Perspectivas de canalización
Los métodos de conexión entre tuberías, uniones de tuberías, válvulas y tuberías de entrada y salida del equipo están determinados por factores como la naturaleza del fluido, presión y temperatura, así como el material, tamaño e instalación. posición de las tuberías. Hay cuatro métodos principales: conexión roscada, conexión por brida, conexión por enchufe y soldadura.
Las conexiones roscadas son adecuadas principalmente para tuberías de pequeño diámetro. Al realizar la conexión, generalmente es necesario envolver cinta selladora fluoroplástica en la parte de conexión roscada, o aplicar pintura espesa y envolver cáñamo y otros materiales selladores para evitar fugas. Cuando la presión es superior a 1,6 MPa, la cara extrema de la tubería generalmente se sella con una junta. Este método de conexión es simple y se puede desmontar y ensamblar, pero se deben instalar juntas móviles en lugares apropiados de la tubería para facilitar el desmontaje y montaje.
Las conexiones de brida son adecuadas para varios diámetros de tubería. Al realizar la conexión, seleccione diferentes bridas y juntas de sellado según las propiedades, presión y temperatura del fluido, y utilice pernos para sujetar las juntas para mantener el sellado. Las conexiones de brida se utilizan principalmente para secciones de tubería que deben desmontarse con frecuencia y donde las tuberías están conectadas a equipos.
Las conexiones de enchufe se utilizan principalmente para conectar tuberías de hierro fundido, tuberías de hormigón, tuberías de arcilla y sus piezas de conexión. Sólo son adecuadas para tuberías de suministro de agua, drenaje y gas que funcionan a baja presión y temperatura normal. Al realizar la conexión, generalmente se introduce cáñamo, hilo de algodón o cuerda de amianto en la ranura del casquillo y luego se rellena con fibrocemento o plomo. También puedes llenar el casquillo con una junta de goma para hacerlo elástico y permitir que el tubo se mueva ligeramente.
Las conexiones soldadas tienen las mejores propiedades de resistencia y sellado y son adecuadas para todo tipo de tuberías, ahorrando mano de obra y materiales, pero las tuberías y las uniones de las tuberías deben cortarse durante el desmontaje.
Las tuberías de suministro urbano de agua, drenaje, calefacción, suministro de gas y oleoductos y gasoductos de larga distancia se colocan en su mayoría bajo tierra, mientras que las tuberías de proceso de fábrica se colocan en su mayoría en el suelo para facilitar su operación y mantenimiento. El paso, el soporte, la pendiente, el drenaje y el escape, la compensación, el aislamiento y la calefacción, la anticorrosión y la limpieza, el marcado y la pintura y la seguridad de las tuberías son cuestiones importantes, ya sea que estén tendidas sobre o bajo tierra.
Las tuberías terrestres deben intentar evitar cruzar carreteras, vías férreas y vías navegables. Cuando no se pueda evitar el cruce, la altura del cruce también debe permitir que los peatones y los vehículos pasen con seguridad. Las tuberías subterráneas generalmente se colocan a lo largo de las carreteras y varias tuberías se mantienen a distancias adecuadas para facilitar la instalación y el mantenimiento. Hay una capa aislante en la superficie de la tubería de calefacción, que debe colocarse en una zanja o una tubería protectora para evitar que la tierra la apriete y haga que la tubería se expanda y se mueva.
Las tuberías pueden estar sujetas a muchas fuerzas externas, incluido el peso propio, el empuje del fluido en el extremo de la tubería, la carga de nieve, la presión del suelo, el estrés térmico causado por la expansión y contracción térmica, la carga de vibración, los desastres sísmicos, etc. . Para garantizar la resistencia y rigidez de la tubería, es necesario instalar varios soportes (colgadores), como soportes móviles, soportes fijos, soportes guía, soportes de resorte, etc. El ajuste del soporte depende del diámetro de la tubería, el material, el espesor de la pared de la tubería y la carga. El soporte fijo se utiliza para controlar el alargamiento térmico de la tubería en secciones para que la junta de expansión funcione de manera uniforme; el soporte guía permite que la tubería solo se mueva axialmente.
Para eliminar la condensación de agua, vapor y otros gasoductos que contienen agua deben tener una cierta cantidad de espacio. La pendiente generalmente no es inferior a dos milésimas. La pendiente de las tuberías subterráneas de drenaje por gravedad no será inferior a cinco milésimas. Las tuberías de vapor u otros gasoductos que contienen agua están equipadas con tuberías de drenaje o trampas en el punto más bajo. Algunas tuberías de gas también están equipadas con separadores de gas y agua para drenar el agua y el líquido a tiempo para evitar que se produzcan golpes de ariete en la tubería y obstaculicen el proceso. flujo de gas. Las tuberías de suministro de agua u otros líquidos están equipadas con un dispositivo de escape en el punto más alto para eliminar el aire u otros gases acumulados en la tubería y evitar que la resistencia del aire cause un funcionamiento anormal.
