Geum.ru

Российский Союз Нефтегазостроителей росснгс сварка магистральных трубопроводов высокого давления

Вид материалаДокументы

Содержание


Таблица 1. Толщины стенок труб в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х70), мм
Таблица 2. Масса одной трубы (12 м) в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х70), т
Таблица 3. Толщины стенок труб в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х80), мм
Таблица 4. Масса одной трубы (12 м) в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х80), т
Таблица 5. Механические свойства труб для МГ Бованенково-Ухта
Таблица 6. Сортамент труб диаметром 1420 мм МГ Бованенково-Ухта
Технологии и оборудование перспективные для использования при строительстве нового поколения трубопроводов
Зарубежный опыт
Отечественные разработки
Технология и оборудование для автоматической электродуговой сварки корневых швов с использованием активирующих флюсов
Ручная дуговая сварка неповоротных стыков труб магистральных трубопроводов покрытыми электродами
Опыт выполнения сварочных работ при строительстве магистральных трубопроводов по проекту «Сахалин-2»
Из приложения к Решению Проблемного научно-технического Совета
Подобный материал:

Российский Союз Нефтегазостроителей РОССНГС





Сварка

магистральных трубопроводов

высокого давления

(информационный выпуск по материалам

Проблемного научно-технического

Совета РОССНГС)


Москва 2007

25 мая 2007 г. состоялась сессия Проблемного научно-технического Совета РОССНГС, на которой были рассмотрены «Проблемы механизации строительства магистральных трубопроводов большого диаметра высокого давления». В числе других обсуждались и вопросы сварки трубопроводов с рабочим давлением 10-12 МПа.

На Совет были представлены два доклада по этой теме: Институтом электросварки им. Е.О. Патона НАНУ и ОАО «Сварочно-монтажный трест».

В настоящее время реализуется большая программа проектирования и строительства крупных российских, межконтинентальных и транснациональных трубопроводных систем. Проекты ориентированы на сооружение магистральных трубопроводов нового поколения. Магистрали нового поколения следует рассматривать, как класс капитальных сооружений высокого уровня безопасности, надежности и эффективности, в создании которых используются последние достижения современной науки и техники, принципы экологической обязательности.

Среди реализуемых в них технических и технологических решений: снижение собственного энергопотребления, использование высокого давления, обеспечение эксплуатации с минимальным уровнем риска.

Для строительства трубопроводов высокого давления (10 МПа и выше) эффективно использование труб из сталей высокого класса прочности Х70, Х80 и Х100. Многие трубные предприятия Европы, Северной Америки и Японии изготавливают трубы такого класса прочности.

В последние годы Выксунский металлургический комбинат, Волжский и Ижорский трубные заводы, а также Харцызкий трубный завод совместно с институтом электросварки им. Е.О. Патона проводят исследовательские и опытные работы по освоению производства труб из стали класса Х80.

Впервые использование труб этого класса предусматривается в проекте газопровода Бованенково-Ухта.

Чтобы иметь представление о физических параметрах труб (толщина стенки, масса) для трубопроводов высокого давления диаметром 530-1420 мм в сравнении с трубами на обычное давление 5,5-7,5 МПа РОССНГС и ВНИИГазом были составлены таблицы (табл. 1-4), применительно к сталям классов прочности Х70 и Х80 по трем классам безопасности.

Поскольку расчет выполнялся и для труб на давление выше 10 МПа, а также для морских трубопроводов, использовались методики ASME B31.8 и DNV.

Таблица 1. Толщины стенок труб в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х70), мм

Класс безопасности
D, мм
Р, МПа

5,5
7,5
10
15
20
25
30
35
40

высокий
1420

1220

1020

720

530
16,2

13,9

11,6

8,2

6,0
22,1

19,0

15,9

11,2

8,2
29,5

25,3

21,2

14,9

11,0
44,2

38,0

31,7

22,4

16,5


42,3

29,9

22,0


37,3

27,5


44,8

33,0


38,5


44,0

средний
1420

1220

1020

720

530
13,5

11,6

9,7

6,8

5,0
18,4

15,8

13,2

9,3

6,9
24,6

21,1

17,6

12,4

9,2
36,8

31,6

26,5

18,7

13,7


35,3

24,9

18,3


31,1

22,9


37,3

27,5


32,1


36,7

нормальный
1420

1220

1020

720

530
11,3

9,7

8,1

5,7

4,2
15,3

13,2

11,0

7,8

5,7
20,5

17,6

14,7

10,4

7,6
30,7

26,4

22,0

15,6

11,5


29,4

20,7

15,3


25,9

19,1


31,1

22,9


26,7


30,5


Таблица 2. Масса одной трубы (12 м) в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х70), т

