СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F16L1/28 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве линейной части магистральных трубопроводов и испытании их на прочность и герметичность.

Известен способ строительства линейной части магистральных трубопроводов, согласно которому осуществляют приемку труб, развозку труб по трассе прокладываемого трубопровода, сварку труб в плети, изоляцию плетей, спуск плетей в траншею, засыпку траншеи грунтом и испытание трубопровода на плотность и прочность.

Согласно известной технологии ведения работ при проведении испытания трубопровода выявляют неплотности в сварных соединениях между трубами и проверяют достаточность прочности смонтированного трубопровода для работы его под давлением. Однако проведение указанных работ в указанной последовательности требует при обнаружении неисправного участка проведения определенного объема дополнительных работ по обнаружению неисправного участка, его замены, последующей засыпки траншей грунтом и проведения повторных испытаний. Проведение вышеуказанного объема дополнительных работ приводит к снижению производительности работ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является технология прокладки линейной части магистрального трубопровода, согласно которой секции труб размещают по трассе прокладываемого трубопровода, сваривают секции труб в плети путем последовательного наращивания плети отдельными секциями трубы, укладывают готовую плеть в траншею, засыпают траншею грунтом и производят испытание трубопровода на прочность и герметичность.

Недостаток известного способа заключается в том, что при данной последовательности проведения работ увеличивается объем вспомогательных работ по замене участков трубопровода, не выдержавших испытание на прочность и герметичность. Для замены такого участка необходимо провести целый комплекс работ, заключающихся в определении неисправного участка, проведении земляных работ по снабжению неисправного участка трубопровода, вырезке неисправного участка из нитки, замене неисправного участка, засыпке траншеи и повторном испытании трубопровода на прочность и герметичность. Выполнение указанных работ приводит к снижению производительности проводимых работ и удлинению сроков сдачи трубопровода в эксплуатацию. Кроме того, поскольку отдельные секции труб на трубоизготовительных заводах проходят только выборочный контроль на прочность приложения к ним растягивающих и изгибающих усилий, то вполне вероятно, что появляется возможность укладки в нитку секций трубы, которая имеет скрытый внутренний дефект. Это обстоятельство приводит к снижению эксплуатационной надежности уложенного трубопровода.

Известно устройство для центровки торцов секций труб при сборке неповоротных стыков, которое включает корпус, на одном из торцов которого имеется центрирующий выступ, и распорные приспособления для взаимодействия с трубами сваренной плети и с трубой, которая присоединяется к плети.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить одновременное выполнение работ по свариванию труб в плети и испытанию трубопровода на прочность и герметичность, т.е. применение известного устройства требует применения известной технологии, которая, как указывалось выше, снижает темпы ведения работ по прокладке линейной части магистральных трубопроводов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для испытания на прочность трубопроводов, которое содержит цилиндрический корпус, на котором установлена с возможностью поворота и осевого перемещения полая цилиндрическая рама, распорные приспособления с экспандерами для взаимодействия с испытуемой трубой, одно из которых размещено на раме, нагрузочный механизм в виде тангенциального и осевого силовых приводов, каждый из которых шарнирно связан с распорными приспособлениями, расположенное между распорными приспособлениями герметизирующее приспособление, источник подачи испытательной среды и индикатор утечек.

