Макаров, Степан Сергеевич. Совершенствование технологии очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов

Краткое описание

Макаров, Степан Сергеевич. Совершенствование технологии очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных нефтегазопроводов : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.19 / Макаров Степан Сергеевич; [Место защиты: Ин-т проблем трансп. энергоресурсов].- Уфа, 2010.- 171 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/862

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. Р.Е. Алексеева

на правах рукописи 04201100282
Макаров Степан Сергеевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ
НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПРИ
КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ
МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ
Специальность 25.00.19 - «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»
Научный руководитель - д.т.н., профессор Куляшов А.П.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа-2010

2 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ КАПИТАЛЬНОГО
РЕМОНТА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ і о
1.1 Анализ технического состояния и аварийности магистральных трубопроводов 10
1.2 Существующие методы ремонта магистральных трубопроводов 16

1.3 Организационно-технологические схемы производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов 18
1.4 Оценка эффективности применения технологических схем капитального ремонта на примере магистрального газопровода 25
1.5 Отечественный опыт капитального ремонта 26
1.6 Анализ зарубежного опыта капитального ремонта магистральных трубопроводов 29
1.7 Пути повышения производительности капитального ремонта магистральных трубопроводов на примере ОАО "Газпром" 32 Выводы по главе 1 38 ГЛАВА 2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЧИСТКИ
ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ РАЗЛИЧНЫХ
ВИДОВ СТАРОЙ ИЗОЛЯЦИИ И
ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ 3 8
2.1 Требования к подготовке поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия 38
2.2 Методы подготовки поверхности трубопровода перед
нанесением нового защитного изоляционного покрытия 42
2.3 Технические средства и способы очистки наружной поверхности трубопроводов 46
2.4 Анализ методов расчета процесса резания полимерных

з
материалов резцовым рабочим органом 55
2.5 Пути совершенствования методов и средств подготовки
поверхности труб магистральных 58
Выводы по главе 2 60
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ
НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПЕРЕД
НАНЕСЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИОННОГО ЗАЩИТНОГО
ПОКРЫТИЯ 62
3.1 Классификация изоляционных покрытий и их физико-механические свойства 62
3.2 Моделирование процесса удаления старого изоляционного покрытия резцовым рабочим органом очистной машины 64

3.2.1 Кинематика процесса резания изоляционного покрытия 68
3.2.2 Анализ процесса резания изоляционного покрытия 71

3.2.2.1 Определение усилия, необходимого на отделение стружки от обшей массы изоляционного покрытия 72
3.2.2.2 Определение усилия изгиба отрезаемой стружки 74
3.2.2.3 Определение усилия отбрасывания стружки 77
3.2.3 Математическая модель взаимодействия рабочего органа
очистной машины с изоляционным покрытием 80
Выводы по главе 3 84
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ
ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ОТ
СТАРОГО ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ 86
4.1 Цель экспериментального исследования 86
4.2 Технические средства, использованные при экспериментальном исследовании 88
4.3 Методика проведения испытаний 93
4.3.1 Программа испытаний 93

4
4.3.2 Измеряемые величины и места установки датчиков 94
4.3.3 Комплекс подготовительных мер на месте
проведения испытаний 96
4.3.4 Методика планирования и обработка результатов
экспериментов 97
4.4 Результаты экспериментального исследования 98
Выводы по главе 4 104
ГЛАВА 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ОЧИСТКИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПРИ
КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ
НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ 106
5.1 Общая методика выбора рациональных параметров 106
5.2 Выбор рациональных конструктивных параметров рабочего
органа очистных машин и режимов очистки поверхности труб 108
5.3 Рациональные параметры, обеспечивающие повышение качества
очистки 109
5.3.1 Расчет рациональных режимов прижатия резца очистной машины к поверхности трубы 109
5.3.2 Исследование, реконструкция крепления резца механизма 110
5.4 Оценка экономической эффективности совершенствования
технологии очистки наружной поверхности трубопроводов при
капитальном ремонте 120
Выводы по главе 5 122
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 122
ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ 124
ЛИТЕРАТУРА 125
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 138
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 143
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 171