Класс безопасности
D, мм
Р, МПа

5,5
7,5
10
15
20
25
30
35
40

высокий
1420

1220

1020

720

530
6,7

4,9

3,5

1,7

0,9
9,1

6,7

4,7

2,3

1,3
12,0

8,9

6,2

3,1

1,7
17,9

13,2

9,2

4,6

2,5


12,2

6,1

3,3


7,5

4,1


8,9

4,8


5,6


6,3

средний
1420

1220

1020

720

530
5,6

4,1

2,9

1,4

0,8
7,6

5,6

3,9

2,0

1,1
10,1

7,4

5,2

2,6

1,4
15,0

11,1

7,7

3,8

2,1


10,2

5,1

2,8


6,3

3,4


7,5

4,1


4,7


5,3

нормальный
1420

1220

1020

720

530
4,7

3,4

2,4

1,2

0,6
6,3

4,7

3,3

1,6

0,9
8,4

6,2

4,3

2,2

1,2
12,5

9,3

6,5

3,2

1,7


8,6

4,3

2,3


5,3

2,9


6,3

3,4


4,0


4,5


Таблица 3. Толщины стенок труб в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х80), мм

Класс безопасности
D, мм
Р, МПа

5,5
7,5
10
15
20
25
30
35
40

высокий
1420

1220

1020

720

530
14,2

12,2

10,2

7,2

5,3
19,4

16,7

13,9

9,9

7,3
25,8

22,2

18,6

13,1

9,7
38,7

33,3

27,8

19,7

14,5


37,1

26,2

19,3


32,7

24,1


39,3

28,9


33,7


38,5

средний
1420

1220

1020

720

530
11,9

10,2

8,5

6,0

4,5
16,2

13,9

11,6

8,2

6,1
21,5

18,5

15,5

10,9

8,1
32,3

27,7

23,2

16,4

12,1


30,9

21,8

16,1


27,3

20,1


32,7

24,1


28,1


32,1

нормальный
1420

1220

1020

720

530
9,9

8,5

7,1

5,0

3,7
13,5

11,6

9,7

6,9

5,1
18,0

15,4

12,9

9,1

6,7
26,9

23,1

19,3

13,7

10,1


25,8

18,2

13,4


22,7

16,8


27,3

20,1


23,4


26,8


Таблица 4. Масса одной трубы (12 м) в зависимости от диаметра и внутреннего давления (сталь класса прочности Х80), т

Класс безопасности
D, мм
Р, МПа

5,5
7,5
10
15
20
25
30
35
40

высокий
1420

1220

1020

720

530
5,9

4,3

3,0

1,5

0,8
8,0

5,9

4,1

2,1

1,1
10,6

7,8

5,5

2,7

1,5
15,7

11,6

8,1

4,1

2,2


10,7

5,3

2,9


6,6

3,6


7,9

4,3


4,9


5,6

средний
1420

1220

1020

720

530
4,9

3,69

2,5

1,3

0,7
6,7

4,9

3,4

1,7

0,9
8,8

6,5

4,6

2,3

1,2
13,2

9,7

6,8

3,4

1,8


9,0

4,5

2,4


5,6

3,0


6,6

3,6


4,1


4,7

нормальный
1420

1220

1020

720

530
4,1

3,0

2,1

1,1

0,6
5,6

4,1

2,9

1,4

0,8
7,4

5,5

3,8

1,9

1,0
11,0

8,1

5,7

2,8

1,5


7,5

3,8

2,0


4,7

2,5


5,6

3,0


3,5


4,0

Приведенные данные далеко не полностью характеризует сведения необходимые для разработки технологий сварки, выбора сварочных материалов и оборудования. В настоящее время еще нет характеристики трубных сталей (механических свойств, химического состава, свариваемости), которые будут использоваться на Российских трубных заводах при выпуске труб класса прочности Х80 или закупаться за рубежом.

Ниже в табл. 5 приводятся требования к трубам Х80 (К65), которые впервые будут применяться для прокладки двухниточного газопровода Бованенково-Ухта протяженностью 1100 км, диаметром 1420 мм, с рабочим давлением 11,8 МПа.

Для труб используется бейнитная, феррито-бейнитная сталь К65 (L555, Х80) и К60 (L455, Х70) толщина стенки 23,0-37,9 мм. Трубы должны иметь наружное антикоррозийное полиэтиленовое покрытие и гладкостное эпоксидное внутреннее покрытие.

