Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка конструкций стеклопластиковых муфт и методов расчета их работоспособности при ремонте газопроводов

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Разработка конструкций стеклопластиковых муфт и методов расчета их работоспособности при ремонте газопроводов"

РОМАНЦОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ МУФТ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ГАЗОПРОВОДОВ

Специальность 25.00.19 - "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РОМАНЦОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ МУФТ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ГАЗОПРОВОДОВ

Специальность 25.00.19 - "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в ООО «Севергазпром» н Ухтинском Государственном Техническом Университете, г. Ухта

Научный руководитель - доктор технических наук,

Шарыгин Александр Михайлович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук Черний В. П.

- кандидат технических наук Ремизов Д. И.

Ведущее предприятие: ОАО «Северные магистральные нефтепроводы» , г. Ухта

Защита состоится " 20 " декабря 2006 г. в 13.30 ч. на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО "ВНИИГАЗ" по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, поселок Развилка.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО "ВНИИГАЗ".

Автореферат разослан" /? " ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА. С.-Петербур!' оэ 200¿гак г

Курганова И.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Затраты на капитальный ремонт газопроводов в системе ОАО «Газпром» за последние 20 лет увеличились в 6-7 раз, при этом заменено более 12,6 тыс. км труб. Возрастающие объемы ремонта дефектных участков требуют разработки и применения более экономичных и менее трудоемких способов восстановления их несущей способности, исключающих вырезку труб, а в определенных ситуациях и остановку перекачки газа.

В последние 10-15 лет акцент в мировой практике методов ремонта смещается в сторону более широкого использования муфтовых технологий, позволяющих исключить вырезки трубных катушек и плетей с дефектами. В целом ряде случаев ремонт с использованием муфт является безальтернативным методом, например, при утечках газа из полости трубопровода или в качестве временной меры при невозможности остановить перекачку продукта.

Практика ремонта дефектных участков трубопроводов развивается, опираясь на высокопрочные материалы для муфт - сталь и армированные полимеры. Если конструкции и методы установки стальных муфт в достаточной мере отработаны, то применение для ремонта дефектов армированных полимеров, в частности стеклопластиков, находится в начальной стадии развития.

Технология использования стеклопластиковых муфт имет существенные недостатки. Практически не исследованы вопросы силового взаимодействия стеклопластиковой муфты с защищаемой дефектной трубой, отсутствуют методы оценки работоспособности конструкций муфт, существует недостаток базы данных по натурным испытаниям муфт, установленных на трубах больших диаметров (530-1220 мм). В этой связи, разработка новых конструктивных решений по применению стеклопластиковых муфт и методам их расчета является актуальной темой исследования.

Цель диссертационной работы: разработка методов и экспериментально-аналитическое обоснование эффективности применения новых конструкций стеклопластиковых муфт для ремонта газопроводов.

Основные задачи работы:

- разработка конструктивных и технологических схем изготовления стеклопластиковых муфт, обеспечивающих значительное упрочнение дефектных участков трубопроводов;

- создание методики расчета стеклопластиковых муфт с болтовой затяжкой при установке на трубу;

- расчетный анализ эффективности применения стеклопластиковой оболочки для снижения коэффициента концентрации напряжений в трубах с трещиноподобными дефектами;

- разработка методов экспериментальных исследований муфт, установленных на трубы с дефектами;

- проведение лабораторных, полигонных и натурных испытаний стеклопластиковых муфт различных конструкций с целью оценки эффективности их применения;

- разработка методов ремонта дефектных участков трубопроводов с помощью стеклопластиковых муфт;

- создание нормативных документов по изготовлению и применению стеклопластиковых муфт.

Научная новизна.

В результате анализа существующих конструктивно-технологических решений по ремонту дефектов трубопроводов разработаны принципиально новые конструкции стеклопластиковых муфт с резьбовой затяжкой, позволившие значительно увеличить несущую способность дефектных труб при эксплуатации.

Создан аналитический метод расчета силового взаимодействия стеклопластиковой муфты с трубой при создании нагрузок от затяжки болтовых соединений и внутреннего давления среды. Получены зависимости, связывающие значения контактного давления муфты на трубу с основными их конструктивными параметрами. Определена разрушающая нагрузка для трубы с дефектом, усиленным стеклопластиковой оболочкой.

Разработана комплексная методика экспериментальных характеристик муфт в лабораторных условиях, на полигоне и на действующем газопроводе, позволившая определить эффективность новых конструктивных решений, с учетом силовых и антикоррозионных параметров, сочетающих положительные свойства стеклопластиковых полотен и стальных узлов их затяжки.

Разработан численный метод расчета концентраторов напряжений в трещиноподобных дефектах, усиленных стеклопластиковыми муфтами, на основе которого оценена их эффективность.

Защищаемые положения

1. Разработка конструкции высокопрочной стеклопластиковой муфты с использованием специальной технологии однонаправленной намотки стеклошнура на шаблон.

2. Методика расчета эффективности болтовой затяжки при установке муфты на трубу.

3. Методы экспериментальных исследований муфт в лабораторных условиях, на полигоне, на подземном участке действующего газопровода.

4. Оценка эффективности применения муфт по результатам исследований методов ремонта трещиноподобных и сквозных дефектов, а также определение их антикоррозионной защищенности.

Практическая значимость

На основе проведенных исследований созданы технические условия и стандарт предприятия ООО «Севергазпром», позволившие применить стеклопластиковые муфты при капитальном ремонте участков магистральных газопроводов. Разработано Руководство по проведению ресурсных испытаний труб, отремонтированных с применением муфтовых и сварочных технологий. Установлено 33 муфты на дефектные участки труб с экономическим эффектом 4,4 млн. рублей.

Апробация работы.

Основные положения и результаты исследований автора докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:

- научно-техническом совете (НТС) ОАО «Газпром» «Новые технические решения при ремонте, реконструкции и строительстве линейной части магистральных газопроводов и газораспределительных станций» (г. Волгоград, 2002);

- НТС ОАО «Газпром» «Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН на магистральных газопроводах ОАО «Газпром» (г. Ухта, 2003);

научно-технической конференции Ухтинского Государственного Технического Университета (г. Ухта, 2004);

- международной конференции: «Газотранспортные системы. Настоящее и будущее» (г. Москва, 2005 г.)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них 3 патента на изобретения.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, 15 таблиц, 79 рисунков и списка литературы из 117 наименований общим объемом 170 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследования, защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость результатов работы, приведена структура диссертации.

В первой главе представлен аналитический обзор муфтовых устройств, предназначенных для ремонта трубопроводов. Выполнена классификация рассмотренных устройств в зависимости от их функционального назначения (рисунок 1).

Аналитический обзор показал, что в последнее время большое внимание уделяется методам ремонта трубопроводов с применением муфт типа «Clock spring».

Испытания образцов из стеклопластикового полотна толщиной 1,65 мм проводили по стандарту ASTM в экстремальных условиях при полном их погружении в воду с температурой + 60 °С. Сопротивление разрыву образцов достигало 350-7-590 МПа. Материал ленты при растяжении деформировался по линейному закону вплоть до разрушения при максимальной деформации 1,5-2,0 %. Модуль упругости стеклопластика составлял 35000 МПа в направлении стеклонитей, и 9700 МПа - поперек них.

Длительные испытания проведены в воде с температурой t= +50++60 °С и рН от 4 до 9,5, что моделировало наихудшие условия эксплуатации. Никаких существенных изменений в механизме разрушения материала не наблюдалось. При самых экстремальных условиях и по самым консервативным оценкам напряжения, равные 138 МПа, могут быть выдержаны в течении 50 лет.

Муфтовые конструкции для ремонта трубопроводов

Упрочняющие

Герметизирующие

Комбинированные с герметизацией дефектных мест

Стальные обжимные муфты без приварки к трубопроводу

Спиральные муфты типа Clock Spring с клеевой композицией между слоями

Стальные оболочки с закачкой упрочняющего состава в кольцевое пространство

Проволочные силовые оболочки

Стяжные стальные муфты (ленты) с локальным воздействием на дефекты

Приварные оболочки с

антикоррозионной жидкостью в кольцевом пространстве

Ленты из ткани с клеевой композицией, рукава с упрочняющим составом охватывающие дефектное место

Стяжные муфты с эластичными прокладками

Приварные обжимные стальные муфты

Рисунок 1 - Классификация муфтовых конструкций

Ряд характеристик армированной стеклопластиковой ленты (АСПЛ) и углеродной ориентированной ленты (УОЛ) представлены в таблице 1.

