Производство трубных узлов - комплексная задача Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СВАРКА

А. д. Щедро, Генеральный директор ЗАО «СКБ Юнифос» я. о. Шапиро, Главный конструктор НПФ «ИТС»

производство ТРУБНЫХ узлов -КОМПЛЕКСНАЯ ЗАДАЧА

Строительство большого количества объектов трубопроводного транспорта поставило перед заказчиками, строителями, эксплуатационными и ремонтными службами проблемы рентабельности и надежности как один неразрывный вопрос.

Трубные узлы имеют широкое применение на большом количестве объектов, таких как компрессорные станции магистральных газопроводов, насосные станции магистральных нефтепроводов, не-фте промысловые трубо проводы, труб ны е узлы теплогенераторов и многое другое. В начале 2004 года компания «Русские инновационные технологии», занимающаяся строительством и монтажом компрессорных станций на магистральных газопроводах, приняла по тем временам инновационное решение, полностью оправдывающее свое название, - производить трубные узлы в заводских условиях, а на компрессорных станциях осуществлять только монтажные работы. Одной из основных проблем, с которыми столкнулись специалисты «Русских инновационных технологий», была проблема раскроя труб большого диаметра в размер с необходимой точностью. Ранее применяемые технологии газовой резки не устраивали специалистов компании по всем параметрам. Тогда инженеры «Русских инновационных технологий» обратили свой взгляд на труборезные станки фирмы «G.B.C. Industrial Tools» серии «Supercutter», ранее хорошо зарекомендовавшие себя на строительстве газопровода «Голубой поток». Но просто приобрести труборезные станки - это еще не значило решить проблему производства трубных узлов высокого качества. Так началось сотрудничество фирмы «Юнифос», являющейся партнером «G.B.C. Industrial Tools» в России, и компании «Русские инновационные технологии», для которой «Юнифос» разработал технологию механообработки деталей трубных узлов перед сваркой.

В конце 2005 года завод «СОТ», входящий в группу ЧТПЗ-КТС, заинтересовался технологией производства в цеховых условиях трубных узлов для насосных стан-

ций нефтепроводной системы «Восточная Сибирь - Тихий океан». Основной вопрос, который стоял перед инженерными службами «СОТ», - это выпуск трубных узлов высокого качества с высокой производительностью, а следовательно, возникла проблема автоматизации сварки, и тогда они обратились в научнопроизводственную фирму «Инженерный и технологический сервис» (НПФ «ИТС») как к ведущему специалисту в области автоматизации сварочных процессов. Однако производство - это единый комплексный процесс, где подготовка кромок, сборка под сварку и сварка только в комплексе могут дать высококачественный результат. Объединив свои знания, СКТБ «Юнифос», НПФ «ИТС» и фирма «Метакон РИМ» в 2006 году приступили к проектированию цеха трубных узлов для завода «СОТ» группы ЧТПЗ-КТС. Необходимо отметить, что заказчик готовой продукции - ОАО «Транснефть» -предъявил очень высокие требования к качеству трубного узла, которые заключались не только в абсолютной надеж-

ности сварных соединений, которым предстояло выдержать тяжелые климатические и геологические условия работы, но и в высокой точности всех геометрических параметров узлов. Так, точность линейных размеров в готовом узле должна составлять ±0,6 мм на один метр длины, а отклонения от перпендикулярности торца не должны превышать ±2,5 мм на диаметре 1220 мм. Основываясь на этих требованиях, заказчику была предложена единая технологическая концепция производственного цикла. Она заключалась в максимальной механизации и автоматизации всех технологических процессов, позволяющих снизить трудоемкость и исключить так называемый человеческий фактор как источник брака. С этой целью были разработаны технологии и оборудование для входного контроля труб и соединительных деталей трубопроводов (СДТ), раскроя труб на мерные катушки с последующей деова-лизацией торцов катушек, стапельной сборки трубного узла и дальнейших операций по подготовке стыков к сварке и

48 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 5 \\ май \ 2008

непосредственно сварки узлов в неповоротном положении.

