СПОСОБ МОНТАЖА СБОРНО-РАЗБОРНОГО НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДА С СОЕДИНЕНИЕМ "РАСТРУБ" Российский патент 2004 года по МПК F16L1/00 

Изобретение относится к сборно-разборным трубопроводам, в частности, имеющим быстроразъемное соединение типа “Раструб”, и может быть использовано при эксплуатации сборно-разборных нефтепродуктопроводов (СРН).

В последние годы все более актуальной становится проблема транспорта нефти и нефтепродуктов в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Широкое применение для решения поставленной задачи нашли комплекты СРН, обеспечивающие возможность сооружения круглогодичной транспортной магистрали протяженностью до 150 км, средним темпом монтажа в условиях тундры ~2,5 км в сутки, с подачей 3000 т/сут, сроком окупаемости капитальных вложений 1 год. Применение СРН обусловлено рядом преимуществ перед сварными нефтепроводами: они имеют сравнительно невысокую стоимость сооружения, обладают возможностями быстрого возведения и многократного использования на новых направлениях. Применение подвижных соединений “Раструб” компенсирует силовые воздействия грунта и тепловую деформацию труб, что исключает сооружение специальных компенсаторов и позволяет прокладывать СРН без предварительного нивелирования местности.

Сборно-разборные нефтепродуктопроводы включают запорную арматуру, отрезки труб с раструбом на одном конце и манжетой на другом, комплект резиновых уплотнительных и стальных запорных колец, уложенных в ящики.

Одной из проблем в области эффективного применения СРН является монтаж быстроразъемного соединения типа “Раструб” в условиях отрицательных температур.

Монтаж быстроразъемного соединения типа “Раструб” представляет собой раскладку отрезков труб по трассе, размещение в пазах раструба резинового уплотнительного и стального запорного колец, а также последующую стыковку раструба одного отрезка с манжетой другого отрезка до полного герметичного соединения. При размещении резинового уплотнительного кольца в пазах раструба и последующей стыковке с манжетой кольцо механически деформируется (удар, сдвиг, сжатие, растяжение и т.д.), при этом оно должно обеспечивать осевую и угловую подвижность труб для компенсации температурных напряжений и относительную соосность при прокладке на местности. Резиновое уплотнительное кольцо является наиболее значимым элементом быстроразъемного соединения типа “Раструб”, обеспечивающее герметичность СРН в целом. Уплотнение соединения достигается за счет давления перекачиваемой среды, которым уплотнительные кромки резинового кольца прижимаются к трубе (манжете) и раструбу, при этом степень герметичности возрастает с повышением внутреннего давления. При отсутствии избыточного давления герметичность обеспечивается за счет прижатия кромок кольца к уплотняемым поверхностям при сборке.

Основной причиной неудовлетворительной эксплуатации СРН является низкая надежность соединения “Раструб” в условиях пониженных температур из-за изменения упругопрочностных (эластичных) свойств материала резиновых уплотнительных колец.

Как показали исследования, проведенные авторами, показатель относительной деформации сжатия, характеризующий высокоэластические и упругие свойства кольца, уменьшается при изменении температуры окружающей среды с 20°С до минус 30°С более чем в три раза. Кроме того, в процессе хранения колец (комплект ЗИП) в течение 10 лет относительная деформация сжатия ε_сж уменьшается в 1,7 раза, а температура хрупкости Т_хр повышается в 1,2 раза.

Учитывая температурные характеристики районов Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока (например, ~60% ежегодной эксплуатации СРН “Талакан-Витим”, Республика Саха (Якутия), проходит в условиях отрицательных температур окружающего воздуха) и наземный вариант прокладки СРН, проведение операций по замене (монтажу) колец крайне затруднены, требуют больших трудозатрат, при этом риск повторного монтажа значительно возрастает из-за возможного повреждения (разрушения) рабочих кромок уплотнительных колец.

Известен способ монтажа СРН в условиях низких температур, включающий раскладку отрезков труб по трассе, подготовку (подогрев) резиновых уплотнительных колец на обогревательных пунктах, размещение в пазах раструба резиновых уплотнительных и стальных запорных колец и последующую стыковку раструба одного отрезка с манжетой другого отрезка до полного герметичного соединения (Руководство по эксплуатации полевых магистральных трубопроводов. М.: Воениздат, 1968 г., п.306, стр.182 - прототип).

