CC BY
15
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esj.today 2022, №4, Том 14 / 2022, No 4, Vol 14 https://esi.todav/issue-4-2022.html URL статьи: https://esi.todav/PDF/04SAVN422.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:
Исмаилов, Р. И. Устранение негативных факторов, влияющих на качество строительства магистральных трубопроводов / Р. И. Исмаилов // Вестник евразийской науки. — 2022. — Т. 14. — № 4. — URL: https ://esi.todav/PDF/04SAVN422.pdf
For citation:
Ismailov R.I. Elimination of the negative factors influencing the quality of constructing main pipelines. The Eurasian Scientific Journal, 14(4): 04SAVN422. Available at: https://esi.todav/PDF/04SAVN422.pdf. (In Russ., abstract in Eng.).
УДК 69.055.4.. .504.062
Исмаилов Руфат Исмаил оглы
ООО «Русхимхальянс», Санкт-Петербург, Россия
Главный специалист E-mail: Rufat.ism@yandex.ru
Устранение негативных факторов, влияющих на качество строительства магистральных трубопроводов
Аннотация. В статье рассмотрена проблематика организации строительства линейной части магистрально газопровода с позиции определения наиболее оптимальных способов производства строительно-монтажных работ, а также организации косвенных процессов, влияющих на качество возводимого объекта. Указаны факторы, негативно действующие на сроки и качество возводимого газопровода. В статье отмечены современные методы производства сварочно-монтажных работ и организации логистического процесса, для максимальной экономии средств и ресурсов предприятия. Под современными методами сварочно-монтажных работ подразумевается максимальное применение автоматической сварки и изначальный приоритет на выполнение сварных соединений автоматическими методами в сравнении с ручной дуговой сваркой. Также оценка касается. Данное предложение продиктовано желанием минимизировать ручной труд, т. к. по мнению автора данный аспект существенно влияет на качество всего строительства. В статье теоретизируется внедрение последних разработок в области лазерной сварки, имеющей ряд преимуществ в сравнении с дуговыми методами сварки. Рассмотрен процесс логистики труб большого диаметра, с точки зрения влияния частой перебазировки труб на целостность заводского изоляционного покрытия. По мнению автора, необходимо внедрение трубосварочных баз на базах временного хранения труб, для сварки двух или трех трубных секций, что позволит доставлять на трассу строительства уже готовый полуфабрикат. Это позволит уменьшить манипуляции с трубой при работе сварочной колонны, а значит сохранит заводское изоляционное покрытие. Предложенные схемы организации строительного производства нацелены на сдачу объекта в сроки, оговоренные графиками строительства, помимо этого применение методик и способов, указанных в тексте, существенно повышают качество строительства.
Ключевые слова: базы временного хранения; трубосварочные базы; полиэтиленовая заводская изоляция; поворотная сварка; автоматическая ручная дуговая сварка; ручная дуговая сварка; иттербиевые лазеры
Большое влияние на качество возводимого объекта оказывает схема организации строительства. Именно от способов и методик производства и контроля работ зависит производственная эффективность предприятия, а также успешная реализация проектов. Оптимально подобранная организационная структура управления строительной компанией, соответствующая ее целям и задачам, позволяет предприятию адекватно реагировать на действие внешних и внутренних факторов, способствовать повышению собственной конкурентоспособности [1]. В данной статье мы рассмотрим влияние методов производства работ и их влияние на качество строительства и сроки ввода объекта в эксплуатацию. Также попробуем предложить альтернативные и по мнению автора наиболее приемлемые схемы организации строительного процесса. Ниже представлен рисунок 1, в которой отражена типичная структура организации производства, при строительстве промышленных объектов.
Указанная структура типичная для всех предприятий, задействованных на строительстве линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧМГ). Система устроена на трех столбах, где функциональная зависимость одного отдела от другого приводит в движение механизм, который с разной долей успешности.