Требования высокой точности подготовки кромок деталей определили подход к разработке линии раскроя труб на мерные катушки. Линия представляет собой набор специальных тележек, установленных на рельсовый путь. Тележки оснащены гидромоторами для вращения трубы и перемещения тележки по линии раскроя, гидравлическими зажимами для фиксации трубы в момент раскроя и пультом дистанционного управления. На две крайние тележки труба укладывается и вращается на них при проведении входного контроля. Затем по результатам входного контроля промежуточные тележки переставляются под трубой согласно карте раскроя с учетом выявленных дефектов, так чтобы отрезаемые катушки располагались на одной или двух тележках каждая. Затем будущие катушки фиксируются, на трубу устанавливаются несколько труборезных станков <6ирегшИег», что значительно повышает производительность раскроя трубы на требуемые катушки (рис. 1). Отрезание производится с одновременным формированием кромки требуемой конфигурации под сварку. Отрезанная катушка вместе с тележками, на которых она закреплена, отгоняется в конец линии, где разгружается краном на место складирования. Повышенные требования к точности геометрических размеров готовых трубных узлов потребовали проводить сборку трубного узла на специальных стапелях с использованием универсальных сборочных приспособлений (УСП), имеющих четыре регулировочные координаты: три по взаимно перпендикулярным направлениям и одну по углу поворота. Эти специально разработанные приспособления, на которые укладываются СДТ и трубные катушки, позволяют обеспечить точное выставление деталей трубного узла, регулировку сварочного зазора и превышения сторон стыка с точностью ±0,2 мм; фиксирование деталей, предотвращающее сведение сварочного зазора в процессе сварки (рис. 2). Конструкция УСП дает возможность установить на стык рабочие части оборудования для размагничивания трубы, подогрева стыка и самоходные головки комплекса для автоматической сварки «Протеус». Широкий ассортимент приспособлений был разработан под трубы, отводы, тройники и переходы различных типоразмеров.

С целью повышения безопасности и удобства в работе, а также для улуч шения

условий труда сварщиков сборочносварочный стапель оборудован системой консольно-поворотных кранов типа «пантограф» (рис. 3). В разработке и изготовлении крановой системы приняла участие финская крановая фирма «ЕИККІІА». На различных частях пантографа размещены рабочие части сварочного оборудования, оборудования для подогрева и размагничивания, вентиляционного оборудования; силовые провода и провода управления, шланги подвода защитных газов. Все источники питания оборудования установлены за пределами сборочно-сварочного стапеля на специальном стеллаже, связанном с пантографом только лотками, в которых уложены провода и шланги, причем на значительной высоте. Такое размещение основного и вспомогательного оборудования, его монтажных частей позволяет исключить потерю рабочего времени на перемещение и подключение исполнительных механизмов, минимизирует повреждение проводов и шлангов, а главное - оставляет поверхность стапеля свободной для работы. Вся консольноповоротная крановая система «складывается», поворачиваясь на 70° в горизонтальной плоскости и освобождая сборочно-сварочный стапель для расстановки приспособлений согласно технологической карте и загрузки на них деталей трубных узлов с помощью мостового крана. После этого пантограф возвращается в исходное положение, обеспечивая подвод рабочих частей сварочного и другого технологического оборудования, а также вытяжных устройств системы вентиляции в рабочую зону. Внутри рабочей зоны все исполнительные механизмы

оборудования и вытяжные устройства могут перемещаться относительно консолей и мостов крановой системы, устанавливаясь в оптимальное положение и обеспечивая комфортные условия сварщикам. Рабочие части технологического оборудования закреплены на талях и могут последовательно подводиться в зоны сварки стыков. Еще одно устройство для производительной и качественной работы - это аккумуляторные лифтовые подъемники - мостки сварщика, позволяющие рабочим-сборщикам удобно разместиться при выставлении кромок свариваемых деталей относительно друг друга, сварщикам-полуавтоматчикам сваривать корневой проход во всех пространственных положениях, а операторам автоматического сварочного комплекса «Протеус» управлять работой сварочных головок в любом положении головок на трубе. Периметр сборочно-сварочного стапеля закрывается набором автоматически опускающихся и поднимающихся штор-роллет, защищающих рабочих цеха, находящихся за пределами стапеля, от сварочного излучения. Роллеты крепятся на внешнем контуре консольно-поворотной крановой системы.

