КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБНЫХ УЗЛОВ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Выводы

• При описании в теории ректификации работы тарелки необходимо учитывать динамику процесса массопередачи при контакте паров с флегмой.

• Повышение давления в системе ректификации приводит к увеличению скорости массопередачи между фазами (M « п согласно выражению (7)).

• Имеется возможность увеличения четкости ректификации при повышении давления.

Список литературы

1. В. В. Кафаров. Основы массопередачи. - Изд. 2, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1972.

2. А. И. Скобло, Ю. К. Молоканов, А. И. Владимиров, В. А. Щелкунов. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. - Изд. 3, перераб. и доп. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000.

3. М. С. Рогалев, Р. З. Магарил. Способ интенсификации процесса первичной перегонки нефти. // Известия вузов. Нефть и газ, 2008.-№ 5. - С. 90-93.

4. Химическая энциклопедия // Под ред. И. Л. Кнунянц. Т. 3. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. - 639с.

5. Р. З. Магарил. Связь теплоты парообразования с плотностью жидкости и ее насыщенного пара и поверхностным натяжением жидкости. // Физическая химия, 1957.-№ 4. - С. 53-57.

Сведения об авторах

Магарил Р.З., д.т.н., профессор, главный научный сотрудник, Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел. 8(3452)256942, e-mail: magaril67@mail.ru.

Рогалев М.С., к.т.н., доцент кафедры «Переработка нефти и газа», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел. 8(3452)256942, e-mail: rogalev_max@mail.ru.

Magaril R.Z., Doctor of Technical Science, professor, Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)256942, e-mail: magaril67@mail.ru.

Rogalev M.S., Candidate of Technical Science, assistant professor of Department «Chemistry and Technology of Oil and Gas», Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)256942, e-mail: rogal-ev_max@mail.ru.

Машины, оборудование и обустройство промыслов

УДК 621.791.08

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБНЫХ УЗЛОВ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Г. А. Расторгуев

(Российский университет дружбы народов)

Ключевые слова: сварные соединения, трубные узлы, неразрушающий радиографический метод

контроля, дефектоскопия, ультразвуковой толщиномер Key words: weldedjoints, pipe spools, non-destructive radiographic method of control, flaw detection, ultrasonic thickness gauge, hand scanner, eddy current

В объектах нефтяной и газовой промышленности, кроме труб и арматуры, широко используются различные технологические обвязки в виде трубных деталей и узлов. Технологические обвязки нефтегазовых объектов собираются из соединительных деталей и трубных вставок в различных сочетаниях.

Трубные узлы предназначены для изменения направления и разделения потока среды, соединения между собой труб различных диаметров, поворотов трубопроводов и ответвлений от них. Они собираются из широкой номенклатуры трубных деталей. К трубным деталям в общем случае относят отводы, тройники, переходы (концентрические и эксцентрические), заглушки, фланцы и днища) [1].

Выполненная систематизация применяемых в трубопроводном строительстве трубных деталей и узлов показала, что для компрессорных станций используются пять основных и два дополнительных вида трубных узлов, а для нефтеперекачивающих станций - шестнадцать основных и пять дополнительных типов. Трубные узлы характеризуются рабочим давлением от 1,6 до 10МПа (100 кгс/см 2), условным проходом от 200 до 1400 мм и темпе-

ратурой эксплуатации от -20 до 150 °С. Внутренний диаметр трубных деталей может отличаться от условного прохода. Это связано с тем, что стандартные толщины труб могут изменяться в значительных пределах.

Технология изготовления трубных деталей и узлов подробно изложена в работах [2, 3]. Сложные условия эксплуатации нефтегазовых объектов предъявляют повышенные требования к прочности трубных узлов и соединительных деталей, являющихся наиболее ответственными элементами технологических обвязок. Эти требования учитывают при разработке нормативно-технической и технологической документации.