Таблица 5. Механические свойства труб для МГ Бованенково-Ухта

Предел текучести в поперечном и продольном направлении, МПа
Нормативное временное сопротивление, в поперечном (продольном) направлении, не менее, МПа
Ударная вязкость основного металла, Дж/см2 при t не выше -40°
Ударная вязкость металла шва зоны термического влияния, Дж/см2 при t не выше -40°
Ударная вязкость основного металла, Дж/см2 при t не выше -20°С, диаметр 1420 мм, класс безопасности Н (С)
Отношение предела текучести к временному сопротивлению в поперечном и продольном направлении, не более

Относительное удлинение, δ5, %, не менее

555-675
645 (615)
70
50
250 (238)
0,92
18

485-605
590 (560)
63
50
199 (188)
0,90
20

Таблица 6. Сортамент труб диаметром 1420 мм МГ Бованенково-Ухта

Предел текучести
Класс безопасности
Толщина стенки, мм

555 МПа
Нормальный
23,0

Средний
27,6

Высокий
33,2

485 МПа
Нормальный
26,4

Средний
31,6

Высокий
37,9


Ниже приводятся упомянутые выше доклады. При строительстве трубопроводов высокого давления (10 МПа и выше) предъявляются жесткие требования к качеству сварных соединений, что в полной мере отразилось при выполнении сварочных работ ОАО «Сварочно-монтажный трест» на проекте «Сахалин 2».

Технологии и оборудование перспективные для использования при строительстве нового поколения трубопроводов

Зам. директора института электросварки им. Е.О. Патона академик НАНУ С.И. Качук-Яценко
  1. Зарубежный опыт
    1. Для автоматизированной сварки со свободным формированием шва применяют технологии сварки со свободным формированием шва тонкой проволокой в среде защитных газов (технологии CRC, Price и др.). Основное отличие в техники сварки (сверху вниз или снизу вверх) и выполнения корневого прохода изнутри со свободным формированием четырьмя или шестью головками или снаружи на подкладном кольце двумя головками. Известна техника сварки навесу (без подкладки) с использованием импульсной техники STT (Lincoln Electric).
    2. Все технологии используют поточно-расчлененный метод выполнения соединения труб последовательно расположенными сварочными звеньями с аппаратурой, настроенной на выполнение одного прохода. Это позволяет добиться темпа сварки колонной от 6 до 12 минут, т.е. обеспечить за световой день сварку 1 км трассы.
    3. Сварочные материалы: проволока сплошного сечения кремне-марганцевая (для сварки сталей класса до Х60) или низколегированная (для сварки сталей классов Х70 и Х80). Для сталей прочностью выше Х70 предпочтения отдается порошковым проволокам. Диаметр проволок – 1,0-1,2 мм. Защитный газ – смесь аргона с углекислым газом, реже – углекислый газ.
    4. Опыт использования указанных технологий свидетельствует о возможности достижения высокого темпа работ при большом количестве персонала и высоком уровне организации и технологического обеспечения. Большое количество единиц техники (кромкострогательные станки, специализированные центраторы, комплекты сварочных проволок, вспомогательное оборудование и инструмент) требуют постоянного технического обслуживания и обеспечения запасными частями. Сбои или нарушения на каждой операции приводят к появлению брака, потерям темпа строительства и необходимости ремонта, что существенно повышает экономические затраты на строительство трубопровода.



  1. Отечественные разработки
    1. Институтом электросварки им. Е.О. Патона разработана технология автоматической сварки с использованием комплексов «СТЫК», предусматривающая сварку снаружи трубы с двух сторон способом «снизу вверх» порошковой проволокой.
    2. Варианты использования технологии:

- по корневому шву, выполненному ручной дуговой сваркой покрытыми электродами;

- по корневому шву, выполненному на медном подкладном кольце внутреннего центратора.
    1. Имеется многолетний опыт использования этой технологии при строительстве магистральных трубопроводов на территории стран СНГ:

- разработаны порошковые проволоки для сварки сталей классов Х50-Х70;

- технология и сварочные материалы аттестованы ВНИИСТом к применению.

Используется поточно-расчлененный метод сварки с различным количеством операторов (от двух до четырех в зависимости от толщины трубы).

При сварке труб диаметром 1220-1420 мм достигнуто время шага колонны 10-15 мин.
    1. Для сварки стыков труб из сталей Х80 необходима разработка новых низководородных сварочных материалов, технологии сварки корневого шва и заполняющих слоев, автоматизированного оборудования, обеспечивающего поддержание стабильного режима сварки и регистрацию параметров сварочного процесса.
    2. Темп шага колонны может быть сокращен путем увеличения числа проходов и совершенствования конструкции внутреннего центратора.



