Деталь для сварного соединения труб в трубопроводах

Полезная модель относится к подготовке под сварку соединительных деталей, используемых при сооружении, реконструкции и ремонте магистральных и технологических трубопроводов организаций системы «Транснефть».
Для сооружения и ремонта линейной части магистральных трубопроводов применяются электросварные прямошовные трубы диаметром от 530 до 1220 мм, изготовленные из низколегированных сталей. Кроме труб применяются следующие соединительные детали: переходные катушки, тройники, переходы и отводы - имеющие трубную часть для соединения с трубой с помощью сварки.
Согласно руководящему документу ОАО «АК «Транснефть» РД-25.160.00-КТН-037-14 «Сварка при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов» (см. интернет-ссылку http://otdel-pto.ru/or-rd/rd-25-160-00-ktn-037-14/, дата обращения - 23.06.2016) при выполнении разнотолщинных соединений диаметром от 426 до 1220 мм применяются трубы и соединительные детали без дополнительной обработки свариваемых торцов (при толщинах, отличающихся на 2 мм и менее) или проводится растачивание изнутри («нутрение») более толстой трубы. Внутренняя расточка более толстостенной детали трубопровода проводится на длину от 30 до 40 мм. Указанный размер определяется необходимостью обеспечения равных условий теплоотвода с обеих сторон кольцевого сварного соединения.
Соединительная деталь под сварку, в которой выполняют внутреннюю расточку на длину от 30 до 40 мм, наиболее близка предлагаемой полезной модели и принята за прототип.
Недостатком применения известных соединительных деталей является невозможность регистрации дефектов поперечного сварного шва, выполненного на стыке труб и соединительных деталей разной толщины, в ходе внутритрубной диагностики трубопроводов с помощью внутритрубных инспекционных приборов (ВИП).
Для диагностирования в организациях системы «Транснефть» применяют ВИП типа MFL (в них применяется метод магнитной диагностики, основанный на принципе регистрации утечки магнитного потока - Magnetic Field Lеаk) и ВИП типа WM (метод ультразвуковой диагностики, предназначенный для измерения толщины стенки - Wallthickness measurement), которые осуществляет регистрацию и идентификацию дефектов трубопровода.
Дефекты поперечного сварного шва при наличии разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей не регистрируются с помощью ВИП типа MFL и типа WM, так как:
- влияние разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей вызывает значительные изменения амплитуды сигнала на данных внутритрубной диагностики ВИП MFL, что маскирует сигналы от возможных дефектов поперечных сварных швов указанных соединений
- влияние конструктивных элементов кольцевых сварных соединений «труба - соединительная деталь» с разнотолщинностью стыкуемых элементов на носитель датчиков ВИП типа WM приводит к потере сигнала от датчиков, что делает невозможной регистрацию элементов разделки кромок.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в обеспечении возможности регистрации в ходе внутритрубной диагностики трубопроводов дефектов поперечного сварного шва кольцевого сварного соединения «труба - соединительная деталь» при наличии разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей.
Технический результат полезной модели заключается в определении длины внутренней цилиндрической расточки трубной части соединительной детали, при которой обеспечивается диагностика сварного шва с помощью внутритрубных инспекционных приборов.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что деталь для сварного соединения труб в трубопроводах выполнена с возможностью обеспечения внутритрубной диагностики сварного шва в виде трубной части со скошенными кромками, толщина стенки которой, больше, чем у стыкуемой трубы, и имеет внутреннюю цилиндрическую расточку, диаметр которой равен диаметру стыкуемой трубы, причем внутренняя цилиндрическая расточка выполнена на длину не менее 150 мм.
0
Кроме того, частным признаком полезной модели являются то, что угол внутреннего скоса кромки составляет 0.
Вариант осуществления полезной модели раскрывается с помощью фигур 1, 2, 3, на которых схематически показано:
1 - труба;
2 - соединительная деталь;
3 - кромка.
На фигурах также показаны следующие обозначения:
1
S - толщина стенки трубы;
2
S - толщина стенки соединительной детали;
3
S - толщина стенки проточенного элемента соединительной детали;
1
α - внешний угол скоса кромки;
2
α - внутренний угол скоса кромки;
А - длина расточки.