Недостаток известного устройства заключается в том, что испытание трубопровода на прочность и герметичность производят последовательно по всей длине трубопровода после его сварки в единую плеть. Для замены участка трубопровода, не выдержавшего испытаний, проведенных известным устройством, необходимо вырезать дефектный участок трубы из плети и заменить его новым, который затем испытать. Это обстоятельство требует проведения дополнительного объема вспомогательных работ по растаскиванию плети в противоположные стороны для вваривания в плеть вставки из качественного участка трубы и, следовательно, снизит производительность проводимых работ. При этом предлагаемые технология и устройство настолько тесно связаны между собой единым изобретательским замыслом, что устраняемые недостатки известной технологии прокладки линейной части магистрального трубопровода потребовали создания специального устройства, для которого в равной степени в качестве прототипа может быть выбрано одно из известных технических решений.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении производительности работ за счет сокращения объема вспомогательных работ по замене участков трубопровода, не выдержавших испытания на прочность и герметичность, при одновременном повышении эксплуатационной надежности трубо-провода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе прокладки линейной части магистрального трубопровода, включающем размещение труб по трассе прокладываемого трубопровода, сварку труб в плети путем последовательного наращивания плети отдельными секциями труб, укладку готовой плети в траншею, засыпку грунтом и испытание трубопровода на прочность и герметичность, испытание трубопровода осуществляют перед его укладкой в траншею и одновременно с наращиванием плети очередной секцией трубы, при этом испытание трубопровода производят по мере наращивания плети отдельными участками последовательно и по всей длине трубопровода. Кроме того, длина отдельного испытуемого участка трубо-провода не менее длины отдельной секции трубы. Поставленная задача достигается также тем, что устройство для прокладки магистрального трубопровода, включающее цилиндрический корпус, на котором установлена с возможностью поворота и осевого перемещения полая цилиндрическая рама, распорные приспособления с экспандерами для взаимодействия с испытуемой трубой, одно из которых установлено на раме, нагрузочный механизм в виде тангенциального и осевого силовых приводов, каждый из которых шарнирно связан с распорными приспособлениями, расположенное между распорными приспособлениями герметизирующее приспособление, источник подачи испытательной среды и индикатор утечек, снабжено размещенным на корпусе дополнительным распорным приспособлением с экспандерами для взаимодействия с наращиваемой трубой, корпус выполнен с центрирующим выступом для взаимодействия с наращиваемой трубой, который расположен на его торце, а второе распорное приспособление с экспандерами для взаимодействия с испытуемой трубой расположено на корпусе. Кроме того, герметизирующее приспособление выполнено в виде тороидальных эластичных камер, внутренняя полость каждой из которых имеет возможность сообщения с источником пода-чи испытательной среды, а рама выполнена с расположенными на ее наружной боковой поверхности гнездами для размещения тороидальных камер. При этом источник подачи испытательной среды расположен во внутренней полости рамы. Кроме того, индикатор утечек размещен на раме между гнездами для размещения тороидальных камер.

Сравнение предлагаемых технических решений с прототипом позволяет установить соответствие их критерию изобретения "Новизна".

Предлагаемые технические решения соответствуют также критерию "Существенные отличия", а также "Положительный эффект".

На фиг. 1 представлена технологическая схема прокладки линейной части магистрального трубопровода; на фиг. 2 устройство для прокладки магистрального трубопровода; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 распорное приспособление, разрез.

Отдельные секции 1 трубопровода доставляют с базы (не показана) автомобильными или тракторными плетевозами 2. Затем с помощью грузоподъемных машин, например трубоукладчиков 3, секции 1 размещают по трассе прокладываемого трубопровода. Специализированная сварочно-монтажная бригада сваривает отдельные секции 1 трубо-провода в плети (нитку) путем последовательного наращивания плети 4 отдельными секциями 1. Сварка стыков производится неповоротным (потолочным) способом с использованием самоходного или прицепного сварочного агрегата 5. При этом одновременно с наращиванием плети 4 осуществляют испытание уже сваренного участка плети 4 с помощью устройства 6, которое одновременно обеспечивает внутреннюю центрацию наращиваемой секции 1 трубы с плетью 4. Испытание проводят отдельными участками последовательно по всей длине плети 4 трубопровода. Испытание каждого участка трубопровода проводят путем приложения к нему растягивающих и изгибающих нагрузок, а также путем подачи во внутреннюю полость испытуемого участка испытательной среды, в качестве которой может быть использована, например, вода или воздух в зависимости от эксплуатационного назначения трубопровода. Запасы испытательной среды могут быть размещены в отдельной емкости 7, которая соединена с устройством 6. Для обеспечения энергией проведения работ по испытанию трубо-провода используется передвижная электростанция 8. Следует отметить, что последовательное испытание трубопровода на прочность и герметичность ведется с частичным перекрытием друг другом отдельных испытуемых участков для того, чтобы ни один из участков плети 4 не оказался не испытанным. При этом величину нагрузки растягивающего и изгибающего характера выбирают из условия как обеспечения максимальных эксплуатационных нагрузок на трубопровод, так и из условия нагрузок, возникающих при укладке плети 4 в траншею 9. Указанные нагрузки могут быть определены расчетным путем с соответствующим коэффициентом запаса. Поскольку на заводе-изготовителе трубы проходят определенный выборочный контроль,а качеcтво cварных швов может обеcпечивать указанные нагрузки, то в случае невыдерживания очередным участком трубопровода испытаний на прочность и герметичность не выдержавший испытание участок трубопровода удаляют и заменяют новым, который в процессе наращивания трубопровода проходит испытание на прочность и герметичность. Если длина отдельной секции 1 трубы велика, т.е. секция 1 состоит из нескольких уже предварительно сваренных на базе труб, то целесообразно проводить испытание трубопровода на прочность и герметичность отдельными участками, длина которых кратна длине отдельной секции 1 наращиваемой трубы, что позволит сократить общую длину устройства 6. Если наращивание плети 4 ведут отдельными секциями длиной, например, 12 м, то для того, чтобы при испытаниях в испытуемый участок трубопровода попал именно сварной стык, целесообразно, чтобы длина отдельного испытуемого участка трубопровода была не менее длины отдельной секции 1 трубы или адекватно длина устройства 6 была не менее длины отдельной секции 1 наращиваемого трубопровода тогда сварной стык обязательно попадет в испытуемый участок. Затем готовую сваренную и испытанную плеть 4 с помощью колонны трубоукладчиков 3 укладывают в траншею 9. При этом нагрузки на укладываемую в траншею 9 плеть 4, возникающие при ее пространственном изгибе, не приводят к выходу из строя трубопровода в процессе эксплуатации, поскольку плеть 4 была уже предварительно испытана на эквивалентные нагрузки при проведении испытаний на прочность и герметичность. После укладки плети 4 в траншею 9 последнюю с помощью землеройных машин, например бульдозера 10, засыпают грунтом.