  1. Технология и оборудование для автоматической электродуговой сварки корневых швов с использованием активирующих флюсов

Одной из главных проблем при всех видах автоматической электродуговой сварки корневого шва является требование очень точной сборки труб перед сваркой с допусками не превышающих 0,5-1,0 мм. При этом необходимо обеспечить удовлетворительное формирование валика без подкладки во всех пространственных положениях, а толщина корневого шва должна быть достаточной, чтобы исключить разрушение стыка с незаполненной разделкой при последующих операциях.

В ИЭС разработана технология электродуговой автоматической сварки неплавящимся электродом с использованием активирующего флюса, который наносится на кромки трубы перед сваркой. Эта технология успешно используется при сварке толстостенных труб в атомной энергетике. ЕЕ применение позволяет проплавлять за один проход кромки трубы толщиной до 6 мм при смещении кромок труб до 4,5 мм, а также изменение зазора между ними в пределах 0-1,5 мм, что значительно упрощает процесс сборки труб.

По договору с ОАО «Газпром» в 2007-2009 гг. планируется разработка и изготовление установки для автоматической сварки корневых швов толстостенных труб. Для сварки заполняющих швов будут использованы комплексы «СТЫК».
  1. Ручная дуговая сварка неповоротных стыков труб магистральных трубопроводов покрытыми электродами

При сооружении трубопроводов нового поколения неизбежно применение также ручной электродуговой сварки. Для сварки труб повышенной прочности требуются новые сварочные материалы.

Для строительства и ремонта магистральных трубопроводов используются 4 типа электродов с целлюлозным и основным видом покрытия:
  • Электроды с целлюлозным покрытием различного класса прочности (система легирования Mn; Mn-Mo; Mn-N;i Mn-Ni-Mo) в зависимости от класса прочности стальной трубы (например, Thyssen Cel 70, Cel 75, Cel 80, Cel 90 фирмы Thyssen, Германия).
  • Электроды с основным покрытием для сварки во всех пространственных положениях заполняющих и облицовочных слоев монтажных трубопроводных стыков (Например, FOX-EV50 FOX-EV50PIPE фирмы BOHLER, Австрия).
  • Электроды с основным покрытием для сварки во всех пространственных положениях, обеспечивающие формирование обратного валика при сварке корневого шва (Например, LB-52U фирмы Kobe Steel, Япония).
  • Электроды с основным покрытием для сварки заполняющих слоев трубных стыков методом «на спуск» (Например, электроды Philips 27P, 27P-LT, 108Mp фирмы FILARC, Голландия).

В зависимости от климатических условий, в которых работает трубопровод, толщины стенки трубы и категории прочности стали, из которой она изготовлена, используют одну из нижеизложенных технологий сварки:
  • Сварка корневого шва, горячего прохода, заполняющих и облицовочных слоев производится электродами с целлюлозным покрытием. Целлюлозные электроды обеспечивают хороший провар корня шва, формирование обратного валика. Однако целлюлозные обеспечивают высокое содержание диффузионного водорода в металле шва и связанную с этим склонность к образованию трещин, индуцированных водородом, особенно при сварке труб из сталей повышенной и высокой прочности. Чтобы избежать растрескивания металла шва, как правило, требуется предварительный подогрев свариваемых кромок трубы до температуры 150°С. Кроме того, при сварке целлюлозными электродами формируется валик с усилением, который необходимо удалять шлифмашинкой, что увеличивает трудоемкость монтажно-сварочных работ.
  • Сварка корневого шва и горячего прохода осуществляется целлюлозными электродами, а заполняющие и облицовочные швы выполняются низководородными электродами с основным покрытием. Все перечисленные выше недостатки, связанные с применением целлюлозных электродов, присущи и этому варианту технологии сварки неповоротных стыков.
  • Сварка корневого шва, выполняется низководородными электродами, обеспечивающими формирование обратного валика, заполняющие и облицовочные проходы, выполняются этими же электродами или электродами с основным покрытием, позволяющими производить сварку «на спуск».

Наиболее высокое качество металла монтажного шва обеспечивает последняя технология, когда сварка стыков от начала и до конца выполняется низководородными электродами с основным покрытием.

В ИЭС им. Е.О. Патона разработаны низководородные электроды АНО-ТМ (тип Э50А), АНО-ТМ60 (тип Э60), АНО-ТМ70 (тип Э70) для сварки неповоротных стыков труб различного класса прочности. Указанные электроды позволяют осуществлять сварку неповоротных стыков труб по последней рассмотренной технологии, которая обеспечивает наиболее высокие свойства металла сварных швов.