Почему с разной долей успешности? Несмотря на то что структура, указанная в схеме (рис. 1). является типичной, существует множество вариантов исполнения производственных процессов. Попробуем рассмотреть ряд методик оптимизации существующих и внедрения других современных способов производства строительно-монтажных работ.
Рассмотрим некоторые процессы в строительстве магистральных трубопроводов, которые, по мнению автора, требуют внимания, т. к. могут оказывать серьезное влияние на итоговые характеристики объекта.
К примеру, логистика труб большого диаметра от завода производителя до баз временного хранения и участков строительства трубопровода. Данный аспект строительства магистральных трубопроводов интересен из основания, что к наибольшему числу аварий на магистральных трубопроводах приводит именно коррозия металла труб. Учитывая, что повреждение заводской изоляции труб вещь не редкая, можно очень просто установить на каком этапе происходят эти повреждения. Практика показывает, что именно транспортировка труб с временных складов к месту производства [2] работ даёт максимальный вред для защитного покрытия труб. Ниже на рисунке 2 указан состав заводского покрытия трубы, основным типом, применяемым на магистральных трубопроводах, является трехслойное полиэтиленовое покрытие заводского нанесения.
Рисунок 2. Конструкция изоляции газопровода (http://tpholdmg.ru/izol)
Трехслойные полиэтиленовые покрытия заводского нанесения состоят из эпоксидной грунтовки, адгезионного клеевого слоя и термосветостабилизированного полиэтилена. Эти покрытия обладают более высокой и стабильной адгезией и высокой стойкостью к катодному отслаиванию. Материалы для этих покрытий выпускаются в Казани, Уфе, Санкт-Петербурге, Белоруссии, Украине, а также фирмами «Dupont» (Канада), BASF (Германия) и многими др. Для создания верхнего слоя покрытия обычно используется термостабилизированный полиэтилен, обладающий высокой стойкостью к старению под воздействием ультрафиолетового излучения и тепловых нагрузок, а также хорошими физико-механическими свойствами. Трехслойная конструкция полиэтиленового покрытия заводского экструзионного нанесения в настоящий момент является одной из самых надежных и долговечных. Стоит упомянуть и про минусы подобного покрытия [3], используемые для изготовления покрытия полимеры чувствительны к резким температурным перепадам ниже минус 22 и выше плюс 48 °С. Соответственно данный факт делает полимерное покрытие сложным в применении в районах Крайнего Севера.
Беря в учет тот факт, что производственные ресурсы заводов изготовителей трубной продукции находятся в центральной части РФ, логистика является основной причиной повреждения труб. Еще один немаловажный аспект, влияющий на сохранность заводского покрытия это промежуточное складирование на базах временного хранения. Как известно
логистика предшествуют началу строительства объекта, а это означает формирование запаса необходимых объемов различных материалов и оборудования для бесперебойного производства работ в период начала строительства. Постоянные манипуляции с трубами приводят к существенным повреждениям изоляционного покрытия. В рамках полевого исследования на строительстве магистрального газопровода «Сила Сибири» ООО «Стройгазмонтаж» было выявлено в среднем 35 % повреждения заводского изоляционного покрытия и фасок труб, за период июль — август 2017 г. Если в случаи с фасками труб проблема устраняется сама собой, т. к. существует обязательное требование по механической обработке фасок под требования к определенному виду сварки, то изоляция труб требует дополнительного ремонта на строительной площадке специальными составами. В связи с этим на директивном уровне, было поручено увеличить количество стыков, сваренных на трубосварочных базах, а также осуществлять доставку труб с вагонов на железнодорожном тупике непосредственно к месту строительства.
Для обеспечения сохранности труб предлагается внедрение промежуточных способов производства трехтрубных секций на территории баз временного хранения. Таковым методом считается метод поворотной [4] сварки на трубосварочных базах. Помимо обеспечения высокого качества сварного шва, указанным методом производства сварки, мы получаем заготовки в несколько секций (2-х и 3-х трубные). Это устраняет риски возникновения повреждения, возможные при стандартной схеме перевозки труб при которой транспортировка осуществляется по две или три в седле (рис. 3), из-за стесненности пространства возникают повреждения, вызванные трением труб. Справедливо можно заметить, что данную ситуацию спасет использованием прокладок между двумя трубами, но скорость, с которой трубы отправляют на место монтажа, и человеческий фактор не гарантируют обеспечение сохранности заводского покрытия.