Таблица 1- Характеристики армированных лент из стеклопластика и углерода

Тип АСПЛ, УОЛ Толщина ленты, мм оп, МПа Е, МПа

КСЛ 2,0 350*684 (2,1б-г2,8)х104

ГАРС 1,5 950*1390 (2,48-г5,2)х104

ГАРС-2 1,5 600 3,8х104

ГРС 1,1 900 5,2x104

УОЛ-301-1 0,235 1370 1,4x105

Из таблицы видно, что стеклопластиковые и углеродные ленты обладают высокой прочностью на растяжение. В результате обзора выявлено большое число ремонтных конструкций, обеспечивающих решения ряда

функциональных проблем с перспективой применения стеклопластиковых муфт. Основным недостатком в практике использования бандажно-муфтовых устройств из стеклопластиковых материалов следует отметить недостаточное использование прочностных возможностей стеклопластика, что значительно снижает силовую эффективность применяемых конструкций, которую можно доказать только экспериментальным путем.

Из имеющегося множества экспериментальных и расчетных исследований, касающихся стеклопластиков, только единицы относятся к проблемам ремонта трубопроводов. Не решены вопросы взаимодействия стеклопластиковых оболочек с дефектными участками труб и определения силовой эффективности стеклопластика, защищающего трубу с дефектом в режиме эксплуатационного давления перекачиваемой среды.

Вторая глава посвящена разработке новых конструкций стеклопластиковых муфт, технологии получения высокопрочного полотна, методам установки муфты на дефектный участок, а также разработке методов экспериментальных исследований новых стеклопластиковых муфт.

Для газопроводов больших диаметров (1020-И 420 мм) создана двухразъемная ремонтная стеклопластиковая муфта типа РСМ. Основное отличие от существующих аналогов - принципиально новый узел затяжки в каждом разъеме муфты (рисунок 2).

1- правая полумуфта; 2 - левая полумуфта; 3 - петлевой захват; 4 - стержень (ось); 5 - гайка; 6 - шайба; 7 - болт; 8 - вспененный полеуретан; 9 - стенка трубы

Муфта содержит две полумуфты 1, 2 выполненные из стекло-пластикового полотна прямоугольного поперечного сечения. С целью

исключения возникновения изгибающих моментов в полотне полумуфт и узле затяжки, концевые участки полумуфт выполнены в виде петлевых захватов 3, куда заложены круглые стальные стержни (оси) 4. В этих стержнях образованы квадратные углубления, содержащие гайки 5 с шайбами б без возможности поворота в процессе затяжки болтов 7. Болты 7 выполнены из двух стержней с правой и -левой резьбой, соединенными шестигранной головкой под ключ. Полости в петлях 3 заполнены инертной массой 8, например, вспененным полиуретаном, предотвращающим попадание в эти полости влаги и грязи. Для компенсации неизбежных при изготовлении и монтаже муфты перекосов болтов и устранения в них изгибных напряжений, контактирующие поверхности шайб 6 и гаек 5 выполнены сферическими.

Для реализации рассмотренной конструктивной схемы в виде изделия и одновременно получения полотна повышенной прочности разработана технология однонаправленной намотки стеклоровинга с использованием специального оборудования и пропиткой стеклоровинга связующим типа эпоксидного компаунда. Перед полимеризацией в полотне создают предварительное натяжение, составляющее до 15 % разрывной нагрузки. Такая технология обеспечивает высокую прочность полотна муфты - до 800 МПа.

Метод ремонта с помощью описанной муфты можно эффективно использовать для упрочнения стенки трубы, пораженной снаружи самыми опасными стресс-коррозионными трещинами. Высокая прочность стеклопластика и пониженная изгибная жесткость полотна позволяют обеспечить существенно более равномерное обжатие трубопровода по сравнению со стальными муфтами.

При использовании муфты типа РСМ решаются задачи повышения эффективности натяжения гибкой ленты и расширения области применения на трубопроводе с продольными сварными швами.

Эффективность установки муфты заключается в следующем. После затяжки болтов стеклопластиковая лента плотно охватывает трубопровод, причем в зоне трещиноподобного дефекта создается повышенное контактное давление, которое разгружает стенку трубы от изгиба, а кольцевые напряжения снижаются за счет равномерного контактного давления, компенсирующего часть рабочего давления перекачиваемого продукта. При этом прочность дефектной трубы возрастает до уровня бездефектной, тем

самым повышается надежность эксплуатации трубопровода без применения вырезки дефектного участка и связанных с ней потерь перекачиваемого продукта и экологических нарушений в природной среде.

Таким образом, разработанная муфта для ремонта трубопровода и способ ее установки обеспечивают более надежную защиту дефектного участка от нагрузок, чем известные решения, требуют меньшего расхода материалов и трудозатрат при установке.

Для газопроводов диаметром 530 мм и ниже разработана одноразъемная стеклопластиковая муфта. Узел затяжки несколько отличается от рассмотренного выше тем, что закладные оси выполнены полыми, а болты вынесены за пределы ширины полотна муфты и стягиваются гайками с правой резьбой. Основное преимущество конструкции - быстрота установки в трассовых условиях, когда требуется, например, перекрыть течь продукта из полости газопровода.

Эффективность защитных конструкций из полимерных композиционных материалов зависит от особенностей конструкции и технологии изготовления и определяется в ходе полигонных и натурных испытаний с решением ряда задач. Для адекватной оценки параметров силового взаимодействия муфты с трубой испытания необходимо проводить при нагрузках, приближенных к эксплуатационным, т.е. при воздействии внутреннего давления в трубном образце с установленной муфтой, затянутой определенным усилием. При этом проявляются конструктивные особенности муфты. Так, при затяжке муфты возникают значительные радиальные усилия давления круглых стержней на трубу. Кроме того, полимерные материалы при нагрузках проявляют ползучесть, которая снижает усилие от начальной затяжки. Немаловажное значение имеет проверка муфты в реальных условиях подземной прокладки на действующем газопроводе.

В процессе полигонных испытаний решают следующие задачи:

а) отработка технологии монтажа муфты на дефектных участках и продольных сварных швах с использованием клеевых составов;

б) определение несущей способности системы «труба-муфта» с учетом типа дефектов;

в) определение параметров напряженно-деформироавного состояния конструкции с помощью измерительных средств и приборов;

г) создание базы экспериментальных данных для отработки и проверки расчетных методик;

д) оценка эксплуатационных в том числе антикоррозионных свойств в реальных условиях подземной прокладки и выработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию и использованию муфты.

В диссертационной работе приведены конкретные методические элементы экспериментальных исследований двух-и одноразъемной муфт, а также состав приборов и оборудования.

В третьей главе поставлена и решена задача анализа напряженно -деформированного состояния участка трубы с установленной на нее муфтой при затяжке болтовых соединений и воздействии внутреннего давления.

Особенности конструкции муфты типа РСМ состоят в том, что усилия, возникающие в системе "труба - муфта", создают неосесимметричное напряженно-деформированное состояние в стенках стальной оболочки (трубы). В узлах затяжки действуют значительные сосредоточенные усилия радиального направления, которые изгибают оболочку как в плоскости ее сечения так и в плоскости образующих. Силы трения окружного направления по площади контакта полотна муфты с трубой также создают изгиб сечений оболочки при затяжке муфты. Строгое аналитическое решение данной задачи получить очень сложно.

В данной работе приводятся приближенные решения, используемые в практических расчетах. Задача решена в три этапа. На первом этапе рассмотрена плоская осесимметричная задача, когда длина трубной оболочки равна длине муфты по ее оси. В соответствии с расчетной схемой величина контактного давления определена зависимостью (рисунок 3):

, _ p-2nBQAT(xn +0.5%б) пч

1 + Ак '

где р - величина внутреннего давления в трубной оболочке при установке муфты; пб - количество болтов в разъеме; Q - усилие, стягивающее

Е 8 Е 5

полумуфты; Ат=—- вспомогательный коэффициент; Ак =—— -2nR ЕМ5Ы

конструктивный коэффициент; Ег, Ен - модули Юнга для материалов трубы и

полотна муфты; 5, 5М - толщина стенок трубы и полотна муфты;

R- радиус наружной поверхности трубы; -/„ = Д^/Q - податливость полотна

муфты; Xs =4^B/nBnd|EE - податливость болтов разъема; ¿в,с1Б,ЕБ - длина

деформируемой части болта, диаметр болта и модуль Юнга материала болта,

соответственно; Д£ы = Q • R • F/EU£USU - удлинение полотна муфты;

Рисунок 3 - Расчетная схема петлевого соединения

Р - безразмерный коэффициент, учитывающий геометрические параметры муфты и силы трения; £и - размер муфты в осевом направлении.

На втором этапе решена задача изгиба и сжатия кольца, нагруженного контактным давлением (рк) и сосредоточенными силами в узлах затяжки. Получены соотношения для внутренних силовых факторов, а также приращений вертикального и горизонтального диаметров трубного кольца, которые использованы для сопоставления с экспериментальными данными.

