Производство применение и защита труб

Трубы изготовляют холоднодеформированными  из сталей марок 10; 20; 15Х5М; 12X8 с наружным диаметром 19...76 мм и толщиной стенки 1,5...8 мм; горячедеформированными из сталей марок 10; 20; 10Г2; I2XM; 15X5 и 15Х5М с наружным диаметром 42...325 мм и толщиной стенки 4.„30 мм.

Механические свойства холоднодеформированных труб из указанных марок следующие: с_в = 333...392 МПа, <т₀,2 = 206...216 МПа, 6 = 22...26%, 137... 170 НВ; горячедеформированных: <т_в = 353... 431 МПа, с₀2 = 216...265 МПа, 5 = 21... 25 %, ¥ = 45...50 KCU = = 0,69... 1,18'МДж/м², 137... 170 НВ.

2.3 Сварные прямошовные трубы для трубопроводов

 

Сварные прямошовные  трубы для трубопроводов применяют  для транспортировки нефти, бензина, газа, пара, воды, воздуха, масел, кислот, инертных материалов (песка, щебня), сыпучих строительных материалов (цемент, шамотный порошок и др.). Такие трубы относятся к трубам низкого (до 1 МПа) и среднего (! ...4 МПа) давления и по назначению подразделяются на следующие виды:

• для трубопроводов и конструкций разного назначения;
• водо газопроводные;
• для магистральных газопроводов, газонефтепроводов, нефте- продуктопроводов, технологических и промысловых трубопроводов.

Трубы для трубопроводов  и конструкций разного назначения изготовляют по ГОСТ 10705 — 80 «Трубы стальные электросварные» и по ГОСТ 10704 — 91 «Сортамент для трубопроводов и конструкций разного назначения» из сталей 08кл; 08пс; 15кп; 20пс; Ст2сп; Ст4кп и др.

Производство труб ведется на трубоэлектросварочных  агрегатах как с последующей объемной нормализацией и горячим редуцированием (калибровкой), так и без них.

Механические свойства труб по ГОСТ 10705 — 80 в зависимости от марки  используемой стали, диаметра трубы  и толщины стенки следующие: о_в = 294...441 МПа, с₀.₂ = 174...216 МПа, 5 = 6... 23 %.

Механические свойства труб по ГОСТ 10705 — 80 с объемной нормализацией и горячим редуцированием следующие: о_в = 294... 372 МПа, о₀,₂ = 174...225 МПа, 5 = 22...27%.

Трубы стальные водогазопроводные  выпускаются по ГОСТ 3262 — 75 «Трубы стальные водогазопроводные» из углеродистых сталей. Они подвергаются объемной нормализации и горячему редуцированию, имеют высокий уровень прочностных и вязкостных характеристик материала трубы, выровненные свойства основного металла и сварного шва. Трубы могут подвергаться снятию внутреннего грата (наплыва сварного шва) и оцинкованию.

Оцинкование осуществляется горячим  способом путем погружения трубы в расплав цинка. Толщина цинкового покрытия должна быть не менее 30 мкм. Вместо оцинкования трубы могут покрываться антикоррозионными покрытиями.

Трубы испытывают гидравлическим давлением  от 2,4 до 4,9 МПа.

Рассмотренные сварные прямошовные  трубы имеют широкий диапазон наружных диаметров: по ГОСТ 10704 — 91 и  ГОСТ 10705 — SO d= 10... 219 мм с толщиной стенки 0,8 — 8 мм и по ГОСТ 3262 — 75 d= 0,8... 100 мм с толщиной стенки 2,2... 5 мм; длина труб составляет 2... 12 м.

Трубы стальные сварные для магистральных  трубопроводов по ГОСТ 20295 — 85 используются для магистральных газонефтепроводов, нефтепродуктопроводов, технологических  и промысловых трубопроводов. Такие трубы изготовляют диаметрами 159; 168; 219 мм из сталей Ст2; 10; 20; 20пс с ограничением по углероду (не более 0,24 %). Длина поставляемых труб 10,6... 11,6 м.

Механические свойства труб при  классе прочности К 34: с„ = = 333 МПа, а₀7 = 206 МПа, 5 = 24% и при К 42: а_в = 412 МПа, а„.₂ = 245 МПа, б = 21 %.

Электросварные холоднодеформированные трубы по ГОСТ 10707 — 80 используются в условиях повышенных требований к точности изготовления по диаметру и толщине стенки. Они выпускаются диаметром 41,5...76,0 мм и длиной 3...9 м из сталей 10, 08пс и 08кп.

Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов выпускаются по ГОСТ Р 52079 — 2003 с классами прочности К 42 —К 60, диаметром 114...219 мм и длиной 10,5... 12 м.

 

2.4 Трубы больших диаметров

 

Трубы больших диаметров изготовляются сварными спиралешовными и предназначены для строительства магистральных нефтегазопроводов, промысловых нефтепроводов, трубопроводов общего назначения, трубопроводов для тепловых сетей и атомных станций.