Недостатком известного способа является необходимость организации пунктов обогрева в местах проведения работ. Кроме того, от момента обогрева колец до монтажа соединения “Раструб” СРН и перекачки нефтепродуктов проходит период времени, достаточный для их охлаждения до температуры окружающей среды, т.е. эффект от нагрева колец (повышение эластичности) сводится к нулю, что в конечном итоге может привести к разрушению рабочих кромок колец и в результате к потере герметичности соединений при эксплуатации.

Технический результат изобретения - повышение надежности сборки с одновременным повышением экологической безопасности эксплуатации СРН.

Технический результат достигается за счет того, что в способе монтажа СРН с соединением “Раструб”, включающем раскладку отрезков труб по трассе, размещение в пазах раструба резинового уплотнительного и стального запорного колец и последующую стыковку раструба одного отрезка с манжетой другого отрезка до полного герметичного соединения, согласно изобретению перед размещением резинового уплотнительного кольца в пазах раструба определяют величину относительной деформации сжатия ε_сж этого кольца, после чего уплотнительное кольцо выдерживают в автомобильном бензине АИ-92 при температуре (20±2)°С в течение времени Т, продолжительность которого выбирают из следующего соотношения:

Т=10 ч при ε_сж=20-30%;

Т=8 ч при ε_сж=31-40%;

Т=6 ч при ε_сж=41-50%;

Т=4 ч при ε_сж=51-70%.

Фактически используют процесс пластификации материала резинового уплотнительного кольца с помощью нефтепродукта.

Для обоснования выбора нефтепродукта, пригодного для проведения дополнительной пластификации при минимальном времени выдержки, были проведены исследования образцов широко выпускаемых серийных резиновых уплотнительных колец при температуре (20±2)°С по следующим показателям (табл.1):

относительная деформация сжатия ε_сж - позволяет оценить высокоэластические свойства уплотнительных колец под воздействием заданной силы;

изменение массы ΔM - характеризует стойкость к воздействию нефтепродукта, а также возможность дополнительной пластификации материала (резины) колец. Изменение массы ΔМ определяют сопоставлением набухшего в нефтепродукте образца с его исходной массой;

масса веществ, экстрагированных нефтепродуктом из материала колец М_э, - характеризует процесс вымывания пластификаторов (в том числе антифризов) из резины. Массу М_э веществ определяют высушиванием набухшего после воздействия нефтепродукта образца и сопоставлением массы высушенного образца с его исходной массой. Время достижения постоянной массы при температуре (20±2)°С характеризует продолжительность эффекта дополнительной пластификации после воздействия нефтепродукта на материал (резину) уплотнительного кольца;

температурный предел хрупкости Т_хр - характеризует морозостойкие свойства резин и определяет наивысшую температуру разрушения (растрескивания) охлажденного образца;

монтируемость в раструб - характеризует способность кольца сохранять

свои геометрические размеры и эластичность (относительную деформацию сжатия), необходимые для его установки в пазы соединения “Раструб”;

относительное изменение геометрических размеров Δd - характеризует возможность установки резинового уплотнительного кольца в пазы соединения “Раструб”, определяется сопоставлением наружных диаметров кольца: исходного и после воздействия нефтепродукта.

При контакте с автобензином АИ-92 в течение 1-10 ч происходит дополнительная пластификация резины колец, о чем свидетельствует изменение показателей (ΔM, М_э, T_const, T_xp, Δd, ε_сж). Показатель ε_сж, оценивающий высокоэластические свойства уплотнительных колец, повышается на ~40%, T_хр при этом снижается на ~60%, что дает возможность монтировать их в пазы раструба и обеспечить надежную работу соединения “Раструб” от минус 50°С до 80°С. Эффект от дополнительной пластификации резины колец сохраняется в течение 12-18 сут.

Дополнительной пластификации резины кольца при выдержке в ТС-1 и нефтью в течение 72 ч не происходит. Изменение показателя “относительная деформация сжатия” равно 0, что исключает использование ТС-1 и нефти в качестве дополнительного пластификатора.

Как показали исследования и практика эксплуатации резиновых уплотнительных колец, диапазон монтируемости в раструб при значениях относительной деформации сжатия находится в пределах:

20≤ε_сж, %≤70.