На третьем этапе рассмотрен вариант установки муфты на длинную оболочку (трубопровод). Задача решена в осесиметричной постановке. По известной величине среднего контактного давления, создаваемого муфтой, определена функция радиальных прогибов оболочки трубопровода, по

которой найдены изгибающие моменты и поперечные силы в стенках трубопровода. Далее определены напряжения и выполнена оценка прочности.

Функция радиальных прогибов трубопровода определена в виде

Щу = ^г[Рк-р]+с1в1прхвьрх + с481прхсьрх, (2 )

где с, = [рМ0(А2 + А3)-О0А9]/3; с, = [рМ0(А3 - Аг)-(Э0Ав]/8, 8 = р3йА,; А, = э1п2р^ + вЬгр/; Аг = апрЛЛр/; А3 = соэр^Ьр^; Ав = ««р/сИр^;

Ав = этр/БИр^; р = [з(1-ц2)(к282)"1]>25; 0 = Ет83[12(1-ц2)Г-

Функция (2) имеет достаточно сложный вид, поэтому оценка эффективности муфтового усиления произведена по усредненным величинам радиальных перемещений на длине муфты, для чего в работе использована формула:

Мср=крНВ1, (3)

где к„ =1-^^[1 + е"'1'(з1пр^-со5р^)] - коэффициент учета длины муфт.

Величина коэффициента кр определена графически в зависимости от типоразмеров трубы (рисунок 4).

Окончательное выражение зависимости для усредненного значения контактного давления в случае установки муфты на линейной части газопровода имеет вид:

р-у-к,, +2пОАт(хп +0|5%б)

Р*= Гк^А ' { '

где р - давление, действующее на участке газопровода; у - коэффициент, учитывающий условия закрепления трубы, у = 1- 0,5ц2 - при полном защемлении трубы; ц - коэффициент Пуассона для трубной стали.

Далее рассмотрена задача определения коэффициентов концентрации напряжений в дефектах разных размеров, в том числе линейно-протяженных. Задача решена численным методом конечных элементов. Этим же методом определен усиливающий эффект стеклопластиковой оболочки (муфты), установленной с натягом и без него (рисунок 5). Эффект муфты по значительному снижению значений коэффициентов концентрации очевиден.

Результаты, полученные в данной главе, использованы для определения напряжений и перемещений с целью сопоставления их с экспериментальными данными.

Рисунок 4 - Влияние относительной длины муфты с равномерной нагрузкой и параметра стальной оболочки на величину относительного среднего радиального перемещения

А Б В

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента а,, концентрации напряжений в дефекте от наличия и величины натяга стеклопластиковой муфты:

муфта отсутствует (А), муфта установлена без натяга (Б), муфта натянута моментами затяжки болтов 450 Нм (В). Размеры дефектов t=2/38, S=1 мм (1), S=3,5 мм (2), S=10 мм (3); t=0,55, S=1 мм (4), S=3,5 мм (5), S=10 мм (6); t=l/3S, S=1 мм (7), S=3,5 мм (8), S=10 мм (9), дефект

отсутствует (10)

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований на полигоне штатных стеклопластиковых муфт типа ГАРС и KCJI, двухразъемной экспериментальной стеклопластиковой муфты типа ЭСМ, описанной в первой главе диссертации и результаты испытаний вновь разработанных муфт типа РСМ. Все испытания проведены на трубах диаметром 1220x12 мм. Параметры трубных катушек, муфт и искусственных дефектов приведены в таблице 2.

Следует также отметить, что перед монтажом этих муфт дефектные места были усилены мультиметаллом типа «РЭМ-сталь». Дефект под муфтой ЭСМ был заполнен эпоксидным клеем с асбестовыми волокнами. Дефекты

представляли собой искусственные надрезы продольного направления шириной 10 мм.

Таблица 2 - Параметры катушек, муфт и искусственных дефектов

Тип муфты Длина катушки, мм Ширина муфты, мм Общая толщина муфты, мм Длина искусственн ого дефекта, мм Усредненная глубина дефекта, мм Остаточная прочность, %

I 2 3 4 5 б 7

ЭСМ 3500 520 25 437 5,28 64

ГАРС 2275 305 14 240 5,85 67

КСЛ 5310 300 18 230 5,66 69

Результаты испытаний от воздействия внутреннего давления, показали следующее (таблица 3): эффективность муфты ЭСМ с болтовой затяжкой оказалась выше, чем у штатных муфт как в упругой области деформирования металла трубы при эксплуатационном давлении, так и в режиме предельного давления (таблица 3).

Таблица 3 - Основные результаты испытаний муфт ЭСМ, ГАРС, KCJI

Тип муфты Расчетное разрушающ ее давление без муфты, МПа Фактическое разрушающее давление с муфтой, МПа Длина разрыв а, м Место разрыва муфты при разрыве трубы в месте дефекта Коэффициент эффективности к,ф при предельном давлении Коэффициент усиления в упругой области КуС

ЭСМ 7,4 10,6 2,77 разрыв внизу на 7 часов 1,43 1,3

ГАРС 7,7 8,1 0,22 муфта не разрушилась 1,05 1,06

КСЛ 8,0 8,8 2,13 разрыв на месте дефекта 1,10 1,03

Рассмотрим результаты испытаний муфт РСМ, разработанных в рамках данной диссертационной работы. Испытывали три одинаковые муфты А, Б, В, установленные на одну трубу. Каждая муфта перекрывала по два узких (шириной 3,5 мм) искусственных дефекта длиной 200 мм каждый. Средневзвешенная глубина дефектов, результаты испытаний и расчетов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Значения разрушающих давлений и усиливающего эффекта муфт РСМ-1220

Муфта Глубина дефекта, мм Расчетное разрушающее давление без муфты, МПа Фактическое разрушающее давление с муфтой, МПа к-т К^ф при пред. давлении к-т усиления Кус в упругой области Место разрушения стенки трубы

А 8,1 5,39 б,76 1,25 1,75 Под муфтами

Б 6,7 6,29 8,72 1,25 не опред.

В 4,6 8,08 9,22 не опред. не опред. Вне муфт

При сравнении эффективности применения этих муфт лидером является РСМ. Так, несколько уступая муфте ЭСМ по величине К,ф , муфта РСМ значительно превосходит ее по величине коэффициента Кус в упругой области деформирования металла или точнее на уровне эксплуатационного давления для данной трубы.

Расчетные графики, иллюстрирующие эффективность РСМ в зависимости от момента затяжки болтов, давления среды и коэффициента трения, представлены на рисунке 6 .

Снижение радиальных

1 стенки % р=4,0 Л [Па /V;

р=4,0 М Па f=°. / /

р=4,5 МП, f=0,l У У

5,5 МПа М.О

р=5 f 5 МПа =0,1

Р=5,0 МПа

460 602,6 мм Момент затяжки, Им

Рисунок 6 - Зависимость эффективности муфты РСМ-1220 от нагрузок и коэффициента трения

Результаты испытаний муфты РСМ-1220 на подземном участке действующего газопровода в течение 21 месяца показали следующее:

- муфта полностью сохранила свой внешний вид: расслоений, набухания полотен не обнаружено;

- следы коррозии металлических деталей муфты отсутствовали;

- в пределах двух зачищенных при установке муфты до металлического блеска круглых площадок на поверхности трубы следов коррозии не обнаружено, металлический блеск сохранился;

- крутящие моменты в начале отвинчивания болтов выросли по сравнению с исходными при установке значениями в среднем на 29 %.

Таким образом, двухразъемные стеклопластиковые муфты типа РСМ-1220 являются эффективными устройствами, надежно защищающими дефекты как от воздействия внутреннего давления перекачиваемой среды, так и от коррозионного воздействия окружающей грунтовой среды.

В пятой главе приведены результаты лабораторных испытаний одноразъемной муфты РСМ-530. Получены экспериментальные зависимости значений относительных деформаций полотна муфты по мере удаления от узла затяжки при разных условиях трения полотна по поверхности трубы.

Исследованы параметры напряженно-деформированного состояния трубы при затяжке муфты. Проведены расчеты по определению изменения длины полотна муфты и значения контактного давления полотна на трубу. Расхождения с экспериментальными данными находятся в пределах 1+13,5%.

Выполнены экспериментальные исследования по оценке эффективности муфты РСМ-530 при ремонте сквозных дефектов. В качестве герметизирующего средства использована мягкая резиновая прокладка в виде круглой трехслойной пластинки. При затяжке муфты пластинка перекрывала круглое отверстие, имитирующее сквозное коррозионное повреждение.

Нагрузку создавали ручным гидропрессом, повышающим давление масла в подводящем шланге. Давление повышали ступенями от 0,6 МПа с шагом 0,2 МПа до 2 МПа. Выдержка составляла 20-15 мин. Возможность утечки масла контролировали манометром и бумажным индикатором, который помещали в зазор между муфтой и трубой под резиновую прокладку. Кроме того, при давлении 0,6 МПа делали длительную выдержку - семь суток.

