Способ заделки трещин в стенке трубопровода и устройство для его осуществления
METHOD OF SEALING CRACKS IN PIPELINE WALL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для проведения ремонтных работ преимущественно на магистральных трубопроводах без его остановки для осуществления ремонта.
Разработка способов ремонта, направленных на предотвращение разрушения труб магистральных газо-, нефтепроводов, а также напорных водоводов и паропроводов преимущественно в зонах, где имеются локальные деформации стенок в виде множественных микротрещин, которые под действием эксплуатационного давления в трубе становятся зонами концентрации механических напряжений, порождая локальные напряженно-деформированное состояние, является весьма актуальной задачей, поскольку целостность и сохранность трубопровода в течение полного срока действия важные только из-за его высокой стоимости, но и исходя из предотвращения катастрофы, загрязнения или серьезного повреждения для пользователей (Гумеров А.К., Шмаков А.К., Хайрутдинов Ф.Ш. МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИВАРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ. Нефтегазовое дело №4, 2007; В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов. Основы численного моделирования магистральных трубопроводов: 2005).
Для ликвидации повреждения стенки трубопровода его можно полностью перекрыть, а затем, освободив от продукта, вырезать поврежденный участок и вварить катушку. Однако перекрытие трубопровода в конкретный момент не всегда возможно, и, кроме того, приостановка транспортировки продукта может принести значительный финансовый ущерб.
Широко известны решения этой проблемы без приостановки транспортировки продукта путем наложения различных аварийных хомутов, заплат.
Нашли применение, например, круговые муфты, накладываемые на место дефекта в виде сварного кольца из листового металла. Такие кольца, обычно из двух половин препятствующих развитию деформации трубопровода на заневоленном участке.
Однако простое наложение муфты на трубопровод, работающий под рабочим давлением, еще не дает достаточно эффекта, так как при этом не тормозится развитие трещиноподобных дефектов.
Традиционно, предотвращая разрушение магистрального трубопровода, обследуют его потенциально опасный участок, оценивают работоспособность трубы и выполняют ремонт одним из известных способов.
Известен способ повышения стойкости конструкций к распространению трещин, в котором осуществляют нагрев и охлаждение конструкции в направлении возможного распространения трещины (Патент РФ №2041418, МПК F16L 57/00. Способ повышения стойкости конструкций к распространению трещин. Опубл. 09.08.95. Бюлл. №22).
Основным недостатком способа является повышенная опасность реализации способа на эксплуатирующихся магистральных нефтегазопроводах с трещинами без удаления из полости трубопровода перекачиваемого продукта.
Известен также 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 зачистке дефекта, уменьшении давления в трубопроводе, установке на дефект разъемной муфты, сварке горизонтальными продольными швами половин муфт, закачке твердеющего не коррозионно-активного полимерного материала в пространство между муфтой и трубой, при этом предварительно снижают давление в трубопроводе. (Патент РФ №2097646, МПК F16L 57/00, 58/16. Способ предотвращения развития дефектов стенок трубопроводов. Опубл. 27.11.97. Бюлл. №33).
Однако эксплуатирующийся трубопровод находится в сложнонапряженном состоянии, поэтому снижение муфтой кольцевых напряжений в области дефекта не всегда может предотвратить развитие трещиноподобного дефекта, например, при возникновении в трубопроводе напряжений изгиба.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ заделки трещин в стенке трубопровода, включающий очистку наружной поверхности восстанавливаемого участка трубопровода, разделку трещин, установку полумуфты или муфты вокруг восстанавливаемого участка трубопровода с образованием полости между ее внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубопровода, герметизацию упомянутой полости, создание вакуума и заделку трещин в стенке трубопровода заполнением их наполнителем (патент РФ №2601782, МПК F16L 57/02, Способ восстановительного ремонта трубопровода и устройство для его осуществления. Опубл. 10.11.2016 Бюл. №31.).
Недостатком прототипа является недостаточная надежность заполнения трещин наполнителем, что снижает качество ремонта трубопровода.
Задачей изобретения является предотвращение роста трещиноподобных дефектов трубопроводов, снижение вероятности последующего разрушения трубопровода после ремонта.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности ремонта трубопровода за счет гарантированного заполнения наполнителем трещин в стенке трубопровода.
Технический результат достигается тем, что в способе заделки трещин в стенке трубопровода, включающий очистку наружной поверхности восстанавливаемого участка трубопровода, разделку трещин, установку полумуфты или муфты вокруг восстанавливаемого участка трубопровода с образованием полости между ее внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубопровода, герметизацию упомянутой полости, создание вакуума и заделку трещин в стенке трубопровода заполнением их наполнителем, согласно изобретению после создания вакуума, заполнение трещин наполнителем осуществляют при воздействии на восстанавливаемый участок ультразвуком.