Si la tubería no puede expandirse y contraerse libremente, se generará una enorme tensión adicional. Por lo tanto, las juntas de expansión deben instalarse en tuberías con grandes cambios de temperatura y tuberías de temperatura normal que requieren desplazamiento libre para compensar la expansión y contracción térmica de las tuberías y eliminar la influencia de tensiones adicionales.
Para tuberías de vapor, tuberías de alta temperatura, tuberías de baja temperatura y tuberías con requisitos anti-escaldado y anticongelante, es necesario recubrir las tuberías con materiales aislantes para evitar la pérdida de calor (frío) o congelación en las tuberías. Para algunas tuberías de líquidos con altos puntos de congelación, se requiere calentamiento y aislamiento para evitar que el líquido sea demasiado viscoso o se solidifique y afecte el transporte. Los materiales aislantes más utilizados incluyen perlita de cemento, lana de vidrio, lana de roca y tierra de diatomeas de amianto.
Para evitar la erosión del agua y del suelo, la superficie de las tuberías metálicas subterráneas debe recubrirse con pintura antioxidante, alquitrán, asfalto y otros revestimientos anticorrosión, o con tela de vidrio y lino empapados en asfalto. Las tuberías enterradas en suelos corrosivos de baja resistencia deben contar con protección catódica para evitar la corrosión. Para evitar la corrosión atmosférica, las tuberías de acero en el suelo suelen estar recubiertas con diversas pinturas antioxidantes.
Todas las tuberías deben limpiarse antes de su uso, y algunas tuberías deben limpiarse periódicamente. Para facilitar la limpieza, la tubería está equipada con filtros o orificios de purga. En oleoductos y gasoductos de larga distancia, se deben utilizar barredoras para eliminar periódicamente las incrustaciones de las tuberías, por lo que se debe instalar un dispositivo barredor de envío y recepción especial.
Cuando hay varios tipos de tuberías, para facilitar la operación y el mantenimiento, se pinta pintura del color especificado en la superficie de las tuberías para una fácil identificación. Por ejemplo, las tuberías de vapor son rojas y las tuberías de aire comprimido son azul claro.
Con el fin de garantizar la operación segura de las tuberías y prevenir la expansión de accidentes de manera oportuna, además de instalar instrumentos de control de detección y válvulas de seguridad en las tuberías, también se han tomado medidas especiales de seguridad para algunos importantes Tuberías, como tuberías de transmisión de gas e Instalar válvulas de seguridad contra accidentes o válvulas de cierre de emergencia en tuberías de larga distancia que transportan petróleo y gas natural. Pueden detener automáticamente el transporte a tiempo cuando ocurre un accidente catastrófico, reduciendo las pérdidas por desastres. 1. Características de los materiales metálicos utilizados en las tuberías de presión
Las tuberías de presión involucran todos los ámbitos de la vida y los requisitos básicos para ellas son "seguridad y uso". Para usarlo de manera segura, debe usarse de manera segura. El uso también implica cuestiones económicas, es decir, ahorro de inversión y larga vida útil, lo que por supuesto está relacionado con muchos factores. Los materiales son la base de la ingeniería. Primero debemos comprender los requisitos especiales de los materiales metálicos para las tuberías de presión. Además de soportar cargas, las tuberías a presión también están sujetas a pruebas especiales debido al funcionamiento en diferentes entornos, temperaturas y medios.
(1) Cambios en las propiedades de alta temperatura de los materiales metálicos.
① Fluencia: cuando el acero se somete a fuerzas externas a altas temperaturas, sufrirá una deformación plástica lenta y continua con el tiempo. Este fenómeno se llama fluencia. Las propiedades de fluencia del acero están estrechamente relacionadas con la temperatura y la tensión. La velocidad de fluencia aumenta al aumentar la temperatura o el estrés. Por ejemplo, cuando la temperatura de trabajo del acero al carbono excede los 300 ~ 350 ℃ y la temperatura de trabajo del acero aleado excede los 300 ~ 400 ℃, se producirá fluencia. La tensión requerida para la fluencia es menor que el límite elástico del acero a la temperatura de prueba. Por lo tanto, el acero utilizado en calderas, tuberías de vapor y recipientes a presión que funcionan a altas temperaturas durante mucho tiempo debe tener una buena resistencia a la fluencia para evitar que la deformación masiva causada por la fluencia cause rupturas estructurales, explosiones y otros accidentes graves.
