовые установки имеют более низкую производитель­ ность и дорогостоящий прокатный инструмент — валки сложного се­ чения.

Гильза 1 на оправке (дорне) 3 подается в холостую часть валков 2, захватывается или обжимается постепенно суживающейся рабочей частью валков (рис. 51). При этом подающий гильзу механизм препятствует обратному выталкиванию гильзы с оправкой из валков. По мере враще­ ния пйлигримовых валков стана гильза выходит из рабочей части калиб­ ра и попадает в его холостую часть. В этот период вращения валков гиль­ за с оправкой перемещается вперед на расстояние подачи с помощью по­ дающего аппарата и поворачивается относительно своей продольной оси на угол 90°. Валки далее захватывают новую часть гильзы, и весь процесс пилигримовой прокатки повторяется. Трубы получаются с волнистой по-

115

верхностью, так как обжатие гильзы на дорне в процессе прокатки осу­ ществляется на протяжении всей ее длины периодически, путем обра­ ботки отдельных участков гильзы в круглом калибре переменного раз­ мера. По окончании прокатки оправку извлекают, трубу разрезают на необходимые размеры и передают после подогрева в калибровочный стан, далее в стан горячей правки, а затем на остывание и отделку.

Обрезая кромки труб, им придают форму, предусмотренную стан­ дартом, техническими условиями или заказом. Трубы должны быть пра­ вильной формы, но получить по всей их длине одинаковый, строго ци­ линдрический профиль очень трудно. Для сборки и сварки во многих случаях бывает достаточно, если труба имеет правильную форму и точ­ ные размеры лишь по концам, на длине 300—500 мм. Поэтому при окон­ чательной заводской отделке концы труб калибруют, что уменьшает пре­ дельные их отклонения и дает возможность применять на трассе различ­ ные сборочные приспособления и механизированные методы сварки. Каждую трубу, предназначенную для газонефтепроводов, подвергают гидравлическому испытанию на прочность, осмотру, обмеру, марки­ ровке.

Прямошовные сварные трубы

Наиболее распространенный способ изготовления прямошовных сварных труб диаметром до 820 мм и толщиной стенки до 1 > м м — холодное формование труб из бесконечной рулонной ленты в многоклетьевом формовочном стане с последующей электроконтактной сваркой кромок продольного шва заготовки трубы. Можно также использовать сварку токами высокой или повышенной частоты и другие методы сварки.

На подготовительной стадии рулон ленты разматывают, правят, об­ резают его концы перед стыковкой с лентой очередного рулона, а затем сваривают этот стык и снимают с него грат. Для обеспечения непрерыв­ ности процесса из-за сварки концов ленты предыдущего и последующе­ го рулонов создают петлеобразователь (колодец), где всегда имеется необходимый запас ленты (рис. 52). Боковые кромки ленты обрезают ножницами.

11 6

Рис. 52. Схема технологического процесса изготовления электросварных пря­ мошовных труб диаметром до 820 мм:

Формовочный стан представляет собой многоклетьевую машину из приводных рабочих, горизонтальных и неприводных вертикальных валков. Рабочие горизонтальные валки имеют изменяющийся от кле­ ти к клети профиль открытого калибра (рис. 53,а) для предварительно­ го формования заготовки трубы и изменяющийся профиль закрытого калибра валков (рис. 53,6) для окончательного (отделочного) формо­ вания трубы. Длину формовочного стана и число формовочных клетей выбирают таким образом, чтобы кромки заготовки плавно поднимались

вкалибрах валков от клети к клети и не было у них перегибов, гофр, т.е. чтобы не было остаточных деформаций кромок, вызванных подъ­ емом кромок при формовке трубной заготовки.

После сварки и снятия грата бесконечно длинную трубу охлаждают

вжидкостном охладителе и подвергают правке и калибровке в калибро­ вочном стане, а затем разрезают с помощью трубоотрезного станка на трубЬ1 заданной длины. Готовые трубы передают на гидравлическое ис­ пытание, осмотр, обмеры и маркировку.

Сварные прямошовные трубы диаметром 530-1420 мм изготовляют из листовой заготовки двумя методами: холодным формованием на прессах (прессованием) и вальцеванием (гибкой).

Рис. 53. Схема формования прямошовной трубы в открытом (а) и закрытом

(б) калибрах валков (R - радиус изгиба заготовки)

117

Рис. 54. Схема технологического процесса изготовления электросварных прямо­ шовных труб:

1 —правка листа; 2 —обрезка кромок; 3 — обрезка переднего и заднего концов листа; 4 — очистка кромок; 5 — загиб кромок; 6 — предварительная формов­ ка в Сообразную форму; 7 — окончательная формовка в О-обраэную форму; 8 —

Изготовление электросварных труб (рис. 54) методом холодного прессования осуществляют на мощных гидравлических прессах. Основ­ ное достоинство метода —возможность формования заготовок большой длины и высокая его производительность.

Стальные листы после правки, например, на валковых машинах по­ ступают на кромкострогальные станки. Здесь обе кромки одновременно обрабатывают неподвижно установленными резцами. Листу сообщается поступательное движение. Затем края листа очищают от окалины и ржавчины на расстояние до 70 мм, после чего подгибают кромки по ра­ диусу, соответствующему радиусу готовой трубы. Очистку проводят ме­ таллическими щетками, приводимыми во вращение от электродвигате­ ля, или при помощи дробеметной или дробеструйной установки. Дробеметная установка представляет собой проходную камеру непрерывного действия, через которую проходит лист для очистки. Камера состоит из двух секций, оборудованных верхними и нижними дробеметными аппа­ ратами, бункерами, элеваторами, сепараторами, питателями и привод­ ными поддерживающими роликами для транспортировки листа. Поверх­ ность листов очищает струя чугунной дроби, выбрасываемая дробеметным колесом.

