Укрупнительная сборка, сварка и изоляция стальных труб на трубозаготовительных базах

В целях ускоре­ния темпов строительства трубопроводов применяют метод предварительной укрупнительной сборки и сварки труб в секции (звенья) и их изоляции на трубосварочных и трубоизоляционных базах, после чего их транспортируют на трассу для укладки в траншею. Базы снабжены совре­менным оборудованием для полуавтоматической и автоматической сварки поворотных стыков, а также устройствами для очистки и последующего на­несения на трубные секции противокоррозионных покрытий. Базы состоят из трех основных технологических линий - сборки (центровки), сварки и изоляции. Они бывают стацио­нарные, полустационарные и полевые.

Переработка труб на стационарных базах организуется следующим образом. Трубы краном укладывают на приемных стеллажах, откуда подаются на линию сборки (центровки), где с помощью центратора собирают в сек­ции длиной 18, 24 и 36 м. После сборки на каждом стыке вначале выполня­ют «прихватку», а затем полуавтоматическую сварку первого (корневого) слоя шва. Затем секцию через промежуточный стеллаж-накопитель подают на линию автоматической сварки последующих слоев. Сваренную секцию подают на линию изоляции, где производят операции сушки, грунтовки (праймирования) и изоляции. Готовую изолированную секцию перемещают под кран-перегружатель, который подает ее на склад готовой продукции или на трубоплетевоз.

Для сборки и сварки труб в секции длиной 36 - 40 м в полевых условиях исполь­зуют полевые трубосварочные базы. Такие базы располагают вдоль трассы строящегося трубопровода через 15-30 км друг от друга.

Изготовление криволинейных элементов. Сварные отводы изго­товляют из отдельных секторов. Отвод с углом 90° состоит из четырех сек­торов: двух внутренних с углом 30° каждый и двух наружных с углом 15° каждый. Отвод с углом 60° можно выполнять из двух секторов с углом 30° каждый. Отводы больших диаметров (600 мм и выше) можно изготовить как из листового металла, так и из труб. При механизированном изготовле­нии отводов из труб секторы режут без разметки на специальных станках.

При ручной резке труб на секторы применяют приспособления или шаблоны, а при изготовлении секторов из листового металла заготовки раз­мечают по шаблонам, а затем вырезают и вальцуют.

Гнутье труб необходимо в тех случаях, когда естественный изгиб тру­бопроводов в вертикальной и горизонтальной плоскостях невозможен. Тог­да кривые необходимого радиуса и угла получают путем вварки предвари­тельно изогнутых колен, изготовленных способом холодного гнутья на трубогибочных станках типа ГТ для труб больших диаметров с применением дорнов. Причем трубы диаметром 273 -530 мм гнут на станке ГТ-531, диа­метром 720 -1020 мм - ГТ-1021, диаметром 1220 - ГТ-2121 и диаметром 1420 - на станке ГТ-1421. Для гнутья подбирают трубы с более толстыми стенками и с отклонениями от диаметра в сторону положительного допус­ка. При гнутье секций из двух и более труб кольцевой шов на расстоянии не менее 0,5 диаметра трубы надо вывести из зоны изгиба.

Кривые вставки, изготавливаемые на трубогибочных станках, долж­ны соответствовать нормалям, указанным в рабочих чертежах. Нормали предусматривают радиусы изгиба кривой, обеспечивающей беспрепятст­венный проход разделительных поршней или очистных устройств по трубо­проводу при его очистке, а также прохождение по поверхности кривой вставки очистных и изоляционных механизмов во время строительства тру­бопровода. Минимально допустимые радиусы кривых при гнутье труб в холодном состоянии приведены в приложении 3.

Стальные трубы соединяют между собой на сварке, а в местах уста­новки арматуры (задвижек, кранов, вентилей и др.) - на фланцах. Виды сварки зависят от условий выполнения сварочных работ (на трубосвароч­ной базе или на трассе) и от диаметра свариваемых труб.

Сварка труб включает следующие технологические операции: под­готовка труб и кромок их торцов к сборке; раскладка труб на сварочных подкладках (стеллажах или стендах); центровка и стягивание труб до дости­жения между кромками торцов нужного зазора; скрепление собранного стыка сварочными прихватами; сварка стыка. При подготовке труб очища­ют кромки шириной 10 - 15 мм соединяемых труб от грязи, ржавчины и, особенно, от масел, выравнивают вмятины и неровности торцов, выправля­ют овальность, чтобы разность диаметров торцов не превышала 1 - 1,25 % номинала. Толщина стенок соединяемых труб не должна иметь отклонения более 12 – 15 % стандартного размера.

