Раздел 4. Материалы для строительства магистральных трубопроводов

Тема 7. Трубы для строительства магистральных трубопроводов

Разрушение магистральных трубопроводов обусловлено недостаточной несущей способностью конструкции труб и их соединений. Причины разрушений связаны с такими факторами, как:

– заводские дефекты труб – металлургические дефекты (слоистость стенок труб, закаты, неметаллические включения, плены); использование сталей с нерасчетными характеристиками прочности, пластичности, вязкости;

– отклонение геометрических параметров;

– дефекты заводских сварных швов и соединений труб, выполненных в базовых и трассовых условиях (непровары, смещение кромок, шлаковые включения, ослабления околошовных зон основного металла, трещины);

– механические повреждения труб при транспортировке, строи­тельстве и эксплуатации – вмятины, царапины, задиры, приварка «заплат», различного рода крепежных элементов, утонение конце­вых участков труб при перетаскивании их волоком, сквозные по­вреждения, гофры;

– перенапряжение труб, обусловленное нарушениями требова­ний проекта и ошибками проектных решений: дополнительное к проектному искривление трубопровода в вертикальной и гори­зонтальной плоскостях вплоть до образования гофр; принятие в проектах недостаточно обоснованных конструкций; недоучет продольных напряжений в трубах и продольных перемещений и т. п. ;

– перенапряжение труб в результате действия неучтенных наползающих грунтов при укладке труб в тело оползней, размыв под­водных трубопроводов, колебания размытых участков и т. п. ;

– коррозия труб, приводящая к образованию различных выемок, каверн, свищей в стенке трубы, к уменьшению се толщины;

Стальные трубы для трубопроводов подразделяются в соответствии с:

а) ГОСТ 8731-87; ГОСТ 8732-78; СТ 8733-74; ГОСТ 8734-75 – бесшовные трубы;

б) ГОСТ 20295-74 – электросварные трубы диаметром до 800 мм;

в) ТУ – трубы диаметром более 800 мм;

г) специальными ТУ– импортные трубы;

д) ТУ – новые бесшовные нефтегазопроводные трубы;

е) ТУ – новые бесшовные трубы из коррозионно-стойкой стали.

Трубы для трубопроводов подразделяют.

I. По способу изготовления на:

- бесшовные:

а) горячедеформированные;

б) горячекатаные;

в) горячепрессованные;

г) холоднодеформированные;

д) холоднокатаные;

в) холоднотянутые;

- сварные:

а) прямошовные;

б) спиральношовные;

в) многослойные.

II. По размерам:

• малого диаметра: 57 – 426 мм;

• большого диаметра: 530– 1420 мм.

Наиболее часто применяются трубы диаметром: 159; 219; 273; 320; 377; 426; 530; 720; 820; 1020; 1220; 1420 мм.

III. По назначению (в зависимости от условий эксплуатации) трубы делятся на три группы:

1) из малоуглеродистых сталей с пределом прочности до 490 МПа, предназначены для эксплуатации при t > 0 °С и р < 5,4 МПа, строительство трубопроводов из таких труб можно выполнять при t > минус 40 °С;

2) из малоуглеродистых низколегированных сталей с пределом текучести 490 - 540 МПа, предназначены для эксплуатации в север­ных районах страны при t > минус 40 °С и р < 5,4 МПа;

3) из низколегированных сталей с пределом прочности выше 540 МПа, предназначены для эксплуатации и строительства трубопроводов при t > минус 60 °С и р < 9,8 МПа.

Входной контроль труб производят на предмет их соответствия техническим требованиям, изложенным в нормативно-технической документации на трубы. При входном контроле проверяют:

1. Наличие сертификата соответствия, содержащего: номи­нальный размер трубы; номер и дату ТУ, по которому изготовлена труба; марку стали; номер партии; результаты механических испытаний с указанием номера плавки, к которым относятся результаты испы­таний; результаты гидравлических испытаний и рентгеновской де­фектоскопии; вид термообработки; химический анализ плавки.

2. Соответствие данных сертификата и заводской маркировки: на внутренней поверхности каждой трубы, на расстоянии 500 мм от одного из ее концов несмываемой краской наносят марки­ровку: завод-изготовитель, номер контракта, номер плавки, номиналь­ные размеры, номер трубы, дату изготовления, эквивалент углерода.

3. Длину трубы должна быть в пределах 10,5 – 11,6 м (и до 11,8 м по согласованию). Предельные отклонения по длине для труб 1 класса точности (+ 15, – 0) мм, для труб 2 класса – (+ 100, – 0) мм. Длину труб измеряют рулетками или мерными проволоками.

4. Диаметр и толщину стенки трубы (диаметр измеряется по ГОСТ 20.295-85). Наружный диаметр трубы определяют путем измерения периметра трубы рулеткой с последующим пересчетом по формуле:

D_H = П/ –2АП – 0,2 мм,

где П – периметр трубы, мм; – 3,14159; АП – толщина полотна рулетки, мм; 0,2 мм – припуск на прилегание полотна рулетки к телу трубы.

Толщину стенки измеряют штангенциркулями с ценой деления 0,01 мм. Минусовой допуск должен быть не более 5 % номинальной толщины. Отклонения толщины стенки трубы должны соответство­вать требованиям госстандартов на трубы.

