Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование технологии очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов

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

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов"

УДК 622.692.4

На правах рукописи

004616664 Макаров Степан Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ

НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-9 ДЕК 2010

Уфа 2010

004616664

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Куляшов Анатолий Павлович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Азметов Хасан Ахметзиевич

- кандидат технических наук Ращепкин Андрей Константинович

Ведущее предприятие - ОАО «Уралтранснефтепродукт»

Защита диссертации состоится 17 декабря 2010 г. в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУЛ «ИПТЭР».

Автореферат разослан 17 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

На территории Российской Федерации пролегает большое количество магистральных трубопроводов, общая длина которых составляет более 200 тыс. км. В настоящее время порядка 70 % трубопроводов эксплуатируются с защитными изоляционными покрытиями, у которых выработался гарантийный ресурс. Изоляционное покрытие с выработанным ресурсом не защищает трубопровод от коррозии. Коррозия приводит к аварийным ситуациям. Обеспечение бесперебойной работы транспортных магистралей является одной из первостепенных задач топливно-энергетического комплекса страны. Своевременное и качественное проведение капитального ремонта обеспечивает бесперебойную работу трубопроводной системы.

В результате исследований B.JI. Березина, К.Е. Ращепкина, А.Г. Гумерова, A.A. Майского, Н.Х. Халлыева, P.C. Гумерова, Х.А. Азметова, И.И. Велиюлина и других ученых созданы технологии и технические средства капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов (JI4 МТ).

Фактические объемы капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов существенно отстают от требуемых, а качество ремонта не обеспечивает прогнозируемый ресурс защитного покрытия, нанесенного на поверхность трубопровода. Поэтому вопросы, связанные с увеличением производительности и повышением качества работ по капитальному ремонту JI4 МТ, остаются на сегодня крайне важными. В условиях современной рыночной экономики нефтегазопроводные компании заинтересованы в повышении производительности и качества выполнения капитального ремонта JI4 МТ. Успешное решение этих вопросов позволит существенно увеличить объемы и качество ремонтных работ и сократить время, отведенное на ремонт участков магистральных трубопроводов (МТ), и тем самым повысить эффективность функционирования трубопроводных систем.

Задача увеличения годовых объемов ремонтных работ может быть решена за счёт увеличения и выравнивания скоростей выполнения отдельных технологических операций, составляющих капитальный ремонт JI4 МТ. В настоящее время сдерживающим технологическим процессом в части повышения производительности и качества выполняемых работ является очистка наружной поверхности ремонтируемого трубопровода от старого защитного изоляционного

покрытия и продуктов коррозии. Учитывая вышеизложенное, исследование и совершенствование технологии очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов является актуальной научной задачей.

Основные направления исследования определялись в соответствии с «Программой по ремонту изоляционных покрытий магистральных газопроводов на 2004-2010 г.» (утвержденной Правлением ОАО «Газпром» 20.08.2003 г.) и решением совета директоров ОАО «Газпром» «О мерах по повышению надежности функционирования газотранспортной системы ОАО "Газпром"» (утвержденным Советом директоров ОАО «Газпром» 21.07.2009 г.) в части подготовки «Программы комплексного капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов ОАО «Газпром» на 2011-2015 г.».

Цель работы - повышение производительности и качества очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов путём совершенствования технологии.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

• провести анализ методов, технологических схем, способов и средств, используемых при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов, определить пути повышения производительности и качества ремонтных работ;

• разработать методы оценки основных технологических параметров процесса удаления старого изоляционного покрытия с наружной поверхности труб при капитальном ремонте JI4 МТ;

• выполнить экспериментальные исследования удаления изоляционных покрытий с поверхности труб;

• разработать методы выбора рациональных параметров очистки поверхности труб при капитальном ремонте JI4 МТ.

Методы решения поставленных задач

В работе применены положения теории резания и методы математической статистики. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях на рабочих органах очистных машин. Результаты исследований обрабатывались с помощью стандартных программ для ПК, таких как MathCAD, MATLAB, COSMOSWORKS, EXCEL, Statistica 6.0.

На защиту выносятся:

1) аналитические зависимости, описывающие процесс взаимодействия резцового рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием при удалении покрытия с поверхности труб;

2) результаты экспериментальных исследований, взаимосвязи технологических и конструктивных параметров и режимов очистки наружной поверхности труб;

3) метод выбора рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ.

Научная новизна

1. Разработан метод оценки основных технологических параметров очистки наружной поверхности труб резцовым рабочим органом очистной машины, основанный на учете физико-механических свойств изоляционных покрытий, геометрических и кинематических параметров рабочих органов очистной машины.

2. Получены аналитические зависимости усилия резания, необходимого для удаления изоляционного покрытия с поверхности трубопровода, от свойств изоляционных покрытий, геометрических и кинематических параметров очистной машины.

3. Разработан научно обоснованный метод определения рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте действующих магистральных нефтегазопроводов.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что полученные аналитические зависимости позволяют выбрать рациональные технико-технологические параметры очистки и рациональные конструктивные параметры средств очистки, обеспечивающие повышение производительности и качества очистки, снижение энергозатрат. Результаты работы использованы при модернизации существующей очистной машины ПТ-НН1420ПС), которая используется в составе комплекса машин для проведения капитального ремонта действующих магистральных трубопроводов. Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре «Строительные и дорожные машины» НГТУ им. P.E. Алексеева, г. Н.Новгород.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы доложены на IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, 2006 г.); III Межвузовской научно-практической конферен-

ции преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов (г. Н.Новгород, 2006 г.); XIII Нижегородской сессии молодых ученых «Технические науки» (г. Н.Новгород, 2008 г.); Международной научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» (г. Н.Новгород, 2008 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных трудах, в том числе 1 в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 112 наименований, и четырех приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 12 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе приведены результаты анализа технологий капитального ремонта МТ. Рассмотрены существующие организационно-технологические схемы производства при капитальном ремонте ЛЧ МГ. Приведена оценка эффективности применения технологических схем капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов. Представлен анализ отечественного и зарубежного опыта капитального ремонта ЛЧ МТ, в результате которого определены преимущества и недостатки существующих технологий. Выявлены пути повышения производительности при капитальном ремонте ЛЧ МТ.

На примере работы ремонтной колонны по переизоляции линейной части МТ, оснащенной машинами ООО «Промтех-НН», было установлено, что сдерживающим фактором при проведении капитального ремонта ЛЧ МТ является неравномерность скоростей отдельных работ (рисунок 1). Фактическая скорость ремонтной колонны машин на сегодняшний день составляет в среднем 200...300 метров за 8-часовую смену. Из рисунка 1 следует, что скорость очистных машин имеет наименьшие значения.

На рисунке 2 представлена скорость движения комплекса машин при повышении производительности очистных машин, а также агрегата нагревательного. Фактическая скорость ремонтной колонны, оснащенной очистными машинами и агрегатом нагревательным, при повышении производительности составит 600 метров в смену.

Изоляционная

Грунтовочная

Агрегат нагревательный Очистка финишная Очистка предварительная

Подкопочная

□ Производительность машин за смену с технологическими остановками г Производительность машин за смену без остановок

Рисунок 1

Очистка

О 200 400 600 800 1000 120Й 1400 1600

1240

Расстоянием

□ Производительность машин за смену с технологическими остановками ЕЭ Производительность машин за смену без остановок

Рисунок 2 - Скорость движения комплекса машин при повышении

производительности отдельных машин без учета времени на обслуживание и технологические остановки за 8-часовую смену

-V-I-1-I-г1-1-1-1-г-1

О 200 400 боа ' 800 1000 1200 1400 1500

700

Расстояние, м

- Скорость движения комплекса машин без учета времени на обслуживание и технологические остановки за 8-часовую смену

Проведенный анализ позволил сделать вывод, что важной задачей из комплекса мер по повышению производительности колонны, используемой при выполнении капитального ремонта ЛЧ МТ, является повышение производительности очистки при соблюдении требований к качеству работ.