В свете принятого Федерального закона «О техническом регулировании» (№ 184-Ф3 от 27 декабря 2002 г.) и предстоящего вступления России в ВТО проблема повышения качества продукции имеет актуальное назначение. Модели для обеспечения качества установлены в трех стандартах: ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003, где выделены три вида процессов управления качеством: планирование, обеспечение и контроль качества.

По данным Госгортехнадзора России в 1992-2001 гг. из-за нарушения норм и правил производства работ аварии на магистральных трубопроводах составили 24,7% от общего числа за этот же период [4]. Для сравнения на газопроводах европейских стран удельный вес аварий, связанных с дефектами и использованием некачественных материалов, значительно меньше =18% (данные за 1970-1998 гг.) [4]. Анализ аварийных отказов, выполненный ООО «ВНИИгаз» [5] показал, что до 20% общего числа отказов компрессорных станций приходится на тройниковые трубные узлы. По нашим данным, характерные дефекты и отступления при изготовлении трубных узлов можно распределить по следующим группам:

• отклонения формы и размеров трубных узлов от допускаемых;

• поверхностные и подповерхностные трещины сварных швов;

• геометрическая неоднородность (химическая, механическая, структурная) зон металла;

• пониженные свойства сварных соединений по параметрам статической и циклической трещиностойкости;

• смещение кромок при сборке стыков тройников и отводов свыше трех миллиметров, овальность диаметров - свыше 1%;

• вмятины и деформирования на концах трубных узлов;

• овальность диаметров (наружных и внутренних) и расслоение металла отводов в местах гибки;

• радиусы изгиба отводов превышают допускаемые.

Необходимо на этапе изготовления трубных деталей и узлов обеспечить заданные эксплуатационные свойства и характеристики. Бездефектное изготовление деталей и узлов -идеальная цель любого производства.

Важнейшим условием обеспечения качественного изготовления трубных деталей и узлов является внедрение системы неразрушающего контроля, основанной на реализации технических возможностей современных приборов, средств и методов диагностики. Одним из аспектов этой системы является состояние и технический уровень используемых средств контроля. Показана обобщенная блок-схема контролируемых параметров, методов и средств измерения применительно к трубным деталям и узлам (рисунок).

Отклонения формы и размеров трубных деталей устанавливаются, в основном, универсальным измерительным инструментом и приборами специального назначения. Предельные отклонения наружного диаметра в неторцовых сечениях должны быть не более +3,5% от номинального размера. Овальность отводов в любом сечении не должна превышать 0,03Бн. Для измерения наружных диаметров используются штангентрубомеры ШТН. Измерительные поверхности штангентрубомера оснащены твердым сплавом. Детали выполнены из коррозионно-стойкой стали или имеют надежное антикоррозионное покрытие, что позволяет эксплуатировать штангентрубомеры при температуре окружающего воздуха от -20°С до +35 °С и относительной влажности воздуха до 80%. В комплект штангентрубомера входит установочная мера. Измерительное перемещение штанги в пределах 100 мм.

Рисунок. Обобщенная блок-схема методов и средств контроля трубных узлов

Контроль внутренних диаметров производится индикаторными нутромерами типа НИ. В нутромерах моделей НИ10 и НИ18 величина перемещения подвижного измерительного стержня передается на отсчетное устройство при помощи клиновой передачи, а в нутромерах НИ50 и НИ450 - посредством рычажной передачи. В моделях НИ700 и НИ1000 подвижный измерительный стержень контактирует непосредственно с отсчетным устройством.

Для совмещения линии измерения с осевой плоскостью измеряемого отверстия нутро-метры снабжены центрирующим мостиком (нутрометр НИ10 может не иметь центрирующего мостика). На требуемый размер инструмент устанавливают при помощи сменных измерительных стержней (шайб, удлинителя) по аттестованным кольцам или по блоку концевых мер длины с боковинами.

