СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОМПОЗИТНО-МУФТОВОЙ РЕМОНТНОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ТРУБ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD TO TEST COMPOSITE-COUPLING REPAIR STRUCTURE FOR PIPES OF MANIFOLD PIPELINES

Изобретение относится к способам диагностики ремонтных конструкций, применяемых для ремонта трубопроводов по композитно-муфтовой технологии.
Известен способ определения работоспособности стальных газонефтепроводных труб магистральных трубопроводов.
Техническим результатом способа является повышение информативности и полноты оценки работоспособности трубопроводов за счет определения циклической прочности и надежности металла труб в условиях двухосного нагружения, а также установление предельного срока промышленной и экологически безопасной эксплуатации труб магистральных трубопроводов разных диаметров с большим сроком службы. Способ определения работоспособности стальных газонефтепроводных труб магистральных трубопроводов возрастающим гидростатическим внутренним давлением до разрушения в условиях двухосного нагружения с соотношением главных напряжений 2:1 включает предварительное нанесение на трубу имитаций эксплуатационных повреждений и ремонта. Перед статическим испытанием внутренним давлением до разрушения проводят по крайней мере не менее трех ресурсных испытаний внутренним циклическим давлением, соответствующим эксплуатационному. Циклические испытания проводят путем нагружения трубы внутренним давлением согласно ступенчато-блочной программе. После проведения трех ресурсных испытаний внутренним циклическим давлением, задаваемым по ступенчато-блочной программе, проводят завершающее ресурсное испытание трубы внутренним пульсирующим отнулевым гидростатическим давлением до уровня, не превышающего 0,7 от предела текучести металла трубы. Дополнительное число нагружений ограничено 10000 циклов (см. патент RU РФ №2442114 от 10.02.2012).
Данный способ принят за прототип.
В то же время вышеприведенный способ не обеспечивает испытание труб с дефектами, отремонтированными композитно-муфтовым методом.
Признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого технического решения, является создание внутреннего давления в трубе.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение достоверности (информативности) и полноты оценки механических свойств композитного состава и проверка несущей способности трубы, отремонтированной композитно-муфтовым методом.
В описании приняты следующие термины и определения.
Жизнеспособность - время до начала отверждения композитного состава, в течение которого возможно проводить заполнение муфты композитным составом.
Композитные материалы: композитный состав и герметик.
Герметик: быстро отверждаемый состав, предназначенный для заполнения кольцевого зазора между трубой и торцами муфты для формирования полости, заполняемой композитным составом, а также формирования скоса - плавного перехода от муфты к телу трубы.
Композитный состав: состав, предназначенный для заполнения зазоров между трубой и ремонтной муфтой; после отверждения состав образует с муфтой монолитную конструкцию, разгружающую трубу с дефектом, путем перераспределения напряжений между трубой и муфтой.
Композитно-муфтовая ремонтная конструкция состоит из стальной муфты, сваренной из двух полумуфт, которая устанавливается на трубе по центру дефекта с кольцевым зазором от 6 мм до 40 мм. Кольцевой зазор между трубой и торцами муфты заполняется быстрозатвердевающим герметиком. Объем между трубой и муфтой заполняется затвердевающим композитным составом.
Ремонтная муфта состоит из двух полумуфт, которые соединяются между собой сварными швами при монтаже муфты на трубопровод. При этом сама муфта к трубопроводу не приваривается. Боковые кромки обеих полумуфт имеют разделку под сварку.
Полумуфты изготавливают из листовой стали, при этом прочностные характеристики металла муфты должны быть не ниже характеристик прочности металла трубы, а толщина стенки муфты не меньше толщины стенки трубы.
В нижнюю полумуфту ввинчиваются два входных стальных патрубка, предназначенные для подсоединения к ним гибких шлангов, по которым будет подаваться композитный состав, при этом один патрубок является основным для подачи композитного состава, а другой является резервным (подключение к резервному патрубку производится в случае засорения основного).
В верхнюю полумуфту ввинчиваются два выходных стальных патрубка. Кроме того, в верхней полумуфте имеются три ряда контрольных отверстий с болтами, предназначенными для выпуска воздуха и контроля уровня композитного состава при заливке.
В обеих полумуфтах имеются по четыре резьбовых отверстия, в которые вворачиваются установочные болты, предназначенные для регулировки зазора между муфтой и трубой и выполняющие функцию опор при установке муфты на трубопровод.
Композитная муфта: стальная оболочка, не приваренная к телу трубопровода и заполненная композитным составом.
Образец натурной трубы: катушка трубы с нанесенным искусственным дефектом. К катушке трубы с обеих сторон приварены технологические заглушки, в одну из которых вварены 2 штуцера для подачи и дренажа рабочей жидкости. На катушку трубы с дефектом установлена муфта.
Технический результат достигается тем, что способ испытания композитно-муфтовой ремонтной конструкции для труб магистральных трубопроводов включает создание внутреннего давления, отличающийся тем, что трубу с дефектом герметизируют путем приварки к ее торцам двух заглушек с эллиптическими днищами, одна из которых содержит два штуцера: один - для подачи воды, другой - для дренажа воздуха, на дефектную трубу устанавливают ремонтную конструкцию, которую заполняют композитными материалами, и испытывают в четыре этапа.