5. Овальность концов труб – отношение разности между наибольшим и наименьшим диаметром к номинальному диаметру – должна быть не более 1 % D_H при толщине стенки менее 20 мм, и 0,8 % D_H при толщине стенки более 20 мм. Овальность определяют путем измерения диаметра торца трубы нутромером или индикаторной скобой в двух взаимно перпендику­лярных плоскостях.

6. Кривизну труб, которая не должна превышать 1,5 мм на 1 м длины: общая кривизна не должна превышать 0,15 % длины трубы.

7. Состояние кромок и косину реза. Концы труб обрезают под прямым углом. Отклонение от перпендикулярности торцов (косина реза) не должно превышать 1,6 мм для труб номинальным наружным диаметром 1020 мм и более и 1,2 мм для труб номиналь­ным наружным диаметром менее 1020 мм. Кромки труб должны иметь разделку под сварку. Для нефтепроводов косина реза должна быть < 1,0 мм – для D_H < 530 мм; 1,6 мм – для D_H > 530 мм. Концы труб должны иметь фаску, выполненную механическим способом. Для труб номинальной толщиной стенки менее 15 мм используется фаска с углом скоса 30° и допускаемым отклонением минус 5°. Притупление должно быть в пределах 1 – 3 мм.

8. Наличие дефектов на поверхности труб: не допускается наличие трещин, рванин, плены, закатов, а также выходящие на поверхность или торцевые участки расслое­ния. В зоне шириной не менее 40 мм от торцов труб не допускаются расслоения, превышающие 6,5 мм. В основном металле труб допус­каются расслоения, если их размер в любом направлении не превышает 80 мм, а площадь не превышает 5000 мм в квадрате. Расслоения площадью не менее 5000 мм в квадрате и длиной в лю­бом направлении 30 – 80 мм располагаются друг от друга на расстоянии не менее 500 мм.

Трубы изготавливают из листов, прошедших 100 % ультразву­ковой контроль (УЗК).

Допускается зачистка поверхностных дефектов, кроме трещин, при условии, что толщина стенки после зачистки не выходит за преде­лы своего минимального значения. Допускаются вмятины глубиной не более 6 мм, а также поверхностные дефекты типа задира, цара­пины, если при последующей их шлифовке толщина стенки трубы не выйдет за пределы допуска на толщину стенки.

Сварные швы, или сварные соединения труб и изделий, должны иметь плавный переход от основного металла к металлу шва без резких переходов, подрезов, несплавлений по кромке, непроваров, осевой рыхлости и других дефектов формирования шва.

Усиление наружного шва находится в пределах 0,5 – 2,5 мм для труб толщиной стенки до 12 мм включительно и 0,5 – 3,0 мм для труб толщиной стенки свыше 12 мм. Высота усиления внутрен­него шва находится в пределах 0,5 – 2,5 мм.

На заводе-изготовителе сварные швы подвергаются 100 %-му ультразвуковому контролю.

9. Трубы не подвергаются ремонту если:

• глубина царапин, задиров не более 5 %;

• вмятины на концах труб имеют глубину не более 3,5 % от D_H;

• глубина задиров фасок не более 5 мм.

10. Химический состав, углеродный эквивалент, механические свойства основного металла и сварочного шва контролируются дополнительно – одна труба из партии. Все остальные параметры, рассмотренные выше, контролируются на всех трубах – 100 %.

Трубы разбраковывает (т. е. определяет бракованные трубы или нет) комиссия, состоящая из представителей строительно-монтажной организации, заказчика и транспортных ведомств (железная дорога, морфлот, речфлот).

11. Ударная вязкость (KCU) на поперечных образцах и процент вязкой составляющей в изломе для основного металла труб номинальной толщиной 6 мм и более должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9454-78. Для труб номинальной толщиной стенки 6 – 12 мм допускается изготовление полнотолщинных (без обработки черновых поверх­ностей) образцов на ударную вязкость. Для труб номинальной толщиной стенки менее 6 мм ударная вязкость не определяется. Для труб диаметром 325 мм и менее допускается определение ударной вязкости на продольных образцах. Для труб диаметром менее 168 мм ударная вязкость на образцах не определяется.

Для труб толщиной стенки до 12 мм включительно допускается определение вязкой составляющей в изломе на образцах.

12. Ударная вязкость сварных соединений для труб, выполненных дуговой сваркой, на образцах с острым надрезом (Шарпи) при температуре 0 °С должна быть не ниже 39,2 Дж/см² (4,0 кгс ∙ м/см²). Образцы Шарпи для сварного соединения имеют сечение 10x10 мм² для труб номинальной толщиной стенки свыше 12 мм и 5х10 мм² – для труб номинальной толщиной стенки 12 мм и менее.

Каждую трубу подвергают на заводе-изготовителе испытанию гидростатическим давлением, вызывающим в минимальной толщине стенки трубы кольцевые деформации, равные деформациям, вызванным испытанием трубы без осевого подпора.

Контрольные вопросы:

1. Причины разрушения магистральных трубопроводов.

2. Классификация стальных труб.

3. Входной контроль труб.