Устройство для прокладки магистрального трубопровода, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, включает цилиндрический корпус 11, на котором установлена с возможностью поворота и осевого перемещения полая цилиндрическая рама 12. Нагрузочный механизм выполнен в виде расположенного по продольной оси симметрии устройства осевого силового привода, например, гидроцилиндра 13, который концами шарнирно соединен с корпусом 11 и рамой 12 через стойки 14, и тангенциального силового привода, например, гидроцилиндров 15, каждый из которых шарнирно соединен с корпусом 11 и рамой 12 концами. Для подачи рабочей жидкости, например масла, в гидроцилиндры 13 и 15 в корпусе 11 установлена насосная станция 16, которая через блок управления 17, выполненный, например, в виде гидрораспределителей, сообщена магистралями 18 с их поршневой и штоковой полостями. На раме 12 установлено распорное приспособление с экспандерами 19 для взаимодействия с испытуемой трубой 20 или участком испытуемого трубопровода, а на корпусе 11 установлены основное распорное приспособление с экспандерами 21 для взаимодействия с испытуемой трубой 20 и дополнительное распорное приспособление с экспандерами 22 для взаимодействия с наращиваемой трубой (не показана). Каждое распорное приспособление может быть выполнено, например, в виде жестко закрепленной соответственно на корпусе 11 или раме 12 оси 23, на которой закреплен поршень 24 и установлен с возможностью ограниченного перемещения цилиндр 25 с конической боковой наружной поверхностью. В оси 23 и поршне 24 выполнены каналы 26 для сообщения соответственно полостей 27 либо с насосной станцией 16, либо с баком для рабочей жидкости (не показан). С цилиндром 25 коническими поверхностями связаны пуансоны 28, каждый из которых подпружинен соответственно относительно корпуса 11 и рамы 12 посредством пружин. Между распорными приспособлениями расположено герметизирующее приспособление, которое может быть выполнено в виде тороидальных эластичных камер 29, внутренняя полость каждой из которых имеет возможность сообщения через канал 30 с источником 31 подачи испытательной среды, который может быть размещен во внутренней полости рамы 12. В случае выполнения герметизирующего приспособления в виде тороидальных камер рама 12 выполнена с расположенными на ее наружной боковой поверхности гнездами 32 для размещения камер 29. Источник 31 подачи испытательной среды, который может быть выполнен, например, в виде водяного насоса, соединен трубопроводом 33 с камерой 34, которая образована стенками рамы 12, стенками испытуемой трубы 20 и боковыми поверхностями камер 29. Источник 31 подачи испытательной среды может быть соединен с емкостью 7 посредством кабеля 35, который служит для подачи энергии к насосной станции 16, а также в качестве тягового органа для перемещения устройства в трубопроводе. На раме 12 между гнездами 32 размещен индикатор 36 утечек, который может быть выполнен, например, в виде тензометрического датчика давления, связанного электрически проводами 37 с измерительной аппаратурой (не показана), расположенной на пульте управления. Корпус 11 выполнен с центрирующим выступом 38 на его торце, который предназначен для взаимодействия с наращиваемой трубой. Для облегчения перемещения устройства в трубопроводе корпус 11 и рама 12 могут иметь катки (не показаны), которые могут быть выполнены приводными для автономного перемещения устройства в трубопроводе. При выполнении катков неприводными для перемещения устройства в трубопроводе может быть использована лебедка (не показана), которая связана с корпусом 11.

