Технология ремонтной сварки магистрального газопровода диаметром 273 мм

          

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУ ВПО «ЯКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНО-

ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

 

 

                                       

 

Карпов Семен Семенович

 

«ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТНОЙ СВАРКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА ДИАМЕТРОМ 273 ММ»

 

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

по специальности 150203.51 «Сварочное производство»

 

                                                                                                  

                                                                                

 

 

 

Руководитель: Санников Игорь Иннокентьевич

_____________ «____»_________2011г.

Подпись

 

 

 

 

Допущен к защите в  ИАК:

Заведующей кафедрой ТД Быганова С.Е

_____________ «____»_________2010г.

Подпись

 

 

 

 

 

 

 

 

2011 г.

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………..4 
Глава 1. Конструкторская часть

1. . Выбор марки материала…………………………………………....6

Глава 2. Технологическая часть

2.1. Выбор вида и способа сварки………………………………..…….13

2.2. Расчет параметров режима сварки………………………………...14

2.3. Выбор сварочных материалов……………………………………..18

2.4. Выбор сварочного оборудования……………………………….....23

     2.5. Технология выполнения ремонтной сварки газопровода…..........32

     2.6. Контроль качества………………………………………………….34

     2.7. Радиографический метод, ВИК…………………………………....38

Глава 3. Охрана окружающей среды, труда и техники безопасности

     3.1.Охрана окружающей среды ……………………………………......42

     3.2.Охраны труда и техники безопасности…………………………....46

Список используемой литературы…………………………………….......50

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Работоспособность газопроводных магистралей зависит, главным образом, от качества, уровня свойств и надежности самих труб. Во время длительной эксплуатации магистральный  газопровод испытывает сложный спектры нагрузок, в том числе и динамические. Динамический процесс деформации или разрушения газопровода может возникнуть как вследствие резкого возрастания внешней нагрузки, так и вследствие резкого понижения сопротивления разрушения, например, при хрупком разрушении.

Статистический  анализ отказов работы газопровода  показал, что частота разрушений имеет определенную связь со сменой времени года, т.е. с сезонными  колебаниями температуры грунта, окружающей среды и газа. Наибольшее количество отказов приходится на зимнее время года, когда отрицательная температура окружающей среды в наших крайних северных условиях достигает до - 60 ºС.

Анализ причин и характера разрушений металлоконструкций, эксплуатируемых в условиях низких температур, показал, что эти разрушения в основном происходят в зонах сварных соединений. Это неизбежно приводит к снижению допустимых рабочих нагрузок на металлоконструкции при низких температурах окружающего воздуха и существенно ограничивает работоспособность оборудования. А при отрицательных температурах у некоторых сталей, таких как ВСт3сп, из которого сделаны большинство наших  магистральных газопроводов, резко снижается ударная вязкость. А ударная вязкость является интегральной характеристикой механических свойств, зависящей одновременно и от прочности, и от пластичности.

       В конструкторской части описывается общая характеристика объекта, где рассмотрен расчет рабочих напряжений участка газопровода и анализ результатов технического обследования газопровода-отвода. А также изучено влияние длительной эксплуатации на механические свойства трубопроводов. Обоснован выбор стали для замены открытых участков трассы, соответствующий по всем требованиям. Показан проект разработки наружного центратора для труб Ø273 мм.

В технологической части проведён выбор способа сварки, сварочных материалов, расчет параметров сварки, источника питания, рассчитаны режимы сварки ручной дуговой сварки. Разработана технология ремонтной сварки газопровода-отвода диаметром 273 мм.

 

Глава 1. Конструкторская часть

1.1. Выбор  марки материала

 

Технические требования к сталям для металлических конструкций  весьма разнообразны и часто противоположны. Эти требования вытекают из необходимости  создания сооружений повышенной эксплуатационной надежности и долговечности в условиях статического, динамического и знакопеременного внешнего нагружения (или их сочетания), в том числе при отрицательных климатических температурах и воздействии естественных агрессивных сред, и все это желательно при снижении металлоемкости и стоимости конструкций. Выполнения этих требований возможно при использовании сталей с высокими механическими свойствами. При этом предел текучести σ_т,  σ_0,2 (основной показатель прочности стали) непосредственно определяет металлоемкость конструкции; показатели трещиностойкости  K_1С , J_1C , δ_С , и ударной вязкости KCU, KCV, в первую очередь при отрицательных температурах, обусловливают их надежность, а скорость развития усталостной трещины, или живучесть, характеризует их долговечность.