Поэтому необходимы исследование процесса очистки наружной поверхности труб от старого изоляционного покрытия, а также определение рациональных параметров технологии и средств очистки с целью повышения производительности и качества очистки трубопроводов и, соответственно, увеличения производительности комплекса машин при проведении капитального ремонта ЛЧ МТ.

Во второй главе представлен анализ методов и средств очистки поверхности МТ от старой изоляции и продуктов коррозии, а также пути их совершенствования.

На основе анализа отечественного и зарубежного опыта удаления старого изоляционного покрытия с поверхности магистрального трубопровода выявлены преимущества и недостатки существующих технологий и оборудования. Существуют рекомендации по совершенствованию оборудования и технологии удаления изоляционного покрытия. Однако на основе всестороннего анализа проблемы необходимо отметить, что процесс удаления старого изоляционного покрытия требует более глубокого изучения и дальнейшего совершенствования с учетом физико-механических свойств изоляционного покрытия, проявляющихся при его взаимодействии с рабочими органами очистных машин.

В главе приводятся данные о состоянии и техническом развитии машин, применяемых для удаления старого изоляционного покрытия при проведении капитального ремонта ЛЧ МТ. Установлено, что наиболее приемлемым способом при применении существующих технологий является механический способ удаления изоляционного покрытия резанием.

Специальная техника, применяемая для удаления изоляционного покрытия с магистральных трубопроводов, разнообразна по своим конструктивным решениям и технологическим возможностям.

Применяется методика определения параметров очистной машины для удаления изоляции при капитальном ремонте магистральных трубопроводов, основанная на экспериментальных исследованиях. Однако эта методика имеет ряд недостатков. К ним относятся: сложность определения связи между механическими характеристиками изоляционных покрытий и силами сопротивления

резанию, усилия прижатия резца к металлической поверхности трубопровода и др. Также было определено, что существующие очистные машины имеют общий недостаток - при резании различных изоляционных покрытий нет рациональных режимов работы очистных машин.

При анализе процесса очистки поверхности труб применяется выражение для определения сил резания в виде:

РРЕЗ=Р0+Рдеф+Р„, (1)

где РРЕЗ- общее сопротивление резанию, Н; Ра - постоянное сопротивление резанию, Н; Рдеф- сопротивление резанию от деформации стружки, Рдеф = каЪ, Н; Ру - сопротивление резанию от сообщения стружке скорости, Ру

Н; к, Б - коэффициенты; а, в - ширина и толщина отрезаемой стружки, м; Ур - скорость резания, м/с.

В уравнении (1) коэффициенты кие определяются эмпирически в зависимости от конструкции рабочих органов, свойств полимерных материалов и других факторов. Однако эмпирические коэффициенты, физический смысл которых неясен, не дают возможности использовать эту формулу для теоретического анализа процесса и определения условий оптимального резания. В связи с этим была поставлена задача получить математические зависимости для определения сил резания без эмпирических коэффициентов, основанные на прочностных и фрикционных свойствах материала, преодоление которых происходит в процессе очистки.

В третьей главе приведены результаты теоретических исследований процесса очистки наружной поверхности труб перед нанесением нового изоляционного защитного покрытия.

В ходе исследований был проведен анализ физико-механических свойств изоляционных покрытий действующих нефтегазопроводов. Установлено, что изоляционные покрытия на действующих трубопроводах из-за протекающих в них процессов старения становятся жесткими, что выражается в увеличении их модуля упругости и предела прочности. Такие изменения свойств покрытий приводят к изменениям сопротивления резанию. В связи с этим в данной работе виды изоляционных покрытий в зависимости от сопротивления резанию были условно разделены на 3 типа (таблица 1).

Исследования проведены с применением очистной машины ПТ-НН1420ПО производства ООО «Промтех-НН». При получении зависимостей, описывающих процесс взаимодействия рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием, были сделаны следующие допущения: физико-механические свойства изоляционных покрытий постоянные; вращение роторов с резцами равномерное; движение машины прямолинейное, равномерное и уравновешенное; виды изоляционных покрытий условно разделены на 3 типа; толщина покрытия принимается постоянной.

На рисунках 3 и 4 показаны схемы действия сил и реакций, возникающих в процессе взаимодействия резца с изоляционным покрытием.

Таблица 1 - Основные физико-механические свойства изоляционных покрытий

Тип изоляционного покрытия Физико-механические свойства изоляционного покрытия

предел прочности при разрыве а,МПа модуль упругости Е,МПа коэффициент трения / плотность, р,г/см3

1 тип 25 100 0,12 0,93

2 тип 50 1000 0,14 1,27

3 тип 75 4000 0,20 1,37

В главе приводится вывод аналитических выражений по определению математических зависимостей, позволяющих рассчитать основные параметры удаления изоляционного покрытия.

Рисунок 4 - Схема действия сил и реакций при отбрасывании стружки

Общее сопротивление резанию определяется из следующего выражения:

(2)

где е — расстояние, на которое распространяется временное сопротивление ег1р перед режущим инструментом, м; сгвр - временное сопротивление на растяжение срезаемого материала, Н/м2;1- толщина изоляции, м. Сопротивление от деформации (изгиба) стружки будет

Р =

ГДЕФ

1-Е-з1 • бш3 а • а

2-С2

—(зта + / -сова)

(3)

где Е - модуль упругости материала стружки, Н1м2-^- подача, м/об; а - угол резания, рад; С - длина передней части резца, м; / - коэффициент трения.

Усилие, необходимое для изгиба стружки резцом на угол, равный углу резания, зависит от физико-механических свойств срезаемого материала, в частности, от его модуля упругости; конструктивных параметров - угла резания и длины передней грани резца, а также технологического параметра - толщины стружки. Коэффициент трения срезаемого материала о резец на усилие изгиба

влияет незначительно.

Сопротивление из-за сообщения стружке скорости определяется по формуле

Рг=/• -л-соза-Бта-а,

(4)

где Ур - скорость резания, м/с; р - удельная плотность материала, кг/м3.

Сопротивление Рг зависит от физико-механических свойств срезаемого материала - коэффициента трения о переднюю грань резца и его плотности; скорости резания, угла резания, а также технологических параметров. Наибольшее влияние на усилие оказывает скорость резания.

Таким образом, описание параметров рабочего органа очистной машины описывается системой уравнений:

2-к-п „ »

V.. ---Я, о = ^-эта;

рез. 1000

+ /• /з-Лк*•¿•соза-вта-а; (5)

/•£•5'-Бта-а/. , ч -—-(8ша + /-сова)

1000

где со - угловая скорость вращения ротора, рад/с; Л - радиус трубопровода, м; п - число резцов, одновременно участвующих в резании, шт.; г - передаточное число от вала привода к ротору, Ррп - единичная сила резания одного резца, Н; Рг - суммарная сила резания на роторе, Н; М^ - крутящий момент, Н-м; N ре1-мощность резания, Вт.

Полученные с использованием системы уравнений (5) результаты представлены на рисунке 5.

Из данных графиков видно, что с увеличением температуры изоляционного покрытия и увеличением скорости подачи суммарное усилие резания возрастает, и для разных типов изоляционного покрытия - по-разному. Скорость резания также значительно влияет на изменение усилия резания.

Так как величина угловой скорости вращения ротора рабочего органа очистной машины постоянна, то зависимости крутящего момента и мощности резания от температуры изоляционного покрытия, подачи, угла резания, ширины резцов будут носить одинаковый характер с зависимостями суммарной силы резания.