Устройство для прокладки магистрального трубопровода работает следующим образом.

С помощью лебедки устройство размещают в трубопроводе. При этом распорное приспособление с экспандерами 21 устанавливают рядом с торцом испытуемой трубы 20 таким образом, чтобы стык между испытуемой трубой 20 и наращиваемой трубой находился между экспандерами 21 и 22 распорных приспособлений. Затем с пульта управления (не показан) подают сигнал на блок управления 17, который обеспечивает подачу рабочей жидкости в распорные приспособления. Под действием давления рабочей жидкости цилиндры 25 перемещаются вправо (по чертежу) и воздействуют на пуансоны 28, которые перемещаются радиально и прижимают экспандеры 19 и 21 к испытуемой трубе 20. После фиксации устройства относительно испытуемой трубы 20 с помощью трубоукладчика на центрирующий выступ 38 корпуса 11 надвигают очередную наращиваемую трубу до соприкосновения их торцов и с пульта управления подают сигнал на блок управления 17 для включения дополнительного распорного приспособления, экспандеры 22 которого центрируют и частично фиксируют испытуемую и наращиваемую трубу относительно друга на все время производства сварки их торцов. Сразу после взаимодействия экспандеров 19 и 21 с испытуемой трубой 20 с пульта управления подают сигнал, по которому камеры 29 сообщаются через канал 30 с источником 31 подачи испытательной среды. Камеры 29 расширяются и герметизируют внутренней объем камеры 34, в которую по трубопроводу 33 затем подают испытательную среду от источника 31 подачи испытательной среды. Таким образом проводят испытание участка трубы 20, ограниченного камерами 29, на герметичность, а контроль за состоянием трубопровода 20 ведут по показаниям индикатора 36 утечек, который может показывать величину потери давления в камере 34. Испытание участка трубопровода 20 проводят после проведения испытаний трубопровода 20 на прочность, которые осуществляют следующим образом. С пульта управления подают сигнал на блок управления 17, который обеспечивает подачу рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров 13 и 15, штоки которых выдвигаются. При выдвижении штока гидроцилиндра 13 усилие передается через корпус 11 на экспандеры 21 распорного приспособления и через раму 12 на экспандеры 19 распорного приспособления. Таким образом участок испытуемой трубы 20 находится под растягивающими нагрузками от гидроцилиндра 13, величина которых может регулироваться изменением величины давления рабочей жидкости, подаваемой в поршневую полость гидроцилиндра 13. Аналогично при подаче рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра 13 вышеуказанный участок трубы 20 может быть нагружен сжимающими усилиями. При выдвижении штоков гидроцилиндров 15 усилие передается через корпус 11 на экспандеры 21 распорного приспособления и через раму 12 на экспандеры 19 распорного приспособления. Таким образом участок испытуемой трубы 20 находится под крутящими нагрузками от гидроцилиндров 15, величина которых может регулироваться путем изменения величины давления рабочей жидкости, подаваемой в поршневую полость гидроцилиндров 15. Аналогично при подаче рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндров 15 труба 20 может быть нагружена крутящими нагрузками, направленными в противоположную сторону. При этом испытания на герметичность могут проводиться как после испытаний на прочность, так и одновременно с последними. Приложение осевых и тангенциальных нагрузок к испытуемому участку может быть проведено в любой их комбинации как одновременно, так и в отдельности в зависимости от программы испытаний. После проведения испытаний и проведения сварочных работ по наращиванию очередной трубы распорные приспособления как основные, так и дополнительное приводятся в исходное положение, испытательная среда частично откачивается из камеры 34 в емкость 7 и снимается давление в полости камер 29. Устройство с помощью лебедки или своим ходом перемещается на смежный участок трубопровода. Если длина наращиваемого участка трубопровода больше длины устройства, то проводят несколько последовательных испытаний его по длине с частичным перекрытием отдельных участков без использования дополнительного распорного приспособления с экспандерами 22. Если длина отдельной секции наращиваемой трубы соизмерима с длиной устройства, то работы по испытанию и наращиванию очередной секции трубы производят одновременно. Поскольку длина отдельной секции трубы равна или кратна 12 м, то предпочтительно чтобы длина устройства между экспандерами 19 и 22 соответственно основного и дополнительного распорных приспособлений была равна или больше 12 м. Такое пpедпочтительное выполнение устройства обеспечивает обязательное попадание в испытуемый участок стыка между сваренными трубами.