② Esferoidización y grafitización: bajo la acción de altas temperaturas, la cementita en el acero al carbono obtiene energía y forma cementita de grano grueso, que se mezcla con ferrita y cambia gradualmente de escamosa a esférica. Dado que el grafito tiene una resistencia extremadamente baja y aparece en forma de escamas, la resistencia del material se reduce considerablemente y la fragilidad aumenta, lo que se denomina grafitización del material. Cuando el acero al carbono funciona en un ambiente por encima de 425 ℃ durante mucho tiempo, se producirá grafitización, especialmente por encima de 475 ℃. SH3059 estipula que la temperatura máxima de servicio del acero al carbono es 425 ℃, mientras que GB150 estipula que la temperatura máxima de servicio del acero al carbono es 450 ℃.
(3) Rendimiento ante la fatiga térmica Si el acero trabaja alternativamente entre frío y calor durante mucho tiempo, se producirán microfisuras que se expandirán bajo la acción del estrés térmico causado por los cambios de diferencia de temperatura, lo que eventualmente conducirá a la fractura. Por lo tanto, bajo condiciones operativas con fluctuaciones de temperatura, las estructuras y tuberías deben considerar las propiedades de fatiga térmica del acero.
(4) Oxidación de materiales a alta temperatura Los materiales metálicos se oxidarán para formar incrustaciones de óxido en un ambiente medio oxidante a alta temperatura (como una chimenea), que es fácil de volverse quebradizo. El acero al carbono es propenso a formar incrustaciones de óxido en gases a alta temperatura de 570 °C, lo que hace que el metal sea más delgado. Por lo tanto, las tuberías de acero, como las de gas y de humos, deben limitarse a funcionar a 560 °C.
(2) Cambios de comportamiento de materiales metálicos a bajas temperaturas.
Cuando la temperatura ambiente es inferior a la temperatura crítica del material, la tenacidad al impacto del material disminuirá bruscamente. Esta temperatura crítica se denomina temperatura de transición dúctil-frágil del material. La tenacidad al impacto a baja temperatura (energía de impacto) se utiliza a menudo para medir la tenacidad al impacto a baja temperatura de los materiales. Las tuberías que trabajan a bajas temperaturas deben prestar atención a su tenacidad al impacto a baja temperatura.
(3) Cambios en el rendimiento de las tuberías en entornos corrosivos
Muchos medios de tuberías, como la industria petroquímica, los barcos y las plataformas petrolíferas marinas, son corrosivos. Los hechos han demostrado que los peligros de la corrosión del metal son muy comunes y graves, y que la corrosión puede causar pérdidas directas o indirectas. Por ejemplo, la corrosión por tensión, la corrosión por fatiga y la corrosión intergranular de los metales a menudo causan accidentes catastróficos. La corrosión del metal provocará un gran consumo de metal y desperdiciará muchos recursos. Los medios que causan corrosión incluyen principalmente los siguientes.
(1) Cloruro La corrosión del acero al carbono por cloruro es básicamente corrosión uniforme, acompañada de fragilización por hidrógeno, mientras que la corrosión del acero inoxidable es corrosión por picaduras o corrosión intergranular. Las medidas preventivas incluyen la elección de materiales adecuados, como tubos compuestos de acero al carbono y acero inoxidable.
② El petróleo crudo de sulfuros contiene más de 250 tipos de sulfuros, como sulfuro de hidrógeno (H2S), mercaptanos (R-SH), sulfuros (R-S-R), etc., que tienen efectos corrosivos sobre los metales. El alto contenido de H2S en el GLP chino provocó roturas de contenedores, algunas de las cuales ocurrieron 87 días después de la producción. Posteriormente, la inspección con partículas magnéticas mostró que había grietas 465 y 438+07 en las costuras del anillo en la superficie interior de la bola, pero no había grietas en la superficie exterior. Se debe prestar atención a la corrosión bajo tensión causada por el alto contenido de H2S. De acuerdo con las regulaciones de la Sociedad Japonesa de Soldadura y la Asociación de Seguridad del Gas a Alta Presión, el contenido de H2S en el petróleo licuado debe controlarse por debajo de 100 × 10-6. El contenido promedio de H2S en el gas de petróleo licuado de mi país es 2392 × 10-6. , que es un 20% más alto que el de Japón varias veces.