При сооружении, реконструкции и ремонте магистральных и технологических трубопроводов сборку и сварку труб и соединительных деталей, отличающихся по номинальной толщине на 2 мм и менее, проводят без дополнительной обработки свариваемых кромок.
2
1
1
2
1
2
Стыковочное соединение, по которому осуществляют сварку с формированием сварочного шва, в этом случае соответствует схеме разделки кромок, приведенной на фиг. 1, в которой труба 1 является, как правило, тонкостенным элементом, а соединительная деталь - толстостенным элементом, то есть толщина стенки соединительной детали (S) больше, чем толщина стенки трубы (S). При этом кромка 3 соединительной детали имеет внутренний и внешний скосы, характеризующиеся внешний углом скоса кромки (α) и внутренний углом скоса кромки (α). Для типового варианта стыковочного соединения внешний угол скоса кромки (α) составляет 25-30 угловых градусов, а внутренний угол скоса кромки (α) - 20-30 угловых градусов.
3
1
Сборку и сварку элементов, номинальные толщины присоединяемых кромок которых отличаются более чем на 2 мм, производят по схеме разделки кромок, приведенной на фиг. 2, причем при осуществлении сварки необходимо выполнение подварочного слоя по всему периметру шва. Для этого проводят «нутрение» (внутреннюю цилиндрическую расточку) толстостенного элемента до толщины стенки проточенного элемента соединительной детали (S), равной от 1,2 до 1,5 толщины тонкостенного элемента - стенки трубы (S). Внутреннюю цилиндрическую расточку производит на длину от 30 до 40 мм.
2
1
В результате проведенной ООО «НИИ Транснефть» научно-исследовательской работы было экспериментально установлено, что вероятность регистрации дефектов разнотолщинных кольцевых сварных соединений «труба - соединительная деталь» с помощью внутритрубных инспекционных приборов зависит от длины расточки (А), при этом под разнотолщинностью понимается разность толщины толстостенного элемента - соединительной детали (S) и толщины тонкостенного элемента - трубы (S).
Для проведения эксперимента были изготовлены сменные соединительные детали для трубопроводов полигона АО «Транснефть-Диаскан» диаметром 530 мм, 720 и 1220 мм, содержащие образцы разнотолщинных соединений с дефектами.
Испытаниям подверглись образцы регламентируемых РД-25.160.00-КТН-037-14 соединительных деталей (фиг. 1, 2) и предлагаемых соединительных деталей с изменением схемы разделки кромок, заключающейся в смещении области разнотолщинности стыкуемых элементов от сварного шва в тело более толстостенного элемента сварного соединения.
Устройство детали для сварного соединения труб в трубопроводах, обеспечивающей диагностику сварного шва с помощью внутритрубных инспекционных приборов, приведена на фиг. 3. Устройство характеризуется внутренней цилиндрической расточкой (А) толстостенного элемента, причем диаметр проточки равен диаметру тонкостенного элемента - трубы.
Длина А варьировалась и составляла 80, 150 и 200 мм.
2
2
0
При проточке толстостенного элемента внутренний скос кромки (α) убирается и как показали эксперименты, нет необходимости специально его восстанавливать. Таким образом, внутренний угол скоса кромки предлагаемой соединительной детали α составляет 0.
По трубопроводам полигона АО «Транснефть-Диаскан» с установленными образцами разнотолщинных кольцевых соединений были проведены пропуски ВИП с секцией MFL.
Обработка данных, полученных при пропусках ВИП по полигону, проводилась с использованием программы интерпретации данных внутритрубных инспекционных приборов, обеспечивающей обработку данных всех типов ВИП, эксплуатируемых в АО «Транснефть-Диаскан» RU.18024722.00050.
При обработке данных ВИП произведено:
- регистрация первичных результатов пропусков ВИП (дефектограмм) в месте расположения исследуемых дефектов кольцевых сварных швов с разнотолщинностью;
- регистрация исследуемых дефектов поперечного сварного шва в соответствии с автоматической программой распознавания дефектов и расчета их параметров;
- регистрация исследуемых дефектов по характерным отклонениям (отличиям) изменения амплитуды сигналов на данных секции MFL в местах расположения исследуемых дефектов от бездефектных участков поперечного сварного шва в ручном режиме и расчета их параметров автоматической программой распознавания дефектов;
- определение вероятности обнаружения и верной идентификации для каждого дефекта при регистрации дефектов автоматической программой распознавания и в ручном режиме.