Важнейшее эксплутационное свойство строительных сталей – прочность при статических нагрузках. Основная группа требований к таким сталям связана с прочностными характеристиками: с пределом текучести σ_т  (σ_0,2) и временным сопротивлением разрыву σ_В. Поэтому они являются основными характеристиками, на которых базируются современные расчеты металлических конструкций, регламентированные СНиП II-23-81.

09Г2С относят к низколегированным конструкционным сталям. Эти стали являются переходными между углеродистыми и легированными сталями. Соответствует малоуглеродистой стали (0,1 – 0,2 % С), легированной Cr, Ni, Cu, Nb и другими элементами в небольших и микроскопических дозах (0,01 – 0,1 %), с общим содержанием легирующих элементов не свыше 3%. Микролегирование, незначительно удорожая сталь, значительно повышает ее прочность, хладостойкость,  коррозионною стойкость  и износостойкость по сравнению с углеродистой сталью, сохраняя ее пластические свойства и свариваемость.

Низколегированные конструкционные стали по химическому  составу подразделяется на кремниймаргацовистую; кремниймарганцовистую с медью; марганцовистую; марганцово – ванадиевую и др. 

09Г2С входить  в  кремниймарганцовистую. Кремниймарганцовистые  стали широко используются в  нашей стране. Рассматриваемый сталь  имеет низкое содержания углерода  (обычно ≤0,12 %), которое компенсируется (с целью сохранения характеристик прочности) высоким содержанием кремния и марганца.

Таблица 1.

C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	As	N
0,07	0,61	1,4	0,14	0,10	0,13	0,010	0,016	0,007	0,0056

 

Таблица 2.

Листовой и  широкополосный прокат в горячекатанном состоянии	Сечение, мм	σ0,2, Н/мм²	σВ,     Н/мм²	δ, %	KCU Дж/см2	Температура испытания
	5-10	345	490	21	64	+ 20 0С
					39	- 20 0С

 

Наиболее простым  способом оценки свариваемости сталей является оценка их склонности к образованию горячих трещин по расчету показателя UCS на основе содержания (%) легирующих элементов. UCS (units of crack susceptibilite) – единицы склонности к горячим трещинам.

 

где C, S, P, Si, Nb и Mn – химические элементы.

При UCS < 10 сталь имеет высокую сопротивляемость образованию трещин, а при UCS > 30 низкую.

Определим единицу  склонности к горячим трещинам:

Для оценки склонности низколегированных сталей к образованию  холодных трещин можно использовать расчет по эквиваленту углерода С_экв (по ГОСТ 27772-88) по соотношению, которое учитывает, также влияние примесных элементов:

Температура подогрева

 

 

Сталь 17Г1С Общие сведения Заменитель с аль 17ГС Вид поставки лист толстый  ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 5520-79. Полоса ГОСТ 82-70. Назначение сварные детали, работающие под давлением при  температуре от -40 до +475 °С. Химический  состав Химический  элемент % Кремний (Si) 0.4-0.6 Медь (Cu), не более 0.30 Мышьяк (As), не более 0.08 Марганец (Mn) 1.15-1.6 Никель (Ni), не более 0.30 Фосфор (P), не более 0.035 Хром (Cr), не более 0.30 Азот (N), не более 0.008 Сера (S), не более 0.040 Механические  свойства Термообработка, состояние поставки Сечение, мм s0,2, МПа sB, МПа d5, % KCU, Дж/м2 Листы и полосы (образцы поперечные)   <10  335  510  23    Листы и полосы (образцы поперечные)   10-20  345  510  23    Листы 2-6, 10-12, 16,18 категорий горячекатаные (образцы  поперечные)   4- 0  295  51 -630  22  49  Технологические свойства Свариваемость сваривается без  ограничений. Ударная вязкость, KCU, Дж/см2 Состояние поставки, термообработка +20 -20 -40 -60 Труба горячекатаная, б0,2 = 320 МПа, бв = 530 МПа 73 52 48 37 Труба, закалка, высокий отпуск, б0,2 = 475 МПа, бв 670 МПа 78 71 64 53 Предел текучести Температура испытания, °C / s0,2 200 250 300 350 400 450   265 245 225 205 175  175