Раскладка труб перед сборкой должна способствовать их беспрепят­ственной и удобной центровке - совмещению геометрических осей и кро­мок труб при строгом соблюдении нормативных зазоров. Для этого приме­няют специальные зажимы - центраторы, которые бывают наружные (вин­товые, эксцентриковые и цепные, рис. 6.22, а - в) и внутренние (гидравли­ческие, рис. 6.22, г). Благодаря синхронному действию разжимных кулачков центраторы автоматически обеспечивают калибровку и центровку

Рис. 6.22 – Сборка и сварка стальных труб

а, б – центраторы винтовой и эксцентриковые (для труб диаметром не более 350 мм), в – то же, наружный роликово-звеньевой (для труб 520 – 1020 мм), г – то же, внутренний гидравлический (для труб 520 – 1220 мм), д, е – последовательность операций при ручной электросварке стыков поворотным и неповоротным трехслойным швом, ж – схема применения сварочной головки ПТ-56 для поворотной сварки стыков под слоем флюса, з – то же, для сварки корня шва шланговым держателем полуавтомата А-547-р, и, е – порядок наложения корневого слоя шва при сварке труб большого диаметра тремя сварщиками, л – то же, для заполнения остальной части шва двумя сварщиками; 1 – натяжной винт, 2 – свариваемые трубы, 3 – отверстие для воронки, 4 - центрирующие элементы, 5 – стык трубы, 6 – штанга, 7 – ролики, 8 – лежни под трубы, 9 - корневой слой шва, 10 – сборник для флюсов, 11 – свариваемая проволока, 12 – регулировочный винт, 13 – панель с реостатом, вольтметром и выключателями, 14 – бункер для флюса, 15 – подающий механизм с двигателем и редуктором, 16 – кассета со сварочной проволокой, 17 – штатив, 18 – флюс, 20 – штанговый держатель, 21 – головка держателя, 1, 2, 3 в кружках – позиции сварщиков, I, II, III – последовательность наложения шва неповоротного стыка

торцов труб. С их помощью сначала закрепляют трубы, а затем накладывают при­хватки и первый (корневой) слой сварного шва. Далее стальные трубы сва­ривают с помощью дуговой (ручной, полуавтоматической и автоматичес­кой) сварки, в том числе под флюсом или в зоне защитных газов, например СО₂, а также с помощью электроконтактной и газопрессовой сварки (маги­стральные трубопроводы).

Дуговую сварку стальных труб (рис. 6.22, д) осуществляют с поворо­том их вокруг своей оси (поворотные стыки) и без поворота (неповоротные или потолочные стыки). Неповоротные стыки сваривают в два или три слоя, начиная с нижней образующей трубы в 50 мм от вертикального диаметра труб (рис. 6.22, е). Первый слой, как уже указывалось, называют корневым, второй - заполняющим и последний - облицовочным. Трубы диаметром до 500 мм сваривают непрерывным швом, а трубы больших диаметров - пре­рывистым (как показано стрелками на рис. 6.22, е). Неповоротные стыки труб больших диаметров при необходимости ускорения производства работ сваривают одновременно два или три сварщика по схемам, приведенным на рис. 6.22, и, л.

Однако, поскольку ручная сварка неповоротных стыков очень трудо­емка и часто сдерживает темп прокладки трубопровода, в последнее время все чаще применяют прогрессивную полуавтоматическую и автоматичес­кую сварку таких стыков с помощью, например, сварочного автомата, со­стоящего из самоходной тележки, сварочной головки и пульта управления. В процессе сварки головка перемещается вокруг трубы по направляющему поясу и сваривает трубы электродной проволокой.

Также применятеся способ эле­ктроконтактной стыковой сварки путем непрерывного оплавления торцов труб с помощью установки типа ТКУС (для сварки труб в секции) и типа ТКУП (для сварки секций в нитку трубопровода).

На сварочных базах (стационарных и полустационарных) сварку труб в секции чаще всего выполняют под флюсом с помощью сварочной го­ловки (рис. 6.22, ж), корневой шов - под защитой уг­лекислого газа с помощью полуавтомата (рис. 6.22, з).

Для увеличения срока службы трубопроводов и обеспечения их безаварийной работы выполняют их защиту от коррозии.

Изоляционные покрытия должны обладать плот­ностью, обеспечивающей гидро- и электроизоляционные свойства, хорошей прилипаемостью к металлу (адгезией), устойчивостью к температурным из­менениям и способностью сохранять свою форму в условиях окружающей среды (пластичностью), выдерживать значительные нагрузки в процессе укладки (механической прочностью).