Основным результатом проведенных испытаний на герметичность является отсутствие утечек масла через выполненные отверстия, уплотненные резиновыми прокладками.

Такой результат является положительным, дающим возможность выполнять временное перекрытие дефекта с целью подготовки и монтажа постоянного ремонтного средства.

В шестой главе приведены результаты реализации диссертационной работы.

В процессе создания муфт типа РСМ получены два патента на изобретения № 2224169, №225684, патент на полезную модель № 56552. Элементы новизны касаются узла затяжки муфты, технологии ее изготовления и методов ремонта локальных дефектов на газопроводах. Основные требования к РСМ, составу материалов, правилам приемки, транспортировки и хранения изложены в технических условиях предприятия-изготовителя - ТУ2296-002-46774250-2003. Создан стандарт предприятия ООО «Севергазпром» СТП 8828-168-04. Методы ремонта дефектных участков газопроводов диаметром 1020-1420 мм стеклопластиковыми муфтами с резьбовой затяжкой. Технология установки, расчетное обоснование. - Введ. 20.02.2004. - Ухта: ООО «Севергазпром», 2004. - с. 29.

Кроме указанных выше документов, в соавторстве создано «Руководство по проведению ресурсных испытаний труб, отремонтированных с применением муфтовых и сварочных технологий». Руководство необходимо для унификации требований к объектам испытаний, испытательным нагрузкам, типам, размерам и расположению наносимых дефектов. Положения Руководства дают возможность сопоставлять силовую эффективность ремонтных конструкций различного типа, в т.ч. стеклопластиковых муфт.

Опытно-промышленное внедрение стеклопластиковых муфт впервые выполнено на ремонтируемом участке газопровода диаметром 1220 мм «Ухта-Торжок 2», км 17. Муфты установлены на вмятины в количестве трех ед. Предварительно был проведен ультразвуковой контроль металла, определивший вмятины, как ремонтопригодные без вырезки катушек с применением полимерных материалов.

Упрочняющий состав состоял из четырех компонентов (полиэфирная смола+наполнитель+ускоритель+отвердитель). Этим составом заполняли полость вмятин.

Следующим объектом внедрения муфты РСМ-1220 является МГ «Пунга-Вуктыл-Ухта-2» (4 нитка), км 386-415; км 417- 448. В процессе капитального ремонта установлено 30 муфт. Общий экономический эффект равен 4,4 млн. рублей

Расширение объемов внедрения муфт типа РСМ связано в ближайшем будущем с созданием отраслевого стандарта ОАО «Газпром». Результаты исследований в рамках данной диссертационной работы являются непосредственной научно-методической и практической базой данного нормативного документа. Широкое внедрение стеклопластиковых муфт дает возможность успешно решать задачи повышения надежности и безопасности эксплуатации действующих систем магистрального транспорта природного газа.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе мирового и отечественного опыта использования муфтовых технологий ремонта дефектных участков газопроводов разработаны принципиально новые одно- двухразъемные конструкции стеклопластиковых муфт с болтовой затяжкой и безмоментным их нагружением в процессе монтажа и воздействия внутреннего давления при эксплуатации применгительно к трубам диаметрами 530+1420 мм.

2. Разработана и защищена патентом на изобретение технология изготовления стеклопластиковой муфты методом однонаправленной намотки преднапряженного стеклошнура на специальную оправку. Такая технология позволила создать высокопрочную на растяжение в окружном направлении оболочку из стеклопластика с пределом прочности не менее 800 МПа.

3. Создана расчетная методика взаимодействия системы «стеклопластиковая муфта-труба» в режиме затяжки болтовых соединений и воздействия внутреннего давления среды при эксплуатационном и предельном нагружениях. Получены расчетные данные по эффективности разработанных стеклопластиковых муфт.

4. Разработана методика и выполнена серия полигонных испытаний труб с муфтами РСМ-1220. Получены экспериментальные данные по их силовой эффективности на примере глубоких (до 75 % толщины стенки) протяженных трещиноподобных дефектов. Так, уровень кольцевых напряжений в трубопроводе снижается на 40-45% при эксплуатационном

давлении. В режиме предельного нагружения значение разрушающего давления повышается на 25-39% в зависимости от величины затяжки муфты. Расчетные значения коэффициентов эффективности близки к экспериментальным и различаются в пределах 5-И 0 %.

5. Разработана методика лабораторных и полигонных испытаний трубных катушек с муфтами РСМ-530. В результате экспериментальных исследований выявлены особенности взаимодействия муфты с поверхностью трубы в зависимости от коэффициента трения и величины затяжки болтов. Показана эффективность применения муфты для герметизации сквозных дефектов стенки трубы с применением упругого герметизирующего элемента из мягкой резины при внутреннем давлении среды до 2,0 МПа.

6. Отработана технология установки муфт на дефектные участки действующих газопроводов с применением эпоксидного компаунда и последующей наружной изоляции муфты с прилегающими к ней участками трубы.

7. Разработаны технические условия и стандарт предприятия на изготовление муфт, а также руководство по ресурсным испытаниям муфт. Получено положительное заключение по результатам экспертизы промышленной безопасности. Выполнено опытно-промышленное внедрение в процессе ремонта действующих газопроводов Ухта-Торжок-2 диаметром 1220 мм, Пунга-Вуктыл-Ухта 1 (4 нитка) диаметром 1220 мм. Установлено 33 муфты. Получен экономический эффект, равный 4, 4 млн. рублей.

Основные результаты диссертационной работы представлены в следующих публикациях:

1 Шарыгин Ю. М, Романцов С. В, Шарыгин А. М. Повышение прочности дефектных труб, усиленных композитными муфтами с болтовым соединением / НТС "Транспорт и подземное хранение газа". - М.: ООО "ИРЦ Газпром", 2002, №3.

2 Романцов С. В., Шарыгин В. М. и др. Преимущества и перспективы использования композитных муфт с болтовой затяжкой для ремонта локальных дефектов стенок газопроводов П Новые технические решения при ремонте и реконструкции ЛЧМГ и ГРС, г. Волгоград, май 2002: М-лы НТС ОАО "Газпром". Т1-2002. - М.: ООО "ИРЦ Газпром". - с. 88-94.

3 Романцов C.B. Результаты ремонта труб с дефектами КРН применением сварки и сварных муфт/ - Материалы отраслевого совещания г. Валдай, февраль 2003.: ООО "ИРЦГазпром". - с. 122.

4 Романцов С.В., Воронин В.Н. и др. Результаты полигонных испытаний дефектных труб, отремонтированных стальными муфтами. II М-лы НТС ОАО «Газпром», г. Ухта, ООО «Севергазпром», 28-30.10.2003. - Т.1, с. 125

5 Воронин В. Н., Романцов С. В. и др. Разработка и испытание новых стеклопластиковых муфт для ремонта дефектов труб магистральных газопроводов // Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН, на МГ ОАО "Газпром": М - лы НТС ОАО "Газпром", г. Ухта, ООО "Севергазпром", 28-30.10.03 в двух томах. Т. 2. - М.: "ИРЦ Газпром", 2004. - с. 3-7.

6 Шарыгнн В.М., Романцов С.В. и др. Пат. 2224169 1Ш, МПК Р1бЬ 55/175. Способ ремонта трубопровода и муфта для его осуществления / -№2002112542/06; Заявл. 13.05.2002; Опубл. 20.02.2004. - Бюл. № 35.

7 Романцов С. В., Шарыгин А. М. Оценка усиливающего дефекта от установки стеклопластиковой муфты на участке магистрального газопровода с дефектами II Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2004. №5. -с. 104-107.

8 Романцов С. В. и др. Экспериментальные исследования новых стеклопластиковых и стальных муфт для ремонта магистральных газопроводов //М-лы научно - техн. конф. 20-23.04.04 / Сб. науч. тр. УГТУ. -ч.1.-Ухта: 2005.-е. 173.

9 Шарыгин А. М., Романцов С. В. Исследование эффективности ремонта стеклопластиковыми муфтами участков магистральных газопроводов с локальными дефектами // Газотранспортная система. Настоящее и будущее / Тез. докл. на междунар. конф., апрель 2005 г., - М.: ООО "ВНИИГАЗ". - 2005 г. - с 14.

10 Романцов С.В. и др. Пат. 2256841 Щ МПК Р 16 Ь 21/06. Трубная муфта и способ ее изготовления/ - №20033126307/06; Заявл, 28.08.2003; Опубл. 20.07.2005. - Бюл. №20.

11 Романцов С. В., Александров Ю. В. Обеспечение надежности магистральных газопроводов // Научные проблемы нефтегазовой отрасли в Северо - Западном регионе России: Науч. - техн. сб. в 4 ч. Ч. 3. Транспорт газа. - Ухта: Севернипигаз, 2005. - с. 178 -188.