5 ВВЕДЕНИЕ
>
На территории Российской Федерации пролегает большое количество магистральных трубопроводов, общая длина которых составляет более 200 тыс. км.
Порядка 70% трубопроводов в России эксплуатируются с изоляционными покрытиями, у которых выработался гарантийный ресурс.
Изоляционное покрытие с выработанным гарантийным ресурсом не защищает трубопровод от коррозии. Магистральные трубопроводы (МТ) под действием коррозии разрушаются, что приводит к аварийным ситуациям. Обеспечение бесперебойной работы транспортных магистралей является одной из первостепенных задач топливно-энергетического комплекса страны. Эффективным методом предупреждения аварий на магистральных трубопроводах является проведение своевременного капитального ремонта с заменой изоляционного покрытия.
В условиях современной рыночной экономики фирмы нефтегазовой промышленности заинтересованы в уменьшении продолжительности выполнения ремонтных работ при, капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧ МТ).
Вопросы, связанные с совершенствованием организации производства и увеличением производительности работ по переизоляции ЛЧ МТ, являются на сегодня крайне важными.
Успешное решение этих вопросов позволит существенно увеличить объемы и качество ремонтных работ по переизоляции ЛЧ МТ и сократить время, отведенное на ремонт участков МТ.
Объемы производства работ по переизоляции МТ за последние несколько лет остаются на одном примерно уровне - 2000 км в год, а необходимый объем значительно больше.
Задача увеличения годовых объемов и качества ремонтных работ может быть решена за счёт увеличения и выравнивания линейных скоростей отдельных машин, работающих в комплексе при производстве капитального

6
ремонта ЛЧ МТ, а так же повышения качества выполнения или функциональных назначений.
При капитальном ремонте подземных магистральных трубопроводов выполняются следующие основные виды работ:
• земляные работы - вскрытие трубопровода и удаление грунта из-под трубопровода;
• очистка наружной поверхности трубопровода от старой изоляции и продуктов коррозии;
• осушка и нагрев трубопровода перед нанесением изоляционного покрытия (при необходимости);
• нанесение грунтовки на наружную поверхность трубопровода;
• нанесение изоляционного материала на поверхность трубопровода.
В настоящее время технологическим процессом, сдерживающим скорость колонны при проведении комплекса работ по капитальному ремонту, является очистка. При процессе удаления изоляционного покрытия с поверхности МТ тип изоляционного покрытия и температура окружающей среды оказывают существенное влияние на определение оптимальных режимов очистки.
Учитывая вышеизложенное, исследование процессов очистки наружной поверхности трубопроводов и разработка методов выбора рациональных параметров очистки с целью повышения их производительности и качества, и соответственно повышения производительности и качества всего комплекса работ при производстве капитального ремонта ЛЧ МТ является актуальной научной задачей.
Основные направления исследования определялись в соответствии с программой "Программа по ремонту изоляционных покрытий магистральных газопроводов на 2004-20Юг." (утвержденная председателем правления ОАО «Газпром» А.Б.Миллером 20.08.2003г.) и с решением совета директоров ОАО "Газпром" "О мерах по повышению надежности функционирования газотранспортной системы ОАО'Тазпром" (утвержденная председателем совета директоров ОАО «Газпром» В.А.Зубковым 21.07.2009г. ) в части подготовки

7 программы "Программа комплексного капитального ремонта линейной части
магистральных газопроводов ОАО „Газпром" на 2011-2015 г."
Цель работы - повышение производительности и качества очистки
наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части
магистральных трубопроводов на основе развития технологических её
параметров.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие
основные задачи:
• анализ методов, технологических схем, способов и средств, используемых при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов, определение путей повышения производительности и качества ремонтных работ;
• разработка методов оценки основных технологических параметров процесса удаления старого изоляционного покрытия с наружной поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ;
• выполнение экспериментальных исследований удаления изоляционных покрытий с поверхности труб;
• разработка метода выбора рациональных параметров очистки поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ.
Методы решения поставленных задач
В работе применены положения теории резания и методы математической статистики. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях на рабочих органах очистных машин. Результаты исследований обрабатывались с помощью стандартных программ для ПК, таких как MathCAD, MATLAB, COSMOSWORKS, EXCEL, Statistica 6.0.
На защиту выносятся:
1) аналитические зависимости, описывающие процесс взаимодействия резцового рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием при удалении покрытия с поверхности труб;