③Ácido nafténico El ácido nafténico es una materia orgánica aportada por el petróleo crudo. La corrosión comienza cuando la temperatura supera los 220°C y alcanza su máximo entre 270 y 280°C. Cuando la temperatura supera los 400°C, el ácido nafténico del petróleo crudo se ha vaporizado. El acero inoxidable 316L (00cr 17ni 14mo 2) es un material eficaz resistente a la corrosión por ácido nafténico y se utiliza a menudo en entornos de corrosión por ácido nafténico a alta temperatura.
2. Selección de materiales metálicos para tuberías de presión
① Cumplir con los requisitos de las condiciones de operación. En primer lugar, es necesario determinar si la tubería está bajo presión y qué tipo de tubería de presión es en función de las condiciones de uso. Los diferentes tipos de tuberías de presión tienen diferente importancia, diferentes peligros causados por accidentes y diferentes requisitos para los materiales. Al mismo tiempo, se deben considerar el entorno de uso de la tubería, el medio transportado y el grado de corrosión del medio en el cuerpo de la tubería. Por ejemplo, la tasa de corrosión de los pilotes de tubos de acero insertados en el fondo marino en la zona de salpicadura es 6 veces mayor que la del suelo del fondo marino y la tasa de corrosión de la zona de marea es 4 veces mayor que la del suelo del fondo marino; Se debe prestar especial atención a la selección de materiales y a las medidas anticorrosión.
②Requisitos de mecanizado. El material debe tener buena maquinabilidad y soldabilidad.
(3) Los requisitos para las tuberías de presión duraderas y económicas deben ser, en primer lugar, seguros, duraderos y económicos. Antes de invertir en un equipo y en un lote de proyectos de tuberías, si es necesario se puede realizar un estudio de viabilidad, es decir, un análisis económico y técnico. Existen varias opciones para los materiales seleccionados para el análisis económico y técnico. La inversión inicial de algunos materiales es ligeramente mayor, pero son fiables en el uso diario y ahorran costes de mantenimiento. Algunos materiales parecen ahorrar la inversión inicial, pero tienen poca confiabilidad operativa, altos costos de mantenimiento y altos costos de ciclo de vida. Ya en 1926, API Gravity (API) lanzó el estándar API-5L, que inicialmente incluía solo tres grados: A25, A y B, y luego se lanzó varias veces, como se muestra en la Tabla 4. Tabla 4 Grados de acero para tuberías publicados por API
Nota: En 1972, API publicó los estándares U80 y U100, que luego se cambiaron a X80 y X100.
Antes del año 2000, alrededor del 40% del mundo usaba X70, y X65 y X60 representaban el 30% (un número considerable de oleoductos de productos de pequeño diámetro usaban tubos de acero).
Durante más de diez años, la industria metalúrgica de mi país ha desarrollado vigorosamente el acero para tuberías. Actualmente estamos trabajando duro en la placa ancha X70. La composición química y las propiedades mecánicas de X70 y X80 de Shanghai Baoshan Iron and Steel Company y Wuhan Iron and Steel Company se enumeran en las Tablas 5 a 9 respectivamente. Tabla 5 WISCO Los tipos de oleoductos comúnmente utilizados incluyen tubos soldados por arco sumergido en espiral (SSAW), tubos soldados por arco sumergido con costura recta (LSAW) y tubos soldados por resistencia eléctrica (ERW). Cuando el diámetro es inferior a 152 mm, se utiliza tubería de acero sin costura.
Desde finales de los años 1960 hasta los años 1970, las fábricas de tubos soldados en espiral de mi país se desarrollaron rápidamente. Casi todos los oleoductos para crudo son tubos de acero soldados en espiral, y los tubos de acero soldados en espiral también se utilizan en las áreas de primer nivel del "Gasoducto Oeste-Este". Las desventajas de los tubos de acero soldados en espiral son una gran tensión interna, una precisión dimensional deficiente y una alta probabilidad de defectos. Según el análisis de los expertos, debería adoptarse el principio de "caminar sobre dos piernas". En primer lugar, existe un gran potencial para llevar a cabo activamente la transformación tecnológica de las fábricas de tubos soldados en espiral existentes; en segundo lugar, para desarrollar vigorosamente la industria de tubos soldados por arco sumergido longitudinales de mi país.
La tubería de acero ERW tiene las características de apariencia suave, alta precisión dimensional y bajo precio, y ha sido ampliamente utilizada en el país y en el extranjero.
