РАЗРЕЗНОЙ ТРОЙНИК С ВЕЛДОЛЕТОМ

Полезная модель относится к ремонтным конструкциям нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, а конкретно к тройникам разрезным для трубопроводов. Конструкция тройника может быть использована при строительстве, реконструкции и ремонте трубопроводных систем, предназначенных для транспорта нефти и нефтепродуктов.
Известен разрезной тройник, предназначенный для ремонта патрубков, отверстий и несанкционированных врезок. Разрезные тройники с диаметром патрубка от 159 до 720 мм применяются для ремонта трубопроводов без остановки перекачки продукта. Разрезной тройник состоит из верхней и нижней полумуфт, патрубка, эллиптического днища (см. Методы ремонта дефектов и дефектных секций действующих магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Руководящий документ РД-23.040.00-КТН-140-11, с изменением №2., М: Изд. ОАО «АК «Транснефть», 2011, с. 85).
Известен тройник разрезной штампосварной для трубопроводов с диаметром патрубка от 159 до 720 мм, предназначенный для ремонта патрубков, отверстий и ненормативных врезок без остановки перекачки продукта. Тройник разрезной штампосварной для трубопроводов состоит из нижней полумуфты, при этом верхняя полумуфта изготовлена с помощью штамповки с приваренными к ней патрубком и эллиптическим днищем, причем радиус отбортовки у верхней полумуфты составляет не менее двух толщин стенки листа по магистрали, из которого изготовлена верхняя полумуфта, а толщины стенок верхней и нижней полумуфт по магистрали определяются расчетом в зависимости от давления в трубопроводе (патент на полезную модель RU 116953, опубликовано: 10.06.2012).
Недостатком применения вышеуказанных разрезных тройников при ремонте нефтепроводов и нефтепродуктопроводов является невозможность избежать концентрации напряжений в зоне вокруг технологического отверстия в зоне установки патрубка.
Известен также тройник разрезной с патрубком усиливающим для трубопроводов, который применяется для ремонта дефектных участков трубопроводов после их остановки. Тройник состоит из полумуфт нижней и верхней, при этом патрубок усиливающий установлен на дефектный участок трубы и приварен одним концом к трубе, на патрубок усиливающий установлена полумуфта верхняя, причем полумуфта верхняя изготовлена с помощью штамповки в заводских условиях, а к ней присоединена полумуфта нижняя, а вся конструкция приварена к ремонтируемой трубе кольцевыми угловыми швами, а верхняя полумуфта приварена к патрубку усиливающему кольцевым угловым швом, а на патрубок усиливающий сверху приварено стыковым кольцевым швом эллиптическое днище (патент на полезную модель RU 114744, опубликовано: 10.04.2012).
Данное устройство наиболее близко к предлагаемому техническому решению и принято за прототип.
Недостатком применения прототипа при ремонте нефтепроводов и нефтепродуктопровод также является невозможность избежать концентрации напряжений в зоне вокруг технологического отверстия, в результате чего появляются дефекты, приводящие к сокращению времени эксплуатации устройства от 30 до 70%.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании разрезного тройника с велдолетом с повышенным сроком эксплуатации.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности разрезного тройника с велдолетом, применяемого для проведения ремонтных работ при эксплуатации нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что разрезной тройник с велдолетом состоит из полумуфты верхней и полумуфты нижней, велдолета, нижним концом приваренного с внешней и внутренней стороны к технологическому отверстию верхней полуобечайки полумуфты верхней, а верхним концом приваренного к патрубку ответвления, при этом полумуфта верхняя и полумуфта нижняя приварены между собой продольными стыковыми швами, причем разрезной тройник с велдолетом выполнен с возможностью приварки с двух сторон кольцевыми угловыми швами к трубе, в которой предварительно вырезано технологическое отверстие для ответвления с диаметром, равным внутреннему диаметру велдолета.