Наиболее эффективной для обеспечения долговечности трубопрово­да является комплексная противокоррозионная его защита, включающая так называемую «пассивную» их защиту различными изоляционными покры­тиями и «активную» (катодную, протекторную и дренажную) защиту от воз­действия блуждающих токов (электрокоррозии), так как она часто бывает опас­нее почвенной (гальванокоррозии).

Принцип действия катодной, протекторной и электродренажной за­щиты стальных труб от электрокоррозии блуждающими токами заключает­ся в следующем. Вблизи трубопровода оборудуют станцию катодной защи­ты (СКЗ), в состав которой входят источник постоянного тока, анодное за­земление и дренажные кабели. Отрицательную клемму источника тока при­соединяют к стальному трубопроводу, а положительную - к заземлению. В результате ток стекает с анодного заземления, подтекает к трубопроводу и возвращается к источнику по дренажному кабелю. Ток СКЗ создает отрица­тельный потенциал на трубопроводе и при его работе происходит разруше­ние анодного заземления, но при этом одновременно защищается стальной подземный трубопровод.

Протекторную защиту применяют для защиты стальных трубопрово­дов небольшой протяженностью от коррозии блуждающими токами, если необходимое смещение потенциала трубопровода не превышает 0,3 В. Протектор изготавливают из металла с более отрицательным электродным по­тенциалом, чем металл подземного трубопровода. Установленный в грунт и приведенный в контакт с трубопроводом протектор вместе с ним образует гальваническую пару. Протектор (гальванический анод) при этом разруша­ется, а подземный трубопровод поляризуется до защитных потенциалов и не разрушается.

Электродренажная защита стальных трубопроводов заключается в отводе блуждающих токов, проникших в трубопровод, в сеть обратных то­ков электрического рельсового транспорта путем присоединения трубопро­вода через дренажное устройство с элементами этой сети (отрицательной шиной тяговой подстанции, отсасывающим пунктом или рельсом). Благодаря этому на трубопроводе создается отрицательный потенциал, что предот­вращает выход блуждающих токов из металла трубы в почву и ее разруше­ние.

Для защиты трубопроводов от почвенной коррозии применяют, главным образом, покрытия на основе нефтяных битумов и поли­мерных липких лент.

Конструктивно изоляционные покрытия состоят из грунтовки, одно­го или нескольких слоев изоляционного материала (мастики, липкой лен­ты), армирующего и оберточного слоев. Они бывают трех основных типов: нормальные, усиленные и весьма усиленные. Для магистральных трубопро­водов применяют покрытия нормального и усиленного типов, а для разво­дящих, проложенных в пределах города или промышленного предприятия, весьма усиленного типа.

Покрытие весьма усиленного типа общей толщиной 9 ± 0,5 мм со­стоит из одного слоя битумной грунтовки, трех слоев мастики толщиной по 3 мм, разделяемых двумя слоями армирующей обмотки из стеклохолста и наружной обертки из прочной крафт-бумаги.

Нормальное покрытие состоит из грунтовки, мастики слоем 4 мм, одного слоя стеклохолста и защитной обертки.

Усиленное покрытие, нанесенное в базовых условиях, состоит из грунтовки, двух слоев мастики по 3 мм, двух слоев стеклохолста и защит­ной обертки, а в полевых условиях - из грунтовки, одного слоя мастики 6 мм, одного слоя стеклохолста и защитной обертки.

Нанесение покрытия из полимерных липких лент обычно механизированное. Такие ленты изготавливают из полиэтилена или поливинилхлорида с нанесением на них клеевого слоя. Покрытия состоят из слоя грунтов­ки, одного, двух или трех слоев ленты (что соответствует нормальной, уси­ленной и весьма усиленной изоляции) и защитной обертки.

Нанесение изоляционных покрытий. Перед нанесением покрытий поверхность трубопровода тщательно очищают от окалины, ржавчины и других загрязнений на стационарной трубоочистной машине. Очищенные трубы немедленно покрывают грунтовкой, а после ее высыхания - битум­ной мастикой. В условиях базы мастику на трубы наносят с помощью трубоизоляционной установки. При использовании для изоляции труб липких лент их наматыва­ют на трубы специальными изоляционными машинами. Изоляционные ра­боты по совмещенному методу непосредственно на трассе выполняют ко­лонной машин, включающей краны-трубоукладчики, очистные и изоляци­онные машины, т.е. с совмещением процессов очистки, изоляции и укладки трубопровода в траншею.