La mayoría de los recursos de petróleo y gas de China se distribuyen en las regiones noreste y noroeste, mientras que la mayoría de los mercados consumidores se encuentran en áreas densamente pobladas, como ciudades grandes y medianas en la costa sureste y las regiones central y sur. Esta severa separación de los mercados de producción y comercialización ha convertido el transporte de productos de petróleo y gas en el mayor obstáculo para el desarrollo y la utilización de los recursos de petróleo y gas. El transporte por tuberías es la mejor manera de superar esta barrera. En comparación con el transporte por ferrocarril, el transporte por tuberías es una forma más segura, económica y de gran volumen de transportar productos de petróleo y gas. Su inversión en construcción es la mitad que la de los ferrocarriles y sus costos de transporte son sólo un tercio. Por lo tanto, el gobierno chino ha incluido la estrategia de desarrollo de “fortalecer la construcción de oleoductos y gasoductos y formar una red de transporte por oleoductos” en el “Décimo Plan Quinquenal”. Según los planes de las partes interesadas, en los próximos 10 años mi país construirá 14 oleoductos y gasoductos, formando un patrón de "dos verticales, dos horizontales, cuatro nodos y cinco yacimientos de gas" con una longitud total de más de 10.000 kilómetros. Esto indica que China está a punto de iniciar el período pico de construcción de oleoductos y gasoductos.
Los principales proyectos de gasoductos en construcción o planificados en mi país incluyen: Proyecto de Transmisión de Gas Oeste-Este, con una longitud total de 4.176 kilómetros y una inversión total de 12 mil millones de yuanes. La construcción se inició oficialmente en. septiembre de 2000 y finalizado en 2004; la construcción del proyecto del gasoducto Saininglan de 950 kilómetros comenzó en mayo de 2000 y ahora está a punto de finalizar. Se ha entregado gas natural a Xining. El proyecto del gasoducto de Zhongxian a Wuhan tiene una longitud total de 760 kilómetros. Los trabajos preliminares han logrado grandes avances. Se han conectado cuatro de los 11 túneles en construcción; el proyecto del gasoducto de Shijiazhuang a Zhuozhou tiene una longitud total de 202 kilómetros. comenzó en mayo de 2000. La construcción, ya terminada; proyecto de tubería de transmisión de gas de Shijiazhuang a Handan, con una longitud total de aproximadamente 160 kilómetros; línea doble del proyecto de transmisión de gas de Shaanxi Jingbian-Beijing; línea doble del proyecto de tubería de transmisión de gas de Shaanxi Jingbian a Xi'an; el proyecto de transmisión de gas de Shaanxi-Gansu-Ningxia a Hohhot, con una longitud total de 497 kilómetros; el proyecto de gasoducto de la isla de Hainan, con una longitud total de aproximadamente 270 kilómetros; el proyecto de gasoducto de Shandong Longkou a Qingdao, con una longitud total de aproximadamente 250 kilómetros; kilómetros; proyecto de gasoducto China-Rusia, con una longitud total de 2.000 kilómetros en China, el proyecto de GNL de Guangdong, la promoción de inversiones se ha completado y se prevé que esté terminado en 2005. Los oleoductos en construcción y previstos incluyen: el proyecto del oleoducto refinado Lanzhou-Chengdu-Chongqing, con una longitud total de 1.207 kilómetros, cuya construcción comenzó en mayo de 2000; el proyecto del oleoducto China-Rusia, de aproximadamente 700 kilómetros de longitud en China-Kazajstán; proyecto de oleoducto Tiene 800 kilómetros de longitud en China. Además, está a punto de comenzar la construcción de un oleoducto refinado de 2.000 kilómetros desde Maoming, Guangdong hasta Guiyang y Kunming y un oleoducto de crudo desde Zhenhai hasta Shanghai y Nanjing. Además de las líneas principales, al mismo tiempo también se debe llevar a cabo la construcción de una red de gasoductos urbanos a gran escala.
