СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАЗВИТИЯ ДЕФЕКТОВ СТЕНОК ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 1997 года по МПК F16L57/00 F16L58/16 

Изобретение относится к способу локального снижения кольцевых напряжений от внутреннего давления в местах дефектов трубопроводов (коррозия, трещины, вмятины и т. п.).

Снижение кольцевых напряжений осуществляется за счет монтажа и сварки на трубопроводе стальной полноохватывающей муфты с заданной толщиной стенки при заданном снижении давления в трубопроводе или при определенных условиях обжатия муфты на трубопроводе наружными цепными гидравлическими зажимами.

Муфты, разгружающие несущую трубу, могут изготавливаться также в виде многослойных тонколистовых конструкций, наматываемых на трубу при понижении давления в трубопроводе.

Напряжение в муфте, сжимающее несущую трубку, создается при увеличении давления в трубопроводе до рабочего или при сжатии половин муфты до их сварки зажимами.

Известны способы муфтования трубопроводов.

Наиболее близким к изобретению является сварка на трубопроводе охватывающих муфт (Pipeline Maintenance Welding Practices. API Recommended practice 1107, 1991. ) различных заплат, не создающих дозированного напряженного состояния сжатия в стенке трубопроводов (Типовая конструкция по безопасному ведению огневых работ на газовых объектах Мингазпрома. ВНИИГаз, 1988).

Задача изобретения локальное снижение кольцевых напряжений растяжения в стенке трубопровода при его рабочем давлении для предотвращения роста обнаруженных дефектов, особенно трещиноподобных, и последующего разрушения трубы.

Сущность изобретения заключается в том, что для ликвидации повреждения стенки трубопровода его можно полностью перекрыть, а затем освободив от продукта, вырезать поврежденный участок и вварить катушку.

Однако перекрытие трубопровода может вызвать значительные убытки из-за перерыва в снабжении потребителей, а иногда и невозможно.

В мировой практике имеются решения этой проблемы в виде наложения различных аварийных хомутов, заплат.

Нашли применение и круговые муфты, накладываемые на место дефекта в виде сварного кольца из листового металла. Такие кольца, обычно из двух половин, как бы повышают толщину трубы в месте дефекта, а также препятствуют развитию деформации перед разрушением, что задерживает само разрушение.

Однако простое наложение муфты на трубопровод, работающий под рабочим давлением, еще не дает достаточно эффекта, так как при этом не снижается напряженное состояние стенки трубы в месте дефекта и, следовательно, не тормозится его развитие, особенно это касается трещиноподобных дефектов.

Муфта может дать более полный эффект в случае, если она возьмет на себя часть кольцевых напряжений, действующих в стенке трубы с дефектом.

Это возможно, если перед наложением муфты на дефектный участок в нем на определенную величину снизить давление.

Из простых математических расчетов следует, что снижение кольцевых напряжений в несущей трубе будет зависеть от относительного уменьшения давления в момент установки муфты и относительной толщины стенки муфты следующим образом:
σ/σ_o = P_у/P_o+(1-P_у/P_o):(1+δ_м/δ) (1)
где
σ кольцевые напряжения растяжения в стенке трубы под установленной муфтой при рабочем давлении P_о;
s_o кольцевые напряжения растяжения в стенке трубы без муфты при рабочем давлении P_о;
P_у давление в трубопроводе при установке муфты;
P рабочее давление в трубопроводе;
δ_м толщина стенки муфты;
δ_м толщина стенки трубы.

На фиг. 2 графически показана зависимость (1) относительно снижения напряженного состояния стенки трубопровода σ/σ_o под муфтой от степени снижения давления при установке муфты (P_у/P_о) и от ее относительной толщины (σ_м/σ)
Как видно из графика, наложение муфты на трубопровод без давления может при увеличении давления до P_о разгрузить стенку при толстой муфте (δ_м/δ = 4) почти на 80%
При оптимальном, достаточном с точки зрения техники безопасности снижении давления в стенке трубопровода P_у до 50 65% от P_о кольцевые напряжения, в зависимости от толщины стенки муфты, можно понизить на 20 40%
Для передачи усилия от трубы к муфте между муфтой и трубой в местах неплотного прилегания должно наноситься на поверхность или заливаться через сделанные отверстия в муфте быстротвердеющее вещество типа эпоксидной смолы.

Такие обжимающие муфты способны предотвращать развитие дефектов только в направлении образующей трубопровода.

При наличии повреждения, расположенного по кольцу (например, дефект в кольцевом сварном шве), обжимная муфта будет препятствовать переходу в дефект в направлении вдоль трубопровода, предупреждая лавинное разрушение. Для предотвращения раскрытия дефекта в направлении оси трубопровода муфта должна привариваться к трубопроводу по концам двумя фланговыми швами (фиг. 2).

Так как коэффициент прочности фланговых швов обычно составляет ≈ 0,7 от прочности стыкового шва, катет флангового шва должен быть не менее 1,4 δ что обеспечит равнопрочность муфты с кольцевым сварным швом в направлении оси трубопровода.

Создание сжимающих напряжений в несущей трубе можно достигнуть не только понижением давления в трубопроводе, но также при сжатии половин муфты на трубопроводе с помощью цепных гидравлических зажимов (фиг. 3), создающих значительные сжимающие усилия и плотно прижимающих свариваемые горизонтальными швами половинки муфты к дефектному участку трубопровода.

Муфты могут изготавливаться из многослойно наматываемого стеклопластика или тонкого стального листа. Листы многослойных муфт должны склеиваться между собой полимерными материалами. Такие муфты могут предотвращать развитие дефектов только вдоль оси трубопровода и не воспринимают осевые нагрузки.

Применение муфт, локально сжимающих кольцевые напряжения растяжения только в местах дефектов стенки трубопроводов, во многих случаях позволит продолжить безаварийную эксплуатацию трубопроводов без их разрезки и замены дефектного участка.

Использование: строительство и ремонт трубопроводов. Сущность изобретения: для предотвращения развития дефектов стенки трубопровода на него устанавливают разъемную из двух половин муфту с предварительным заполнением дефекта твердеющим некоррозионно-активным полимерным материалом и сваривают половины муфты. Перед установкой муфты в трубопроводе уменьшают давление. Приведена математическая зависимость понижения давления от геометрии трубы и напряжений в ней. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ предотвращения развития трещиноподобных и коррозионных дефектов стенок трубопроводов вдоль образующей труб, заключающийся в определении местоположения и характера дефекта, вскрытии трубопровода, удалении изоляционного покрытия и зачистки дефекта, установка разъемной муфты с предварительным заполнением дефекта твердеющим некоррозионно-активным полимерным материалом заподлицо с контуром трубы или закачке этого материала в пространство между муфтой и трубой, сварке горизонтальными продольными швами половин муфты, отличающийся тем, что муфту устанавливают и сваривают на трубопроводе при заданном в нем уменьшении давления ниже рабочего, при этом величину уменьшенного давления в трубопроводе устанавливают из соотношения

где σ - кольцевые напряжения в трубе под установленной муфтой при рабочем давлении Р₀;
σ_o- кольцевые напряжения в трубе без муфты при рабочем давлении Р₀;
Р_у давление в трубопроводе при установке муфты;
Р₀ рабочее давление в трубопроводе;
δ_м- толщина стенки муфты;
δ - толщина стенки трубы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что муфту с обоих концов приваривают к трубопроводу фланговыми швами с катетом не менее 1,4 толщины стенки трубы.