На основании данных протоколов регистрации и измерения параметров дефектов проведено определение вероятности регистрации и идентификации дефектов кольцевых сварных швов с разнотолщинностью, выполненных в соответствии с РД-25.160.00-КТН-037-14 (фиг. 1, 2) и вероятности регистрации и идентификации дефектов кольцевых сварных швов с разнотолщинностью, выполненных с изменением конструкции (фиг. 3) по сравнению с требованиями РД-25.160.00-КТН-037-14.
По результатам эксперимента установлено, что влияние разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей вызывает значительные изменения амплитуды сигнала на данных внутритрубной диагностики ВИП MFL, что маскирует сигналы от дефектов поперечных сварных швов разнотолщинных кольцевых соединений.
Анализ конструкции магнитно-измерительной системы секции MFL показал, что значительные изменения амплитуды сигнала на данных внутритрубной диагностики ВИП MFL, которые маскируют сигналы от дефектов поперечных сварных швов с разнотолщинностью, вызваны перераспределением магнитного поля при прохождении стыка с разнотолщинностью.
По результатам проведенной работы для соединительных деталей с разделкой кромок разнотолщинных кольцевых сварных соединений (фиг. 1, 2), выполненных в соответствии с требованиями РД-25.160.00-КТН-037-14 определено, что:
- форма сигнала данных магнитного дефектоскопа с секцией MFL бездефектного и дефектного сварного разнотолщинного кольцевого сварного соединения существенно отличается от аналогичных сигналов кольцевого сварного соединения без разнотолщинности стыкуемых труб;
- по определенным в результате работы критериям идентификации дефектов разнотолщинных кольцевых сварных соединений получено вероятностное выявление дефектов;
- вероятность регистрации дефектов разнотолщинных кольцевых сварных соединений зависит от глубины дефектов в поперечных сварных швах и величины разнотолщинности (таблица 1).
Из данных таблицы 1 следует, что существующие соединительные детали для строительства и ремонта трубопроводов с разделкой кромок согласно РД-25.160.00-КТН-037-14 не обеспечивают надежную диагностику сварного шва с помощью внутритрубных инспекционных приборов.
Для предлагаемых соединительных деталей со смещением области разнотолщинности в тело толстостенного элемента и выполнением внутренней расточки до толщины стенки тонкостенного элемента (2 на фиг. 3) установлено, что:
- форма сигнала данных магнитного дефектоскопа с секцией MFL бездефектного и дефектного сварного разнотолщинного кольцевого сварного соединения несущественно отличается от аналогичных сигналов кольцевого сварного соединения без разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей;
- критерии идентификации дефектов разнотолщинных кольцевых сварных соединений идентичны критериям идентификации дефектов поперечных сварных швов без разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей, определенных в действующей нормативной документации (РД-23.040.00-КТН-188-15 «Методика интерпретации данных внутритрубного диагностирования магистральных трубопроводов»);
- вероятность регистрации дефектов разнотолщинных кольцевых сварных соединений зависит от длины расточки. С размера длины расточки А, равной 150 мм, достигнута практически 100% вероятность регистрации исследуемых дефектов в поперечных сварных швах независимо от величины разнотолщинности и диаметра стыкуемых труб и соединительных деталей, что подтверждается данными, приведенными в таблице 2.
Таким образом, соединительная деталь с внутренней цилиндрической расточкой не менее 150 мм с диаметром проточки, равным диаметру тонкостенного элемента - трубы, обеспечивает возможности регистрации в ходе внутритрубной диагностики трубопроводов дефектов поперечного сварного шва кольцевого сварного соединения «труба - соединительная деталь» при наличии разнотолщинности стыкуемых труб и соединительных деталей.
2
2
0
Кроме того, возможность иметь угол внутреннего скоса кромки предлагаемой соединительной детали α, составляющий 0 угловых градусов (α=0), уменьшает количество операций необходимых для разделки кромок.