8
2) результаты экспериментальных исследований, взаимосвязи
параметров и режимов очистки наружной поверхности труб;
3) метод выбора рациональных параметров очистки наружной
поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ.
Научная новизна
1. Разработан метод оценки основных технологических параметров очистки наружной поверхности труб резцовым рабочим органом очистной машин основанного на учете физико-механических свойств изоляционных покрытий, геометрических и кинематических параметров рабочих органов очистной машины.
2. Получены аналитические зависимости усилия резания, необходимого для удаления изоляционного покрытия с поверхности трубопровода от свойств изоляционного покрытия, геометрических и кинематических параметров очистной машины.
3. Разработан научно-обоснованный метод определения рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте действующих магистральных нефтегазопроводов.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что полученные аналитические зависимости позволяют выбрать рациональные технико-технологические параметры очистки и рациональные конструктивные параметры средств очистки, обеспечивающие повышение производительности и качества очистки, снижение энергозатрат. Результаты работы использованы при модернизации существующей очистной машины ПТ-НН1420ПО, которая используется в составе комплекса машин для проведения капитального ремонта действующих магистральных трубопроводов. Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре "Строительные и дорожные машины" НГТУ им. Р.Е.Алексеева, г. Н.Новгород.
Основные положения и результаты работы доложены на IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», проходившей в 2006 году в г. Н.Новгороде; на III

9
Межвузовской научно-практической конференции преподавателей вузов,
ученых, специалистов, аспирантов, студентов, проходившей в 2006 году в
г. Н. Новгороде; на XIII Нижегородской сессии молодых ученых "Технические
науки", проходившей в 2008 году в г. Н. Новгороде; на Международной
научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры
"Строительные и дорожные машины, проходившей в 2008 году в г. Н. Новгороде.
Основные результаты работы опубликованы в 14 печатных работах.
В диссертационной работе использованы проектно-конструкторские разработки, выполненные в различных подразделениях Нижегородского государственного технического университета - НИЛ "Специальных строительных и дорожных машин", г.Нижний Новгород и на кафедре "Строительных и дорожных машин" НГТУ им. Р.Е. Алексеева, а также в сторонних организаций - ООО «Промтех-НН», ООО «Магистраль».
Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору Халлыеву Назару Халлыевичу, к.т.н. Тютьневу Анатолию Михайловичу за ценные советы и замечания по содержанию диссертации.

Список литературы

ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ
1. Для повышения производительности ремонтно-строительной колонны по производству капитального ремонта ЛЧ МТ в первую очередь необходимо увеличить производительность очистки наружной поверхности трубопровода от старого изоляционного защитного покрытия.
2. Наиболее рациональным методом очистки трубопроводов от старой изоляции, обеспечивающим повышение производительности и качества ремонтных работ, является очистка с применением очистных машин с резцовыми- и щеточными рабочими органами. Наиболее высокая степень очистки трубопроводов перед нанесением нового изоляционного покрытия достигается при применении резцовых очистных машин совместно с методами гидроструйной и дробеструйной очистки.
3. Рекомендации по выбору рациональных параметров резцового рабочего органа очистной машины, для удаления старой изоляции с поверхности трубопровода:

• величина подачи должна выбираться максимальной для каждого вида покрытия, верхний предел которой регламентируется загруженностью электродвигателя привода ротора;
• величина оптимального значения прижатия резцов к металлической поверхности трубопровода должна быть постоянной и равной 400Н. Конструкция узла прижатия резцов должна обеспечивать постоянное усилие поджатия;
• рациональная расстановка резцов на переднем роторе является расстановка по двум линиям со смещением через 1 резец;
• машины должны оснащаться системами автоматического управления на базе программируемых контроллеров, обеспечивающих параметры работы машины при выполнении определенных задач с анализом входящей информации (температура, тип покрытия, скорость и др.) и выбором оптимального режима работы.

