Способ ремонта трубопроводов
METHOD OF PIPELINE REPAIR

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется для выполнения специальных сварочных работ при ремонте и строительстве трубопроводов.
Известен способ ремонта трубопроводов, выполняющийся согласно «Регламент по вырезке и врезке «катушек» соединительных деталей, заглушек, запорной и регулирующей арматуры и подключению участков магистральных нефтепроводов РД 153-39.4-130-2002» (в дальнейшем - РД), утвержден 8 октября 2002 г. Настоящий Регламент устанавливает порядок организации и выполнения работ по замене дефектных элементов трубопровода, таких как «катушка», соединительная деталь, заглушка, запорная и регулирующая арматура и подключения участков магистральных нефтепроводов (в том числе методом «захлеста») с выполнением операции центрирования.
Недостатком данного способа ремонта трубопровода является то, что регламент не предусматривает жесткую фиксацию концов трубопровода перед вырезкой, поэтому при окончании первого реза происходит резкий сдвиг концов трубопровода друг относительно друга - «выстрел», порой на сотни миллиметров в непредсказуемую сторону. Это опасно для персонала и может привести к заклиниванию и поломке фрезы, что часто вырывает/надрывает трубу в конце реза. Для возврата концов трубопровода в исходное положение требуется использование дорогостоящих тяжелых (массой до 60 тонн), трудно транспортируемых трубоукладчиков. При применении общеизвестных фиксирующих устройств концы трубопровода перед вырезкой жестко фиксируются и сдвига не происходит, но после вырезки дефектного элемента трубопровода в устройствах могут возникнуть значительные, неконтролируемые усилия. После врезки «катушки» трубы и снятия устройств фиксации эти неконтролируемые усилия будут переданы на трубопровод и будут восприниматься новыми сварными швами, что негативно скажется на их прочности при работе трубопровода. Именно эта неопределенность по нагрузкам и возникающие риски аварий не позволяют использовать фиксирующие установки и заложенный в них способ при ремонте трубопроводов по действующим РД.
Заявляемое изобретение позволяет устранить все вышеперечисленные недостатки путем измерения усилий в фиксирующих устройствах трубопровода при производстве работ и информирования о них персонала. Знание усилий и их направлений при фиксации и/или при перемещении концов трубопровода позволяет производить эффективные операции для их уменьшения (даже до нуля), например, путем дальнейшего откапывания трубопровода. Это позволяет исключить дополнительные усилия на сварные швы после снятия фиксирующих устройств. С другой стороны, фиксация трубопровода с измерением усилий перед вырезкой позволяет избежать опасного, значительного смещения концов трубопровода и самого вырезаемого элемента трубопровода, а следовательно, и всех отрицательных последствий от такого смещения. Повышается безопасность проведения работ, снижается риск поломки инструмента, снижаются затраты на производство работ, т.к. не требуется использование дорогих, тяжелых, трудно перемещаемых грузоподъемных устройств (трубоукладчиков) для возвращения концов трубопровода в начальное положение и удержания их на время проведения работ.
Это достигается тем, что в способе ремонта трубопроводов, включающем вварку «катушки» трубы, особенностью является то, что перед вырезкой трубопровод фиксируют по меньшей мере одним фиксирующим устройством на расстоянии не менее 100 мм от края вырезаемого элемента и измеряют усилие удержания трубопровода, возникающие в фиксирующем устройстве, до и/или после вырезки, и предупреждают персонал соответствующим сигналом системы управления фиксирующим устройством о приближении к критическим значениям напряжений в металле трубопровода и/или автоматически ограничивают усилия, вызывающие перемещения концов трубопровода. Часто трубопровод фиксируют по обе стороны вырезаемого элемента по меньшей мере двумя фиксирующими устройствами, при этом трубопровод можно фиксировать полностью, или только в радиальных направлениях, с возможностью свободного его смещения в осевом направлении, или трубопровод фиксируют от перемещений во всех направлениях и от любых поворотов, или трубопровод фиксируют от перемещений во всех направлениях и от двух поворотов, оставляя свободным поворот вокруг оси трубопровода.