£

.20 г

15 10 5

✓

/

ф I

J Г '

; - I' >

Г" - Г

. ч . 4 I- - ■ <

0,020 0,025 О.ОЭО 0,035 0,040 0,04

Б, м/об

1 тип изоляционного покрытия • ■•.2 тип изоляционного покрытия —4 3 тип изоляционного покрытия

ш й

30,00 40,00 &0.00 БОЛО 70,00 00,00

Угол резания, град

тип изоляционного покрытия - 2 тип изоляционного покрытия -А -3 тип изоляционного покрытия

ш

/ у

✓

* .1 I' 1

Г* .1 Г " ^ .1 г'

Г " ^ i . -1 ! г ' Г *

(3-

0,74

I гт 3.73. 4,4« 5.21 М5 6.65

Скорость резания, м/с

тип изоляционного покрытия -■- 2 тип изоляционного покрытия -* -3 тип изоляционного покрытия

* г *

✓ -1

4 1 *

J г'

г" ' . 1 г'

1 1 - ■ -1 г - -1 1- - . 1 1- ■ . 1 1"'

£

Температура, °С

-•-1 тип изоляционного покрытия •я- 2 тип изоляционного покрытия -3 тип изоляционного покрытия

Рисунок 5 — Зависимости суммарного усилия резания от различных параметров

Четвертая глава работы посвящена экспериментальным исследованиям. Основной объём экспериментальных исследований проводился на очистной машине ПТ-НН1420Г10 (рисунок 6) и на установке стационарной очистки трубопроводов ПТ-НН1420УОТ (рисунок 7).

Рисунок 6 - Машина очистная Рисунок 7 - Установка стационарной

ПТ-НН1420ГЮ очистки ПТ-НН1420УОТ

Целью экспериментальных исследований было как подтверждение результатов, полученных в результате теоретического исследования, так и определение влияния конструктивных особенностей рабочих органов на процесс удаления изоляционного покрытия с поверхности магистральных трубопроводов. Эксперименты проводились непосредственно на измерительных стендах и на трассах магистральных трубопроводов в различных климатических условиях.

На рисунках 8 и 9 показаны места установки датчиков во время проведения экспериментов.

1 - прибор ЦЦ9903; 2 - прибор ЦЦ9903; 3 - Рго1ек 307 Рисунок 8 - Места установки датчиков на очистной машине ПТ-НН1420ПС)

7

1 - прибор ЦЦ9903; 2 - прибор ЦЦ9903; 3 - Protek 307; 4 - преобразователи частоты ABB

Рисунок 9 - Места установки датчиков на установке стационарной очистки ПТ-НН1420УОТ

При испытаниях замерялись величины действующей нагрузки на рабочий орган очистной машины (замеры силы тока на электродвигателях привода рабочего органа токоизмерительными клещами РгсЛек). Через силу тока определялась величина крутящего момента на рабочем органе машины:

I -60-т-и -со5(р-Г1

Мкр=---.-, (6)

2-л-п

где т - число фаз; I - ток фазы двигателя; и - напряжение фазы; соб^ - коэффициент мощности электродвигателя; т) - к.п.д. электродвигателя; п - частота вращения ротора электродвигателя, об/мин.

Через крутящий момент определялась суммарная сила резания на рабочем органе.

Для экспериментальной проверки и уточнения теоретических зависимостей и определения значимости факторов, входящих в зависимости, был выполнен регрессионный анализ. Описание части поверхности отклика математической моделью для многофакторного эксперимента осуществлялось с помощью полинома второго порядка. Параметром отклика являлась сила резания изоляционного покрытия, в качестве независимых варьируемых факторов были приняты: Х[ - подача; х2 - скорость резания; х3 - температура покрытия. Анализ

проводился для трех типов изоляционных покрытий. Получены следующие уравнения регрессии:

• для 1-ого типа изоляционного покрытия: Ррез= 7,19498882 -

- 1,1087520*х, + 0,085385542* ххл2 + 0,045978186* х2Л2 + 0,042856950* х3 --0,00094638Е-3*х3л2;

• для 2-ого типа изоляционного покрытия: Ррез = 2,02196367- 0,88110359*х, +0,103434197* Х1Л2+0,004040748* х2 + 0,108348097* х2л2 +

+ 0,036853124* х3 - 0,00116874* х3 л2; (7)

• для 3-его типа изоляционного покрытия: Рри = 14,2352829 --2,4353618*х, + 0,184189781* Х1Л2 - 0,88633483* х2+ 0,197266043*х2л2 + + 0,130243295* х3.

На рисунках 10-12 представлены регрессионные зависимости от различных факторов для 2-ого типа изоляционного покрытия, полученные с использованием программы 81ай8йса 6.0.

Рисунок 10 - Регрессионные зависимости силы резания от факторов

Наблюдаэмдо значения

Рисунок 11 - Наблюдаемые и предсказанные значения силы резания

10 15 20 25 X <= Граница категории

Рисунок 12 - Гистограмма предсказанных значений силы резания

В результате экспериментального исследования были получены зависимости мощностей резания изоляционных покрытий от различных параметров (рисунок 13).

X

m 500

S S

300'

I

S1

Q.

2000 1800

s **

1200

ф

' * . *

600 • *

400 200 0

-35,00000 -30.00000 >20,00000 -10,00000 0.00000 10,00000 20,00000 30,00000 40,00000 45,00000

Температура, °С

-1 ТИП ИЗОЛЯЦИОННОГО покрытия

- ■ -2 тип изоляционного покрытия —Зтип изоляционного покрытия

Угол резания, град

_1 тип изоляционного покрытия

—2 тип изоляционного покрытия —3 тип изоляционного покрытия

s

I*

7000

/

«

S S

s y' >

s* s ' ф , '

S

X

s s 5 о.

1600

_

0.01S 0.020

0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0.0S0

Подача, м/об

— 1 тип изоляционного покрытия —2 тип изоляционного покрытия

— 3 тип изоляционного покрытия

0,74301 1,48721 2.23082 &97443 3,71603 4.48184 120825 ДОМ) 6,8924« 7.43607

Скорость резания, м/с

— 1 тип изоляционного покрытия —2 тип изоляционного покрытия —3 тип изоляционного покрытия

Рисунок 13 - Экспериментальные зависимости мощности резания от различных параметров

Сравнение полученных экспериментальных данных параметров резания с теоретическими показали их хорошую сходимость, что показывает соответствие принятых в теоретических исследованиях расчетных схем и положений фактическому процессу. Проведена проверка достоверности экспериментальных данных на воспроизводимость и адекватность математической модели по различным критериям. В ходе проверки установлена достоверность результатов, а относительная погрешность в зависимости от исследуемых параметров составила от 11 % до 15 %.

Так как рабочий орган очистной машины является многорезцовым инструментом, общее усилие резания складывается из отдельных усилий, действующих на каждом резце. Для определения рациональной конструкции расстановки резцов на роторе проведено экспериментальное исследование. В процессе исследования рассмотрены четыре варианта расстановки резцов на роторе (рисунок 14).

1 И7ТТТТТ з ГТТТТГ) I б N 7 I I 8 I 1ТТТ1оТТГГ|~ПГП Расстановка резцов по одной линии

п m 2 j ггттт"! 17~п 8 1 ттб I и 11 1 i m i~61 i w i Tim

Расстановка резцов по двум линиям со смещением через 2 резца

ггп m i 5~!-m i 9i i in-1

I ill j 4 j I 6"i i Fi ТТсП 11211

Расстановка резцов по двум линням со смещением через 1 резец

ГГП 11 ! ГП I iol I

4 t~2~T TT"i ПП 1 TIT" I

Гз~1 Гб"! i~9""i lian

Расстановка резцов по трем лнншш со смещением через 1 резец

Рисунок 14 - Варианты расстановки резцов на роторе

Установлено, что на переднем роторе, который выполняет черновую очистку, необходимо устанавливать резцы по двум линиям со смещением через один резец, а на заднем роторе, выполняющем чистовую очистку, необходимо устанавливать резцы в одну линию.

В пятой главе изложена методика выбора рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте магистральных нефтегазопроводов.