Контроль толщины стенки для выявления возможных отклонений производится ультразвуковыми толщиномерами серии 37БЬ, которые в настоящее время являются наиболее универсальными и простыми в эксплуатации. Они имеют встроенную память на 6000 значений толщины или 4500 А - развёрток и возможность записи данных с буквенно-цифровой

индексацией. Диапазон измеряемой толщины 0,08 - 635мм, диапазон частот от 2 до 30МГц. При необходимости возможна статистическая обработка данных.

Прецизионные ультразвуковые толщиномеры серии 2525DL PLUS применяются для измерения толщины различных материалов, включая сталь и композиционные материалы. Результаты измерения выводятся на большой жидкокристаллический дисплей. Внутренний накопитель данных позволяет запомнить до 5000 измерений толщины, сохранить их с идентификационным кодом, и при необходимости вывести на печать или передать в компьютер. Дисплей позволяет одновременно наблюдать форму волны и значение толщины. Представление формы волны или А-развёртки удобно при контроле толщины стенки деталей криволинейной формы.

Главная особенность ультразвукового толщиномера с корреляционной обработкой многократных эхо-сигналов А1208 (АКС) состоит в том, что он может работать с раздельно-совмещенным и с совмещенными преобразователями, что значительно расширяет спектр решаемых им задач. Использование прямого совмещенного датчика позволяет измерять толщину в диапазоне от 0,8 до 300мм (по стали) без дополнительных настроек. Также благодаря своим высоким электроакустическим свойствам этот толщиномер хорошо подходит для измерения толщины изделий из материалов с высоким затуханием ультразвука.

Визуальный и приборный контроль фактической толщины стенки трубных элементов в зоне сварных соединений особенно важен для стыковых и тройниковых разнотолщинных элементов. Толщина стенки трубных узлов должна быть не менее 85% от номинального размера. Толщина стенки на торцах не должна превышать номинальный размер более чем на 30%, но не более 4 мм.

Оценка химического состава механических свойств и структуры металла трубных узлов проводится неразрушающими методами контроля. Для этого используются портативные оптико-эмиссионные анализаторы ARC-MET и рентгено-флюороцентные анализаторы X-MET. Приборы позволяют быстро проводить анализ химического состава низколегированных и инструментальных сталей, а также низколегированного чугуна, титановых, никелевых и медных сплавов.

Программное обеспечение на базе Windows CE включает различные режимы анализа -идентификация марки, определение химического состава, соответствие спектра, имеющемуся в базе данных анализатора.

Вихретоковые дефектоскопы InSite-HT используются для контроля механических свойств металла трубных узлов. Контролируется твёрдость по Роквеллу с погрешностью +1Rc. Имеется возможность одновременного контроля одним дефектоскопом нескольких деталей в режиме многоточечного тестирования. Для установки пределов контролируемых параметров имеется управляемый в режиме меню дисплей.

Анализатор импульсный магнитный ИМА предназначен для неразрушающего контроля механических свойств (твёрдость, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение при разрыве) и микроструктуры (балл зерна) деталей из низкоуглеродистых сталей, толщиной от 0,15 до 30 мм без разрушения.

На поверхностях толщиной свыше 5мм контроль может вестись через защитные лакокрасочные и полимерные покрытия толщиной до 2мм. Возможен контроль ряда среднеуг-леродистых и низколегированных холоднокатаных и некоторых горячекатаных сталей. Анализатор ИМА-5Б может также использоваться как измеритель градиента напряженности магнитного поля.

Контроль осуществляется путем периодического локального импульсного намагничивания стальных изделий с последующим измерением градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности. Размагничивание осуществляется одной или несколькими сериями свободно затухающих колебаний тока разряда батареи конденсаторов через намагничивающий соленоид. Автоматический выбор оптимальной амплитуды намагничивающих импульсов основан на имитации реального влияния изменения зазора (или толщины покрытия) последовательным изменением режима намагничивания и режима измерения. Зависимость между показаниями прибора и контролируемыми свойствами металла устанавливается нахождением корреляционных связей в соответствии с ГОСТом 30415-96.