На первом этапе испытания ремонтной конструкции проводят нагружение, воспроизводящее максимальную нагруженность нефтепровода при его пуске в эксплуатацию после выполнения ремонта муфтами, заполненными композитным составом, при этом совершают три цикла нагружения внутренним давлением с частотой, соответствующей продолжительности воздействия трех волн давления, которые могут возникнуть в нефтепроводе при пуске, аварийной остановке и повторном пуске нефтепровода после устранения неисправностей, при максимальной величине, превышающей в 1,15 раза величину наибольшего избыточного давления, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации трубопровода.
На втором этапе испытания ремонтной конструкции моделируют работу нефтепровода в период от ее установки до полного набора прочности композитного материала, циклическое нагружение с частотой нагружения один цикл в день внутренним давлением с максимальной величиной, соответствующей наибольшему избыточному давлению, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации трубопровода, и дополнительным нагруженном циклическим изгибающим моментом, совпадающим по фазе с циклическим внутренним давлением и вызывающим изгибные напряжения в стенке трубопровода от 0,5 до 0,6 предела текучести материала трубы, при этом количество циклов нагружения соответствует продолжительности времени набора прочности композитного материала.
На третьем этапе испытания ремонтной конструкции, моделируют испытания на прочность новой трубы на заводе-изготовителе труб, при этом проводят статическое нагружение внутренним давлением, равным заводскому испытательному давлению.
На четвертом этапе испытания проводят до разрушения или разгерметизации (образование течи) ремонтной конструкции при моделировании максимально возможной циклической нагруженности нефтепроводов при эксплуатации: циклическое нагружение внутренним давлением с максимальной величиной, соответствующей наибольшему избыточному давлению, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации трубопровода (нормативное давление), и дополнительным нагруженном циклическим изгибающим моментом, совпадающим по фазе с циклическим внутренним давлением и вызывающим изгибные напряжения в стенке трубопровода от 0,5 до 0,6 предела текучести материала трубы.
Реализация способа испытаний композитно-муфтовой ремонтной конструкции для труб магистральных трубопроводов осуществляется на стенде для испытания труб внутренним давлением и на изгиб.
На стенде моделируют напряженное состояние реального трубопровода как в окружном, так и в осевом направлениях путем нагружения натурного образца трубы внутренним давлением и двумя поперечными усилиями, создающими изгибающий момент (четырехточечный изгиб).
Полученные данные используют для ремонта трубопроводов.
Результатом применения предложенного способа экспериментального определения долговечности и прочности ремонтных конструкций, применяемых для ремонта трубопроводов по композитно-муфтовой технологии, является повышение достоверности оценки восстановления несущей способности трубы с дефектом при проведении ремонта по композитно-муфтовой технологии и долговечности установленной на дефектную трубу ремонтной конструкции, что в свою очередь позволит с большей достоверностью оценить пригодность для композитно-муфтового ремонта трубопроводов, применяемых при ремонте композитных материалов и ремонтных конструкций.
Предложенный способ распространяется на ремонт по композитно-муфтовой технологии участков магистральных нефтепроводов (подземных, наземных, надземных, воздушных переходов) с наружным диаметром труб от 219 мм до 1220 мм, толщиной стенок труб от 4 мм до 29 мм и внутренним давлением до 14 МПа.
При этом обеспечивается:
- проверка восстановления несущей способности трубы с дефектом при проведении ремонта по композитно-муфтовой технологии;
- оценка долговечности ремонтной конструкции, установленной по композитно-муфтовой технологии на дефектную трубу;
- оценка пригодности для композитно-муфтового ремонта трубопроводов, применяемых при ремонте композитных материалов и ремонтных конструкций.
Достоверность экспериментального определения долговечности и прочности ремонтных конструкций достигается за счет максимального приближения процесса их испытаний к условиям установки ремонтных конструкций на нефтепровод и реальной эксплуатации в составе магистральных нефтепроводов, учитывающим:
- максимальную нагруженность нефтепровода при его пуске в эксплуатацию после выполнения ремонта по композитно-муфтовой технологии (моделируется последовательность из 3-х волн давления, которые могут возникнуть в нефтепроводе при пуске, аварийной остановке и повторном пуске нефтепровода после устранения неисправностей);
- период набора прочности композитного материала в составе нефтепровода;
- восстановление несущей способности трубы с дефектом после выполнения ремонта по композитно-муфтовой технологии и набора прочности композитного материала (моделируется испытание на прочность, аналогичное испытанию новой трубы на заводе-изготовителе труб);
- максимально возможную циклическую нагруженность нефтепроводов при эксплуатации с количеством циклов нагружения до 360 циклов в год (моделируются малоцикловые нагрузки, связанные с изменением давления перекачки и силовых факторов, возникающих вследствие упругого изгиба трубопровода, температурных воздействий и воздействия грунтов на изогнутый трубопровод).