При необходимости трубопровод смещают относительно изначально зафиксированного положения при помощи фиксирующего устройства, имеющего механизм смещения трубопровода, и после вырезки элемента трубопровода, при центровке, по меньшей мере один из концов трубопровода смещают в заданном направлении или смещают по меньшей мере один из концов трубопровода в требуемом направлении приложением к нему дополнительного усилия, например, лебедкой, при этом, уменьшив усилие фиксации, или изменяют усилия фиксирующего устройства, воздействующие на трубопровод, для смещения конца трубопровода в заданном направлении.
Зафиксированный конец трубопровода смещают для обеспечения соосности концов трубопровода по меньшей мере двумя разнесенными друг относительно друга фиксирующими устройствами с механизмами смещения трубопровода.
Измеряют несоосность концов трубопровода и производят дополнительную центровку смещением по меньшей мере одного из концов трубопровода, причем в процессе центровки концов трубопровода проводят измерение фактической несоосности концов трубопровода, а после завершения центровки концов трубопровода производят их окончательную фиксацию и измеряют расстояние между торцами концов трубопровода для расчета размеров ввариваемой «катушки», причем используют по меньшей мере одно дополнительное фиксирующее устройство, расположенное между концами трубопровода, для удержания, и/или перемещения, и/или поворота «катушки», а при врезке «катушки» осуществляют ее смещение и/или смещают конец трубопровода или оба конца трубопровода.
При центрировании измеряют положение одного конца трубопровода относительно другого конца трубопровода, при этом используют самоцентрирующийся по трубе измерительный инструмент или при центрировании измеряют положение концов трубопровода относительно неподвижных точек на земле.
Измеряют и усилия удержания, возникающие в фиксирующем устройстве трубопровода соответствующими измерительными устройствами, и регулируют эти усилия удержания по меньшей мере в одном фиксирующем устройстве. После вырезки дефектного участка трубопровода измеряют усилие удержания по меньшей мере в одном фиксирующем устройстве и регулируют его, а после завершения врезки измеряют усилие удержания по меньшей мере в одном фиксирующем устройстве. Окончательное снятие фиксации с трубопровода осуществляют после завершения сварки, остывания сварных швов.
Способ осуществляется следующим образом.
Самый простой вариант ремонта трубопровода - это когда дефект имеет небольшую длину на линейном участке. Трубопровод по краям дефектного участка фиксируют устройствами и вырезают дефектный участок. После вырезки дефектного участка измеряют усилия удержания и, если эти усилия не превышают заданных проектом ремонта значений, на это место вваривают «катушку» - отрезок трубы такого же диаметра, что и трубопровод, и длиной не менее диаметра (это ограничение из РД по условию прочности). Длина «катушки» определяется расстоянием между торцами концов трубопровода. Аналогичным способом заменяются дефектные участки длиной в десятки метров, состоящий из нескольких труб полной длины, но последний элемент - всегда относительно короткий и называется «катушкой». Если усилия на фиксирующем устройстве превышают заданные в проекте ремонта значения, трубопровод дополнительно откапывают и/или смещают для снижения усилия.
Ремонт путем замены элементов трубопровода, таких как соединительные детали, заглушки, запорная и регулирующая арматура, и подключение участков магистральных нефтепроводов (в том числе методом «захлеста») осуществляют фиксацией будущих концов трубопровода, дальнейшим вырезанием дефектного элемента трубопровода, измерением возникающих усилий и после проверки/корректировки усилия в фиксирующем устройстве - врезкой нового элемента трубопровода, как правило, с «катушкой» трубы.
Когда дефект имеет большую длину или на значительной длине трубопровода выявлено большое количество небольших дефектов, экономически целесообразнее (для уменьшения времени остановки трубопровода на ремонт) рядом (параллельно) с действующим трубопроводом построить новый участок трубопровода (иногда это сотни метров), а при остановке трубопровода только «захлестнуть» концы, даже не сдвигая весь новый трубопровод на место удаляемого старого трубопровода с дефектами. После остановки трубопровода из старого трубопровода вырезаются два отрезка в начале и в конце дефектного участка, а концы нового передвигаются к оставшимся концам трубопровода и свариваются - эти швы и называются «захлест». Такая технология существенно ускоряет процесс ремонта, т.к. новый участок строится во время работы действующего трубопровода, а старый (обойденный, заменяемый) участок трубопровода (с дефектами) разбирается уже после запуска трубопровода, и время строительства параллельного участка и разборка дефектного участка не увеличивают время остановки всего трубопровода. Как правило, и захлест выполняется с ввариванием «катушки» трубы.