125 ЛИТЕРАТУРА
1 Авторское свидетельство СССР № (11)447186. В08В9/02. "Ротор устройства для очистки наружной поверхности трубопровода".
2 Авторское свидетельство СССР № (11)980870. В08ВЗ/12. "Установка для ультразвуковой очистки труб".
3 Азметов Х.А., Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Журавлев Г.В., Матлашов И.А. Ремонт магистральных трубопроводов в зимних условиях // Новые технологии и материалы для строительства и ремонта трубопроводов. Тез. докл. сем. Европейской комиссии. - Тюмень, 2003.
4 Афанасьев В.А., Афанасьев А.В., Поточная организация работ в строительстве.-Л.: Стройиздат, 2000. - 152 с.
5 Березин В.Л., Шутов В.Е. Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов. - М.: Недра, 1973. - 200 с.
6 Березин В. Л., Ращепкин К.Е., Телегин Л.Г., Халлыев Н.Х. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов. - М.: Недра, 1978.-364 с.
7 Борисов Б.И. Изоляционные работы при строительстве магистральных трубопроводов. Справочник рабочего. - М.: Недра, 1990. -223 с.
8 Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. - М.: Недра, 1973. -304 с
9 Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. - М.: Недра, 1982.-384 с.
10 Будзуляк Б.В. Проблемы и задачи ОАО «Газпром» по обеспечению эффективной противокоррозионной защиты объектов отрасли // Разработка и защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Матер, совет. -М.: ИРЦ «Газпром», 1997.
11 Будзуляк Б.В., Салюков В.В., Харионовский В.В. Продление ресурса магистральных газопроводов// Газовая промышленность. 2002. №7.
12 Будзуляк Б.В., Губанюк И.И., Салюков В.В., Велиюлин И.И.

126 Концепция ремонта линейной части МГ //Газовая промышленность. 2003. .№8.
13 Будзуляк Б.В., Дедешко В.Н., Салюков В.В., Нагорнов К.М., Велиюлин И.И., Решетников А.Д., Петров Н.А. Формирование концепции ремонта линейной части магистральных газопроводов ОАО'Тазпром"//НТС: "Ремонт трубопроводов".-М., 1999. №1-2.
14 Будзуляк Б.В., Халлыев Н.Х., Селиверстов В.Г., Самохов В.В., Пар-фенов А.И., Куприна Н.Д., Алексашин СП. Новые подходы, к планированию ремонта и диагностики магистральных трубопроводов. - М.: ИРЦ «Газпром», 1999.* -66с.
15 Будзуляк Б.В., Халлыев Н.Х., Тютьнев A.M., Велиюлин И.И., Спирин В:А. Комплексная механизация капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов. М.: Недра, 2004.
16 Вилиюлин И.И., Решетников АД., Тимофеев АЛ., Тухбатуллин Ф.Г. -Анализ эффективности диагностики при оптимизации ремонта магистральных газопроводов. - М.: ИРЦ Газпром, 2001.
17 Воронин В.Н., Халлыев Н.Х., Тютьнев A.M. Современные решения по повышению эффективности ремонта газопроводов//Газовая промышленность. 2004. -№10.- с.56-581
18 ВСН 008-88 "Строительства магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозионная и тепловая изоляция",М., 1988.
19 Вторушин М.А. Применение комплекса машин для* ремонта изоля-ционных покрытий линейной части магистральных газопроводов // Техническое обслуживание и ремонт газопроводов: Матерj засед. секц. НТС ОАО «Газпром». - Волгоград: ИРЦ «Газпром», 2002.
20 Галлеев В.Б. , Карпачев М.З., Харламенко В.И. Магистральные нефтепродуктопроводы.- М.: Недра, 1992.-240 с.
21 ГОСТ Р 51164-98 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии". — М.: Изд-во стандартов, 1998/

127
22 ГОСТ 25812-83 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии". —М.: Изд-во стандартов, 1983/
23 Груздев АЛ., Тютьнев A.M., Черкасов Н.М. Новые материалы, технологии и оборудование для защиты магистральных нефтепроводов от коррозии // Трубопроводный транспорт нефти. - 1998. -№5.
24 Гудов А.И., Сайфутдинов М.И. Повышение качества изоляционных материалов и реконструкции магистральных нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. - 1998.-№7.
25 Гумеров А.Г. и др. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов/ Под ред. А.Г. Гумерова. -М.: ООСНедра-Бизнесцентр", 1998. -271 с.