Электроды серии АНО-ТМ производятся в России на заводе фирмы «ЭСАБ» в г.С.-Петербург, на Орловском сталепрокатном заводе, ОАО «СЕВЕРСТАЛЬ-МЕТИЗ», на заводе ОАО «МЕЖГОСМЕТИЗ-МЦЕНСК». Имеется большой опыт применения этих электродов при сварке и ремонте магистральных трубопроводов.

Перспективным направлением является разработка ультранизководородных электродов для сварки труб, позволяющих отказаться от предварительного подогрева свариваемых кромок, электродов с основным покрытием для сварки «на спуск», обеспечивающих хороший провар корня шва.

Большой интерес представляет технология сварки труб с управлением режимом сварки (управлением процессом плавления и переноса металла) с использованием специальных источников питания и низководородных электродов с основным покрытием.

  1. Перспективы использования контактной стыковой сварки оплавлением (КСО) при строительстве нового поколения трубопроводов

Многолетний опыт использования КСО при строительстве различных трубопроводов свидетельствует о том, что качество соединений КСО в значительно меньшей степени зависит от погодных условий, точности сборки труб, квалификации операторов, чем при других способах сварки. Поэтому при КСО за много лет эксплуатации зарегистрировано всего 0,4% забракованных сварных соединений. При использовании современных автоматических способов электродуговой сварки бракуется 4-7% стыков. КСО обеспечивает высокую производительность 8-10 стык/час при минимальном количестве обслуживающего персонала (11-13 чел.). Перечисленные преимущества КСО особенно ощутимы при работе в экстремальных условиях Крайнего Севера.

В настоящее время КС практически не используется для сварки неповоротных стыков труб большого диаметра, т.к. технология и оборудование КС не сертифицированы в соответствии с новыми нормативными требованиями. Для сертификации необходимо решить ряд организационных и технических вопросов, в частности, улучшить качество срезки грата, сертифицировать технологию неразрушающего контроля, обеспечить повышенные требования к величине ударной вязкости сварных соединений.

В ИЭС в последние годы проведены работы по совершенствованию технологии, оборудования и средств контроля соединений, выполненных КСО. Разработана технология сварки толстостенных труб, обеспечивающая получение качественных соединений при меньшей энергоемкости процесса и потерях металла на оплавление. Изготовлены и опробованы устройства для чистового удаления грата и средства термообработки.

На базе перечисленных разработок может быть создано новое поколение оборудования для контактной сварки труб с толщиной стенки до 32-36 мм. По предварительной оценке вес машины для сварки труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 32 мм не будет превышать вес машины комплекса СЕВЕР, а для ее энергоснабжения понадобятся электростанции 1600-1800 кВт, выпускаемые промышленностью серийно. Для апробации новой технологии и оборудования необходимо изготовить опытно-промышленный образец комплекса.

Наряду с перечисленными НИР в ИЭС разработана технология комбинированной сварки толстостенных труб, при которой корневой шов сваривают контактным, а заполняющие швы электродуговым способом. Такое объединение двух методов сварки позволяет значительно ускорить сборку и сварку корневого шва и повысить стабильность качества коневых швов. При этом представляется возможным значительно увеличить темп сварочных работ с использованием хорошо апробированных установок электродуговой сварки заполняющих швов, в частности установки «СТЫК». В процессе сварки заполняющих швов обеспечивается термообработка корневого шва, выполненного КС и повышение пластичности свойств до требуемого уровня.

По договору ИЭС с ОАО «Газпром» в 2007 г. планируется разработать установку для контактной сварки корневых швов толстостенных труб, изготовление и апробация некоторых модулей этой установки, а также отработка технологии комбинированной сварки труб диаметром 1420 мм на базе модернизированных комплексов «СЕВЕР» и «СТЫК». По результатам этих испытаний будет принято решение об изготовлении в 2009 г. промышленного образца комплекса для комбинированной сварки толстостенных труб.

Опыт выполнения сварочных работ при строительстве магистральных трубопроводов по проекту «Сахалин-2»

Главный технолог ОАО «Сварочно-монтажный трест» - Шапошников Э.А.


«Сахалин-2» - это крупнейший нефтегазовый проект, на котором «Сварочно-монтажный трест» заключил контракт на строительство: 192,2км нефтепровода диаметром 610 мм и 190,2км газопровода диаметром 1219 мм.

Трасса трубопровода на участке работ треста пересекает 83 реки и около 170 ручьев, большинство из которых являются нерестовыми для ценных промысловых пород красной рыбы – горбуши, лосося, семы. Это потребовало выполнения целого ряда природоохранных мероприятий и правил водопользования, а также было связано с запрещением работ в водоохранных зонах в нерестовый период.

