способ восстановления несущей способности участка трубопровода с дефектами

Формула изобретения

1. Способ восстановления несущей способности участка трубопровода с дефектами, заключающийся в том, что ремонтируемый участок зачищают и заполняют дефект металлом, например медью, зону ремонта накрывают накладкой и прижимают ее хомутом к поверхности трубопровода, отличающийся тем, что для заполнения дефекта металлом на зону дефекта устанавливают тигель с составным поддоном, заполняют тигель термитным составом, например медным, инициируют его, при этом дефект заполняется расплавом металла, образующимся при горении термитного состава с одновременным образованием наплавленной на трубопровод накладки высотой, равной или меньше толщины стенки трубопровода, строго ориентированной по ремонтируемому дефекту и покрывающей его с нахлестом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что накрывают место ремонта трубной заготовкой, в которой выполнены отверстия, в зоне которых устанавливают тигли с термитным составом, последний инициируют, при этом трубная заготовка скрепляется с поверхностью трубопровода проникшим в отверстия трубной заготовки расплавом металла, образующимся при горении термитного состава, после чего с трубной заготовки снимают хомут.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при дефекте трубопровода, равном или превышающем 50% толщины стенки трубопровода, одновременно наплавом образуют накладку с выступом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к ремонту трубопроводов, производимому при повреждении труб и восстановлении несущей способности участка трубопровода, и может быть использовано при ремонте нефте- и газопроводов.

Известен способ ремонта трубопроводов (Corder L. / Cost effective on-line repair of pipeline damage using epoxy-filled shells-Pipeline Risk assesment Repair and Rehailitation Conference 20-30 May, 1991, Houston, E 760), который разработан компанией "British Gas". Ремонт заключается в соединении двух половинок хомута вокруг повреждения при оставленном круговом зазоре. Круговой зазор герметизируется и заполняется жестким эпоксидным цементным раствором, при этом используются хомуты одинаковой толщины и качества с ремонтируемым трубопроводом, что позволяет достичь такой же прочности, как и на остальных участках трубопровода. Недостатком данного способа является сложность внедрения многоступенчатой технологии закачки жесткого эпоксидного цементного раствора и выполнения условий чистоты и точности операций.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ ремонта трубопроводов, разработанный "Севергазпром" и заключающийся в создании в дефектной зоне напряжения обратного знака для уменьшения величины концентрации напряжений, что позволяет "разгрузить" дефектный участок, увеличив его несущую способность (Журнал "Строительство трубопроводов". М.: январь-февраль, 1996 г., с.3). Для этого дефект (каверна, вырыв, канавка и т.д.) заполняют пластичным металлом (медью), а зону ремонта покрывают накладкой, ориентированной по дефекту и повторяющей его очертания с нахлестом по 4-5-мм на каждую сторону и выполненной из свежеотожженной меди. Затем хомутом прижимают медную накладку к поверхности трубы, разгружают металл в зоне ремонта и создают напряжение обратного знака. Этот способ имеет недостатки, заключающиеся в сложности заполнения дефекта пластичным металлом. Оно может производится либо по зубопротезной технологии со снятием гипсового слепка дефекта, с изготовлением гипсовой формы, повторяющей дефект, с заливкой ее расплавленным металлом в литейном цехе, причем после остывания отливку просто вставляют в вырыв на трубопроводе либо набирают из листов свежеотожженной меди в канавку - вырыв с последующим выравниванием напильником, что малореально и проблематично в трассовых условиях и не позволяет заполнить полностью объем дефекта. После этого предварительно зачищенную напильником зону ремонта трубопровода накрывают свежеотожженной медной накладкой с нахлестом по 4-5 мм на каждую сторону.

Простое наложение без защитных покрытий медной накладки на стальной трубопровод приведет к коррозии стали и окислению меди. Поэтому заполненный медью дефектный участок и медная накладка через 2-3 года перестанут выполнять свои функции. Этот срок может сократиться из-за протекания электролизных процессов, так как на трубопровод подается ток электрохимической защиты (Н.Н.Глинка. Общая химия. М.: Госхимиздат. 1956 г., с. 525, 530, 546).

Цель предлагаемого изобретения - значительное ускорение и удешевление работ по ремонту трубопроводов, упрощение реализации способа, повышение качества восстановления несущей способности участка трубопровода с дефектами, возможность одновременного устранения нескольких дефектов.

Поставленная цель достигается тем, что ремонтируемый участок трубопровода зачищают и заполняют дефект металлом, например медью, зону ремонта накрывают накладкой и прижимают ее хомутом к поверхности трубопровода, предварительно на зону дефекта устанавливают тигель с составным поддоном, заполняют тигель термитным составом, например медным, инициируют его, при этом дефект заполняется расплавом металла, образующимся при горении термитного состава с одновременным образованием наплавленной на трубопровод накладки высотой, равной или меньше толщины стенки трубопровода, строго ориентированной по ремонтируемому дефекту и покрывающей его с нахлестом. Накрывающая место ремонта накладка выполнена в виде трубной заготовки, в которой выполнены отверстия, в зоне которых устанавливают тигли с термитным составом, последний инициируют, при этом трубная заготовка скрепляется с поверхностью трубопровода проникшим в отверстия трубной заготовки расплавом металла, образующимся при горении термитного состава, после чего с трубной заготовки снимают хомут. При дефекте трубопровода, равном или превышающем 50% толщины, одновременно наплавом образуют накладку с выступом.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид тигля с термитным составом, расположенного на поверхности ремонтируемого трубопровода, на фиг.2 - разрез по А-А. При этом 1 - трубопровод; 2 - корпус тигля с замком и рукояткой; 3, 4 - полутигли; 5 - крышка; 6 - магнитные башмаки; 7 - запальное отверстие крышки; 8 - камера сгорания; 9 - термитный состав; 10 - мембрана; 11 - литник; 12 - формующая полость; 13 - составной поддон; 14 - дефект поверхности стенки трубопровода.