12 Шарыгин А. М., Попков А. С., Романцов С. В. Муфтовые технологии ремонта - перспективный способ поддержания работоспособности магистральных газопроводов // Научные проблемы нефтегазовой отрасли в Северо - Западном регионе России: Науч. - техн. сб. в 4х ч. Ч. 3. Транспорт газа. - Ухта: Севернипигаз, 2005. - с 222 - 235.

13 Романцов С. В. Экспериментальные исследования и практические разработки по стеклопластиковым муфтам в ООО "Севергазпром" / НТС "Транспорт и подземное хранение газа". - М.: ООО "ИРЦ Газпром", 2005. -№5.

14 Романцов С. В., Филиппов А. И. и др. Пат. 56552 РФ (полезная модель). Р16Ь 55/18. Муфта для ремонта трубопроводов / -№ 2006107386/22; Заявл. 09.03.2006; Опубл. 10.09.2006. - Бюлл. № 25.

Подписано к печати 15.11.06 г._

Заказ № 15117442Ы_

Тираж 100 экз. 1 уч. - изд.л.ф-т 60x84/16 Отпечатано в ООО «ВНИИГАЗ» по адресу 142717, Московская область, Ленинский р-н, п. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ»

aooQfi 23^7 7

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Романцов, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО БАНДАЖНО-МУФТОВЫМ УСТРОЙСТВАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ ДЛЯ РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ.

1 1 Классификация муфтовых устройств. Упрочняющие конструкции.

1 2 Герметизирующие устройства.

1 3 Комбинированные усиливающие устройства с герметизацией дефектного места.

Выводы по главе.

2 НОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫМ МУФТАМ. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2 1 Двухразъемные ремонтные стеклопластиковые муфты типа РСМ. Расчетное обоснование и выбор конструктивных параметров муфты. Метод ремонта дефектного участка.

2.2 Одноразъемная муфта.

2.3 Методика полигонных испытаний, натурных и лабораторных исследований

2 3.1 Цель и задачи полигонных и натурных испытаний двухразъемной муфты.

2 3 2 Содержание и последовательность проведения испытаний.

2.3.3 Приборное обеспечение испытаний.

2.3.4 Методика лабораторных исследований одноразъемной муфты.

Выводы по главе.

3 РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ МУФТ С ТРУБОЙ.

3.1 Взаимодействие муфты с бездефектной трубой.

3 2 Расчетные оценки влияния дефектов на прочность трубной оболочки.

3.3 Оценка влияния стекпопластиковой оболочки на снижение коэффициента концентрации напряжений.

Выводы по главе.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХРАЗЪЕМНЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ МУФТ.

4.1 Полигонные испытания муфт типа ЭСМ, КСЛ, ГАРС.

4 2 Исследование двухразъемной муфты РСМ-1220 в режиме наземных испытаний на полигоне и действующем газопроводе.

4 2.1 Формирование базы результатов испытаний.

4.2 2 Сопоставительный анализ результатов.

4 2.3 Результаты испытаний муфты РСМ-1220 на действующем газопроводе.

Выводы по главе.

5 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ МУФТЫ РСМ-530.

5.1 Исследование влияния сил трения на деформации полотна муфты.

5 2 Изучение влияния усилий затяжки на деформации полотна муфты и радиальные перемещения трубы.

5.3 Исследование напряженно-деформированного состояния системы «муфта-трубное кольцо» в условиях плоской деформации.

5.4 Результаты испытаний на герметичность.

Выводы по главе.

6 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

6 1 Создание патентов и нормативных документов.

6.2 Практическое внедрение метода ремонта на действующем газопроводе.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка конструкций стеклопластиковых муфт и методов расчета их работоспособности при ремонте газопроводов"

В мировой практике эксплуатации трубопроводных систем различного назначения актуальной проблемой является восстановление герметичности и прочности дефектных участков труб с целью поддержания проектной производительности трубопроводов в течение длительного времени. Особо важное значение данная проблема имеет для трубопроводов, транспортирующих углеводородное сырье - газ, нефть, конденсат по причине их высокой стоимости, энергоемкости и значительном экологическом ущербе при утечке продукта в окружающую среду в случаях нарушения герметичности стенок труб.

Широкое использование внутритрубных и наружных средств приборной диагностики дает возможность достаточно достоверно устанавливать характер и распределение дефектов стенки труб по длине трубопровода. Существуют методы оценки степени опасности дефектов и ранжирования их по мере этой опасности. В зависимости от меры опасности и факторов, влияющих на скорость развития дефектов, назначаются различные методы ремонта дефектных участков труб.

В последние 10-15 лет акцент методов ремонта в мировой практике смещается в сторону более широкого использования муфтовых технологий, альтернативных вырезкам трубных катушек и плетей с дефектами. В целом ряде случаев муфтовая технология является безальтернативным методом ремонта, например, при утечках продукта на подводных трубопроводах, подземных газо- и нефтепроводах. Кроме того, муфтовая технология незаменима в качестве временной меры для ремонта критических или сквозных дефектов при невозможности в данное время остановить перекачку продукта.

Технология изготовления муфт, способы их монтажа на трубе, эффективность защиты дефектных участков в значительной мере зависят от материала корпуса муфты.

Практика ремонта дефектных участков трубопроводов развивается, опираясь на высокопрочные материалы для муфт - сталь и армированные полимеры. Если конструкции и методы установки стальных муфт в достаточной мере отработаны, то применение для ремонта дефектов армированных полимеров, в частности стеклопластиков, находится в начальной стадии своего развития. Перспективы широкого применения стеклопластиков для ремонта локальных дефектов газопроводов определяются целым рядом высоких конструкционно-технологических и прочностных характеристик, а также экологической безопасностью и эксплуатационной надежностью.

Применяемые в настоящее время стеклопластиковые муфты имеют существенные недостатки, главные из которых - это недостаточное усиление дефектных участков, повышенный расход клеевых материалов, значительные затраты времени на установку муфт Практически не исследованы вопросы силового взаимодействия стеклопластико-вой муфты с защищаемой дефектной трубой, отсутствуют методы расчета эффективности муфт, ощущается недостаток базы данных по натурным испытаниям муфт, установленных на трубы больших диаметров (530-1220 мм).

Эти вопросы разрабатываются в данной диссертационной работе с доведением результатов исследований до практического применения в процессе ремонта действующих газопроводов.

Цель диссертационной работы разработка методов и экспериментально-аналитическое обоснование эффективности применения новых конструкций стеклопла-стиковых муфт для ремонта газопроводов.

Основные задачи работы

- разработка конструктивных и технологических схем изготовления стеклопластико-вых муфт, обеспечивающих значительное упрочнение дефектных участков трубопроводов;

- создание методики расчета стеклопластиковых муфт с болтовой затяжкой при установке на трубу;

- расчетный анализ эффективности применения стеклопластиковой оболочки для снижения коэффициента концентрации напряжений в трубах с трещиноподобными дефектами;

- разработка методов экспериментальных исследований муфт, установленных на трубы с дефектами;

- проведение лабораторных, полигонных и натурных испытаний стеклопластиковых муфт различных конструкций с целью оценки эффективности их применения;

- разработка методов ремонта дефектных участков трубопроводов с помощью стеклопластиковых муфт;

- создание нормативных документов по изготовлению и применению стеклопластиковых муфт.

Научная новизна

В результате анализа существующих конструктивно-технологических решений по ремонту дефектов трубопроводов разработаны принципиально новые конструкции стеклопластиковых муфт с резьбовой затяжкой, позволившие значительно увеличить несущую способность дефектных труб при эксплуатации.

Создан аналитический метод расчета силового взаимодействия стеклопластиковой муфты с трубой при создании нагрузок от затяжки болтовых соединений и внутреннего давления среды. Получены зависимости, связывающие значения контактного давления муфты на трубу с основными их конструктивными параметрами. Определена разрушающая нагрузка для трубы с дефектом, усиленным стеклопластиковой оболочкой.

Разработана комплексная методика экспериментальных характеристик муфт в лабораторных условиях, на полигоне и на действующем газопроводе, позволившая определить эффективность новых конструктивных решений, с учетом силовых и антикоррозионных параметров, сочетающих положительные свойства стеклопластиковых полотен и стальных узлов их затяжки

Разработан численный метод расчета концентраторов напряжений в треициноподоб-ных дефектах, усиленных стеклопластиковыми муфтами, на основе которого оценена их эффективность

Защищаемые положения

1. Разработка конструкции высокопрочной стеклопластиковой муфты с использованием специальной технологии однонаправленной намотки стеклошнура на шаблон.

2. Методика расчета эффективности болтовой затяжки при установке муфты на трубу

3. Методы экспериментальных исследований муфт в лабораторных условиях, на полигоне, на подземном участке действующего газопровода.

4. Оценка эффективности применения муфт по результатам исследований методов ремонта трещиноподобных и сквозных дефектов, а также определение их антикоррозионной защищенности.