Рисунок 3. Схема перевозки труб по две в седле (разработано автором)
Перевозка труб, сваренных в 2-х- или 3-х-трубные секции, уменьшает вероятность, при которой возможно повреждение изоляционного покрытия труб. Поскольку в процесс доставки трубы необходимо несколько раз перегрузить с одного вида транспорта на другой, помимо качества изоляционного покрытия немаловажен и экономический аспект [5]. Кроме того, параллельная сварка на трубосварочной базе вместе с основным сварочным комплексом, либо заблаговременная заготовка сваренных секций, позволяет поддерживать темпы строительства и высокий уровень качества. Немаловажным является и экономический аспект при перевозке 3-х трубных секций. Ниже приведен расчет, показывающий связь между количеством единиц техники и перевозимым объемом грузов (1).
L„ L
+ + г + г
¿—1 пор выг _ общ ^гр ^пор (1)
Ягр.ср КВ • Т • гсут
где N — необходимое количество одновременно работающих машин;
Ообщ. — общий вес перевозимого груза;
Ягр.ср. — грузоподъемность выбранной транспортной единицы, т;
Ьср. — средневзвешенная дальность возки труб и их секций, км;
игр., ипор. — скорость движения машин соответственно с грузом и без груза, км/час;
1пог., 1выг. — время, необходимое соответственно для погрузки и выгрузки груза, час;
Кв — коэффициент использования транспорта во времени, учитывающий состояние дорог, климатические условия и другие факторы, принимаемый при расчетах равным 0,8 для зимних и 0,9 для летних;
Т — общая продолжительность работы машины, дни;
1сут. — продолжительность работы машин в течении суток, ч.
Вычислить Ообщ можно по формуле (2).
__^общ
общ = Ятр ^ ^ 2 (2)
где О — общий вес груза, т;
Яшр — вес трубы длиной 11,2 м, т;
Lобщ. — протяженность трассы трубопровода, м;
11,2 — средняя длина выпускаемых труб, м.
Расчеты показывают, что при перевозке труб, сваренных в плети (3-х трубки), идет существенная экономия технических ресурсов, для 2-х трубных секций N — 0,007 и N — 0,003 для однотрубной, высокий коэффициент свидетельствует об эффективном распределении техники относительно перевозимых грузов. Данный факт в обязательном порядке отражается на скорости доставки труб на объект, а укрупненная заготовка на ранних этапах строительства поможет создать задел для возможных будущих незапланированных остановок в производстве. Указанные выше тезисы, определенно указывают на необходимость применения трубосварочных баз на складских территориях. Целесообразным является выполнение как можно большего объема из общего количества стыков на 3-х трубные плети, либо из 2-х трубных секций, в случае отсутствия возможности доставить грузы большого тоннажа в труднодоступные районы строительства магистрального газопровода.
Второй аспект, который необходимо затронуть в процессе организации работ — это схема производства сварочно-монтажных работ, с точки зрения организации самого процесса сварка является наиболее сложным, как с точки зрения организационного, так и технологического процесса. От правильного набора инструментов и методов производства сварных соединения на зависит своевременный ввод эксплуатацию газопровода и безопасность объекта. Выше мы в скользь коснулись темы внедрения метода поворотной сварки для улучшения прочностных характеристик трубопровода.