Другими особенностями настоящей полезной модели является то, что:
- толщина стенок полумуфт верхней и нижней составляет 13-35 мм;
- велдолет выполнен в виде цилиндра с разделкой кромок под сварку с обеих сторон с толщиной стенки в цилиндрической части 10-85 мм, высотой 80-310 мм, диаметром 80-1220 мм, при этом соотношение диаметров патрубка ответвления и магистральной трубы составляет 0,2-1,0;
- патрубок ответвления выполнен с возможностью приварки к нему кольцевым стыковым швом трубы ответвления;
- на патрубок ответвления кольцевым стыковым швом приварено эллиптическое днище;
- на патрубок ответвления кольцевым стыковым швом приварен фланец с крепежными отверстиями.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена схема тройника разрезного с велдолетом.
На чертеже позиции имеют следующие обозначения:
1 - полумуфта нижняя;
2 - полумуфта верхняя;
3 - труба;
4 - велдолет;
5 - патрубок ответвления;
6 - сварной шов;
7 - кольцевой угловой шов;
8 - кольцевой стыковой шов;
9 - продольный стыковой шов;
п
d - диаметр патрубка ответвления, мм;
тр
S - толщина стенки трубы, мм;
тр
D - диаметр трубы, мм;
в
d -диаметр велдолета, мм;
S - толщины стенок полумуфт, мм;
D - диаметр тройника, мм;
L - длина полумуфты, мм;
в
S - толщина стенки велдолета, мм.
тр
Предлагаемая конструкция разрезного тройника с велдолетом используется для труб диаметром от 159 до 1220 мм и толщиной стенки S равной 8-32 мм.
Полезная модель состоит из нижней и верхней частей.
Нижняя часть представляет собой полумуфту нижнюю 1, которая продольными стыковыми швами 9 приваривается к верхней полумуфте 2 и кольцевыми угловыми швами 7 к ремонтируемой трубе 3. Толщина стенки S полумуфты нижней 1 определяется расчетом в зависимости от давления в трубопроводе, толщины стенки и класса прочности трубы и составляет 13-35 мм, что обеспечивает несущую способность трубопровода в зоне ремонта.
Верхняя часть конструкции включает полумуфту верхнюю 2, велдолет 4 и патрубок ответвления 5. Полумуфта верхняя 2 отличается от прототипа тем, что на нее приварен велдолет 4, что дает возможность изготавливать верхнюю часть конструкции в заводских условиях, а не на трассе. Это на 300-600% снижает объемы ремонтных работ при установке конструкции на трассе нефтепровода.
Толщина стенки S полумуфты верхней 2 определяется расчетом в зависимости от давления в трубопроводе, толщины стенки и класса прочности трубы, и находится в пределах 13-35 мм, что обеспечивает несущую способность трубопровода в зоне ремонта.
Полумуфту верхнюю 2, с предварительно приваренным в заводских условиях велдолетом 4, устанавливают на трубу 3, в которой предварительно вырезано технологическое отверстие для ответвления, с диаметром, равным внутреннему диаметру велдолета 4, а затем к полумуфте верхней 2 присоединяют полумуфту нижнюю 1 и производят сварку продольных стыков полумуфт продольными стыковыми швами 9. После выполнения продольных стыковых швов 9 конструкцию с двух сторон приваривают к ремонтируемой трубе 3 кольцевыми угловыми швами 7. После сварки полумуфт на велдолет 4 приваривают патрубок ответвления 5 кольцевым стыковым швом 8.
В предлагаемом разрезном тройнике с велдолетом достигается снижение концентрации напряжений в зоне вокруг технологического отверстия за счет установки велдолета 4, имеющего более прочный сварной шов, выполненный в заводских условиях. Кроме того в конструкции имеется двойной запас прочности за счет удвоенной толщины металла на трубе в зоне технологического отверстия. Это обеспечивает повышение надежности и увеличение срока эксплуатации разрезного тройника по сравнению с прототипом.