Использование предлагаемой технологии прокладки линейной части магистрального трубопровода и конструкции устройства для прокладки магистрального трубопровода позволяет по сравнению с известными: повысить производительность проводимых работ за счет сокращения объема вспомогательных работ по замене участков трубопровода, не выдержавших испытание на прочность и герметичность, поскольку при замене участка трубопровода, не выдержавшего испытание, нет необходимости проводить работы по отрывке поврежденного участка, так как он еще не уложен в траншею и не засыпан грунтом. Кроме того, проведение сварочно-монтажных работ по замене поврежденного участка трубопровода менее трудоемко, поскольку проведение указанных работ не требует разрезки и перемещения всей нитки сваренного трубопровода, так как испытание трубопровода и наращивание его согласно предлагаемой технологии производятся одновременно, а следовательно, замене подлежит только последняя секция наращиваемой трубы. Кроме того, исключается необходимость в проведении повторных испытаний замененного участка трубопровода, поскольку указанный контроль является одним из приемов предлагаемой технологии. Использование технологии и предлагаемого устройства позволят повысить эксплуатационную надежность трубо-провода за счет проведения испытаний на прочность всех без исключения секций труб, укладываемых в трубопровод, поскольку существующие технологии прокладки предполагают использование без проверки заводских труб, которые на заводах-изготовителях проходят лишь выборочный контроль (определенный процент труб из партии), а следовательно, при наложении на эксплуатируемый трубопровод механических нагрузок (температурных, от транспортных средств и т.п.) возможен выход из строя отдельных участков трубопровода, тогда как по предлагаемой технологии возможен абсолютный контроль прочности как отдельных труб, так и сварных соединений.

Сущность изобретения: вдоль трассы раскладывают секции труб. Последовательно наращивают трубопроводную сеть секциями труб сваркой их стыков. Укладывают плети в траншею, засыпают и испытывают трубопровод на прочность и герметичность. Испытания ведут отдельными участками до его укладки в траншею. Испытания участка трубопровода на прочность и герметичность осуществляют одновременно с наращиванием очередной секции труб. Испытуемые участки располагают по длине с частичным перекрытием друг друга. Длина испытуемого участка составляет не менее длины секции труб. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ прокладки линейной части магистрального трубопровода, заключающийся в раскладке вдоль трассы секций труб, последовательном наращивании трубопроводной плети секциями труб посредством сварки их стыков, укладке плети в траншею, засыпке и испытаниях трубопровода на прочность и герметичность, отличающийся тем, что испытания трубопровода ведут отдельными участками до его укладки в траншею, при этом испытания участка трубопровода на прочность и герметичность осуществляют одновременно с наращиванием очередной секциии труб, причем испытуемые участки располагают по длине трубопровода с частичным перекрытием друг друга. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина испытуемого участка трубопровода составляет не менее длины секции труб. 3. Устройство для прокладки магистрального трубопровода, включающее цилиндрический корпус, соединенную с корпусом и установленную с возможностью поворота и осевого перемещения полую раму, размещенные на концах устройства головкой и установленный на раме концевой распорные узлы с эспандерами для взаимодействия с испытуемым участком трубопровода, нагрузочный узел с тангенциальным и осевым силовыми механизмами, расположенное между головным и концевым распорными узлами приспособление для герметизации испытуемого участка трубопровода, источник для подачи испытательной среды под давлением и индикатор утечек испытательной среды, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным распорным узлом с эспандером для взаимодейстия с наращиваемой трубой, а корпус выполнен с расположенным на его торце осевым выступом для центрирования наращиваемой трубы, при этом головной распорный узел расположен на корпусе. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что приспособление для герметизации испытуемого участка выполнено в виде тороидальных камер из эластичного материала, внутренняя полость каждой из которых сообщена с источником подачи испытательной среды под давлением, при этом рама выполнена с расположенными на ее наружной боковой поверхности гнездами для размещения тороидальных камер. 5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что источник подачи испытательной среды под давлением размещен во внутренней полости рамы. 6. Устройство по п.3, или 4, или 5, отличающееся тем, что индикатор утечек установлен на раме между гнездами для размещения тороидальных камер.