Методика разработана с учетом результатов исследований, выполненных в предыдущих главах, с целью повышения производительности и качества очистки.

Методика основана на определении сил, действующих на рабочий орган очистной машины со стороны изоляционного покрытия, и оценке влияния на эти силы переменных данных, к которым относятся: скорость перемещения машины и конструктивные параметры рабочего органа.

На основании вышеприведенных расчётов и выполнения условия недопущения повреждения металлической поверхности трубопровода выбираются рациональные параметры очистки, включая рациональные параметры очистной машины.

На рисунке 15 представлена методика выбора рациональных параметров очистной машины ПТ-НН ПО.

ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

ПАРАМЕТРЫ МАШИНЫ:

скорость вращения роторов скорость движения машины конструкция рабочих органов

ТИП ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ:

физико-механические свойства изоляционного покрытия

ПАРАМЕТРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ:

РАСЧЁТ:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ РЕЗАНИЯ: Г-,,-я. . !■

СУММАРНАЯ СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА РОТОР СО СТОРОНЫ ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ:

МОЩНОСТЬ:

ИЗМЕНЕНИЕ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ:

скорость вращения роторов скорость движения машины конструкция рабочих органов

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ:

ВЫБОР основных

ПАРАМЕТРОВ ОЧИСТНОЙ МАШИНЫ:

скорость вращения роторов скорость движения машины конструкция рабочих органов

ПРОВЕДЕНИЕ ТЯГОВОГО РАСЧЕТА

-н«—'

Рисунок 15 - Методика выбора рациональных параметров очистной машины

Опираясь на методику, был выполнен кинематический анализ механизма прижатия резца на очистной машине ПТ-НН ПО, представленный на рисунках 16 и 17. Новый рычажный механизм обеспечивает более равномерную силу прижатия резца к поверхности трубопровода и при отклонении формы поперечного сечения трубы от круговой, обеспечивая тем самым качественную очистку.

- - 700 --

--** 1 - ......

.... -- 1 ! / /Г !

1 400 1 -

Л- -

! 1

200 ИО 100 --- - ----

- _ — —1..... .... _ - - —

! 1 1 1 —\— —1—

-11 -16 -14 -12 -10 -8 -« -4 -2 0 2 4 6 I 10 12 14 1« К

Рисунок 16 — Анализ базового механизма прижатия резца

-4-

I

-<10Л1

' 1 : -»?иЯ I I ! о:.

тт-''

-I- ! yi.lt ■

ММ

ттн

I М !

:• •• -

-н

ас

Рисунок 17 - Анализ нового механизма прижатия резца

Важным фактором, влияющим на производительность и качество очистки, являются стабильность процесса резания и предотвращение проскальзывания машины по трубопроводу. Для выполнения этого условия сила сцепления

колес очистной машины с трубопроводом Рсц должна быть не меньше усилия, необходимого для резания изоляционного покрытия РРЕ3. Уменьшение силы резания предотвращает проскальзывание машины, что ведет к повышению производительности и качества очистки.

Одним из основных условий выбора рациональных конструктивных параметров рабочего органа очистной машины является минимальная энергоемкость. С учетом допустимого максимального давления резца, при котором металлическая поверхность трубопровода не повреждается, установлена сила прижатия резца к поверхности трубопровода.

Установлено, что рациональным углом резания является угол 75.. .80 град.

Выполнена оценка экономической эффективности совершенствования технологий капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов различных диаметров. Экономический эффект определен за счет сокращения продолжительности выполнения ремонтных работ, которое достигается применением разработанных нами рациональных параметров очистки. В среднем уменьшение стоимости капитального ремонта на один километр отремонтированного трубопровода составляет 15 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе анализа технологий выполнения работ при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов выявлены и обоснованы ■ пути их совершенствования.

Выявлено, что основными направлениями совершенствования технологий капитального ремонта на современном этапе его развития является повышение производительности и качества выполнения работ. Повышение производительности при выполнении работ может быть достигнуто за счет увеличения и выравнивания скоростей выполнения отдельных технологических операций при производстве капитального ремонта. В настоящее время сдерживающим фактором технологического процесса в части повышения производительности и качества выполнения работ является очистка наружной поверхности ремонтируемого трубопровода от старого изоляционного покрытия. В связи с этим показана необходимость исследований процесса очистки наружной поверхно-

сти трубопровода от изоляционного покрытия и разработки мер по повышению производительности и качества очистки.

2. В результате исследований получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать основные параметры процесса удаления старого изоляционного покрытия с поверхности труб магистральных трубопроводов.

3. Разработана методика выбора рациональных параметров очистки, учитывающая физико-механические свойства покрытия, состояние наружной поверхности труб, формы поперечного и продольного сечения и температуру окружающей среды.

4. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные технологические и конструктивные параметры средств очистки, обеспечивающие повышение производительности и качества очистки в условиях минимизации энергозатрат. Установлено, что применение оптимальных позволяет повысить производительность очистки трубопровода на 30 % при обеспечении нормативного уровня качества очистки по всей поверхности труб и снизить энергоемкость удаления изоляционного покрытия на 10 % ... 12 %.

5. Для повышения производительности ремонтно-строительной колонны по производству капитального ремонта ЛЧ МТ в первую очередь необходимо увеличить скорость очистки наружной поверхности трубопровода от старого изоляционного защитного покрытия.

6. Наиболее рациональным методом очистки трубопроводов от старой изоляции, обеспечивающим повышение производительности и качества ремонтных работ, является очистка с применением очистных машин с резцовыми и щеточными рабочими органами. Наиболее высокая степень очистки трубопроводов перед нанесением нового изоляционного покрытия достигается при применении резцовых очистных машин совместно с методами гидроструйной и дробеструйной очистки.

7. Рекомендации по выбору рациональных параметров резцового рабочего органа очистной машины для удаления старой изоляции с поверхности трубопровода:

• величина подачи должна выбираться максимальной для каждого вида покрытия, верхний предел которой регламентируется загруженностью электродвигателя привода ротора;

• величина оптимального значения прижатия резцов к металлической поверхности трубопровода должна быть постоянной и равной 400 Н, конструкция узла прижатия резцов должна обеспечивать постоянное усилие поджатая;

• рациональная расстановка резцов на переднем роторе - это расстановка по двум линиям со смещением через 1 резец;

• машины должны оснащаться программируемыми контроллерами на базе автоматических систем управления, следящими за параметрами работы машины при выполнении определенных задач с анализом входящей информации (температуры, типа покрытия, скорости и др.) и выбором оптимального режима работы.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих научных трудах:

1. Куляшов А.П., Макаров С.С. Энергетические параметры удаления изоляции с поверхности магистральных нефте- и газопроводов методом резания // НТЖ «Управление качеством в нефтегазовом комплексе». - М., 2010. - № 2. -С. 58-60.

2. Куляшов А.П., Макаров С.С. Современные технологические схемы размещения оборудования при капитальном ремонте протяженных участков магистральных трубопроводов // Сб. тр. Ш Межвузовск. научн.-практ. конф. преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов. -Н.Новгород: ВГИПУ, 2006. - С. 261-262.

3. Куляшов А.П., Макаров С.С. Подготовка поверхностей газо- и нефтепроводов перед нанесением новой изоляции // Матер. Междунар. научн.-техн. конф., посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины».

- Н-Новгород: НГТУ, 2008. - С. 32-35.

4. Куляшов А.П., Макаров С.С., Вершинин А.В. Обеспечение безопасной эксплуатации сети подземных трубопроводов // Матер. Междунар. научн.-техн. конф., посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины».

- Н-Новгород: НГТУ, 2008. - С. 30-32.

5. Куляшов А.П., Макаров С.С., Вершинин А.В. Современное состояние защиты нефтегазотрубопроводов от коррозии полимерными покрытиями // Матер. Междунар. научн.-техн. конф., посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины». - Н.Новгород: НГТУ, 2008. - С. 41-43.

