книги из ГПНТБ / Таран, Владимир Деомидович. Технология сварки и монтажа магистральных трубопроводов

Чем больше куски, тем значительнее выход ацетилена. Объяс­ няется это тем, что при высокой активности реакции ацетилен образуется даже за счет паров воды, содержащихся в воздухе. При большом измельчении кусков реакция происходит на значи­ тельной поверхности еще до того, как карбид кальция вводят в ацетиленовый генератор.

Если карбид кальция хранится без достаточной герметизации, он оказывается смешанным с продуктами разложения и полез­ ный выход ацетилена уменьшается.

Стандартом предусмотрена определенная грануляция кусков карбида и нормы выхода ацетилена (табл. 29).

При любой грануляции карбида содержание в ацетилене фос­ фористого водорода РНз не должно превышать 0,08% (по объему), а сероводорода H 2S 0,15% (по объему).

Пересчитывая натуральный (действительный) вес карбида кальция на условный, принимают, что он обеспечивает выход 250 л!кг. Для пересчета пользуются формулой

где G — условный вес карбида кальция в кг или т\ V — выход ацетилена в л/кг;

Gi — натуральный вес карбида кальция в кг или т.

Карбид кальция помещают в железные барабаны со стенками толщиной не менее 0,51 мм. Вес карбида в барабане (нетто) 50— 130 кг. Боковая поверхность барабанов гофрирована, что повы­ шает механическую прочность этих конструкций.

Образование ацетилена из карбида кальция происходит в аце­ тиленовых генераторах. Наиболее удачным для работы в поле­ вых условиях является передвижной генератор типа ГНВ-1,25.

В условиях трассы можно было бы использовать ацетилен, получаемый с заводов в баллонах. Но сложность доставки балло­ нов на большие расстояния препятствует этому.

Газообразный кислород, применяемый для резки и сварки

Кислород получают из воздуха методом глубокого охлаждения с последующей ректификацией или из воды электролизом. Более распространен первый способ. В кислороде, получаемом методом электролиза воды, содержание водорода не должно превышать 0,7 % по объему.

Газообразный кислород поставляют в стальных бесшовных бал­ лонах под давлением 150—200 кГ/см2 (отнесенным к температуре +20° С). При повышении температуры газа происходит и увели­

где Г ,— объем баллона в м3;

р—давление кислорода в баллоне, измеренное манометром,

вкГ :см2',

к— коэффициент для приведения давления к температуре -j-20°С, определяемый по табл. 31.

Таблица 31

Значения коэффициента к

80

Примеры

1. Баллон емкостью 40 л, заполненный кислородом, находится при температуре +20° С; давление по манометру 150 кГ/см2.

Количество кислорода в баллоне

V = 1,03-0,04-1,000 (150 + 1,07) = 0,2 м3.

2. Баллон емкостью 40 л находится при температуре +45° С; давление по манометру 160 кГ/см2.

Количество кислорода в баллоне

V = 1,03 • 0,04 ■0,921 (160 + 1,07) = 6,12 м3.

4 *

Глава IV

СБОРКА СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Способ сварки стыков магистральных трубопроводов во мно­ гом определяет организацию сборочных работ. Существуют две основные системы этой организации: 1) последовательное наращи­ вание труб (сварка в неповоротном положении) в плети длиной 1—3 км\ 2) соединение труб в секции длиной 30—120 м (сварка в поворотном положении) и последующие сборка и сварка секций (в неповоротном положении) в плети.

При использовании ручной электродуговой или газовой сварки трубопровод, монтируемый способом последовательного наращи­ вания, собирают и сваривают на лежках над траншеей или рядом

сней.

Внашей стране такой способ не применяют. Однако за рубе­ жом, например на строительстве Трансканадского газопровода диаметром 915 мм, значительный объем работ до последнего вре­ мени выполняли именно этим способом.

Последовательное наращивание не дает возможности вести сварку под флюсом, так как еще не созданы высокопроизводитель­ ные автоматы для круговой сварки неподвижного стыка. Как известно, уже имеются автоматы для неповоротной сварки с газо­ вой защитой, но их производительность недостаточна.

Способ последовательного наращивания применяют при прес­ совых методах сварки (электроконтактная и газопрессовая).

При организации сборочно-сварочных работ по другой системе минимальная длина звеньев или секций1 определяется экономи­ ческой целесообразностью. Максимальная длина устанавливается в зависимости от возможностей развозки звеньев и секций по трассе или возможностей их вращения при сборке и сварке. Определяя максимальную длину, учитывают также экономические факторы.

Одним из наиболее ответственных этапов сборочных работ является сборка стыка, влияющая на качество сварки.