Таким образом, суть изобретения заключается в том, что перед монтажом соединения резиновое уплотнительное кольцо выдерживают (пластифицируют) в автобензине АИ-92 при температуре (20±2)°С в течение времени Т, величина которого получена экспериментально в зависимости от измеренного значения показателя “относительная деформация сжатия” кольца в соответствии с диапазоном этого значения (20≤ε_сж, %≤70) для надежного соединения отрезков труб.

Так при ε_сж=20-30%, Т=10 ч.

ε_сж=31-40%, Т=8 ч.

ε_сж=41-50%, Т=6 ч.

ε_сж=51-70%, Т=4 ч.

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1. Резиновые уплотнительные кольца Р 150 из резины 8613 для монтажа соединения типа “Раструб” по ГОСТ 20772-81 “Устройства присоединительные для технических средств заправки, перекачки, слива-налива, транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов. Типы, основные параметры и размеры. Общие технические требования” поступают с заводов изготовителей резинотехнических изделий (РТИ) партиями (~3000 шт.) и хранятся на складе в ящиках.

Прежде чем разместить резиновые уплотнительные кольца в пазах раструба, определяют относительную деформацию сжатия ε_сж для конкретной партии колец. Показатель ε_сж определяют по ТУ 38 1051962-90 “Кольца резиновые уплотнительные к полевым трубопроводам”. Количество колец для определения показателя относительной деформации сжатия ε_сж при доверительной вероятности q=0,95 берут не менее 7 шт. от партии (РД 50-690-89 "Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным". - М.: Изд. стандартов, 1990, с.15-16).

После определения показателя относительной деформации сжатия ε_сж резиновые уплотнительные кольца выдерживают в автобензине АИ-92 при температуре (20±2)°С в течение 4-10 ч в зависимости от конкретного значения ε_сж (табл.2), после чего размещают в пазах раструба отрезков труб, которые доставляют на монтажные участки и раскладывают по трассе.

Используют стальные трубы диаметром 150 мм по ТУ 44-538-89 “Полевой магистральный трубопровод повышенной производительности ПМТП-150”, имеющие с одной стороны раструб с пазами для размещения резинового уплотнительного и стального запорного колец, с другой стороны - манжету.

В заболоченной местности раскладку труб с размещенными в пазах раструба пластифицированными резиновыми уплотнительными кольцами вдоль выбранной трассы производят с борта медленно движущегося гусеничного снегоболотохода - трубовоза высокой проходимости типа “Ишимбай”. Сборку СРН в линию на грунте ручным способом выполняет бригада (8-10 человек) с темпом монтажа линейной части 2,5 км в сутки (в пересеченной местности при механизированном сооружении СРН используют трубомонтажную машину марки ТУМ-150М с производительностью 8 км в сутки).

Пример 2. Необходимо провести плановую оценку технического состояния отдельного участка СРН длиной 2 км (~400 соединений “Раструб”). Осуществляют демонтаж 7 произвольно выбранных соединений “Раструб”. Резиновые уплотнительные кольца в количестве 7 шт. извлекают из раструбов отрезков труб и определяют ε_сж демонтированных колец. При отклонении значения показателя относительной деформации сжатия от допустимой величины (20≤ε_сж, %≤70) хотя бы у одного кольца проверяемый участок считают неработоспособным, а все кольца бракуют. Для замены вышедших из строя колец отбирают необходимое количество колец из ЗИПа. Определяют ε_сж известным способом (количество колец - не менее 7 шт.). После определения показателя относительной деформации сжатия ε_сж необходимое для замены количество резиновых уплотнительных колец выдерживают в автобензине АИ-92 при температуре (20±2)°С соответственно в течение 4-10 ч в зависимости от конкретного значения ε_сж и размещают в пазах раструба, после чего стыкуют с манжетой другого отрезка трубы до полного герметичного соединения.

Заявляемый способ может быть использован не только при монтаже вновь создаваемого СРН, но и при техническом обслуживании, когда нужно провести текущий ремонт его отдельных участков.

Предлагаемый способ монтажа сборно-разборного нефтепродуктопровода с соединением “Раструб” прошел апробацию в 1996-2003 гг. при монтаже и эксплуатации СРН “Тадакан-Витим” в условиях республики Саха (Якутия) ННГК “Саханефтегаз” (Труды 25 ГосНИИ МО. Вып.52. - М.: OOO “Русло”, 2002, с.364).