6. Макаров С.С., Куляшов А.П., Вершинин A.B. Определение оптимальных параметров машин для очистки нефте- и газопроводов II Матер. Междунар. научн.-техн. конф., посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины». - Н.Новгород: НГТУ, 2008.-С. 55-58.

7. Макаров С.С., Куляшов А.П., Вершинин A.B. Техническое состояние линейной части магистральных газопроводов и основные факторы, влияющие на него // Сб. тр. III Межвузовск. научн.-практ. конф. преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов. - Н.Новгород: ВГИПУ, 2006. -С. 260-261.

8. Макаров С.С., Куляшов А.П., Вершинин A.B. Влияние влажности на образование ядра-уплотнения грунта при действии фрезерного рабочего органа // Матер. Междунар. научн.-техн. конф., посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины». - Н.Новгород: hl "ГУ, 2008.- С. 81-83.

9. Макаров С.С., Куляшов А.П., Вершинин A.B. Методика определения величины усилия на рабочем органе с учётом его колебаний относительно базовой машины // НТЖ Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова «Транспортно-технологические машины и комплексы». - М., Н.Новгород, 2008. -Т. 21.-С. 41.

10. Макаров С.С., Куляшов А.П., Корытов В.А., Тютьнев A.M. Причины повреждения и способы ремонта магистральных трубопроводов // НТЖ Академии инженерных наук им. A.M. Прохорова «Транспортно-технологические машины и комплексы». - М., Н.Новгород, 2008. - Т. 21. - С. 92.

11. Макаров С.С., Левшунов JI.C., Маликов О.Ю., Петровский А.М. Усилие на рабочем органе и его влияние на качество удаления с очищаемой поверхности // НТЖ Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова «Транспортно-технологические машины и комплексы». - М., Н.Новгород, 2008. -Т. 21.-С. 98.

12. Макаров С.С. Концепция финишной подготовки поверхности магистральных нефте- и газопроводов к переизоляции // Технические науки. Тез. докл. XIII Нижегородской сессии молодых ученых. - Н.Новгород: ЩТУ, 2008. -С. 50-53.

13. Макаров С.С., Куляшов А.П., Вершинин A.B. Совершенствование технологий и оборудования для замены покрытий при капитальном ремонте магистральных трубопроводов // Сб. тр. III Межвузовск. научн.-практ. конф.

преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов. -Н.Новгород: ВГИПУ, 2006. - С. 259-260.

14. Черняевский М.В, Макаров С.С. Оценка эффективности очистки поверхностей трубопроводов специальным рабочим органом ударного действия // Будущее технической науки. Тез. докл. IV Междунар. молодежи, научн.-техн. конф. - НЛовгород: НГТУ, 2008. - С. 133.

Фонд содействия развитию научных исследований Подписано к печати 10.11.2010 г. Бумага писчая. Заказ № 422. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУЛ «ИПТЭР», 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Макаров, Степан Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ КАПИТАЛЬНОГО

РЕМОНТА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 1 о

1.1 Анализ технического состояния и аварийности магистральных трубопроводов

1.2 Существующие методы ремонта магистральных трубопроводов

1.3 Организационно-технологические схемы производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов

1.4 Оценка эффективности применения технологических схем капитального ремонта на примере магистрального газопровода

1.5 Отечественный опыт капитального ремонта

1.6 Анализ зарубежного опыта капитального ремонта магистральных трубопроводов

1.7 Пути повышения производительности капитального ремонта магистральных трубопроводов на примере ОАО "Газпром" 32 Выводы по главе

ГЛАВА 2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЧИСТКИ

ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СТАРОЙ ИЗОЛЯЦИИ И

ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

2.1 Требования к подготовке поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия

2.2 Методы подготовки поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия

2.3 Технические средства и способы очистки наружной поверхности трубопроводов

2.4 Анализ методов расчета процесса резания полимерных материалов резцовым рабочим органом

2.5 Пути совершенствования методов и средств подготовки поверхности труб магистральных

Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИОННОГО ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ

3.1 Классификация изоляционных покрытий и их физико-механические свойства

3.2 Моделирование процесса удаления старого изоляционного покрытия резцовым рабочим органом очистной машины

3.2.1 Кинематика процесса резания изоляционного покрытия

3.2.2 Анализ процесса резания изоляционного покрытия

3.2.2.1 Определение усилия, необходимого на отделение стружки от обшей массы изоляционного покрытия

3.2.2.2 Определение усилия изгиба отрезаемой стружки

3.2.2.3 Определение усилия отбрасывания стружки

3.2.3 Математическая модель взаимодействия рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием

Выводы по главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ОТ СТАРОГО ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ

4.1 Цель экспериментального исследования

4.2 Технические средства, использованные при экспериментальном исследовании

4.3 Методика проведения испытаний 93 4.3.1 Программа испытаний

4.3.2 Измеряемые величины и места установки датчиков

4.3.3 Комплекс подготовительных мер на месте проведения испытаний

4.3.4 Методика планирования и обработка результатов экспериментов

4.4 Результаты экспериментального исследования

Выводы по главе

ГЛАВА 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ |

НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ 106 (

5.1 Общая методика выбора рациональных параметров

5.2 Выбор рациональных конструктивных параметров рабочего органа очистных машин и режимов очистки поверхности труб

5.3 Рациональные параметры, обеспечивающие повышение качества очистки

5.3.1 Расчет рациональных режимов прижатия резца очистной машины к поверхности трубы

5.3.2 Исследование, реконструкция крепления резца механизма

5.4 Оценка экономической эффективности совершенствования технологии очистки наружной поверхности трубопроводов при капитальном ремонте 120 Выводы по главе 5 122 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 122 ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование технологии очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов"

На территории Российской Федерации пролегает большое количество магистральных трубопроводов, общая длина которых составляет более 200 тыс. км.

Порядка 70% трубопроводов в России эксплуатируются с изоляционными покрытиями, у которых выработался гарантийный ресурс.

Изоляционное покрытие с выработанным гарантийным ресурсом не защищает трубопровод от коррозии. Магистральные трубопроводы (МТ) под действием коррозии разрушаются, что приводит к аварийным ситуациям. Обеспечение бесперебойной работы транспортных магистралей является одной из первостепенных задач топливно-энергетического комплекса страны. Эффективным методом предупреждения аварий на магистральных трубопроводах является проведение своевременного капитального ремонта с заменой изоляционного покрытия.

В условиях современной рыночной экономики фирмы нефтегазовой промышленности заинтересованы в уменьшении продолжительности выполнения ремонтных работ при, капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧ МТ).

Вопросы, связанные с совершенствованием организации производства и увеличением производительности работ по переизоляции ЛЧ МТ, являются на сегодня крайне важными.

Успешное решение этих вопросов позволит существенно увеличить объемы и качество ремонтных работ по переизоляции ЛЧ МТ и сократить время, отведенное на ремонт участков МТ.

Объемы производства работ по переизоляции МТ за последние несколько лет остаются на одном примерно уровне - 2000 км в год, а необходимый объем значительно больше.

Задача увеличения годовых объемов и качества ремонтных работ может быть решена за счёт увеличения и выравнивания линейных скоростей отдельных машин, работающих в комплексе при производстве капитального ремонта ЛЧ МТ, а так же повышения качества выполнения или функциональных назначений.

При капитальном ремонте подземных магистральных трубопроводов выполняются следующие основные виды работ:

• земляные работы - вскрытие трубопровода и удаление грунта из-под трубопровода;

• очистка наружной поверхности трубопровода от старой изоляции и продуктов коррозии;

• осушка и нагрев трубопровода перед нанесением изоляционного покрытия (при необходимости);

• нанесение грунтовки на наружную поверхность трубопровода;

• нанесение изоляционного материала на поверхность трубопровода.