После того как детали уложены на приспособления и выставлены относительно друг друга, начинается процесс непосредственной подготовки к сварке и сварка. Сначала детали претерпевают размагничивание кромок во избежание магнитного дутья при сварке. Затем на кромки накладываются специальные нагревательные пояса для проведения предварительного подогрева кромок. Пояса разработаны и изготовлены на весь ряд типоразмеров и кон-

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ сварка \\ 49

сварка

фигураций свариваемых деталей.

Два сварщика с разных сторон трубного узла производят полуавтоматическую сварку корневого прохода в защитных газах методом ВКЗ с использованием специальных источников питания сварочной дуги. После этого на одну из сторон стыка (катушку) устанавливается направляющий пояс, по которому будут перемещаться головки «Протеус», а затем сами головки (рис. 4). Начинается процесс автоматической сварки двумя головками заполняющих и облицовочных проходов шва. Для работы с комплексом «Протеус» используется специальная бесшовная порошковая проволока для сварки в смесях газов, обеспечивающая высокие вязкопластические свойства металла шва. Возможна одновременная сварка нескольких стыков одного трубного узла несколькими комплексами «Протеус».

За прошедшие два года СКТБ «Юнифос», НПФ «ИТС» и «Метакон РИМ» приняли участие в разработке проектов цехов трубных узлов для теплоэнергетической и нефтедобывающей компаний. Для крупной компании теплоэнергетического машиностроения разработан проект цеха узлов трубопроводов-обвязок парогенераторов. Отличительной особенностью этого проекта являлись конструктивная сложность трубопроводов и требования высокой производительности цеха, а также широкий диапазон труб и их узлов диаметром от 57 до 426 мм с толщиной стенки от 3 до 12 мм.

Заказчику была предложена конвейерная линия раскроя труб на базе стационарных труборезных станков проходного типа модельного ряда «TSB», изготавливаемых «G.B.C. Industrial Tools». На этой конвейерной линии раскроя труба проходила входной контроль, автоматиче-

скую корректировку схемы раскроя в зависимости от результатов входного контроля, раскрой трубы в размер с одновременным формированием кромки под планируемый в дальнейшем вид сварки, пластическую правку торцов в случае необходимости.

Сборочно-сварочный технологический процесс был разделен на два последовательных процесса. С этой целью все узлы разбивались на «простые» подузлы. К ним относились узлы, состоящие из деталей трубопроводов, изгиб которых находился в одной плоскости. Такие детали собирались и сваривались на автоматических установках для сварки поворотного стыка в среде защитных газов или под флюсом. Здесь же приваривались к катушкам арматурные фланцы, отводы, тройники, переходы, сферические днища и другие детали трубопроводов. В дальнейшем уже на стапеле с помощью специальных приспособлений из таких «простых» подузлов собирался сложный узел трубопровода, составляющие которого

располагались во взаимно перпендикулярных плоскостях. Подузлы собирались согласно чертежу, после этого геометрия собранного узла проверялась в соответствии с конструкторской документацией, и если сборка признавалась верной, то производилась автоматическая сварка неповоротных стыков. Автоматизированная система контроля производила контроль геометрических параметров собранного трубного узла во время всего процесса, чтобы исключить отклонения геометрии в процессе сварки.

За эти годы совместной работы компании СКТБ «Юнифос», НПФ «ИТС» и «Метакон РИМ» приобрели неоценимый опыт в проектировании, изготовлении сборочного, сварочного и другого технологического оборудования для производства трубных узлов самого различного назначения и конфигурации в заводских условиях. На настоящий момент это единственные носители комплексной технологии, способные решать комплексно вопросы разработки технологии, разработки проектирования и изготовления сварочного, сбор очного, механического оборудования. За более подробной информацией Вы можете обратиться по адресу в интернете: www.unifos.ru

І СКТБ

юнифос

№№№. аПі(05т^Ґ

СКТБ «Юнифос»

197342, Санкт-Петербург,

Белоостровская ул., д. 22, офис 310, 312 (БЦ «Черная речка») тел./факс: +7 812 449-27-21 [email protected] http://www.unifos.ru

SO \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 5 \\ май \ 2008

гчпинирл к

Санкт-Петербург, ул. Бел о островская ,22, офис 310-312 телефон.: +7 812 449 2721 (многоканальный)

www.unifos.ru