Практическая значимость

На основе проведенных исследований созданы технические условия и стандарт предприятия ООО «Севергазпром», позволившие применить стеклопластиковые муфты при капитальном ремонте участков магистральных газопроводов. Разработано Руководство по проведению ресурсных испытаний труб, отремонтированных с применением муфтовых и сварочных технологий. Установлено 33 муфты на дефектные участки труб с экономическим эффектом 4,4 млн. рублей.

Апробация работы.

Основные положения и результаты исследований автора докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:

- научно-техническом совете (НТС) ОАО «Газпром» «Новые технические решения при ремонте, реконструкции и строительстве линейной части магистральных газопроводов и газораспределительных станций» (г. Волгоград, 2002);

- НТС ОАО «Газпром» «Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН на магистральных газопроводах ОАО «Газпром» (г. Ухта, 2003);

- научно-технической конференции Ухтинского Государственного Технического Университета (г. Ухта, 2004);

- международной конференции: «Газотранспортные системы. Настоящее и будущее» (г. Москва, 2005 г.)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них 3 патента на изобретения.

Структура работы Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, 15 таблиц, 79 рисунков и списка литературы из 117 наименований общим объемом 170 страниц.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Романцов, Сергей Викторович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе мирового и отечественного опыта использования муфтовых технологий ремонта дефектных участков газопроводов разработаны принципиально новые одно-двухразъемные конструкции стеклопластиковых муфт с болтовой затяжкой и безмомент-ным их нагружением в процессе монтажа и воздействия внутреннего давления при эксплуатации применительно к трубам диаметрами 530-1420 мм.

2. Разработана и защищена патентом на изобретение технология изготовления стеклопластиковой муфты методом однонаправленной намотки преднапряженного стек-лошнура на специальную оправку. Такая технология позволила создать высокопрочную на растяжение в окружном направлении оболочку из стеклопластика с пределом прочности не менее 800 МПа.

3. Создана расчетная методика взаимодействия системы «стеклопластиковая муфта-труба» в режиме затяжки болтовых соединений и воздействия внутреннего давления среды при эксплуатационном и предельном нагружениях. Получены расчетные данные по эффективности разработанных стеклопластиковых муфт.

4. Разработана методика и выполнена серия полигонных испытаний труб с муфтами РСМ-1220. Получены экспериментальные данные по их силовой эффективности на примере глубоких (до 75 % толщины стенки) протяженных трещиноподобных дефектов. Так, уровень кольцевых напряжений в трубопроводе снижается на 40-45% при эксплуатационном давлении. В режиме предельного нагружения значение разрушающего давления повышается на 25-39% в зависимости от величины затяжки муфты. Расчетные значения коэффициентов эффективности близки к экспериментальным и различаются в пределах 5-И 0 %.

5. Разработана методика лабораторных и полигонных испытаний трубных катушек с муфтами РСМ-530. В результате экспериментальных исследований выявлены особенности взаимодействия муфты с поверхностью трубы в зависимости от коэффициента трения и величины затяжки болтов. Показана эффективность применения муфты для герметизации сквозных дефектов стенки трубы с применением упругого герметизирующего элемента из мягкой резины при внутреннем давлении среды до 2,0 МПа.

6. Отработана технология установки муфт на дефектные участки действующих газопроводов с применением эпоксидного компаунда и последующей наружной изоляции муфты с прилегающими к ней участками трубы.

7. Разработаны технические условия и стандарт предприятия на изготовление муфт, а также руководство по ресурсным испытаниям муфт Получено положительное заключение по результатам экспертизы промышленной безопасности. Выполнено опытно-промышленное внедрение в процессе ремонта действующих газопроводов Ухта-Торжок-2 диаметром 1220 мм, Пунга-Вуюыл-Ухта 1 (4 нитка) диаметром 1220 мм. Установлено 33 муфты. Получен экономический эффект, равный 4, 4 млн. рублей.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Романцов, Сергей Викторович, Москва

1. Пат. 1237682 Канада, МКИ2 F 16 L45/00. Хомут для перекрытия дефектных мест на трубопроводе / Заявл.05 02 86; Опубл 07.06.88

2. Пат. 4747430 США, МКИ2 F 16 L055/18. Муфта для ремонта трубопровода / За-явл. 07 08 87; Опубл. 31.05.88.

3. Sleeve installations speed pipeline defect repair // Pipeline and Gas J. 1995. -№12. - Pp.36-38.

4. Пат. 2140600 RU, МПК F 16 L 55/172. Устройство для ремонта трубопровода с помощью муфты / В.М. Кушнаренко и др. №98106819/06; Заявл. 02.04.98; Опубл. 27.10.99.-Бюлл №30.

5. Чеглаков Е.Л.Ремонт трубопроводов с помощью напряженных муфт // Техническое обслуживание и ремонт линейной части газопроводов: Тез. докл. российских специалистов на 1-ой междунар. конф., Словакия, 11-14 окт. 2000г. М.: ИРЦ «Газпром». -2000. - с.75-78.

6. Пат. 4709728 США, МКИ2 F 16 К011/18. Зажим для ремонта трубы и способ установки зажима на трубе / Заявл 06.08.86; Опубл. 01.12.87.

7. Определение предельного давления для бандажированных труб. / Ю.М. Матвеев, А.Н. Моношков и др. // Строительство трубопроводов. 1970. - №2. - С.18-20.

8. Авт.свид. 1610188 SU, МПК F16 L 57/00, F16 L55/18. Способ повышения прочности действующего трубопровода / А А. Остсемин, Ю.Г. Матвиенко, Ф.Г. Малюков . -№4249946/24-29; Заявл. 27.05.87; Опубл. 30.11.90. Бюлл. №44.

9. Хретинин И.С., Трофимов Г.А. Новые устройства для бандажирования участков действующих трубопроводов. М.: ООО ИРЦ «Газпром». НТС «Ремонт трубопроводов». -1999.-№4.

10. Комплексный анализ ресурса трубопроводов КС, имеющих дефекты / А.Ф. Заец, И.Н. Курганова, В.В. Харионовский // Газовая промышленность. 1996. - №9-10. - С.37-40.

11. Пат. 2063574 RU, МПК F16 L55/175. Способ ремонта высоконапорных трубопроводов с поверхностными дефектами / В.В. Харионовский, И.И. Губанок, A.B. Соннин-ский,. И.Н. Курганова. № 93012952/06; Заявл. 10.03.93; Опубл. 10.07.96. - Бюлл. №19.

12. Пат 4700752 США, МКИ2 F 16 L009/14. Способ предотвращения распространения трещин по трубопроводу/Заявл. 23 12.85; Опубл. 20.10.87.

13. Пат. 2108514 RU, МПК F 16 L 55/18. Способ ремонта трубы / Н.С.Фоли (US), Д. Шмидт (US), H. Блок (US), П. Келти (US). №95108322/06; Заявл 24.08 93; Опубл. 10 04 98. - Бюлл. №10.

14. Пат. 2156398 RU, МПК F 16 L58/16, 57/00. Многослойная защита местных тре-щинообразных и коррозионных дефектов стенок трубопровода /А.И. Егоренков, В В. Рыжиков, J1 M Кришнев. №99114366/06; Заявл. 30.06.99; Опубл. 20.09.2000. - Бюлл. №26.

15. Пат. 2156397 RU, МПК F 16 L 55/17, 58/16.Способ ремонта трубопровода (варианты) / И А. Егоренков, В.В. Рыжиков, Л.М. Кришнев. №99114371/06; Заявл. 30.06.99; Опубл 20 09.2000. Бюлл. №26.

16. Patrick А, and Porter Т. Clock Spring permanent repair of gas and liquid pipelines //Maintenance and repair of gas pipelines: 1-st intern, conf. and exhibition, Slovakia, October 11-14, 2000.

17. ВРД 39-1.10-013-2000. Руководящий документ по применению композитных материалов фирмы «Порсил лтд» / г. Санкт Петербург / для ремонтных работ на объектах нефтяной и газовой промышленности. Введ. 27.09.2000. - М.: ИРЦ «Газпром». - 2000.

18. Восстановление несущей способности магистральных нефтегазопроводов с помощью композитных материалов / Б.И. Мирошниченко и др. Международная конф. «Безопасность трубопроводов» - М.: 1999.

19. ВСН 39-1.10-001-99. Инструкция по ремонту дефектных труб магистральных газопроводов полимерными композиционными материалами. Введ. 05.03.2000. - М.: ИРЦ «Газпром», 2000.

20. РД 39-110-91. Инструкция по ликвидации аварий и повреждений на магистральных нефтепроводах. М.: 1991.

21. Пат. 2134373 RU, МПК F 16 L 55/10, 55/18.Способ ремонта трубопровода, деформированного изгибом /В.М. Шарыгин, В.Н. Иконников, M А. Кудрявцев, А Н. Колотов-ский. № 97118053/06; Заявл. 30.10.97 Опубл. 10.08.99. - Бюлл. №22.