Обязательно применяется врезка катушки при большой разнице в толщине стенок действующего трубопровода и врезаемого участка и/или для упрощения подгонки. Врезка «катушки» производится в последнюю очередь и наиболее технологически сложна при центрировании и подгонке.
1. Перед началом работ по вырезке дефектного элемента трубопровода:
1.1. Подготовить ремонтный котлован (далее котлован). Трубопровод должен быть вскрыт на расстоянии не менее чем на 1,5 м от места реза с каждой стороны, просвет между вырезаемым элементом трубы и дном котлована должен составлять не менее 0,6 м, минимальное расстояние между боковыми образующими трубопровода, вырезаемого элемента трубы и стенкой котлована должно быть не менее 1,5 м. При поверхностной прокладке трубопровода п. 1.1 не выполняется.
1.2. Изоляционное покрытие в местах резки, в зависимости от способа выполнения операции, должно быть удалено по всей окружности трубы на ширину не менее 50 мм при использовании энергии взрыва, не менее 600 мм - для труборезных машин. Поверхность трубопровода в местах резки должна быть очищена от изоляции, остатков клея, праймера и мастики.
1.3. Изоляционное покрытие в местах установки фиксирующего устройства должно быть удалено по всей окружности трубы на ширину не менее 700 мм. Поверхность трубопровода в местах крепления фиксирующего устройства должна быть очищена от изоляции, остатков клея, праймера и мастики.
1.4. Фиксирующее устройство, а при большой сложности выполнения работ и несколько фиксирующих устройств, должны монтироваться на трубопровод на остающуюся часть или по обе стороны от вырезаемого элемента на расстоянии не менее 100 мм от предполагаемых концов и не ближе 2-3 метров от будущих тампонов.
1.5. Смонтировать фиксирующие устройства на подготовленные места трубопровода. Выполнить крепление фиксирующих устройств, например, ко дну или стенкам котлована. В зависимости от конструкции фиксирующего устройства и свойств грунта допускается и обратная последовательность.
1.6. Регулируя величину внешнего силового воздействия на трубопровод фиксирующими устройствами, выполнить фиксацию трубопровода от возможных смещений. Смещения концов трубопровода после вырезки элемента трубопровода могут возникнуть из-за внутренних механических напряжений трубопровода и других причин. Значения внешнего силового воздействия фиксирующих устройств на трубопровод должны контролироваться с помощью измерительных приборов и/или системой управления фиксирующим устройством(ами). Система управления показывает значение и направление усилий и предупреждает персонал звуковым и/или световым сигналами, если значения силового воздействия на трубопровод будут приближаться к величине, за которой начнется пластическая деформация трубопровода, с учетом материала, из которого изготовлен трубопровод. Величины предупреждения персонала и блокирования дальнейших перемещений определяются при проектировании ремонта.
1.7. Перед установкой труборезных машин или зарядов для взрывного метода котлован необходимо зачистить от остатков изоляционных материалов и замазученного грунта.
2. Провести вырезку дефектного элемента трубопровода труборезными машинами или взрывным методом. Удалить вырезанный дефектный участок трубы. Набить тампоны в стыкуемые участки трубопровода. Выполнить подготовку к проведению сварочных работ согласно действующему РД.
3. Измерить величину и направление усилий, возникших в фиксирующих устройствах после вырезки элемента трубопровода.
4. Если усилия на фиксирующем устройстве при удержании концов трубопровода превышают допускаемую в проекте ремонта величину, дополнительно откопать трубопровод далее от места ремонта для снижения нагрузок до допустимого проектом уровня. Допускается передвинуть трубопровод, контролируя усилия на фиксирующих и сдвигающих устройствах.
5. Обеспечить соосность соединяемых участков трубопровода, выполняя следующие операции:
5.1. Подготовить кромки под сварку соединяемых участков трубопроводов и врезаемого элемента, обеспечив форму и величины кромок согласно требованиям действующего РД.
5.2. Произвести измерение фактической соосности соединяемых участков нефтепровода.