Подгибают кромки на ширину 400 мм на валковых кромкогибоч­ ных станах и получают корытообразные заготовки труб. Кромкогибоч­ ный стан состоит из четырех клетей: задающей с цилиндрическими вал­ ками и трех рабочих гибочных с профилированными валками. Подача листа в гибочные клети происходит благодаря силам трения, возникаю­ щим между вращающимися валками задающей клети и листом. Прижим

118

в

Рис. 55. Формование трубы из листовой заготовки:

а — подгибка кромок; б — получение U-образной заготовки; в — получение О-об- разной заготовки

и подъем валков осуществляются пневматическим цилиндром. Рабочие валки состоят из продольного вала, по середине которого расположен центральный диск, а по краям насаживаются профильные диски. Ис­ пользуя сменные рабочие валки гибочных клетей, можно подгибать ли­ сты при изготовлении труб различных диаметров. Известны и другие ма­ шины для подгибки кромок.

Формование трубы из листовой заготовки методом холодного прессования осуществляют на гидравлических прессах в две стадии: в U- образную и О-образную формы (рис. 55). Пресс предварительной фор­ мовки развивает усилие 19 600 или 17 640 кН. Он состоит из двух оди­ наковых гидравлических четырехколонных прессов, соединенных друг с другом балкой и имеющих общую подвижную траверсу. На траверсе за­ креплены сменные штампы (пуансоны), профиль штампа соответствует диаметру формуемой заготовки. На общей для обоих прессов нижней балке с обеих сторон расположено по шесть секций роликов гибки. В зависимости от размеров заготовки ролики можно сближать и раздви­ гать в поперечном направлении. В каждой секции роликов имеется груз, который возвращает ролики в исходное положение при подъеме штампа и заготовки. Подъем заготовки вверх после формовки осуществляется четырьмя пневматическими подъемниками с роликами, по которым сле­ дующая заготовка выталкивает согнутую в U-образную форму заготовку на подъемный рольганг перед прессом окончательной формовки. Коры­ тообразной заготовке трубы на прессе предварительной формовки при­ дают U-образную форму с помощью штампа и подвижных гибочных ро­ ликов. Длина штампа равна длине формуемой трубы.

Окончательную О-образную форму трубы создают на еще более мощном прессе в двух полуцилиндрах-штампах. Верхний штамп —под­ вижной, нижний —неподвижный. Пресс окончательной формовки разви­ вает усилие 196 000 или 156 800 кН. Он состоит из шести двухколонных прессов, установленных на двух общих основаниях по три на каж­ дом. Каждый из шести двухколонных прессов состоит из верхней не­ подвижной траверсы с цилиндром, подвижной траверсы с укрепленной

119

верхней половиной штампа и основанием, в котором уложена нижняя половина штампа. Внутри нижнего штампа простроган восьмигранник, в котором устанавливают сменный инструмент (вкладыш) в зависимо­ сти от размера формуемой трубы. Подвижные траверсы всех шести прес­ сов направляются по двум колоннам и соединены с плунжерами главных цилиндров.

Трубную U-образную заготовку подают в пресс подающим устройст­ вом; в нижней части штампа расположены ролики, по которым она пере­ мещается. Формовку О-образной заготовки трубы осуществляют в за­ крытом круглом калибре пресса при опускании верхней половины штампа за один ход пресса. Подвижную траверсу после рабочего хода поднимают с помощью возвратных цилиндров. Сформованная заготовка приподнимается в штампе специальными роликами и выдается из пресса следующей заготовкой. При переходе на другой размер труб заменяют сменные вкладыши нижнего штампа и верхний штамп. Обжатие заготов­ ки трубы по периметру допускается в пределах 0,2—0,6 %.

Сформованные заготовки трубы О-образной формы передают с помощью передвижных рольгангов на сварочную установку. К концам труб перед сваркой приваривают технологические планки, на которых после зажигания дуги остаются сварочные кратеры, удаляемые затем вместе с планками.

Сварку О-образных заготовок труб диаметром 530—820 мм прово­ дят на установках автоматической сварки под флюсом, где сваривают продольный шов сначала с наружной стороны, а затем с внутренней. О-образные заготовки труб диаметром 1020—1420 мм подают сначала на установку для сварки технологического шва, на которой смещение кро­ мок предотвращается благодаря применению внешних клетей. Техноло­ гический шов накладывают непрерывно сварочным автоматом с двумя головками в среде защитного газа. Шов служит также для защиты ванны расплавленного металла при последующей сварке рабочего шва под флюсом и, таким образом, способствует предотвращению образования дефектов.

Сварку рабочего шва под флюсом проводят в один слой со сваркой подварочного шва, т.е. сначала проваривают внутренний слой до техно­ логического шва, затем выполняют подварочный шов снаружи. При этом технологический шов полностью расплавляется.

При сварке под флюсом применяют многоэлектродную сварку, при которой до трех—четырех электродов последовательно располагают так чтобы образовалась только одна сварочная ванна. За счет специально сконструированных сварочных машин большой производительное™ обеспечивается высокая стабильность всех сварочных параметров: силь тока, напряжения, скорости сварки, шага электродов, угла между элект родами и разделкой под сварку, высоты и ширины слоя флюса. Это име ет особое значение для равномерного качества сварного шва. Трубы рас

120