Ежегодно отбирались уплотнительные кольца из состава комплекта ЗИП СРН и наряду с другими показателями, характеризующими техническое состояние колец, определялся показатель относительной деформации сжатия. При необходимости монтажа и замены колец в условиях отрицательных температур проводилась дополнительная пластификация резиновых уплотнительных колец автобензином АИ-92.

Используя заявленный способ, авторам удалось наиболее точно определить и повысить упругоэластичные и морозостойкие свойства уплотнительных колец, что обеспечило надежную круглогодичную работу соединений “Раструб” СРН “Талакан-Витим” (более 22 тыс. соединений, 110 км) в течение 7 лет. За весь период работы СРН не было аварий и неисправностей, связанных с проливами нефти и загрязнением окружающей среды.

Таким образом, способ монтажа сборно-разборного нефтепродуктопровода с соединением “Раструб” позволяет:

обеспечить повышение надежности, экологической безопасности СРН за счет проведения дополнительной пластификации колец;

прогнозировать работоспособность соединения в различных условиях эксплуатации за счет сравнения с экспериментально определенными предельно допустимыми (браковочными) показателями относительной деформации сжатия, характеризующими упругопрочностные свойства колец;

повысить экономическую эффективность эксплуатации за счет снижения затрат на ликвидацию аварийных проливов нефтепродуктов.

Изобретение может быть использовано при эксплуатации сборно-разборных трубопроводов с соединением “Раструб” и особенно эффективно при проведении работ в условиях отрицательных температур как для вновь выпущенных (новых) колец, так и бывших в эксплуатации.

Источники информации

1. Руководство по эксплуатации полевых магистральных трубопроводов. - М.: Воениздат, 1968, с.182 (прототип).

2. ГОСТ 20772-81. Устройства присоединительные для технических средств заправки, перекачки, слива-налива, транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов. Типы, основные параметры и размеры. Общие технические требования. - М.: Изд. стандартов, 1989, c.11.

3. РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. - М.: Изд. стандартов, 1990, с.15-16.

4. ТУ 44-538-89. Полевой магистральный трубопровод повышенной производительности ПМТП-150. - 63 КСЗ, г. Ивано-Франковск, 1988, 65 с.

5. ТУ 38 1051962-90. Кольца резиновые уплотнительные к полевым трубопроводам. Технические условия. - ДФ ВНИИЭМИ, 1990, с.2-3.

6. Харламова О.Д., Сергеев А.А., Рыбаков Ю.Н. Опыт эксплуатации уплотнительных колец сборно-разборного нефтепровода в условиях Крайнего Севера. Труды 25 ГосНИИ МО РФ. Выпуск 52. - М.: OOO “Русло”, 2002, с.364-379.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при сооружении и эксплуатации нефтепродуктопроводов. Раскладывают трубы по трассе, размещают в пазах раструба резиновые уплотнительные и стальные запорные кольца. Стыкуют раструбы одной трубы с манжетой другой до герметичного соединения. Перед размещением резинового уплотнительного кольца в пазах раструба определяют величину относительной деформации сжатия ε_сж этого кольца, после чего уплотнительное кольцо выдерживают в автомобильном бензине АИ-92 при температуре 20±2°С в течение времени, продолжительность которого выбирают по заданному соотношению, зависящему от ε_сж. Повышает надежность сборно-разборного трубопровода. 2 табл.

Способ монтажа сборно-разборного нефтепродуктопровода с соединением “раструб”, включающий раскладку отрезков труб по трассе, размещение в пазах раструба резинового уплотнительного и стального запорного колец и последующую стыковку раструба одного отрезка с манжетой другого отрезка до полного герметичного соединения, отличающийся тем, что перед размещением резинового уплотнительного кольца в пазах раструба определяют величину относительной деформации сжатия ε_сж этого кольца, после чего уплотнительное кольцо выдерживают в автомобильном бензине АИ-92 при температуре (20±2)°С в течение времени Т, продолжительность которого выбирают из следующего соотношения:

Т=10 ч при ε_сж=20÷30%;

Т=8 ч при ε_сж=31÷40%;

Т=6 ч при ε_сж=41÷50%;

Т=4 ч при ε_сж=51÷70%.