В настоящее время технологическим процессом, сдерживающим скорость колонны при проведении комплекса работ по капитальному ремонту, является очистка. При процессе удаления изоляционного покрытия с поверхности МТ тип изоляционного покрытия и температура окружающей среды оказывают существенное влияние на определение оптимальных режимов очистки.

Учитывая вышеизложенное, исследование процессов очистки наружной поверхности трубопроводов и разработка методов выбора рациональных параметров очистки с целью повышения их производительности и качества, и соответственно повышения производительности и качества всего комплекса работ при производстве капитального ремонта ЛЧ МТ является актуальной научной задачей.

Основные направления исследования определялись в соответствии с программой "Программа по ремонту изоляционных покрытий магистральных газопроводов на 2004-20Юг." (утвержденная председателем правления ОАО «Газпром» А.Б.Миллером 20.08.2003г.) и с решением совета директоров ОАО "Газпром" "О мерах по повышению надежности функционирования газотранспортной системы ОАО'Тазпром" (утвержденная председателем совета директоров ОАО «Газпром» В.А.Зубковым 21.07.2009г. ) в части подготовки программы "Программа комплексного капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов ОАО „Газпром" на 2011-2015 г."

Цель работы - повышение производительности и качества очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов на основе развития технологических её параметров.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

• анализ методов, технологических схем, способов и средств, используемых при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов, определение путей повышения производительности и качества ремонтных работ;

• разработка методов оценки основных технологических параметров процесса удаления старого изоляционного покрытия с наружной поверхности труб при капитальном ремонте JI4 МТ;

• выполнение экспериментальных исследований удаления изоляционных покрытий с поверхности труб;

• разработка метода выбора рациональных параметров очистки поверхности труб при капитальном ремонте JI4 МТ.

Методы решения поставленных задач

В работе применены положения теории резания и методы математической статистики. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях на рабочих органах очистных машин. Результаты исследований обрабатывались с помощью стандартных программ для ПК, таких как MathCAD, MATLAB, COSMOSWORKS, EXCEL, Statistica 6.0.

На защиту выносятся:

1) аналитические зависимости, описывающие процесс взаимодействия резцового рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием при удалении покрытия с поверхности труб;

2) результаты экспериментальных исследований, взаимосвязи параметров и режимов очистки наружной поверхности труб;

3) метод выбора рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ.

Научная новизна

1. Разработан метод оценки основных технологических параметров очистки наружной поверхности труб резцовым рабочим органом очистной машин основанного на учете физико-механических свойств изоляционных покрытий, геометрических и кинематических параметров рабочих органов очистной машины.

2. Получены аналитические зависимости усилия резания, необходимого для удаления изоляционного покрытия с поверхности трубопровода от свойств изоляционного покрытия, геометрических и кинематических параметров очистной машины.

3. Разработан научно-обоснованный метод определения рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте действующих магистральных нефтегазопроводов.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что полученные аналитические зависимости позволяют выбрать рациональные технико-технологические параметры очистки и рациональные конструктивные параметры средств очистки, обеспечивающие повышение производительности и качества очистки, снижение энергозатрат. Результаты работы использованы при модернизации существующей очистной машины ПТ-НН1420ПС), которая используется в составе комплекса машин для проведения капитального ремонта действующих магистральных трубопроводов. Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре "Строительные и дорожные машины" НГТУ им. Р.Е.Алексеева, г. Н.Новгород.

Основные положения и результаты работы доложены на IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», проходившей в 2006 году в г. Н.Новгороде; на III

Межвузовской научно-практической конференции преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов, проходившей в 2006 году в г. Н. Новгороде; на XIII Нижегородской сессии молодых ученых "Технические науки", проходившей в 2008 году в г. Н. Новгороде; на Международной научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры "Строительные и дорожные машины, проходившей в 2008 году в г. Н. Новгороде.

Основные результаты работы опубликованы в 14 печатных работах.

В диссертационной работе использованы проектно-конструкторские разработки, выполненные в различных подразделениях Нижегородского государственного технического университета - НИЛ "Специальных строительных и дорожных машин", г.Нижний Новгород и на кафедре "Строительных и дорожных машин" НГТУ им. P.E. Алексеева, а также в сторонних организаций - ООО «Промтех-НН», ООО «Магистраль».

Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору Халлыеву Назару Халлыевичу, к.т.н. Тютьневу Анатолию Михайловичу за ценные советы и замечания по содержанию диссертации.

10

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Макаров, Степан Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов выявлены и обоснованы пути совершенствования технологии выполнения работ по капитальному ремонту.

Выявлено, что основными направлениями совершенствования технологии капитального ремонта на современном этапе его развития являются повышение производительности и качества выполнения, работ. Повышение производительности выполнения работ могут быть решены за счет увеличения и выравнивания скоростей выполнения отдельных технологических операций при производстве капитального ремонта. В настоящее время сдерживающим технологическим процессом в части повышения производительности и качества выполнения работ является очистка наружной поверхности ремонтируемого трубопровода от старого изоляционного- покрытия. В связи с этим показана необходимость исследований процесса очистки наружной поверхности трубопровода от изоляционного покрытия и разработки мер по повышению производительности и качества-очистки.

2. В результате исследований получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать основные параметры- процесса удаления старого изоляционного*покрытия/с поверхности труб магистральных трубопроводов.

3. Разработана методика выбора рациональных параметров- очистки, учитывающая- физико-механические свойства покрытия; состояние наружной поверхности труб и его формы поперечного сечения, и температуру окружающей среды.

4. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные технологические параметры и конструктивные параметры средств очистки, обеспечивающие повышение производительности и качества очистки в условиях минимизации энергозатрат. Установлено, что применение рациональных параметров позволяет повысить производительность очистки трубопровода на 30% при обеспечении нормативного уровня- качества очистки по всей поверхности труб и снизить энергоемкость удаления изоляционного покрытия на 10-12%.

ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

1. Для повышения производительности ремонтно-строительной колонны по производству капитального ремонта ЛЧ МТ в первую очередь необходимо увеличить производительность очистки наружной поверхности трубопровода от старого изоляционного защитного покрытия.

2. Наиболее рациональным методом очистки трубопроводов от старой изоляции, обеспечивающим повышение производительности и качества ремонтных работ, является очистка с применением очистных машин с резцовыми- и щеточными рабочими органами. Наиболее высокая степень очистки трубопроводов перед нанесением нового изоляционного покрытия достигается при применении резцовых очистных машин совместно с методами гидроструйной и дробеструйной очистки.

3. Рекомендации по выбору рациональных параметров резцового рабочего органа очистной машины, для удаления старой изоляции с поверхности трубопровода:

• величина подачи должна выбираться максимальной для каждого вида покрытия, верхний предел которой регламентируется загруженностью электродвигателя привода ротора;

• величина оптимального значения прижатия резцов к металлической поверхности трубопровода должна быть постоянной и равной 400Н. Конструкция узла прижатия резцов должна обеспечивать постоянное усилие поджатая;

• рациональная расстановка резцов на переднем роторе является расстановка по двум линиям со смещением через 1 резец;

• машины должны оснащаться системами автоматического управления на базе программируемых контроллеров, обеспечивающих параметры работы машины при выполнении определенных задач с анализом входящей информации (температура, тип покрытия, скорость и др.) и выбором оптимального режима работы.

125

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Макаров, Степан Сергеевич, Уфа

1. В08В9/02. "Ротор устройства для очистки наружной поверхности трубопровода".

2. Авторское свидетельство СССР № (11)980870. В08ВЗ/12. "Установка для ультразвуковой очистки труб".

3. Азметов Х.А., Гумеров А.Г., Гумеров P.C., Журавлев Г.В., Матлашов И.А. Ремонт магистральных трубопроводов в зимних условиях // Новые технологии и материалы для строительства и ремонта трубопроводов. Тез. докл. сем. Европейской комиссии. Тюмень, 2003.