В частных воплощениях предлагаемого способа дополнительно предусматривается то, что воздействие ультразвуком производят путем возбуждения ультразвуковых колебаний в материале трубы, соответствующих по частоте, частоте собственных колебаний материала трубы и возбуждения ультразвуковых колебаний в наполнителе, соответствующих по частоте, частоте собственных колебаний материала наполнителя; заполнение трещин наполнителем производят выдавливанием или шприцеванием наполнителя через выходное отверстие сопла устройства для заполнения трещин, перемещающегося вдоль заполняемой трещины; в качестве наполнителя используется расширяющийся пластифицированный наполнитель, а после заполнения трещин наполнителем производят его уплотнение; после заделки трещин в стенке трубопровода заполнением их наполнителем на поверхность трубопровода наносят защитный слой в виде мастичной армированной ленты; после уплотнения наполнителя на поверхность трубопровода наносят защитный слой в виде мастичной армированной ленты; защитный слой в виде мастичной армированной ленты наносят толщиной не менее от 1,5-3,0 от значения максимальной глубины трещины в трубопроводе; после очистки наружной поверхности восстанавливаемого участка трубопровода осуществляют его неразрушающий контроль; неразрушающий контроль проводят ультразвуковым и/или магнитным методом.
Известна манжета, представляющая собой обжимной хомут круглого сечения (Антикайн П.А. Краткий справочник по металлам для оборудования и трубопроводов ТЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 126), который может быть снабжен эластичной прокладкой и элементом крепления на трубопроводе.
Однако известное устройство позволяет только временно обеспечить герметизацию участка трубопровода и требует в дальнейшем проведение ремонта, например замену указанного участка трубопровода, осуществляемую, как правило, с остановкой его эксплуатации.
7
Известно устройство для ремонта трубопровода, состоящее из снабженных уплотнительным элементом двух полухомутов, скрепленных посредством болтового соединения. При соединении и закреплении двух полухомутов вокруг ремонтируемого участка трубопровода обеспечивается герметизация ремонтируемого участка трубопровода. (АС СССР №1442777, МПК F16L 55/18, Устройство для устранения течи подводного трубопровода. Опубл. бюл. №45, 1988 г.). Герметизация дефектного участка трубопровода достигается за счет уплотнительного элемента, расположенного между внутренней поверхностью муфты и наружной поверхностью трубопровода.
Однако поскольку герметизация дефектного участка трубопровода достигается только за счет уплотнительного элемента, без заделывания трещин, то рост трещин продолжается, что может привести к разгерметизации трубопровода на отремонтированном участке.
При ремонте трубопровода часто возникает необходимость временно герметизировать область вокруг трубопровода на ремонтируемом участке. С этой целью используются ремонтные камеры, устанавливаемые на трубопроводе.
Из уровня техники известен способ монтажа герметичной камеры, содержащей полый корпус с арочными вырезами, поворотное днище в виде усеченной цилиндрической емкости с арочными вырезами, и устройство поворота днища с приводом. Согласно способу грузоподъемным механизмом опускают камеру с открытым арочным вырезом на трубопровод и. поддерживают в таком положении. Затем закрепляют ремонтную камеру разгрузочными устройствами и при помощи поворотного механизма поворачивают днище на 180°, и далее закрепляют поворотное днище на корпусе. После чего герметизируют зазоры между камерой и трубопроводом (см. описание патента РФ 2196930, F16L 55/18, опубликован 20.01.2003).
Недостатком известного способа является сложность установки камеры трубопровода, связанной с большим количеством операций, а также с тем, что днище камеры монтируется вместе с корпусом, обладающим большой массой, и центровка камеры на трубопроводе занимает большое количество времени.
Известно также устройство для проведения ремонтных работ на трубопроводе, выполненное в виде муфты (патент РФ №2159890, МПК E16L 55/18, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА ТРУБОПРОВОДЕ. Бюл. №33, 2000 г.). Устройство состоит из полого корпуса с противоположно расположенными арочными вырезами, поворотного днища, охватывающего трубопровод, устройства поворота днища, надувных уплотнительных элементов.
Недостатком устройства является то, что уплотнения по торцам и вдоль боков выполнены надувными, что не исключает опасность разгерметизации камеры от проколов, затираний, разрывов надувных уплотнительных элементов и быстрое наполнение зоны работ окружающей камеру средой. Кроме того, надувные уплотнения не обеспечивают герметизацию в условиях создания в ремонтной камере вакуум, а само устройство не приспособлено для заделывания трещин в трубопроводе.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа устройства для восстановительного ремонта трубопровода, является устройство, выполненное в виде муфты, образующей при наложении ее на ремонтируемый участок трубопровода герметичную полость между ее внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубопровода и снабженная системами откачки и напуска воздуха или газа, перемещающимся устройством для шприцевания трещин наполнителем, системой управления перемещением устройства для шприцевания и смотровым окошком (патент РФ №2601782, МПК F16L 57/02, Способ восстановительного ремонта трубопровода и устройство для его осуществления. Опубл. 10.11.2016 Бюл. №31.)