28 переходов рек выполнены по индивидуальным проектам, в том числе 2 перехода общей протяженностью свыше 1500 м – методом наклонно-направленного бурения.

Трубопроводы пересекают 7 железных дорог и 10 автодорог областного значения, переходы через которые выполнены закрытым способом в защитных футлярах диаметром 820 мм для нефтепровода и 1420 мм для газопровода. Общая протяженность футляров – около 1100 м каждого из указанных диаметров.

Около 40% протяженности участка занимает местность, приравненная к горной, с уклонами от 15 до 50°, что потребовало выполнения очень большого объема срезок для устройства полок (свыше 1,5 млн. кубометров грунта), в том числе скальных грунтов 4-ой группы прочности. Горная местность изобилует оползневыми и селевыми участками, общая протяженность которых составляет около 8 км. На них выполняются противооползневые мероприятия и защита склонов по специальному проекту ОАО «Инжзащита», в том числе с устройством экранов из мешков с песком. Практически полностью горные участки залесены, в том числе лесами 1-ой группы федерального значения в национальных парках.

Остальные участки, приравненные к равнинно-холмистой местности, сильно обводнены и местами заболочены. Протяженность болот 2-го типа с мощностью торфяного слоя до 12 м составляет около 7,7 км. Земли сельскохозяйственного назначения густо пересечены дренажными каналами и дренажными трубопроводами.

Особое значение придается пересечению трубопроводами зон геотектонических разломов. Эти переходы сооружаются по отдельным специальным проектам, в защитном слое из песчаной подушки с устройством системы дренажа, из труб с увеличенной толщиной стенки. Для нефтепровода применены трубы 610х19,1 мм, а для газопровода–1219х31,8 мм.

Общая протяженность 6-ти участков разломов составляет около 2300 м.

В 2003году успешно прошёл процесс мобилизации строительных подразделений, и получение необходимых разрешений на начало строительства и расчистки полосы отвода.

В январе 2004года состоялась церемония сварки первого стыка на участке Сварочно-монтажного треста, означавшая собой официальное начало строительства трубопроводов: нефтепровода диаметром 610 мм и газопровода диаметром 1219 мм.

Впервые в отечественной практике проектом «Сахалин-2» предусмотрено использование труб Х-65 и Х-70 на трубопроводах с рабочим давлением - 100атм.

В связи с этим заказчиком, компанией Сахалин Энерджи, были разработаны специальные технические требования, изложенные в документе «Сварка труб береговых трубопроводов», последняя редакция (третья), которого была утверждена в конце августа 2003г.

Практически это были поправки к стандарту API. Требования оказались очень жесткими и содержали множество ссылок на другие западные стандарты, более применимые для аппаратостроения или технологических трубопроводов надземной прокладки.

Заказчиком были предложены варианты более 250 технологий сварки труб (только для линейной части строительства), которые предусматривали аттестации технологий сварки по любому изменению параметров сварки: материалов, толщины стенки труб, марки сталей и труб разных заводов поставщиков.

Кроме этого аттестация проводилась в 2 этапа: предварительная, которая должна была удовлетворить заказчика и позже – основная. Сварка должна выполняться на трех сварных стыках, с выполнением контроля записывающими приборами (PAMS) по 8-ми параметрам, которые должны соответствовать требованиям технологической карты и, если хоть один из трёх стыков имел отклонения, технология не защитывалась.

И ещё масса всяких ограничений: категорическое запрещение подварки кратера или подреза, шлифовки сварного шва и др. Но самое главное – это требования по ударной вязкости к сварным соединениям. Они были установлены на пределе возможностей сварочных материалов. Испытание по методу Шарпи проводились при температуре -30°С и даже при -40°С с получением результата не ниже 48Дж/см2 - среднее по трём образцам и не ниже 36Дж/см2 - для одного образца. Опыт эксплуатации магистральных трубопроводов показывает, что температура их эксплуатации не опускается ниже нуля градусов, при остановках она может понизиться до температуры окружающего грунта -68°С. Поэтому общеприняты испытания при температуре не ниже -20°С, что обеспечивает хороший запас свойств по сравнению с условиями эксплуатации. При проведении испытаний при -30°С и даже -40°С, применяемые материалы не дают стабильных результатов.