4. Афанасьев В.А., Афанасьев A.B., Поточная организация работ в строительстве.-Л.: Стройиздат, 2000. 152 с.

5. Березин В.Л., Шутов В.Е. Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов. М.: Недра, 1973. - 200 с.

6. Березин В. Л., Ращепкин К.Е., Телегин Л.Г., Халлыев Н.Х. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1978.-364 с.

7. Борисов Б.И. Изоляционные работы при строительстве магистральных трубопроводов. Справочник рабочего. М.: Недра, 1990. -223 с.

8. Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. М.: Недра, 1973. -304 с

9. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. М.: Недра, 1982.-384 с.

10. Будзуляк Б.В. Проблемы и задачи ОАО «Газпром» по обеспечению эффективной противокоррозионной защиты объектов отрасли // Разработка и защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Матер, совет. -М.: ИРЦ «Газпром», 1997.

11. Будзуляк Б.В., Салюков В.В., Харионовский В.В. Продление ресурса магистральных газопроводов// Газовая промышленность. 2002. №7.

12. Будзуляк Б.В., Губанюк И.И., Салюков В.В., Велиюлин И.И.

13. Концепция ремонта линейной части МГ //Газовая промышленность. 2003. .№8.

14. Будзуляк Б.В., Дедешко В.Н., Салюков В.В., Нагорнов K.M., Велиюлин И.И., Решетников А.Д., Петров H.A. Формирование концепции ремонта линейной части магистральных газопроводов ОАО"Газпром"//НТС: "Ремонт трубопроводов".- М., 1999. №1-2.

15. Будзуляк Б.В., Халлыев Н.Х., Селиверстов В.Г., Самохов В.В., Парфенов А.И., Куприна Н.Д., Алексашин СП. Новые подходы, к планированию ремонта и диагностики магистральных трубопроводов. М.: ИРЦ «Газпром», 1999i -66с.

16. Будзуляк Б.В., Халлыев Н.Х., Тютьнев A.M., Велиюлин И.И., Спирин в:А. Комплексная механизация капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов. М.: Недра, 2004.

17. Вилиюлин И.И., Решетников АД., Тимофеев АЛ., Тухбатуллин Ф.Г. -Анализ эффективности диагностики при оптимизации ремонта магистральных газопроводов. М.: ИРЦ Газпром, 2001.

18. Воронин В.Н., Халлыев Н.Х., Тютьнев A.M. Современные решения по повышению эффективности ремонта газопроводов//Газовая промышленность. 2004. -№10.- с.56-581

19. ВСН 008-88 "Строительства магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозионная и тепловая изоляция",М., 1988.

20. Вторушин М.А. Применение комплекса машин для» ремонта изоляционных покрытий линейной части магистральных газопроводов // Техническое обслуживание и ремонт газопроводов: Матер? засед. секц. НТС ОАО «Газпром». Волгоград: ИРЦ «Газпром», 2002.

21. Галлеев В.Б. , Карпачев М.З., Харламенко В.И. Магистральные нефтепродуктопроводы.- М.: Недра, 1992.-240 с.

22. ГОСТ Р 51164-98 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии". — М.: Изд-во стандартов, 1998/

23. ГОСТ 25812-83 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии". —М.: Изд-во стандартов, 1983/

24. Груздев АЛ., Тютьнев A.M., Черкасов Н.М. Новые материалы, технологии и оборудование для защиты магистральных нефтепроводов от коррозии // Трубопроводный транспорт нефти. 1998. -№5.

25. Гудов А.И., Сайфутдинов М.И. Повышение качества изоляционных материалов и реконструкции магистральных нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. 1998.-№7.

26. Гумеров А.Г. и др. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов/ Под ред. А.Г. Гумерова. -М.: 000"Недра-Бизнесцентр", 1998. -271 с.

27. Гумеров А.Г. и др. Восстановление работоспособности труб нефтепроводов. -Уфа: Башкирское книжное издательство, 1992. с.38.

28. Гумеров А.Г., Гумеров P.C., Гумеров K.M. Безопасность длительно эксплуатируемых магистральных нефтепроводов. М.: Недра 2003.310 с.

29. Гумеров А.Г., Журавлев Г.В., Шавалеева Д.М., Петров В.В. Исследование изоляционных материалов в системах антикоррозионных покрытий // Полимерные материалы и покрытия: Сб. научн. тр. / ИЦ Трубоизоляция. -Новокуйбышевск, 2001.

30. Гумеров А.Г., Зубаиров А.Г., Векштейн М.Г. и др. Капитальный ремонт подземных нефтепроводов.-М.:Недра, 1999. -524 с.

31. Гумеров K.M., Гладких И.Ф., Черкасов Н.М. и др. Безопасность трубопроводов при длительной эксплуатации эксплуатируемых трубопроводов. Челябинск: ЦНТИ, 2003.

32. Денис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений - М.: Мир, 1988 г. - 440с.

33. Дженкинс Г., Ватте Д, Спектральный анализ и его приложения. -М.: Мир, 1972 .-т. 1,2. -320 с.

34. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента,- М.: Мир, 1981. -520 с.

35. Диагностика, надёжность, техническое обслуживание и ремонт нефтепроводов.: Сб. науч.тр./ВНИИ по сбору, подг. и трансп. нефти и нефтепродуктов (ВНИИСПТ нефть): ред. Гумерова А.Г.-Уфа, 1990.

36. Дрожжин В.И. Физические особенности и закономерности процесса резания слоистых пластмасс.- Автореф. Дис.на соиск. учен. степ, д-ра техн. наук-Харьков: ХПИ, 1982.

37. Душин В.А., Шаммазов A.M. Капитальный^ ремонт линейной части магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов. -Уфа: Фонд содействия развитию научных исследований, 1999.-159 с.

38. Зайцев С.П. Разработка методов расчёта технологических параметров ремонта магистральных трубопроводов в сложных условиях. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., -М., 1988.

39. Изоляционные материалы и покрытия для нефтепроводов и резервуаров. -М.: ТОО "Журнал ЖМ"; 1998.-192с.

40. Каталог технических средств в отрасли и их технико-экономические показатели на 1986 г. -М., Уфа, ВНИИСПТнефть., 1986.-40 с.

41. Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием. М.: Машиностроение, 1974.

42. Комплексная программа применения и повышения качество существующих конструкций изоляционных покрытий для защиты магистральных нефтепроводов. Утв. В.В. Калининым 20.09.2003г. М.: ОАО"АК"Транснефть"3 2003. -26 с.

43. Коршак A.A., Коробков Г.Е. Обеспечение надёжной работы магистральных нефтепродуктопроводов. -М.: Недра, 1993.-148 с.

44. Крылов П.В. Разработка методов усовершенствования поточного производства капитального ремонта магистральных газопроводов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук -М:, 2007.

45. Кудасевич М.С., Черникин A.B. Годы и люди проектного института. К истории создания магистральных нефтепроводов. -М.: ЦП НТО НГ,2001.-224 с.

46. Куляшов А.П., Макаров, С.С. Энергетические параметры удаления изоляции с поверхности магистральных нефте и газопроводов методом резания// НТЖ "Управление качеством в нефтегазовом комплексе".-М., 2010.-№2.-С.58-60.

47. Кумылганов A.C. Состояние и перспективы капитального ремонта магистральных нефтепроводов// Трубопроводный транспорт нефти.-М., 1995 .-№5 .-с.22-28.

48. Лисин Ю.В. Совершенствование методов подготовки и проведения капитального ремонта магистральных нефтепроводов. Диссертация на соисание ученой степени кандидата технических наук. -Уфа, 1999. -146с.

49. Магистральный нефтепроводный транспорт СССР в 1970-1991 г.г., экономико-статистический обзор, Уфа: ИПТЭР, 1992.