Велдолет 4 выполнен в виде цилиндра с разделкой кромок под сварку с обеих сторон с толщиной стенки в цилиндрической части 10-85 мм, его размеры определяются в зависимости от давления в трубопроводе и прочности стали, из которой он изготовлен, и составляют: высота - 80-310 мм, диаметр - 80-1220 мм, а соотношение номинальных диаметров патрубка ответвления и магистральной трубы составляет 0,2-1,0, что обеспечивает компенсацию потери несущей способности трубопровода на контуре специально изготовленного технологического отверстия круглой формы, ввиду снижения в этой зоне концентрации напряжений до 1 (единицы). Велдолет 4 приваривается сварным швом 6 с внешней и внутренней стороны к верхней полуобечайке полумуфты верхней 2 с технологическим отверстием, выполненным в полумуфте верхней в заводских условиях.
После установки на трубу 3 полумуфты верхней 2 устанавливают полумуфту нижнюю 1 и сваривают полумуфты между собой продольными стыковыми швами 9, а затем всю конструкцию с двух сторон приваривают кольцевыми угловыми швами 7 к ремонтируемой трубе 3, в которой предварительно вырезано технологическое отверстие для ответвления, с диаметром, равным внутреннему диаметру велдолета. К патрубку ответвления 5 кольцевым стыковым швом приваривается труба ответвления, или эллиптическое днище, или фланец с крепежными отверстиями (на чертеже не показаны).
Работа устройства
В полевых условиях на участок трубы 3 с заранее вырезанным технологическим отверстием для ответвления (при ремонте или реконструкции трубопровода), или дефектный участок трубы, имеющий сквозное отверстие, патрубки, ненормированные конструкции, вантузы, сигнализаторы пропуска средств очистки и диагностики и др., устанавливают полумуфту верхнюю 2 со сквозным отверстием и приваренным велдолетом 4, а затем к полумуфте верхней 2 присоединяют полумуфту нижнюю 1 и с помощью наружного центратора выравнивают зазор на продольных стыках и между трубой и полумуфтами, делая его равномерным. Производят сварку продольных стыков полумуфт на подкладных пластинах, расположенных вдоль стыка между внешней поверхностью магистральной трубы и внутренней поверхностью разрезного тройника. При этом продольные швы не должны проплавляться до поверхности трубы. После выполнения продольного шва конструкцию с двух сторон приваривают к ремонтируемой трубе кольцевыми угловыми швами. После сварки полумуфт к верхнему концу велдолета 4 стыковым кольцевым швом приваривают патрубок ответвления 5, к которому в дальнейшем стыковым кольцевым швом приваривается труба ответвления, или эллиптическое днище, или фланец с крепежными отверстиями.
Натурные испытания разрезного тройника с велдолетом. С целью определения работоспособности конструкции и ее оптимальных характеристик были проведены натурные опытные работы в производственных условиях при температурах окружающего воздуха в диапазоне от минус 2 до минус 10°С включительно. На трубу диаметром 530 мм из стали 09Г2С с толщиной стенки 12 мм из стали класса прочности К56 с вырезанным отверстием под установку велдолета был приварен разрезной тройник с велдолетом. Сварка выполнена на специализированном стенде на открытом воздухе. На стенде при производстве сварочных работ была обеспечена циркуляция рабочей жидкости внутри натурного образца, к которому приваривался разрезной тройник. Неразрушающий контроль показал отсутствие дефектов сварочного происхождения, а также механических повреждений и трещин.
Сваренные натурные образцы были испытаны на специализированном стенде на статическую прочность и циклическую долговечность.
Результаты испытаний приведены в таблицах 1, 2.
Согласно данным таблиц 1 и 2 все испытанные образцы предлагаемых сварных конструкций выдержали испытания, в то время как 20% образцов тройника, принятого за прототип, согласно накопленной статистике, теряли герметичность.
Применение разрезного тройника с велдолетом обеспечивает повышение надежности конструкции при эксплуатации нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
Предложенная конструкция разрезного тройника с велдолетом может быть использована:
- при выполнении ремонтных работ на трубопроводах (герметизация патрубков, вантузов, ненормируемых конструкций, сигнализаторов пропуска средств очистки и диагностики и др.);
- при строительстве и реконструкции трубопроводных систем для присоединения основной нитки трубопровода с трубопроводом ответвления (лупинг, дополнительная нитка трубопровода, технологический трубопровод и др.).