Марка: 17Г1С Заменитель: 17ГС Классификация: Сталь конструкционная  низколегированная для сварных конструкций Применение: для изготовления сварных металлоконструкций и деталей, работающих под давлением при  температурах от -40 до +475 °С; для изготовления деталей и элементов трубопроводов  пара и горячей воды атомных станций (АС), с расчётной температурой среды не выше 350°С при рабочем давлении менее 2,2 МПа (22 кгс/см2), сварных переходов, фланцев, сварных тройников и других фасонных деталей трубопроводов АС с температурой эксплуатации от -40 °С до +350 °С; для изготовления электросварных прямошовных газопроводных труб диаметром 530, 720 и 820 мм. группы прочности К52 по ГОСТ 20295-85 для магистральных газонефтепроводов; электросварных газопроводных прямошовных труб диаметром 530, 630, 720, 820, 920, 1020, 1220 и 1420 мм из листового проката групп прочности К52 и К55 для магистральных газонефтепроводов, тепловых электростанций и тепловых сетей, и газонефтепроводов повышенной коррозионной стойкости из природнолегированной стали (ПЛ-1, ПЛ-2) с увеличенным ресурсом эксплуатации. (Труба, круг, квадрат, лист, полоса, поковки)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Технологическая часть

                                    2.1. Выбор вида и способа сварки

 

     При монтаже магистральных газопроводов применяются различные способы сварки, обеспечивающие необходимое качество сварки. Поэтому от качества сварных соединений зависит эксплуатационная надежность сварных конструкций и трубопроводов в целом, и кроме того, способ и технология сварки определяют трудозатраты и сроки монтажа.

В современных  условиях среди многочисленных способов сварки материалов первое место по всем основным показателям – количеству выпускаемой продукции, числу занятых рабочих и действующих установок – занимает электродуговые способы сварки, в том числе ручная дуговая сварка штучными электродами, полуавтоматическая сварка и автоматическая сварка под флюсом и в среде защитных газов. Вместе с тем следует отметить, что при монтаже газопроводов довольно трудно использовать механизированные способы сварки, так как свариваемые стыки следует выполнять в неповоротном положении и в условиях, когда невозможно надежно защитить дугу от атмосферных влияний. Поэтому механизированные способы сварки применяют в основном в мастерских монтажных заготовок при изготовлении деталей и узлов трубопроводов.

На монтажной площадке стыки сваривают преимущественно ручной дуговой сваркой, которая позволяет вести сварку в любом пространственном положении. Газовую сварку применяют редко и в основном для малых диаметров трубопроводов.

В настоящее  время при монтаже трубопроводов высокого давления все больше применяются комбинированные способы сварки. Технология комбинированной сварки состоит в том, что корень шва и заполнение разделки выполняют различными методами сварки (аргонодуговой сваркой, механизированными способами сварки в среде защитных газов и под флюсом, а также ручной дуговой сваркой штучными электродами). Корневые швы, как правило, выполняют ручной аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом с присадкой или без нее, полуавтоматической сваркой в углекислом газе или ручной дуговой сваркой штучными электродами малых диаметров.

Выбор способа  сварки и технологии сварки, кроме  того, определяются физико-химическими  свойствами свариваемого металла, а  также возможностями использования  того или иного сварочного оборудования, приспособления и оснастки, габаритом и сечением свариваемых деталей.

Исходя из технологических  и экономических соображений, с  учетом обеспечения высокой производительности и качества технологического оснащения  производства выбираем при ремонтной  сварке стыков труб ручную дуговую сварку штучными электродами. Так как ручная дуговая сварка является наиболее универсальным и мобильным способом сварки.