50. Макаров, С.С. Концепция финишной подготовки поверхности магистральных нефте и газопроводов к переизоляции. Тезисы докладов XIII Нижегородской сессии молодых ученых «Технические науки» .- Н. Новгород: НГТУ, 2008.- с.50-53.

51. Методические рекомендации по оценке ремонта магистральных газопроводов. -М.: ВНИИгаз, 2001.

52. Новое оборудование для трубопроводного транспорта. -Pipe line Report, 1984. -№ V-VI. -vol. 29. -pp. 11-13.

53. Новые технологии, новое оборудование, новые материалы, каталог разработок НИОКР ОАО "АК"Транснефть".-М.: ТУП "Созидание -3000", 2002. 25 с.

54. Обслуживание и ремонт линейной части магистральных нефте и продуктопроводов./ Ращепкин К.Е., Овчинников И.С., Суетинова Т.Д.,

55. Белозёрова З.Л. М.: Недра, 1969. -358 с.

56. Отечественный трубопроводный транспорт /Щербина Б.Е., Боксерман Ю.И., Динков В.А., Патон Б.Е. и др. М.: Недра, 1981. -271 с.

57. Панфилов А. Н. Оборудование для подготовки поверхности трубопровода при переизоляции. Н. Новгород, 2010.

58. Патент №2163172 "Устройство для наружной очистки поверхности трубопровода".

59. Патент №2165805 "Рабочий орган машины для очистки поверхности трубопроводов".

60. Патент №2219003 "Машина для наружной очистки поверхности трубопровода".

61. Петруха П.Г., Брунштейн Б.Е., Червяков А.Г. Резание конструкционных материалов, инструменты и станки. М.: Машиностроение, 1974.

62. Положение о порядке продления ресурса магистральных газопроводов ОАОТазпром".-ОНЬ 39-1/10-043-2001. -М., 2001.

63. Постановление правления ОАО "Газпром" о мерах по повышению надежности функционирования газотранспортной системы ОАО'Тазпром". -М., 2009.

64. Постановление правления ОАО "Газпром" по программе «Комплексный капитальный ремонт линейной части магистральных газопроводов ОАО „Газпром" на 2011-2015 гг.». -М, 2009.

65. Правила капитального ремонта подземных трубопроводов. РД 3900147105-015-98. -Уфа: "Транстек", 1998. -194 с.

66. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. РД 153-39.4-056-00 -/ Гумеров А.Г., Гумеров Р.Ф., Азметов Х.А., Галеев М.Н. и др. М.: Недра, 2001. -194 с.

67. Программа по ремонту изоляционных покрытий магистральных газопроводов на 2004-20 Юг. утвержденная Председателем Правления

68. ОАО «Газпром» А.Б.Миллером 20.08.2003г. -М, 2003.

69. Прохоров Ю.Я.- Механическая обработка стеклопластиков и других неметаллических материалов. -М.: Наука, 1967.

70. Расщепкин К.Е., Овчинников И.С, Суетинова Т.Д., Белозерова З.Л. Обслуживание и ремонт линейной части магистральных нефте и нефтепродуктопроводов. -М.: Недра, 1969. -358 с.

71. Реконструкция и техническое перевооружение магистральных газопроводов/ Будзуляк Б.В., Васильев Ю.Н., Ефанов В.И., Леонтьев Е.В.: Сб. науч. тр. Повышение эффективности и надежности газотранспортных систем.- М.: ВНИИгаз, 1993.

72. Ремонт линейной части магистральных газопроводов/ Будзуляк Б.В., Дедешко В.Н., Салюков В.В. и др.//Газовая промышленность. 1999.-№11.

73. Решение совещания по вопросам «Повышения производительности и качества ремонтных работ. Разработка, применение и совершенствование оборудования для капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов». Н. Новгород, 2010.

74. Решение совета директоров ОАО "Газпром" о мерах по повышению надежности функционирования газотранспортной системы ОАОТазпром". -М., 2009.

75. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

76. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы.

77. Сощенко А.Е. Развитие методов и технических средств обеспечения эксплуатационной надёжности линейной части трубопроводного транспорта нефти. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - М., Уфа, 2005.

78. Степанов A.A. Обработка резанием высокопрочных полимерных материалов. -JL: Машиностроение, 1987.

79. Строительная механика. Под ред. А.В.Даркова. -М.: Высшая школа, 1976.

80. Телегин Л.Г., Халлыев Н.Х. Организация производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных-газопроводов.-М.: ЦНТИ, 1971.

81. Тютьнев A.M. Аналитическая записка по вопросу совершенствования организации производства, повышения качества и увеличение производительности ремонтных работ по переизоляции МГ. -Н. Новгород, 2010.

82. Тютьнев A.M. Прогрессивные технологии для капитального ремонта изоляционного покрытия магистральных газорповодов//Газовая промышленность.2005.-№2,- с.74-75

83. Тютьнев A.M. Технические средства для выборочного и капитального ремонта изоляционного покрытия магистральных газопроводов. Материалы^ заседания научно-технического совета ОАО'Тазпром". -Волгоград: 000"Волготрансгаз", 2002. -с. 10.

84. Тютьнев A.M., Спирин В.А. "Комплекс оборудования ПКФ'ТТромтех-НН" для ремонта магистральных трубопроводов", М.: ООО'Теоинформмарк", 2005. с.65-73.

85. Халлыев Н.Х. Некоторые особенности производства работ капитального ремонта магистральных трубопроводов поточным методом.- М.:Недра, 1998.

86. Халлыев Н.Х. Основные термины и определения в области капитального ремонта магистральных трубопроводов.- М.:ИРЦ "Газпром", 1997.

87. Халлыев Н.Х. Ремонт линейной части магистральных газонефтепроводов: Методическое пособие. -М.: ИРЦ Газпром-, 2001.

88. Халлыев Н.Х., Абасова Т.Н., Селиверстов В Г., Парфенов А.И., Куприна Н.К. Современные методы ремонта трубопроводов. М.: Недра, 1997.

89. Халлыев Н.Х., Абасова Т.Н., Селиверстов В.Г. и др. Современные методы ремонта трубопроводов. М.:ИРЦ "Газпром",1997.

90. Халлыев Н.Х., Абасова Т.Н.Основные принципы централизации капитального ремонта магистральных газопроводов // Газовая промышленность. -№ 5. 1987.

91. Халлыев Н.Х., Будзуляк Б.В., Лежнев М.А. Ремонт линейной части магистральных газонефтепроводов.: Уч.пособие; Под общ. ред. Н.Х. Халлыева. -М.:Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005.- 183 с.

92. Халлыев Н.Х., Будзуляк Б.В.Новые подходы к планированию ремонта и диагностике магистральных трубопроводов. -М.:ИРЦ Газпром, 1999 -86 с.

93. Халлыев Н.Х., Решетников А.Д., Крылов П.В. О повышении темпов работ при переизоляции газопроводов//Науч.тех.сб. Сер.:Транспорт и подземное хранение газа.- М.: ИРЦ "Газпром", 2005. -№4.

94. Халлыев Н.Х. и др. Ротор к устройству для очистки* наружной повехности трубопроводов. A.C. №411924 Б.И. №3, 1974.

95. Халлыев Н.Х. и др. Устройство для очистки наружной очистки поверхности трубопроводов. A.C. №740308 Б.И. №22, 1980.

96. Чудновский А.Р. Изготовление и обработка деталей из пластмасс. М.: Машиностроение, 1967.

97. Шагов Н.И., Иванов В.Я., Спирин В.А. Защита подземных трубопроводов от коррозии пластмассовыми материалами наносимыми в трассовых условиях, М.: Машиностроение, 1962.

98. Шацкий A.C. К вопросу технической политики в области ремонта линейной части магистральных трубопроводов, Новые технические средства для ремонта основа повышения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов, М.: ИРЦ "Газпром", 2001.138