Для аттестации технологий сварки и аттестации сварщиков по аттестованным технологиям на базе треста в п. Сокол был создан аттестационный центр, оснащенный всеми видами сварочного оборудования, а также, оснащенный газорезательной аппаратурой, торцевальными станками, грузоподъемными механизмами(кранами и трубоукладчиками), грузовым автотранспортом. Штатом обслуживающего персонала с ИТР и лабораторией контроля с механическим цехом, в общей сложности – 80 человек. И работа там шла практически круглосуточно.

Затраты Сварочно-монтажного треста на приобретение необходимого оборудования и средств обеспечения оснащенности сварочных бригад в соответствии с требованиями технических условий на сварку береговых трубопроводов составили только в первый год строительства более 2-х млрд. рублей.

Еще одна особенность на этом объекте –поставка труб - 48˝ японского производства. По прочностным данным металл труб относится к классу Х-70, но в химическом составе он практически не имеет легирующих элементов. Поэтому легирующие элементы сварочных материалов в сварочной ванне легируют и основной металл трубы. В результате сварной шов обедняется микролегирующими элементами и становится менее пластичным, а значит более хрупким, что и сказывается на результатах испытания ударной вязкости по Шарпи. Надо сказать, что в показателях испытания методом Шарпи при отрицательной температуре при -20° и -30°С, не говоря уже о -40°С, идет не линейная зависимость уменьшения показателей при испытаниях, а более крутая (ближе к параболической).

Естественно, не имея заранее характеристики основного металла труб, и даже сертификатов, институт ВНИИСТ не мог провести предварительных испытаний сварочных материалов. Практически, включенные в технологию сварочные материалы проходили испытания при аттестационных испытаниях уже на Сахалине. По результатам этих испытаний были заменены сварочные материалы и изменены технологий сварки.

Так, автоматическая сварка СRС, была переиспытана 5 раз: изменялись режимы, геометрия разделки труб, скорости сварки и наклоны сварочных головок. Положительные результаты были получены только при применении новых импульсных источников питания сварочной дуги. Это говорит о неготовности не только наших институтов, разработчиков проектов строительства, но и зарубежных фирм, работающих на больших проектах.

В связи с этим пришлось подбирать специальные сварочные материалы для трубопроводного строительства. На все это ушло много времени, появились дополнительные финансовые затраты. Пришлось под дополнительные требования модернизировать технологию, материалы, проводить большой объем испытаний.

Возникает вопрос: Всегда ли жесткие требования означает лучшее решение?

Нужных параметров по ударной вязкости удалось достичь ценой больших затрат по времени и денежных средств. Однако к надежности эксплуатации это прямого отношения не имеет.

Техническими требованиями заложен повышенный объем механических испытаний сварных стыков, а также, ультразвукового и радиографического контроля, магнитопорошковой дефектоскопии. Поставляемые заказчиком трубы имеют нестандартную разделку кромок, что требует 100% применения торцевальных станков для подготовки свариваемых кромок труб и 100% проверки торцов труб методом порошковой дефектоскопии на наличие микротрещин.

В процессе аттестации технологии сварки и сварщиков, а затем и производственной сварки стыков на трассе мы должны были производить мониторинг специальными записывающими устройствами, фиксирующими процессы сварки – колебания и скорость подачи проволоки, подачу газов в зону сварочной дуги, величину напряжения и силу тока, скорость сварки, температуру. Все параметры сварки расшифровываются с дискретностью - 0,1сек, выводятся на дисплей и распечатываются для сравнения с режимами технологических карт. Технические требования диктуют проводить мониторинг как минимум 2 стыков производственного цикла каждой бригады, а также вырезать из сваренного газопровода каждый сотый стык на дополнительные механические испытания по полному циклу.

Беспрестанно устанавливать и снимать датчики приводило к быстрому выводу их из строя, а также почти вдвое увеличивало затраты времени. Чтобы выполнить требования, пришлось оснастить приборами для мониторинга все бригады. Это очень дорогостоящее оборудование, каждый комплект стоит 20 тыс. долларов. Компенсацию затрат не предусмотрена контрактом.

Отдельной проблемой стал индукционный подогрев. Заказчик признал пригодным только оборудование английской фирмы «PIH». Были вынуждены заключить контракт на аренду, стоимость аренды одного комплекта - 60 тыс. долларов в месяц. Комплект необходим в каждую бригаду по сварке и по изоляции стыков.

Таким образом, непредусмотренные затраты по объекту «Сахалин-2» съедают всю прибыль строителей и остается только престиж «Сварочно-монтажного треста»: мы смогли выполнить на очень высоком уровне все требования заказчика.

Но объект ещё не закончен, остался монтаж крановых узлов и сварка участков на разломах и испытание трубопроводов.