Мировой опыт строительства магистральных трубопроводов говорит о том, что автоматизация процесса создания сварных соединений — это наиболее рациональный метод производства работ. Доводы в пользу данного тезиса говорят о [6]:
Что касается первого пункта, то минимизация влияния персонала на качество сварного шва это главная задача в борьбе за качество сварных соединений. Как известно применение ручного труда основа для ручной дуговой сварки. В настоящее время нормативами ПАО «Газпром» сварка стыков в единую нить методом ручной дуговой сварки (РДС) ограничена 700 м единовременно. Хотя в рамках исследования считаем нецелесообразным даже такой объем выполненных работ. С точки зрения затрат, трудозатраты на выполнение 1 км сварки методами автоматической сварки (АД) намного ниже, чем при РДС. А если говорить с позиции качества выполненных работ, то при технологии РДС выполнить качественный стык намного сложнее, чем при АД. Связано это с тем, что для выполнения одного стыкового сварного соединения на трубах 01000-1420 мм необходимо от 4 до 5 сварщиков ручной дуговой сварки. На выполнении одного кольцевого сварного соединения при автоматических методах занято до 2-х человек, либо это большее количество операторов автоматических комплексов, выполняющие каждый отдельный слой (горячий проход, корневой слой, заполнения) отдельным оператором. Схема минимизации и автоматизации сварочного процесса видится привлекательной по всем параметрам (стоимость производства работ, качество соединения, время производства работ и т. д.). В отличии от РД сварки применение АД сварки многократно сокращает время производства работ, при ручной дуговой сварке на одно сварное соединение уходит до 6 часов, автоматической же не более 20 мин.
Помимо методов ускорения сварки путем автоматизации механики процесса, к которым, несомненно, относятся автоматические сварочные комплексы, необходимо остановится и на способах плавления металла в сварочной ванне. Согласно исследованию [7], наибольший интерес в данный момент развития сварочных технологий представляет лазерная сварка. В лазерной сварке применяются иттербиевые лазеры, преимуществом которых можно выделить. длину волны, которая составляет 1,07 мкм — на порядок меньше, чем у СО2 лазеров. Излучение передается к месту обработки по гибкому волоконному кабелю, имеющему прочную защитную оболочку, поэтому не нужна «летающая» оптика и ее регулярное обслуживание и замена, соответственно, лучшее взаимодействие с большинством сплавов, повышенная скорость обработки и низкие требования к уровню мощности лазеров. Подобные лазеры имеют более высокую плотность мощности в пятне выходного пучка, что обеспечивает высокую скорость сварки. Данные характеристики способствуют высоким механическим свойствам сварных соединений [8; 9] Волоконные лазеры не имеют расходных материалов, как у автоматической сварки (газы, лампы), нет нужды в калибровке оборудования. Помимо перечисленных плюсов, можно также отметить высокую долговечность волоконных лазеров: 50 000 часов на полной нагрузке, относительной компактности [10]. Указанные характеристики делают применение лазерной сварки крайне удобной в условии строительства ЛЧМГ.
Хотя на существующих объектах ПАО «Газпром» данная разработка не применяется в виде сварки товарных стыков, но технология лазерной сварки аттестована на соответствие требованиям Газпром и пока больше несет экспериментальный характер.
В условиях реального строительства трубопроводов высокого давления, наиболее приемлемый вариант производства кольцевых сварных соединений — это комбинация различных методов сварки, при обязательном доминировании АД сварки. В свою очередь ручная сварка необходима в случаях трудного рельефа местности, обвязки оборудования
1. Минимизация человеческого фактора.
2. Повышение темпов производства сварных соединений.
объектов инфраструктуры магистрального трубопровода и выполнении замыкающих сварных соединений.
В статье приведены только два аспекта организации строительства магистральных трубопроводов — это логистика и сварка магистрали газопровода. По мнению автора именно, начальный этап строительства, к которому относится логистика материалов и оборудования и выбор оптимального способа сварки позволяют существенно улучшить характеристики безопасности объекта и вписаться в сроки строительства. Сварочный же процесс оставляет наиболее значимый след в прочностных характеристиках трубопровода и является едва ли ни самым сложным с точки зрения организации работ, контроля и выпуске продукции высокого качества.