Задачей изобретения является предотвращение роста трещиноподобных дефектов трубопроводов, снижение вероятности последующего разрушения трубопровода после ремонта.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности ремонта трубопровода за счет гарантированного заполнения наполнителем трещин в стенке трубопровода.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для заделки трещин в стенке трубопровода, выполненное в виде муфты, образующей при наложении ее на ремонтируемый участок трубопровода герметичную полость между ее внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубопровода и снабженная системами откачки и напуска воздуха или газа, перемещающимся устройством для шприцевания трещин наполнителем, системой управления перемещением устройства для шприцевания и смотровым окошком, согласно изобретению перемещающееся устройство для шприцевания снабжено, по крайней мере одним ультразвуковым генератором, обеспечивающим воздействие ультразвука на материал восстанавливаемого участка трубопровода и на материал наполнителя.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 в разрезе представлено устройство для ремонта трубопровода, выполненное в соответствии с изобретением; на фиг. 2 - внешний вид полумуфты устройства для ремонта.
На фигурах 1 и 2 показаны: 1 - ремонтируемый (восстанавливаемый) участок трубопровода; 2 - рабочая полость устройства (герметичная полость между внутренней поверхностью устройства и внешней поверхностью трубопровода); 3 - система управления перемещением устройства для шприцевания; 4 - перемещающееся устройство с ультразвуковым генератором для шприцевания трещин наполнителем; 5 - сопло; 6 - внутренняя поверхность муфты; 7 - боковой фланец; 8 - кольцевое уплотнение; 9 - трещины; 10 - направляющая; 11 - привод устройства для перемещения; 12 - смотровое окошко, 13 - натекатель, 14 - система откачки воздуха или газа; 15 - стяжка.
Устройство работает, а способ осуществляется следующим образом.
Перед проведением ремонтных работ определяют местоположение дефекта согласно данным внешне или внутритрубной диагностики и проводят дефектоскопический контроль зоны контроля дефектов методом неразрушающего контроля с целью уточнения параметров дефектов и координат их расположения.
После проведения диагностики осуществляют предварительную подготовку поверхности трубы к восстановительному ремонту, очистку наружной поверхности восстанавливаемого участка 1 трубопровода (фиг. 1): удаляют изоляционное покрытие и очищают поверхность механическим способом на ширину, превышающую по площади площадь наложения устройства для восстановления с муфтой, но не менее 150 мм от границ предполагаемой выборки дефектного участка, производят разделку трещин.
На подготовленный участок 1 трубопровода (фиг. 1) вокруг его восстанавливаемого участка устанавливают устройство для восстановительного ремонта (выполненное либо в виде полумуфты, либо в виде муфты) с образованием полости 2 между ее внутренней поверхностью 6 и внешней поверхностью трубопровода 1, производят герметизацию упомянутой полости путем плотного прижатия муфты к поверхности трубопровода через уплотнения 8, расположенные. на фланцах муфты в местах контакта с поверхностью трубопровода 1.
После герметизации упомянутой полости 2 в ней создают вакуум путем откачки воздуха вакуумным насосом через систему откачки воздуха 14 устройства для ремонта.
Заполнение трещин 9 в трубопроводе 1 наполнителем осуществляют выдавливанием или шприцеванием через выходное отверстие сопла 5 устройства 4 для шприцевания с ультразвуковым генератором, перемещающегося вдоль заполняемой трещины 9. В трещины 9 заливают расширяющийся пластифицированный наполнитель и равномерно распределяют его в трещине за счет воздействия ультразвуком. После заполнения трещины ультразвуковой генератор выключают и после застывания наполнителя в полость через натекатель 13 запускают воздух.
После завершения восстановительного ремонта проводят демонтаж устройства, контроль сплошности восстановленного участка и осуществляют второй этап ремонта трубопровода, заключающийся в нанесении защитного слоя в виде мастичной армированной ленты.
Муфту получают стягиванием двух разъемных полумуфт (фиг. 2), выполненных в виде полуцилиндров, посредством стяжек 15. Установку муфты производят посредством грузоподъемного устройства.
Муфта снабжена узлами герметизации, каждый из которых состоит из бокового фланца 7, в котором выполнены отверстия для размещения прижимных шпилек, и упорного выступа в виде полукольца, выполненного на внутренней поверхности каждой из полумуфт, а между боковым фланцем и упорным выступом расположены по меньшей мере одна манжета и гибкое кольцевое уплотнение 8.
После завершения установки и закрепления муфты затягиванием стяжек 15 производят откачку воздуха до образования требуемого разряжения (вакуума).
Пример
Лабораторные исследования образцов с трещинами, восстановленными по предложенному способу, показали соответствие показателей испытаний на ударный изгиб, статический изгиб, статическое растяжение, растяжение металла, а также металлографического анализа нормативным показателям.
Проведенные исследования дают основание утверждать, что заявляемый способ восстановительного ремонта трубопровода в процессе его эксплуатации позволяет практически полностью (до 94%) восстановить прочностные характеристики трубопровода, расширяет диапазон ремонтируемых дефектов, вплоть до сквозных, повышает надежность отремонтированного участка трубопровода, обеспечивает усиление данного участка трубопровода.