Способ осуществляют следующим образом. Освобождают зону ремонта от грязи и изоляции, зачищают место вокруг дефекта, например, напильником или шлифовальной машинкой. Далее на место ремонта устанавливают тигель 2 для приварки контактов электрохимзащиты, имеющий магнитные башмаки 6, фиксирующие его на поверхности трубы 1. Тигель устанавливают на составной поддон 13, повторяющий конфигурацию ремонтируемого дефекта. Тигель заполняют термитным составом, например медным, инициирование которого осуществляют дистанционно электрическим способом с расстояния 300 м. Образующийся при горении термита расплав металла заплавляет ремонтируемый дефект трубопровода 14. Одновременно расплавленным металлом образуют прочно сваренную с трубопроводом накладку толщиной, равной или меньшей толщины стенки трубы, строго ориентированную по дефекту и перекрывающую его края с нахлестом в 4-5 мм.

Состав термита, % (см. патент №2151037, авторы Иоффе Б.В. и др. от 16.01.1998 г.):

CuO - окись меди (порошок)	66,0-66,7
Al - алюминиевая крупка	8,0-8,4
Cu - порошок медный ПМС-Н	11,0-11,6
Pb - порошок свинцовый	0,2-2,0
FeMn - ферромарганец	12,8-13,3

При дефекте трубопровода, равном или более 50% толщины стенки трубопровода, одновременно образуют наплавом накладку с выступом.

Далее место ремонта накрывают накладкой, выполненной в виде трубной заготовки. Накладка содержит заранее проделанные отверстия, и после прижатия ее к выступу в зоне отверстий устанавливают тигли. Заполняют их термитным составом. После инициирования термитного состава получаемый при его горении расплав металла проникает в отверстия трубной заготовки и прочно скрепляет ее с поверхностью ремонтируемого трубопровода. После чего с трубной заготовки снимают хомуты.

Предложенный способ применим только при таком расположении тигля с термитом, когда осуществляется самопроизвольное стекание расплавленного металла в зону дефектного участка. Для ремонта трубы с дефектами, находящимися на уровне горизонтального диаметра трубопровода и ниже, производится резка трубопровода и поворачивание дефектного участка до положения, пригодного для ремонта дефекта. Предлагаемый способ применим также при ремонте дорогостоящих и дефицитных труб перед их сваркой в трубопровод.

Пример осуществления способа: каверны на трубе и 5-6 мм зоны вокруг нее зашлифовывают с целью устранения мест концентрации напряжений растрескивания. Одновременно с этим производят зачистку зоны дефекта от коррозии. На зону дефекта устанавливают тигель из электродного графита ЭГ-1, обладающего высокой жаростойкостью. Особенность конструкции тигля заключается в том, что он оснащен набором составных поддонов взамен классического для приварки элементов электрохимической защиты. Составные поддоны тигля позволяют в полной мере заплавлять дефекты на трубопроводах. Если каверна (вырыв, канавка и т.п.) имела протяженность 80-100 мм, то в зоне дефекта устанавливают два стандартных тигля или тигель, имеющий соответствующие размеры. Другой особенностью конструкции поддона является его способность не только заплавлять каверну в трубопроводе мягким металлом, но и одновременно образовывать прочно сваренную с трубопроводом строго ориентированную по дефекту накладку с нахлестом в 5-6 мм, равную или меньшую толщины стенки трубы. После зачистки поверхности наплавленного металла ее толщина составит 7-8 мм. Если глубина потери металла в повреждении трубопровода достигала 50% от толщины стенки трубы, то в процессе заполнения дефекта расплавленным металлом одновременно образуют наплавленную медную накладку с выступом с помощью конструкции составного поддона. Выступ имеет высоту 2-3 мм и строго ориентирован по размерам дефекта. Затем зону ремонта накрывают трубной заготовкой одинаковой толщины с трубопроводом. В верхней части трубной заготовки выполняют 4-6 отверстий диаметром 20 мм. Трубную заготовку с усилием прижимают к поверхности медной накладки или к выступу хомутами. В зоне отверстий верхней части трубной заготовки устанавливают тигли и заполняют их термитным составом. Тигли одновременно дистанционно поджигают электровоспламенителями.

При этом трубная заготовка скрепляется с поверхностью трубопровода за счет проникновения в отверстия заготовки расплава металла, образующегося при горении термита. После этого с трубной заготовки снимают хомуты. Надежное крепление трубной заготовки с трубой проверяют визуально. Параллельно с помощью рычага, размещенного между накладкой и трубопроводом, оценивают прочность соединения ее с трубой.

Контрольные испытания на разрывной машине пластины толщиной 8 мм с дефектом длиной 75 мм, шириной 8 мм и глубиной 4,5 мм показали, что разрыв образцов происходит вне зоны каверны.