Примеры из производственной практики показывают, что отсутствие у подрядных организаций цельной стратегии, а главное опыта в выборе оптимального набора инструментов в организации строительства, наносят риски, связанные с реализацией инвестиционных проектов. В связи с этим эффективными являются те строительные предприятия, которые непрестанно ищут и применяют новейшие методики и оборудование для производства строительной продукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тухарели А.В., Чередниченко Т.Ф., Басанговав З.С. Организационная структура управления строительным предприятием и принципы ее формирования // Инженерный вестник Дона. — 2019 — № 5.
2. Хачатурян А.А., Абдулкадыров А.С., Жигулина Е.П. Логистические составляющие в системе управления качеством функционирования нефтегазовых компаний // Транспортное дело России — 2015 — № 6. — С. 36-38.
3. Martyn W., Highams J., Richard R., Kopystinski A. Journal of protective coatings & linings // Coating and thermal insulation of subsea or buried pipelines. — 2000. — № 17. pp. 47-54.
4. Кремчеева Д.А., Кремчеев Э.А., Сварка магистральных трубопроводов // Современные инновации. 2016. — № 5 — С. 7-10.
5. Марковский В.А. Об особенностях логистики российской трубной продукции на внешний рынок // Экономика и менеджмент. 2012. — № 9. — С. 175-177.
6. Иванцов О.М. Надежность строительных конструкций магистральных трубопроводов. М., "Недра". — 1985. — С. 52.
7. Шамов Е.М., Бегунов И.А., Васильев А.А., Шелестова А.К. Лазерная сварка тонкостенных стальных труб в потолочном положении // Сварочное производство. — 2018. — № 8. — С. 32-36.
8. Березин В.Л. Испытание магистральных нефтепродуктопроводов как метод повышения их надежности: тематич. науч.-технич. Обзор / В.Л. Березин, В.В. Постников, Э.М. Ясин. — ВНИИОЭНГ. — Серия «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. — 1972.
9. Ушаков А.Б., Морозова О.П., Бегунов И.А., Шамов Е.М., Орешкин А.А., Вышемирский Е.М. Технология лазерной сварки магистральных трубопроводов // Газовая промышленность. 2017. — № 2 — С. 100-107.
10. Скрипченко А.И., Смирнов Н.В. Новая «лазерная» революция и её перспективы // Лазерные Технологии. — 2010. — № 2 URL: http://osvarke.com-10.2012.
Ismailov Rufat Ismail ogly
RusChemAlliance LLC, Saint-Petersburg, Russia E-mail: Rufat.ism@yandex.ru
Elimination of the negative factors influencing the quality of constructing main pipelines
Abstract. The article considers the problem of organizing constructing of a linear part of the main pipeline from the perspective of defining the most optimal ways to perform construction and installation works and also organizing indirect processes influencing the quality of the object built. The factors, which negatively influence the time frame and the quality of the gas pipeline built, are indicated. The article notes modern methods of welding and installation works and organizing logistical process, for maximum economy of funds and resources of the enterprise. Modern methods of welding and installation work mean the maximum use of automatic welding and the initial priority for the implementation of welded joints by automatic methods in comparison with manual arc welding. Also evaluation concerns. This proposal is dictated by the desire to minimize manual labor, because. According to the author, this aspect significantly affects the quality of the entire construction. The article theorizes the introduction of the latest developments in the field of laser welding, which has a number of advantages in comparison with arc welding methods. The process of logistics of pipes of large diameter is considered, from the point of view of the influence of frequent relocation of pipes on the integrity of the factory insulating coating. According to the author, it is necessary to introduce pipe welding bases at the bases for temporary storage of pipes, for welding two or three pipe sections, which will make it possible to deliver a ready-made semi-finished product to the construction route. This will reduce the manipulation of the pipe during the operation of the welding string, which means that it will retain the factory insulating coating. Suggested schemes of organizing the constructional process are aimed at the completion of the object in time, predetermined by the construction schedule, moreover application of techniques and methods noted in the text considerably increases the quality of constructing.
Keywords: temporary storage bases; pipe-welding bases; polyethylene factory insulation; rotary welding; automatic manual arc welding; manual arc welding; ytterbium lasers