5.3. При отклонении соосности соединяемых элементов трубопровода больше допустимых значений по действующим на момент ремонта РД необходимо провести дополнительную их центровку. Дополнительная центровка выполняется путем изменения величины силового воздействия на трубопровод фиксирующим устройством или несколькими устройствами, причем усилие и направление в каждом устройстве не должно превышать пределов, разрешенных в нем проектом ремонта. При превышении усилиями заданных величин система управления установками предупреждает персонал соответствующим сигналом и/или прекращает дальнейшее перемещение трубопровода перегруженной установкой. В результате перемещений элементы трубопровода смещаются до требуемых РД значений соосности.
5.4. После завершения центровки элементов трубопровода выполнить их окончательную фиксацию.
5.5. При необходимости, доработать котлован, выкопав приямок, размеры которого достаточны для проведения работ по сварке и контролю неповоротных стыков.
6. Подготовка и подгонка ввариваемой «катушки» трубы выполняются в следующей последовательности:
6.1. На торцах труб, соединяемых участках и других элементах трубопровода произвести замер периметров по внутренней и наружной поверхностям и некруглости трубы. На основании полученных результатов произвести выбор трубы аналогичного размера и класса прочности для изготовления катушки.
6.2. Согласно предлагаемой в действующем на момент ремонта РД методике, используя самоцентрирующийся по трубе измерительный инструмент, или измеряя положение концов соединяемых элементов трубопровода относительно неподвижных точек на земле, провести замеры расстояния между их торцами для расчета размеров врезаемого элемента трубопровода и/или врезаемой «катушки» трубы.
6.3. Подготовить «катушку» трубы с длиной, обеспечивающей зазор в разделках между кромками согласно действующему на момент ремонта РД. На одном из торцов «катушки» целесообразно иметь заводскую разделку.
6.4. При необходимости, в месте установки «катушки» трубы монтируется одно или несколько дополнительных фиксирующих устройств, которые позволят перемещать «катушку» трубы относительно соединяемых концов трубопровода при проведении ее подгонки.
6.5. С помощью крана установить и закрепить «катушку» трубы на дополнительное фиксирующее устройство, которое установлено между концами трубопровода, или удерживать ввариваемый элемент на весу краном. Используя дополнительное фиксирующее устройство или кран, провести подгонку «катушки» трубы. При необходимости, в процессе подгонки допускается смещать один из соединяемых концов трубопровода, используя фиксирующее устройство или другие устройства, которые на этом конце трубопровода установлены.
6.6. Произвести сборку первого сварного шва на наружном центраторе.
6.7. Выполнить сварку первого стыка согласно операционной технологической карте.
6.8. Произвести сборку второго сварного шва на наружном центраторе.
6.9. Выполнить сварку второго стыка в соответствии с технологической картой.
7. Дальнейшие операции производятся согласно действующим регламентам.
8. При выявлении в результате измерений недопустимо больших усилий удержания трубопровода в любое время проведения работ ремонтная бригада должна, в частности, откопать еще часть трубопровода и/или сдвинуть его для уменьшения или полного снятия этих сил.
9. Демонтаж фиксирующих устройств выполняется после завершения сварки, остывания сварных швов, наложения изоляции, окончательной проверки  усилий удержания трубопровода, подсыпки вскрытой части трубопровода и ее утрамбовки (за исключением мест установки фиксирующих устройств).
10. После демонтажа фиксирующих устройств осуществляется изоляция трубопровода в местах крепления фиксирующих устройств и окончательная подсыпка и утрамбовка в местах, где стояли фиксирующие устройства. Применение вышеизложенного способа ремонта трубопроводов с использованием фиксирующих устройств и измерением возникающих в них усилиий и информировании персонала о значении усилий и перегрузке обладает новизной и позволяет отказаться от применения дорогостоящих тяжелых негабаритных трубоукладчиков, снизить время, трудоемкость и стоимость работ, повысить качество и безопасность их выполнения, в том числе и по сравнению с известными фиксирующими устройствами без измерения усилий в них возникающих. При этом снижаются требования к квалификации персонала, появляется возможность автоматизировать процесс, включая расчет и подгонку «катушки» трубопровода. Способ может быть реализован комплексом простых технических средств, которые широко известны из уровня техники.