Ante un mercado tan enorme y una oportunidad de desarrollo tan poco común, se han planteado nuevos desafíos a la tecnología de construcción de tuberías. Con el mismo volumen de transmisión, es más económico construir una tubería de alta presión y gran diámetro que construir varias tuberías de baja presión y pequeño diámetro en paralelo. Por ejemplo, un gasoducto con una presión de envío de 7,5 MPa y un diámetro de 1.400 mm puede sustituir a tres gasoductos con una presión de 5,5 MPa y un diámetro de 1.000 mm, pero el primero puede ahorrar un 35% de inversión y un 19% de acero. . Por lo tanto, la ampliación del diámetro de las tuberías se ha convertido en un símbolo del progreso científico y tecnológico en la construcción de tuberías. Aumentar la presión de entrega dentro de un cierto rango puede aumentar los beneficios económicos. Tomando como ejemplo un gasoducto con un diámetro de 1020 mm, la presión de operación aumenta de 5,5 MPa a 7,5 MPa, la capacidad de transmisión de gas aumenta en un 41%, se ahorran materiales en un 7% y la inversión se reduce en un 23%. Los cálculos muestran que si la presión de trabajo de las tuberías de transmisión de gas se puede aumentar aún más de 7,5 MPa a 10 ~ 12 MPa, la capacidad de transmisión de gas aumentará aún más en un 33 ~ 60%. La presión del gasoducto Trans-Alaska en los Estados Unidos alcanza los 11,8 MPa y la del oleoducto es de 8,3 MPa, lo que los convierte en los oleoductos con mayor presión operativa en la actualidad.
El aumento del diámetro de la tubería y de la presión de suministro impone grandes exigencias a la resistencia de la tubería. Bajo la premisa de garantizar la soldabilidad y la resistencia al impacto, se ha mejorado enormemente la resistencia de la tubería. Dado que el tendido de tuberías depende totalmente del proceso de soldadura, la calidad de la soldadura determina en gran medida la calidad del proyecto. La soldadura es un eslabón clave en la construcción de tuberías. Los materiales de las tuberías, los materiales de soldadura, los procesos de soldadura y los equipos de soldadura son factores clave que afectan la calidad de la soldadura.
China comenzó a construir oleoductos de gran diámetro y larga distancia a principios de los años 1970. El famoso oleoducto "3 de agosto" construyó oleoductos desde el campo petrolífero de Daqing hasta Tieling, de Tieling a Dalian y de Tieling a Qinhuangdao, resolviendo los problemas de transporte de petróleo crudo que plagaban a Daqing.
El diámetro de diseño de la tubería es φ720 mm, el material de acero es 16MnR y el espesor de la pared de la tubería soldada en espiral soldada por arco sumergido es de 6 ~ 11 mm.
El plan del proceso de soldadura es: método de soldadura por arco manual, proceso de operación de soldadura aérea; los materiales de soldadura utilizan electrodos J506 y J507, horneados a 400°C durante 65438±0 horas antes de soldar, basado en φ3.2 y φ4 para relleno y recubrimiento; la fuente de energía de soldadura adopta una máquina de soldadura por arco rotativa de CC; la ranura tiene forma de 60 V, la raíz está soldada en un lado y formada en ambos lados.
El oleoducto construido durante la campaña "3 de agosto" en el noreste de China ha estado en funcionamiento durante 30 años y todavía está en servicio hoy, lo que demuestra que el plan técnico es correcto y la calidad de la construcción es buena.
A principios de la década de 1980, se promovió la tecnología de soldadura manual hacia abajo y se desarrollaron varillas de soldadura hacia abajo de tipo celulosa y de bajo hidrógeno. En comparación con el proceso tradicional de soldadura aérea, la soldadura aérea tiene ventajas sobresalientes, como velocidad rápida, buena calidad y ahorro de materiales de soldadura, por lo que se ha utilizado ampliamente en la soldadura de costura circunferencial de tuberías.
A principios de la década de 1990, se promovió la soldadura manual semiautomática con alambre con núcleo fundente autoprotegido, que supera eficazmente las deficiencias de otros métodos de soldadura que tienen poca resistencia al viento durante las operaciones de campo. eficiencia de soldadura, buena calidad y debido a su buena estabilidad, se ha convertido en el método principal para la soldadura de costura circunferencial de tuberías.
La aplicación de la soldadura automática de tuberías en todas las posiciones se ha explorado durante muchos años y ahora se ha producido un gran avance. Se utilizó con éxito en el Proyecto de Gasoducto Oeste-Este, y su eficiencia y calidad no tienen comparación con otros procesos de soldadura, lo que indica que la tecnología de soldadura de oleoductos y gasoductos de mi país ha alcanzado un alto nivel. 2.1 Historia del desarrollo del acero para tuberías
Los primeros aceros para tuberías siempre utilizaban aceros al carbono ordinarios de tipos C, Mn y Si. Se centraban en el rendimiento metalúrgico y no tenían regulaciones estrictas sobre la composición química. Desde la década de 1960, a medida que aumentaron las presiones y los diámetros de los oleoductos y gasoductos, se ha utilizado acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA), suministrado principalmente en estados laminados en caliente y normalizados. La composición química de este acero es: C ≤ 0,2%, elementos de aleación ≤ 3 ~ 5%. Con el mayor desarrollo del acero para tuberías, a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, la Organización Estadounidense del Petróleo propuso tres aceros laminados controlados microaleados, X56, X60 y X65, en las normas API 5LX y API 5LS. Este tipo de acero rompe con el concepto tradicional de acero, con un contenido de carbono de 0,1-0,14% Nb, V, Ti ≤0,2% se agregan al acero y las propiedades mecánicas del acero se mejoran significativamente mediante el control. el proceso de laminación. En 1973 y 1985, los aceros X70 y X80 se agregaron sucesivamente a las normas API y se desarrolló el acero para tuberías X100. El contenido de carbono se reduce a 0,01-0,04%, y el equivalente de carbono se reduce a menos de 0,35. Realmente aparece el moderno acero de enfriamiento controlado y microaleado de múltiples componentes.