При изготовлении трубных узлов применяют два типа сварных соединений: кольцевые (стыковое, угловое) и фасонное. Наибольшее распространение получили кольцевые стыковые сварные соединения.

Выявление поверхностных и подповерхностных трещин и расслоений проводится методами магнитопорошковой и цветной дефектоскопии. В последнее время за рубежом контроль сварных соединений производится ультразвуковыми автоматическими устройствами с многоэлементными акустическими системами (до 80% общего объёма контроля). В России до сих пор основным видом контроля является радиографический метод, уступающий ультразвуковому по достоверности обнаружения дефектов и производительности. Для повышения производительности отказались от применения радиографической пленки, перейдя на компьютерный метод радиографии. Для этого используют специальные пластины многократного применения. После экспонирования пластины, специальный лазер считывает изображение лазерным лучом и конвертирует в цифровую форму. Чувствительность контроля достигает 1,6%. Технику для промышленной компьютерной радиографии предлагают на рынке многие компании, в том числе «General Electric (Agfa)», «Kodak» и др.

На Международной выставке «Нефтегаз 2009» были представлены сканеры для ультразвукового контроля качества сварных швов.

Система контроля кольцевых сварных соединений трубопроводов СК36 используется для предэксплуатационного и периодического эксплуатационного ультразвукового контроля (УЗК) перлитных сварных швов и околошовных зон трубопроводов диаметром 990мм, композитных сварных швов и околошовных зон и соединительных трубопроводов с определением координат несплошностей, обработкой полученных данных с выдачей протокола результатов контроля и архивацией. Система контроля комплектуется механизмом для зачистки сварных швов трубопроводов диаметром 351-990 мм и механизмами для снятия усиления на монтажных швах трубных узлов диаметром 351, 426 и 990 мм.

Ручной сканер HSMT - Flex для предварительного контроля сварного шва предназначен для осуществления контроля кольцевых сварных швов на трубах с внешним диаметром 4 дюйма с использованием до 4 датчиков. Сканер предоставляет возможность для проведения полного ручного контроля сварного шва. Он позволяет проводить контроль эхо-методом, TOFD-методом (в соответствии с английским стандартом BS7706) и методом фазированных решеток раздельно и одновременно.

Дефектоскоп Omniscan осуществляет контроль сварных швов ультразвуковым и вихре-токовым методом. Использование многоэлементных вихретоковых матриц позволяет выполнять комплексный контроль изделий сложной формы за одно сканирование с выдачей картины внутреннего дефекта сварного шва на дисплей. При этом оператор не анализирует отдельные сигналы от дефектов, а наблюдает структуру сварного шва в режиме реального времени. Автоматическая настройка производится без механической настройки акустического блока. Благодаря надульной конструкции, дефектоскоп может выполнять несколько технологий контроля: ультразвуковой метод фазированных решеток, обычный ультразвуковой, метод вихретоковых многоэлементных матриц, визуальный контроль и многие другие.

Наибольшее применение получили портативные дефектоскопы Omniscan в разработках фирмы «R/D Tech» (Канада).

Представляет интерес ультразвуковой дефектоскоп-томограф, созданный в МГТУ им. Н. Э. Баумана, позволяющий получить представление о дефектах сварных соединений в трехмерной системе координат [4]. На экране дефектоскопа-томографа сварной шов отображается сверху, сбоку (сечение вдоль шва) и с торца (сечение поперек шва) с указанием эквивалентных размеров и координат дефектов. Дефектоскоп работает в диапазоне частот от 1 до 5 МГц. При этом разрешающая способность по изображению составляет величину (1-1,2)Х. В памяти прибора сохраняется до 180 настроек на контроль различных объектов.

Радиус гиба отводов в производственных условиях не контролируется, так как он обеспечивается технологически применяемой для гибы оснасткой. В случае необходимости в лабораторных условиях контроль величины радиуса гибы производится измерением косвенных параметров с последующим пересчетом.