22. Пат. 2099628 RU, МПК F 16 L55/18. Способ герметизации поврежденного трубопровода / Б. Б. Клячкин. №96101394/06; Заявл 23.01.96; Опубл. 20.12.97. - Бюлл. №35.

23. Заявка №2308171 Великобритания, МКИ2 F 16 L55/17. Хомут для ремонта трубопровода / Заявл. 11.12 95; Опубл.18.06.97.

24. Шарыгин А М. Защитные конструкции для дефектосодержащих участков магистральных газопроводов. / Транспорт и подземное хранение газа: Научн.-техн. обзор. -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001.

25. Пат. 2121619 RU, МПК F16 L55/18. Способ бандажирования дефектного участка действующего трубопровода / А Г. Гумеров, Р С. Гумеров, X А Гаскаров Н X. -№96108084/06; Заявл. 12.04.96.0публ. 10.11.98 Бюлл. №31.

26. Заявка № 2287079 Великобритания, МКИ2 F 16 L55/168. Способ ремонта трубопровода / Заявл. 20.02 95, Опубл. 06.09.95.

27. Заявка №2613000 Франция; МКИ2 F16 L59/10. Ремонтный хомут / Заявл. 23 03.87; Опубл. 30.09 88.

28. Пермяков Н.Г., Ращепкин К.Е., Лупин В А Бандажирование магистральных трубопроводов / Серия «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М : ВНИИОЭНГ. -1979.

29. Пат. 2011106 RU, МПК F 16 L 55/17. Способ ликвидации повреждений на нефтепроводах / Ю.С. Мамедов, Б .А. Кирш. № 4886524/29; Заявл. 19.10.90; Опубл. 15.04.94. - Бюл. №7.

30. Пат. 3496963 США, МКИ2 F 16 L55/16. Надувной ремонтный зажим / Заявл. 30.07.68; Опубл. 24.02 70.

31. Ac №1710925 SU, МПК F16 L55/10. Устройство для ремонта трубопровода / И. Н. Кузьмин, В.М Зятчин, С П. Соловьев №4804988/29; Заявл 21.03 90; Опубл. 07.02 92. - Бюлл.№5.

32. Новые технологии и технические средства / Трубопроводный транспорт нефти. -1994,-№6.

33. Заявка №2210134 Великобритания, МКИ2 F16 L55/1. Способ ремонта трубопровода / Заявл. 21.09.87; Опубл. 01.06.89.

34. Современные методы ремонта трубопроводов / Н.Х. Халлыев и др. Обзорная информация. - Серия «Транспорт и подземное хранение газа». - М.: ИРЦ «Газпром» -1997.

35. Хок Брайн. Ремонт трубопроводов с помощью патрубка, заполняемого эпоксидной смолой / Нефтегазовые технологии. -1997. №6. - с. 25-29.

36. РД 153-39.4-067-00. Методы ремонта дефектных участков действующих магистральных нефтепроводов / ОАО АК «Транснефть». 2001.-45 с.

37. Митрошин С.С. Новые конструкции для ремонта подводных трубопроводов / Строительство трубопроводов. 1990. - №10. - с 20-21.

38. Авт. свид. 1705660 SU, МПК F 16 L 55/175.Способ ремонта трубопровода / Т.В. Молочная, ЮА Гоголев, А А. Груздев и А.П. Решетников. №4674008/29; Заявл. 04.04.92; Опубл. 15.01.92. - Бюлл. №2.

39. Пат. №4576401 США, МКИ2 F 16 L055/18. Хомут для перекрытия мест утечек на трубопроводе / Заявл. 17.09.84; Опубл. 18.03.86.

40. Mocquart J. Le controle ¡ntratube des pipelines: défauts geometriques // Petrole et techn.-1984.-№310.-Pp 31-32.

41. Заявка №2076489 Великобритания, МКИ2 F 16 L25/00. Способ ремонта трубопровода / Заявл. 22.05.80, Опубл. 02.12.81.

42. А.с. №1068654 SU, МПК F16 L55/16 Устройство для устранения течи в трубопроводе / А П. Мерзликин. №2978426/29-08; Заявл. 10.09.80; Опубл. 10.09.80. - Бюл. №12.

43. Пат. 2137012 RU, МПК F16 L21/06 Трубная муфта /В.И. Ларин. №9111163/06; Заявл.11.06.98; Опубл. 10.09.99. - Бюлл. №25.

44. Авт.свид. 1810719 ви, МПК Р16 155/17. Хомут для герметизации трещин в трубах/Г К Гамаюнов №4920170/29, Заявл. 19 03.91; Опубл 23.04.93 -Бюлл. №15.

45. Пат. 4705078 США, МКИ2 Р16 1.055/16. Ремонтный хомут для трубопровода / Заявл. 20.09.85; Опубл 10.11.87.

46. А.с. №1798585 ви, МПК Р16 155/17. Хомут / Б С. Барсуков, Е И. Сазанов, В Н. Циганков, В В. Гурылев. №4905509/29, Заявл. 25.01.91; Опубл. 28 02.93. - Бюлл. №8.

47. Пат. 4606377 США, МКИ2 Р16 1.055/16. Ремонтный хомут для трубопровода / Заявл. 30.10.84; Опубл. 19.08.86.

48. А.с. №1078181 Би, МПК Р16 I. 55/10. Устройство для устранения течи в трубопроводе / В.И. Варцаба. №33980001/29-08; Заявл. 17.02.82; Опубл. 07.03 84. - Бюлл. №9. - С. 20

49. Заявка №2191837 Великобритания, МКИ2 Р 16 1.55/18 Хомут для устранения утечек в трубопроводе / Заявл. 20.05.87; Опубл. 23.12 87.

50. Пат. 5362107 США, МКИ2 ? 16 1.055/16. Хомут для устранения утечек в трубопроводе / Заявл. 21.03.94; Опубл. 08.11.94.

51. Заявка №2310903 Великобритания, МКИ2 ? 16 1.21/06 Хомут для ремонта трубопровода / Заявл. 05.03.96; Опубл. 10 09.97.

52. Пат. 4391300 США, МКИ2 ? 16 1.055/16. Хомут для устранения утечек в трубопроводе / Заявл. 02.09.80; Опубл. 05.07.83.

53. Заявка №2072790 Великобритания, МКИ2 Р 16 155/18. Муфта для устранения утечек в трубопроводах / Заявл. 14.03.80, Опубл. 07.10.81.

54. Заявка №2171483 Великобритания, МКИ2 Р 16 155/16. Хомут для перекрытия мест утечек из трубопровода / Заявл. 18.02.85; Опубл. 28.08.86.

55. Заявка №2157389 Великобритания, МКИ2 Р 16 155/16. Устройство для устранения утечек в трубопроводе / Заявл. 30.07.84; Опубл. 10.23.85.

56. А.с. №1257353 Би МПК Р 16 155/16. Устройство для ликвидации течи в трубопроводе / И.И. Денисов, Н.Я. Романов, А А. Федоров. №3868421/29-08; Заявл. 30.12.84; Опубл. 30.10.86. - Бюлл. №34.

57. Пат. 2132991 Щ МПК ? 16 121/02. Муфта соединительная для труб / И А. Ла-бузов. №97114868/06;3аявл 03.09.97; Опубл. 10.07.99. - Бюлл. №19.

58. Методы восстановления несущей способности линейной части магистральных газопроводов: Научно-техн. обзор / ВНИИОЭНГ Серия «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов». - 1986. -13(82).

59. Ахтимиров Н Д , Лисин В.Н., Шарыгин В.М. Технико-экономическое обоснование применения конструкции «труба в трубе» при строительстве и ремонте линейной части магистральных трубопроводов. М.: ВНИИЭгазпром, 1989, вып. 10.

60. Обеспечение эксплуатационной надежности газопроводов Севергазпрома / Яковлев А.Я., Колотовский А Н., Шарыгин В.М. // Газовая промышленность. -1997. №9.

61. Работоспособность сварных муфт для ремонта дефектов трубопроводов / А.Г. Мазель, Л А. Гобарев и др. // Газовая промышленность. -1996. №1. с.16-22.

62. Сварные муфты для ремонта трубопроводов / А Г. Мазель, Л А. Гобарев, K.M. Нагорнов, А.И. Рыбаков // Газовая промышленность. 1996. - №9-10. с.55-57.

63. Перспективный метод ремонта трубопроводов / А А. Ермаков, Б А. Клюк, В.Г. Поляков, А С. Диденко // Газовая промышленность. -1989. №3. с.45-47.

64. Ремонт дефектов труб с использованием бандажа А А. Ермаков, Б А. Клюк, В Г. Поляков, М.М. Окромчедлов // Газовая промышленность. -1989. №8. с.58-61.