На участке Сварочно-монтажного треста построено трубопроводов 610 мм -192,1км; 1219 мм - 190,2км. На текущий период сварено ручной дуговой сваркой - 4980ст.; автоматической сваркой на трассе - 30080стыков. Процент механизации сварочных работ составил – 86%.

Качество сварочных работ характеризует следующие показатели: из общего объема - 35000 стыков, процент ремонта составил – 2%, а процент вырезанных стыков составил – 0,32%.

Сахалин высветил множество проблем, далеко не все из них получили свое понимание и решение, а потому подлежат изучению.

Проект института ОАО «Гипровостокнефть» не был доработан, что привело к изменению и доработке производственных чертежей по линейной части строительства. В результате, начав строительство, мы не имели полного комплекта рабочих чертежей и сварочно-монтажные работы велись на отдельных согласованных участках. Это приводило к постоянным перебазировкам техники и рабочих бригад. Проектная документация переходов через реки, ручьи и овраги переделывалась по несколько раз. Все это значительно снижало производительность строительных работ, особенно в начальной стадии строительства.

Контроль выполнения строительно-монтажных работ проводился несколькими организациями: «Спецнефтегаз» от Старстроя, «MOODY International» от «Сахалин Энержи» и иностранными инспекторами самой «Сахалин Энержи». После контроля качества сварного стыка нашей лабораторией проводилась проверка выданных нами заключений, которые проверялись ещё тремя инспекторами. Окончательное слово всегда оставалось за представителями компании «Сахалин Энержи».

Компания «Сахалин Энержи» очень серьезно подошла к строительству береговых трубопроводов на проекте «Сахалин -2». Кроме основополагающих требований в виде технических условий на строительство по основным видам работ: сварки, изоляции, укладки, ЭХЗ и прочего ею были разработаны порядка 150 процедур, описывающих все виды деятельности строительных фирм, которыми они должны руководствоваться в своей повседневной работе.

Выполнение этих процедур контролировалось инспекторами, а сами процедуры совершенствовались и переиздавались под новыми ревизиями. Весь перечень процедур привести невозможно, но его всеобъемлемость можно показать названиями процедур: от труб и экологии до злоупотребления алкоголем и наркотиками, от идентификации источников опасности на рабочем месте до сбоя процесса внутренней сварки на трубе 1219 мм, от инспектирования процесса геодезической съемки и разметки трассы до медицинского обследования рабочего персонала и т.д.

Все эти документы, а они обязательны к исполнению, должны были быть изучены нами и проектировщиками до заключения контракта, внесены соответствующие расходы в сметы строительства, необходимо было заранее подготовиться по закупке необходимого оборудования и обучения персонала. Мы же осваивали всё это в ходе строительства, несли свои финансовые затраты, и теряли производительное время на строительстве объекта.

В результате оказывается, что проигрывают все и обостряются проблемы ответственности и строителей и проектировщиков.

Вывод можно сделать такой, что надо оценивать по новому практику строителей - получить заказ любой ценой.


Из приложения к Решению Проблемного научно-технического Совета

«Специальные технические средства для строительства трубопроводов высокого давления»


Увеличение толщины труб и класса трубной стали, в первую очередь, требует разработки технологии и организации работ для поворотной и неповоротной сварки газопровода высокого давления.

Желательно, чтобы такая технология и организация работ была ориентирована на трубосварочную базу в ангарном исполнении, что позволит избавиться от негативных влияний климатических осадков на работоспособность вращателей, снизит затраты на термообработку, снегоочистку и создать лучшие условия для производительного и качественного выполнения работ.

Новая трубосварочная база потребует полной переработки всех ее составляющих с устранением недостатков, имеющих место на БТС 142, а именно:
  • асинхронность скоростей вращения труб и подачи сварочной проволоки;
  • асинхронность срабатывания отсекателей и перегружателей труб;
  • устаревшие сварочные головки.

Компоновка трубосварочной базы с технологией сварки под слоем флюса (две сварочные линии) позволит разместить основное оборудование в ангаре размером 16 х 39м. При ведении контактной сварки корневого шва дополняется еще одна линия. В этом случае ширина пролета ангара увеличивается до 24 м (без линии удаления грата).

С использованием тех же рольгангов, вращателей и перегружателей следует создать линии кабинного типа для изоляции стыков трубных секций термоусаживающимися манжетами.

Параллельно с этим необходимо будет выполнить модернизацию внутренних центраторов в части увеличения центровочных усилий и обеспечения работоспособности при центровке труб с гладкостенным покрытием.

Трубосварочная база должна обеспечивать производительность не менее 3-4 стыков в час.