При гибке радиусов отводов изменяется напряженное состояние металла в зоне гиба. В научном центре «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан и изготовлен ответный образец автоматизированной акустической системы для оценки напряженного состояния труб [4].

На исследуемую деталь направляют упругие широкополосные акустические импульсы. В зависимости от толщины исследуемого материала используются либо объемные, либо поверхностные волны. Для оценки напряжения измеряют возникающие задержки, извлека-

ют из базы данных напряжения в соответствии с установленными ранее акустоупругими зависимостями.

Выводы

• В условиях возможных техногенных аварий повышение качества сооружения и эксплуатации пожароопасных (нефть) и взрывоопасных (газ) объектов имеет первостепенное значение.

• Неразрушающие методы контроля позволяют выявлять внутренние дефекты на стадии изготовления трубных узлов применением современных контрольно--измерительных средств.

• При контроле качества и диагностике трубных узлов приборными комплексами используются современные достижения физики, механики, информационные технологии. Общая тенденция - компьютеризация приборов средств контроля, автоматизация обработки и хранения информации. Современная дефектоскопия и диагностика создают условия для обнаружения дефектов различного происхождения.

• Обоснованный выбор средств контроля, внедрение новых технологий, приборов и оборудования в практику не разрушающего контроля позволяет обеспечить необходимый уровень качества трубных деталей и узлов для нефтегазовых объектов.

• Дальнейшее развитие информационных технологий создает предпосылки для развития дефектоскопии.

Список литературы

1. Соединительные детали трубопроводов. Технический каталог. ЧТП3. КТС. Комплексные трубные системы. - 58 с.

2. Расторгуев Г. А. Особенности сборки при производстве трубных узлов // Технология машиностроения. - 2009. - № 1. - С. 21 - 24.

3. Расторгуев Г. А., Рогов В. А., Некрасов Ю. И. Производство трубных узлов для нефтегазовых объектов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2009. - N° 1.- С. 66-72.

4. Проблемы контроля качества строительства трубопроводов. Решение совместной сессии проблемного НТС РОССНГС и НТС ОАО «Стройтрансгаз» // Потенциал, 2005, № 1-2. - С. 84-108.

5. Гришко А.А., Ковех В.М., Силкин В.М. Оценка ресурса трубных деталей и узлов на стадии проектирования // Потенциал, 2005, № 1-2. - С. 60- 64.

CeedeHua об авторе

Расторгуев Г.А., д. т. н., профессор, кафедра «Технология машиностроения и металлорежущих станков», Российский университет дружбы народов, тел.: 9(495)952-89-38, e-mail: kafedra. tm. rudn@mail. ru

Rastorguev G.A., PhD, professor, Department «Manufacturing Engineering and Machine Tools», Russia University of Peoples Friendship, phone: 9(495)952-89-38, e-maibkafedra. tm. rudn@mail. ru

УДК 621.65.052-047.44

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕМБРАНЫ КЛАПАНА ПЕРЕЛИВНОГО НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

И. В. Поздняков, В. Н Сызранцев, А. А. Двинин

(Тюменский государственный нефтегазовый университет)

Ключевые слова: электроцентробежный насос, мембрана, переливной клапан Key word: an electric pump, membrane, relief valve

Сущность способа регулирования подачи электроцентробежного насоса (ЭЦН) с помощью переливного клапана непрямого действия [1,2] (дальше - клапана) заключается в автоматическом приведении в соответствие отбора пластовой жидкости из скважины и ее притока. Соответствие отбора и притока пластовой жидкости характеризуется постоянством ее динамического уровня в межтрубном пространстве скважины. Поэтому за основу разработанного способа регулирования принято условие сохранения стабильного столба между насосно-компрессорной трубой (НКТ) и эксплуатационной колонной, необходимого для нормальной работы скважинного насоса. Это условие выполняется, если при понижении столба, когда отбор превышает приток, часть жидкости, выходящей из ЭЦН в НКТ, сбрасы-