La aplicación y puesta en marcha de tuberías de acero en mi país fue relativamente tardía. En el pasado, se utilizaba acero Q235 y 16Mn para la mayoría de los oleoductos y gasoductos. Durante el período del "Sexto Plan Quinquenal", mi país comenzó a desarrollar tuberías de acero X60 y X65 de acuerdo con las normas API y las utilizó con éxito para el tendido de tuberías junto con tuberías de acero importadas. A principios de la década de 1990, Baosteel y WISCO desarrollaron sucesivamente acero para tuberías X70 de alta resistencia y tenacidad y lo aplicaron con éxito al proyecto del oleoducto Saininglan.
2.2 Principales propiedades mecánicas del acero para tuberías
Las principales propiedades mecánicas del acero para tuberías son resistencia, tenacidad y propiedades mecánicas en medios ambientales.
La resistencia a la tracción y el límite elástico del acero están determinados por la composición química del acero y el proceso de laminación. Al seleccionar materiales para gasoductos, se debe seleccionar acero con un alto límite elástico para reducir la cantidad de acero utilizado. Pero cuanto mayor sea el límite elástico, mejor. El límite elástico demasiado alto reducirá la tenacidad del acero. Al seleccionar los tipos de acero, también se debe considerar la relación proporcional entre el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero (la relación límite elástico) para garantizar la calidad del conformado y el rendimiento de la soldadura de la tubería.
Después de repetidos estiramientos y compresiones del acero, sus propiedades mecánicas cambiarán y su resistencia disminuirá, disminuyendo seriamente en un 15%, que es el efecto Bauschinger. Este factor debe considerarse al solicitar placas de acero para la fabricación de tubos de acero. El límite elástico mínimo de este tipo de acero se puede aumentar en 40-50 MPa.
La tenacidad a la fractura del acero está relacionada con su composición química, elementos de aleación, proceso de tratamiento térmico, espesor del material y orientación. El contenido de C, S y P en el acero debe reducirse tanto como sea posible y se deben agregar adecuadamente elementos de aleación como V, Nb, Ti y Ni. La laminación controlada y el enfriamiento controlado pueden mejorar la pureza del acero, hacerlo uniforme, refinar los granos y mejorar la tenacidad del acero. La mayoría de los métodos utilizados son para reducir C y aumentar Mn.
En un entorno de petróleo y gas que contiene sulfuro de hidrógeno, el gas hidrógeno producido por la corrosión invade el acero y provoca grietas inducidas por el hidrógeno. Por lo tanto, el acero para tuberías para el transporte de petróleo y gas amargos debe tener un bajo contenido de azufre para controlar eficazmente la morfología de las inclusiones no metálicas y reducir la segregación de componentes microscópicos. La dureza del acero de las tuberías también tiene un impacto importante en el HIC.
Para evitar el agrietamiento del acero inducido por hidrógeno, generalmente se cree que la dureza debe controlarse por debajo de HV265.
2.3 Soldabilidad del acero para tuberías
A medida que disminuye el equivalente de carbono del acero para tuberías, disminuye la sensibilidad de la soldadura de grietas inducidas por hidrógeno, disminuyen las medidas del proceso necesarias para evitar grietas y la influencia del calor de soldadura. Se reduce el deterioro del rendimiento del área. Sin embargo, el acero para tuberías sufre una serie de complejos procesos físicos y químicos de desequilibrio durante el proceso de soldadura, que pueden causar defectos en la zona de soldadura o reducir el rendimiento de la junta, principalmente debido a grietas de soldadura y fragilización de la zona afectada por el calor de la soldadura.