Для изготовления труб большого диаметра нашел применение метод электродуговой сварки подслоем флюса. После сварки трубы подвергаются объемной улучшающей термообработке (закалка + отпуск), при этом микроструктура металла приобретает однородное строение во всех участках трубы (основной металл, металл шва, зона термического влияния сварки). В результате устраняются различия в механических характеристиках элементов конструкции трубы, происходит одновременное повышение прочностных и вязкопластических характеристик металла.

В процессе нагрева под закалку полностью устраняются внутренние напряжения в трубах, связанные с формовкой и сваркой, а напряжение от закалки устраняется последующим отпуском. При этом измельчается зерно в стали, что положительно сказывается на сопротивлении материала хрупкому разрушению. Улучшающая термообработка позволяет достичь более высокого показателя ударной вязкости при низких температурах у труб из обычных низколегированных сталей (17Г1С, 17Г1С-У, 13Г1С, 13ПС-У), не прибегая к использованию дорогостоящей стали 09Г2С при строительстве трубопроводов в северных регионах.

Спиралешовные трубы  большого диаметра проходят гидроиспытания и полный цикл неразрушающего контроля, включающий:

• ультразвуковой контроль штрипса (заготовки сварной трубы) на расслоение;
• ультразвуковой и рентгенотелевизионный контроль сварного шва;
• ультразвуковой контроль фаски и концов труб.

Применение спиралешовных  труб снижает потери при аварийном разрушении трубопроводов, так как спиральный шов препятствует распространению продольных магистральных трещин в трубопроводах — наиболее опасному виду разрушения.

Согласно ГОСТ 20295 — 85 «Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов» и ГОСТ Р 52079 — 2003 «Трубы сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктепроводов» трубы изготовляют из сталей 17Г1С, 17Г1С-У. Наружный диаметр труб и толщина стенки равны соответственно: d = 530...820 мм и s = 1...12 мм; d= 530... 1420 мм и s= 1 ...12 мм.

Механические свойства электросварных труб большого диаметра согласно ГОСТ 20295 — 85 в зависимости от класса прочности (К34...К60) составляют: ст, = 333...588 МПа, ст„2 = 206...412 МПа, 5= 16...24%, KCU = 0,29...0,39 МДж/м² (-40'С), KCV = 0,29 МДж/м² (-10 'С).

Трубы большого диаметра общего назначения изготовляют согласно ГОСТ 8696 — 74 «Трубы стальные электросварные со спиральным швом общего назначения» из углеродистых сталей Ст2сп, СтЗспЗ, СтЗсп5, 20 и некоторых низколегированных сталей. Трубы имеют наружный диаметр 530...2 520 мм, толщину стенки от 6 до 25 мм и длину 10,5... 11,6 м.

Газонефтепроводные трубы  со спиральным швом, имеющие диаметр 530... 1 420 мм, изготовляют из рулонной горячекатаной ленты, а трубы 1 220... 1 420 мм — как из рулонной ленты, так  и из листовой стали.

 

2.5 Трубы для магистральных трубопроводов

 

Современные магистральные трубопроводы — исключительно протяженные металлические сооружения. Протяженность некоторых из них достигает нескольких тысяч километров.

Условия работы металла  труб в магистральных газонефтепроводах  высокого давления сугубо специфичны, резко отличаются от условий работы металла в других стальных конструкциях, что обусловлено следующими факторами:

• эксплуатация металла труб одного и того же трубопровода вследствие его большой протяженности осуществляется в резко отличающихся природно-климатических условиях;
• в зависимости от природно-климатических условий металл труб работает в широком диапазоне температур: от +40 до +60 °С в летний период и до -15 "С и ниже в зимний;
• металл труб в процессе их эксплуатации испытывает малоцикловые нагрузки, которые в отдельных случаях могут вызывать напряжения, достигающие предела текучести;
• в металле трубопроводов практически неизбежно наличие концентраторов напряжений, задиров, царапин и др. Они могут быть заводского, транспортного и строительного происхождения;
• газопроводы аккумулируют большое количество упругой энергии сжатого газа, в результате чего в них могут возникать протяженные вязкие и хрупкие разрушения;
• металл газонефтепроводов практически невозможно подвергнуть профилактическому осмотру и выполнить предупредительный ремонт.

Прочность магистрального трубопровода и его эксплуатационная надежность определяются в первую очередь  силовыми факторами и качеством  труб. Для магистральных трубопроводов  основными нагрузками являются внутреннее давление и продольные усилия, вызванные температурным перепадом в линейной части трубопровода вследствие различия температурных условий строительства и эксплуатации.

В линейной части магистральных  газонефтепроводов в основном применяют  трубы большого диаметра (d= 530... 1 420 мм), а для промысловых сетей и обвязки компрессорных и насосных станций — трубы диаметром 114. ..219 мм.

Для магистральных и  промысловых трубопроводов высокого давления применяют бесшовные горячедеформированные  трубы и их модификации, сварные прямошовные и спиралешовные трубы из рулонной или листовой стали и трубы специальных конструкций — двух- и многослойные.