65. Bemsovsky P., Soska A., Dvorak V. Hot Sleeve repair method of gas pipeline in service / «Maintenance and repair of gas pipelines» 1st intern, conf. and exhibition (Slovakia, October, 11-14.2000)

66. Пат. 2219423 RU, МПК F16L 55/175. Полимерная муфта для ремонта труб с локальными коррозионными дефектами и способ ее установки / Ю.М. Шарыгин, ЮА. Теплинский, И.В. Максютин и др. № 2001120673/06; заявл. 23.07.2001; Опубл. 20.12 2003.-Бюл. № 35.

67. Пат. 2224169 RU, МПК F16L 55/175. Способ ремонта трубопровода и муфта для его осуществления / В.М. Шарыгин, ЮА. Теплинский, А.Я. Яковлев и др. -№2002112542/06; заявл. 13.05 2002; Опубл. 20.02.2004. Бюл. № 35.

68. Усиливающий эффект композиционных муфт, применяемых для ремонта газопроводов / Шарыгин В.М., Максютин И.В., Яковлев А Я., Алейников С.Г. НТС Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002, №4. - с. 10-18.

69. Болотин В.В. О теории армированных сред//Известия АН СССР. Механика. 1965. -№1.

70. Болотин В В Основные уравнения теории армированных сред II Механика полимеров -1965. №2. с 126-133.

71. Бугаков В А. Ползучесть полимерных материалов. М.: Наука -1972. - 288 с

72. Васильев В В. Осе симметричная деформация цилиндрической оболочки из стеклопластика //Известия Вузов СССР. Авиационная техника. 1969. №1.

73. Елпатьевский А Н., Васильев В.В. Прочность цилиндрических оболочек из армированных материалов. М.: Машиностроение. -1972. -168 с.

74. Королев В.И. Слоистые анизотропные пластики из армированных пластмасс. -М.: Машиностроение. -1965. 272 с.

75. Калинчев В.А, Макаров М.С. Намотанные стеклопластики. М.: Химия.1986. 269 с.

76. Амельянчик А В. Расчет на прочность металлических и пластмассовых сосудов, армированных навивкой из высокопрочного материала.//Сб. Прочность и динамика авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1964.

77. Елпатьевский А Н. Исследование напряженного состояния двухслойной цилиндрической оболочки, навитой из стекловолокна //Инженерный журнал. 1962. вып.З.

78. Рогинский С.Л., Егоров Н.Г. Влияние натяжения наполнителя на прочность цилиндрических оболочек, армированных стеклопластиком// Механика полимеров. 1966, №2.

79. Композиционные материалы / 8-томный пер. с англ. под ред. Л. Браутмана и Р. Крока//т.7, ч.1 «Анализ и проектирование конструкций». М.: Машиностроение, 1978.300 с.

80. Композиционные материалы / 8-томный пер. с англ. под ред. Л. Браутмана и Р. Крока II т.8, ч 2 «Анализ и проектирование конструкций». М.: Машиностроение, 1978.264 с.

81. Велиюлин И.И. Совершенствование методов ремонта газопроводов. М.: Нефть и газ, 1997. 224 с.

82. Шарыгин А.М. Методология проектирования ремонтных конструкций для восстановления несущей способности труб магистральных газопроводов Автореферат докторской диссертации . -М.: РГУ нефти и газа им И М. Губкина, 2004.46 с.

83. Пат. 2240468 1311, МПК Р161.55/18. Муфта для ремонта трубопровода и способ ее установки /В М. Шарыгин, А. Я. Яковлев и др. № 2003111096/06; Заявл. 17.04.03; Опубл. 20.11.04. -Бюлл. №32.

84. Пат. 2256841 Ш, МПК Р161 21/06. Трубная муфта и способ ее изготовления /С. Г. Аленников, В. Н. Воронин, С. В. Романцов и др. №2003126307/06; Заявл. 28.08 2003; Опубл. 20.07 2005. - Бюлл.№20.

85. Шарыгин Ю. М, Романцов С. В, Шарыгин А. М. Повышение прочности дефектных труб, усиленных композитными муфтами с болтовым соединением / НТС «Транспорт и подземное хранение газа». М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002, №3.

86. Купершляк Юзефович Г. М., Разумов Ю. Г. Расчет разрушающего давления в газопроводах, поврежденных коррозионным растрескиваниям под напряжением. // Строительство трубопроводов. 1996, №6, с. 17-18.

87. Пат.56552 РФ (полезная модель). Р161 55/18. Муфта для ремонта трубопровода /С. В. Романцов, А. И. Филиппов и др. № 2006107386/22 ; 3аявл.09.03.2006; Опубл.10.09.2006. - Бюлл. № 25.

88. Типовая методика проведения испытаний полимерных композиционных материалов, рекомендуемых для ремонта дефектов газопроводов: Утв. Член Правления ОАО «Газпром» Б. В. Будзуляк 15.06.2001. М., 2001.

89. Биргер И. А. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. 3-е изд ; перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. -702 с.

90. Серенсен С. В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность / С В. Серенсен, В. П. Когаев, Р. М. Шнейдерович. рук - во и справ, пособие - М.: Машиностроение, 1975.-488 с.

91. Прочность. Устойчивость. Колебания. / под общей ред И. А Биргера, Я Г. Пановко. Справ в 3х томах Т1 - М : Машиностроение, 1968. - 832 с

92. Романцов С. В., Шарыгин А М. Оценка усиливающего дефекта от установки стеклопластиковой муфты на участке магистрального газопровода с дефектами // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. №5. - с. 104 - 107.

93. Никитин А. А, Прокофьев Г.В., Рождественский В. В., Черний В. П. Оценка влияния дефектов стенок труб на снижение прочности магистральных трубопроводов. // Вопросы прочности трубопроводов. М.: ВНИИСТ, 1982, с. 78-91.

94. Гуссак В. Д., Альшанов А. П.: Оценка срока службы участка газопровода с коррозионной каверной. / Газовая промышленность / 991, № 8 с. 14-15.

95. Hisoy D. Т., Kleiner J. F. Pressure calculation for corroded pipe developed. / Oil and Gas J. 1992, - 90, № 42 c. 84-89.

96. Даффи А., Эйбер P., Макси У. О поведении дефектов в сосудах давления. // Новые методы оценки сопротивления материала хрупкому разрушению. М.: Мир, 1972, с. 301-322.

97. Шарыгин A. M., Шарыгин В M. Численный анализ влияния коррозионных дефектов на прочность трубопроводов. // Проблемы машиностроения и надежности машин, 1999, №4 с. 55-58.

98. Шарыгин А М Применение метода конечных элементов к решению одномерных и двумерных задач механики твердого тела. // Учебное пособие / Ухтинский Индустриальный Институт. Ухта. -1989.

99. Романцов С. В., Александров Ю. В. Обеспечение надежности магистральных газопроводов // Научные проблемы нефтегазовой отрасли в Северо Западном регионе России: Науч. - техн. сб. в 4 ч. Ч. 3. Транспорт газа. - Ухта: Севернипигаз, 2005. - с. 178 -188.

100. Романцов С. В. Экспериментальные исследования и практические разработки по стеклопластиковым муфтам в ООО «Севергазпром» / НТС «Транспорт и подземное хранение газа». М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005. - № 5.

101. СТП 8828-155-99. Стандарт предприятия ООО «Севергазпром». Диагностика технического состояния и испытания трубопроводов. Методика проведения полигонных испытаний труб, вырезанных из действующих газопроводов. Введен 01. 01. 2000. Ухта: 1999.-49 с.

102. Шарыгин В. М., Максютин И В., Воронин В. Н., Романцов С. В. Ремонт газопроводов со стресс коррозионными трещинами // Газовая промышленность. - 2003. - № 9. -с. 52.

103. Романцов С. В., Князев Н, В., Шарыгин В. М. Экспериментальные исследования новых стеклопластиковых и стальных муфт для ремонта магистральных газопроводов// М-лы научно-техн. конф. 20-23.04.04 / Сб. науч. тр. УГТУ.-ч.1.-Ухта: 2005.-е. 173.

104. ТУ 2296-002-46774250-2003. Ремонтная стеклопластиковая муфта. Введ. 31 10 03 - Пермь. - 2003. - 9с.

105. СТП 8828-168-04. Методы ремонта дефектных участков газопроводов диаметром 1020-1420 мм стеклопластиковыми муфтами с резьбовой затяжкой. Технология установки, расчетное обоснование Введ 20.02.2004. - Ухта- ООО «Севергазпром», 2004. -с 29.

106. Руководство по проведению ресурсных испытаний труб, отремонтированных с применением муфтовых и сварочных технологий: Утв. нач. департамента ООО «Газпром» В. В. Будзуляк. 30.11.05. - М.:000 «Газпром», ООО «ВНИИГАЗ», 000»Севергазпром». -2005.-31с.