Особенно широко распространена сборка с применением средств малой механизации (лебедок, центраторов и т. и.).

1 Монтажный элемзнт, состоящий из двух-трех труб, называют не сек­ цией, а звеном. Секция обычно состоит из четырех-десяти труб.

52

Сборка стыка под автоматическую или ручную дуговую сварку состоит из следующих основных прсцессов: 1) подготовительных операций; 2) вставки и прихватки подкладного кольца (если оно применяется); 3) установки труб на стенд; 4) центровки и стяжки труб; 5) проверки правильности сборки; 6 ) закрепления стыка.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Между изготовлением труб на заводе и сборкой их на трассе проходит некоторое время, в течение которого трубы погружают, перевозят и складируют. При этих операциях концы труб могут заржаветь, потерять точную форму и т. п., поэтому перед сборкой и сваркой выполняют следующие подготовительные работы.

Очищают внутреннюю полость труб круглыми тетками или деревянными пробками, насаженными на штанги или присоеди­ ненными к тросу.

Песок, грунт, какие-либо предметы, оставленные в трубах, затрудняют продувку трубопровода, засоряют линию, линейную аппаратуру, приборы, насосы и могут затруднить пуск магистрали в эксплуатацию.

Качество сборки стыков и производительность труда при этой операции в значительной мере зависят от точного совпадения кро­

щем. Измеряют взаимно перпендикулярные диаметры концов или окружность (по внешней поверхности) вблизи кромок, на­ пример на расстоянии 10—20 мм от края. Результаты записывают на внутренней поверхности труб. На сборку подают трубы, концы которых имеют одинаковые или близкие размеры.

Селективная подборка требует дополнительных затрат вре­ мени, однако сокращает продолжительность центровки и повыт шает качество стыков.

Для ликвидации вмятин и других деформаций применяют п р а в к у к о н ц о в .

Правка необходима и тогда, когда концы труб, подлежащих сборке, имеют значительные отклонения от номинальных размеров. В таком случае совмещают кромки на той части окружности, где это возможно, и закрепляют эту часть прихватками. Несовпа­ дение кромок на остальной части стыка ликвидируют путем их пластической деформации в нагретом состоянии.

Нагревают кромку большего диаметра (пламенем сварочной газовой горелки) и ударами кувалды добиваются ее совмещения с кромкой меньшего диаметра.

Стали, из которых изготовлены трубы, меняют свои механи­ ческие свойства в зависимости от температуры (рис. 12). При температуре выше 500° пластичность резко возрастает, а предел прочности снижается.

53

Поэтому, подгибая или осаживая кромки, ударять по ним можно только в том случае, когда температура нагрева выше области синеломкости (т. е. выше 500°), иначе в металле могут возникнуть трещины или надрывы.

Из графика на рис. 12 видно, что при температуре около —25° резко снижается ударная вязкость и незначительно увели­ чивается предел прочности вследствие х л а д н о л о м к о с т и . В таком состоянии сталь нельзя подвергать сильным ударам. Однако если металл нагрет не менее чем до 500°, кромки можно править при отрицательной температуре воздуха. Необходимо лишь следить, чтобы нагретое место резко не охлаждалось.

Рис. 12. Кривые изменения предела прочности <тв и ударной вязкости ак малоуглеродистой стали в зависимости от температуры (схема).

Удобнее и экономичнее применять для правки (особенно труб диаметром 529 мм и выше) внутренние центраторы.

Рассмотрим случай, когда соединяют трубу, имеющую макси­ мальный допуск по наружному диаметру и предельную оваль­ ность, с трубой, имеющей минимальный допуск по диаметру и ми­ нимальную овальность. Если на одном участке стыка трубы будут подогнаны по линейке, то на каком-то ином участке обнаружится превышение одной кромки над другой на величину

Р = 2 \К + 0,01 DB (1 + -J-J]} , (IV. 1)

где К —допускаемое отклонение по диаметру калиброванного

54

Соотношение наибольшего п наименьшего диаметров трубы непосредственно не связано с длиной окружности, однако оно серьезно влияет на процесс сборки. При большой овальности, если трубы имеют даже одинаковую длину окружности, не всегда можно пользоваться сборочными приспособлениями и на подго­ товку концов требуется дополнительное время.

Зная фактические отклонения, можно получить данные для вы­ бора способа совмещения кромок и разработки сборочных при­ способлений. В связи с этим метод селективной подборки приобре­ тает большое значение.

ЦЕНТРОВКА ТРУБ

Центровка — это технологическая операция, в результате которой две сопрягаемые трубы становятся соосными. При цен­ тровке прямых труб должны совпасть их оси. При центровке

их выполнения и создать удобные, быстродействующие и наде­ жные механизмы и приспособления.