Основной объем прямошовных труб, применяемых для строительства магистральных трубопроводов, производится из резаной горячекатаной ленты (штрипса) или листа (для труб большого диаметра) путем холодной формовки заготовок на прессах, двухсторонной трехслойной сварки продольным швом, правки и калибровки готовых труб в экспандерах (прессах-расширителях).

Спиралешовные трубы изготовляют на станах спиральной сварки. Спиральный шов и конструкция трубы обеспечивают ей высокую поперечную жесткость и устойчивое сохранение кольцевого сечения при воздействии поперечных нагрузок. Эта особенность спиралешовных труб позволила применить к ним технологию термического упрочнения. Такие трубы (d = 720... 1 220 мм) эксплуатируются под рабочим давлением 5,5... 6,4 МПа. Предел прочности материала труб достигает 650 МПа.

В настоящее время  для мощных газопроводов диаметр  применяемых труб составляет 1 420 мм при рабочем давлении 7,5 МПа. Для подводных морских газопроводов диаметр труб не превышает 1 220 мм при рабочем давлении до 12 МПа.

Рабочие параметры сверхмощных  газопроводов определяются технико-экономическими показателями перекачки единицы  объема газа, а также возможностями металлургической промышленности изготовлять в необходимых количествах высоконадежные и недорогие трубы.

Для строительства сверхмощных  газопроводов с диаметром труб 1 420 мм и повышенным рабочим давлением 10... 12 МПа используется листовая или рулонная сталь толщиной 18... 26 мм. На ее замену стала поступать более тонкая листовая сталь, применяемая для производства двухслойных спиралешовных и многослойных труб из витых обечаек. Эти трубы изготовляют из горячекатаной рулонной ленты: двухслойные при толщине 8... 13 мм, многослойные — при толщине около 6 мм.

Применение многослойных труб обеспечивает в значительной степени «неразрушаемость» трубопровода, т.е. возникновение утечек не приводит к полному разрыву трубы. При этом устранение утечек может проводиться в плановом порядке в удобное время.

 

2.6 Чугунные трубы

 

Чугунные трубы изготовляются  из серого и высокопрочного чугунов  методами центробежного и полунепрерывного литья. Они предназначены для  применения в напорных и самотечных системах транспортирования питьевой и технической воды; в канализационных трубопроводах; для транспортирования под давлением и самотеком грунтовых и атмосферных сточных вод, бытовых и производственных жидкостей, неагрессивных к уплотнителям стыковых соединений.

Нефтепроводные чугунные трубы предназначены для эксплуатации в агрессивной среде, в том числе содержащей сероводород (H₂S). Материал полимерного уплотнения труб стоек в этой среде и сохраняет свои свойства в широком диапазоне температур от -60 до +260'С.

Достоинством чугунных труб является их коррозионная стойкость, которая в 8— 10 раз выше, чем у стальных труб, это обеспечивает их долговечность на 50—100 лет. Трубы эксплуатируются в системах с рабочим давлением транспортируемой жидкости до 16 МПа. Трубы из высокопрочного чугуна обладают не только отличной коррозионной стойкостью, но и механическими характеристиками, близкими к аналогичным для труб из углеродистой стали (обладают пластичностью).

Трубы напорные изготовляют по ТУ 14-3-856 — 79 (из серого чугуна) с условным диаметром 400... 1 000 мм и длиной 4...5 м, и по ТУ 14-3-1848 — 92 (из высокопрочного чугуна) с D = 100... 1 000 мм и /= 3...5 м.

Трубы нефтепроводные изготовляют из высокопрочного чугуна по ТУ 14-161-168 —96, ТУ 14-161-170 —96 с условным диаметром 200...,300 мм, с толщиной стенки 10,1... 11,9 мм и длиной 3... 5,1 м.

Трубы нефтепроводные коррозионно-стойкие изготовляют из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по ТУ 14-161-188 — 2000 длиной 3...4Д м (Dy100... 150 мм) и длиной 3 5 1 м (D = = 200...300 мм).

 

2.7 Общая характеристика производства труб

 

Производство труб значительно  отличается от остальных видов прокатного производства не только по форме готового изделия но и тем, что большая  часть труб является продуктом вторичного передела проката основных видов — круглой и плоской заготовки.

Трубы классифицируют по методу производства и применения. Для производства труб из черных металлов применяют четыре основных способа: прокатку, прессование, литье и сварку.

Качество труб, получаемых прокаткой, прессованием и сваркой, значительно выше, чем литых труб, так как при обработке давлением свойства материала труб улучшаются.

Бесшовные трубы по способу  производства подразделяются:

• на горячедеформированные, изготовляемые различными методами горячей прокатки (горячекатаные) или прессования (горячепрессованные) из катаной, литой или кованой заготовки'
• холоднодеформированные, получаемые из горячедеформированных труб-заготовок путем прокатки в холодном состоянии (холоднокатаные), волочения (холоднотянутые), в отдельных случаях — теплодеформированные, формируемые при температуре 100...250 °С.