Технологические базы

Перед центровкой определяют на трубах исходные линии или поверхности, называемые технологическими базами. Поскольку оси труб — линии воображаемые, они не могут являться техноло­ гическими базами.

При совпадении технологических баз совпадают и оси труб. Технологическими базами могут быть следующие поверхности и линии: наружная цилиндрическая поверхность (НЦ), внутренняя

55

цилиндрическая поверхность (ВЦ), торцовая плоскость кро­ мок (ТП) и образующие линии цилиндра (ОЛ).

Можно написать ряд независимых условий, соблюдение кото­ рых обеспечит правильную сборку сопрягаемых труб. Отметим одним штрихом технологические базы первой трубы, двумя штри­

Рис. 14. Условия соосности двух труб.

Условия соосности следующие (рис. 14).

I. (Н Ц )'= (Н Ц )"

Условие I соблюдают при сборке с применением наружных ме­ ханических, гидравлических или пневматических центраторов и

56

сборочных хомутов. В соответствии с этим условием выполняется окончательная сборка в аппаратах электроконтактной и газо­ прессовой сварки.

На рис. 15, а показан случай, когда диаметры и толщины сте­ нок 6i и 62 соединяемых труб 1 и 2 одинаковы. Центратор А, создавая равномерную нагрузку на концах труб, смещает их до совпадения осей. Если трубы овальны или разностенны, оси могут не совпасть.

На рис. 15, 6 показан случай, когда труба 1 имеет равномер­ ную толщину стенки 61, а труба 2 разностенна (62 ф 6 з). По­ скольку наружные диаметры этих труб одинаковы, технологиче­ ские базы совпали, но оси не совместились.

А А А

однако толщина стенки одной трубы отличается от толщины стенки другой. Несмотря на это, при центровке по условию I оси совпали.

Условие II пригодно для сборки с внутренними центраторами. Условие III считается вспомогательным и предназначено для

контроля при центровке по другим условиям.

Торцовые плоскости, являющиеся технологическими базами в условии III, расположены относительно оси в зависимости от технологического процесса обрезки труб п применяемых при этом станков или приспособлений. На труборезных станках прямоли­ нейные трубы обрезаются под углом 90°. Это дает возможность использовать торцовые плоскости в качестве технологических баз. Однако точность центровки по торцовым плоскостям сни­ жается с уменьшением диаметра труб.

Использование условия IV вносит некоторые дополнительные особенности в процесс центровки.

Условие IV основано на совпадении линий, а не поверхностей. При укладке двух труб на гладкую плоскую поверхность соос­ ность не будет достигнута без дополнительных условий. Доста­ точным дополнительным условием могут быть вторые образующие

57

bx и а,х" bx" (см. рис. 14), расположенные относительно первых а'Ъ'. п а”Ъ" в пределах дуги от 0 до 180°. Существует несколько схем базировки при помощи двух образующих.

Сборку стыков по образующим труб широко применяют в прак­ тике сооружения магистральных трубопроводов, особенно при автоматической поворотной сварке. Сборочные операции выпол­ няют на стеллажах, кондукто­

рах и стендах.

Трубы, предназначенные для центровки, укладывают в ложе кондуктора. Эти трубы сопри­ касаются с трубами кондуктора (рис. 16, а) по двум линиям или швеллерам (рис. 16, б), пересекающим плоскость попе­ речного сечения в точках А и В. Линии соприкосновения и

являются технологической базой.

При сборке стыков на стел­ лажах технологической базой будет одна из образующих линий.

Для повышения точности центровки непосредственно перед закреплением стыка прихватками можно наложить на него центра­ тор (условие I).

ТОЧНОСТЬ СБОРКИ

Отступления от номинальных размеров и формы труб, а также недостатки сборочных механизмов и приспособлений могут выз­ вать следующие дефекты сборки: несовпадение внешних или внут­ ренних кромок; отклонение формы стыка от окружности; неравно­ мерность зазора по периметру стыка; перелом оси секции или звена.

Каждый из этих дефектов в той или иной степени отражается на качестве сварки или непосредственно влияет на надежность трубопровода в эксплуатации.

Допускаемая неточность сборки предусматривается проектом или техническими условиями с учетом метода сварки.

с учетом технологических, конструктивных и технико-экономиче­ ских соображений.

Технологическое значение зазора состоит в том, что он обеспе­ чивает возможность провара внутренних концов кромок при мини­ мальном числе слоев шва.

Величина зазора определяется родом сварки, диаметром сва­ рочной проволоки, маркой флюса, длиной дуги и пространствен­

58