Debido al bajo contenido de carbono, se reduce la tendencia al endurecimiento y al agrietamiento en frío del acero para tuberías. Sin embargo, a medida que aumentan el grado de resistencia y el espesor de la placa, todavía existe una cierta tendencia al agrietamiento en frío. Durante la soldadura en el sitio, a menudo se utilizan materiales de soldadura con alto contenido de hidrógeno, como electrodos de celulosa y alambres con núcleo fundente autoprotegidos. La energía de la línea es pequeña y la velocidad de enfriamiento es rápida, lo que aumentará la sensibilidad de las grietas en frío. , se deben tomar las medidas de soldadura necesarias, como soldar y calentar antes de usar.
La fragilidad de la zona de soldadura afectada por el calor es a menudo la causa principal de fracturas de tuberías y accidentes catastróficos. Hay dos áreas principales donde ocurre la fragilización local, a saber, la fragilización en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor, que es causada por el crecimiento excesivo de granos en la zona sobrecalentada y la formación de estructura pobre y recrítica; La fragilización en el área de grano grueso de la soldadura multicapa, es decir, el área de grano grueso en el cordón de soldadura anterior es causada por el recalentamiento del área de dos fases en el cordón de soldadura posterior. La tenacidad se puede mejorar añadiendo una cierta cantidad de elementos de microaleación de Ti y Nb al acero y controlando la velocidad de enfriamiento posterior a la soldadura para obtener un t8/5 adecuado.
2.4 Tuberías de acero para el Proyecto de Transmisión de Gas Oeste-Este
Las tuberías de acero utilizadas en el Proyecto de Transmisión de Gas Oeste-Este son tuberías de acero de grado X70 con especificaciones de φ1 016mm×14.6 ~ 26,2 mm, de los cuales los tubos soldados en espiral representan aproximadamente el 80%, los tubos soldados por arco sumergido con costura recta representan aproximadamente el 20% y el consumo de acero para tuberías es de aproximadamente 6,5438+0,7 millones de toneladas.
El acero para tuberías X70 no solo contiene Nb, V y Ti, sino que también contiene pequeñas cantidades de Ni, Cr, Cu y Mo, lo que retrasa la formación de ferrita a una temperatura más baja y favorece la formación acicular. ferrita y formación de bainita inferior. Por lo tanto, el acero para tuberías X70 es esencialmente un acero para tuberías de ferrita acicular de alta resistencia y tenacidad. La composición química y las propiedades mecánicas de los tubos de acero se muestran en la Tabla 1 y la Tabla 2. Características de la soldadura in situ
Debido a la ubicación remota de los yacimientos de petróleo y gas descubiertos y explotados, las duras condiciones geográficas, climáticas y geológicas y las malas condiciones de apoyo social, se han presentado muchas dificultades en la construcción. temperaturas especialmente bajas.
Al soldar en el sitio, utilice un dispositivo de ensamblaje de boquilla para ensamblar la boquilla. Para mejorar la eficiencia, la viga de cimentación o el montículo de tierra generalmente se coloca debajo de la abertura de la tubería alineada y se inicia la preparación para el siguiente acoplamiento mientras se suelda la interfaz de acoplamiento anterior. Esto creará un estrés adicional significativo. Al mismo tiempo, debido a la influencia de la expansión y contracción térmica de las tuberías de acero, es más probable que se produzcan problemas debido a la tensión adicional generada cuando chocan entre sí.
La posición de soldadura en el sitio es la junta a tope horizontal fija o inclinada de la tubería, incluida la soldadura plana, la soldadura vertical, la soldadura aérea y la soldadura horizontal. Por lo tanto, se plantean requisitos más altos y estrictos para las habilidades operativas de los soldadores.
La industria de tuberías actual requiere que las tuberías tengan presiones de entrega más altas y diámetros más grandes, y que garanticen su operación segura. Para adaptarse a la alta resistencia y tenacidad, el gran diámetro y la pared gruesa del acero para tuberías, han surgido una variedad de métodos de soldadura, materiales de soldadura y procesos de soldadura.
Métodos de soldadura para la construcción de tuberías
La construcción con soldadura de tuberías en el extranjero ha experimentado el desarrollo de la soldadura manual y la soldadura automática. La soldadura manual incluye principalmente soldadura hacia abajo con electrodos de celulosa y soldadura hacia abajo con electrodos de bajo contenido de hidrógeno. En términos de soldadura automática de tuberías, existe una máquina de soldadura a tope de tuberías desarrollada por la ex Unión Soviética. Durante la ex Unión Soviética, se acumularon decenas de miles de kilómetros de tuberías de gran diámetro. Sus características distintivas son su alta eficiencia y su gran adaptabilidad al medio ambiente. El sistema de soldadura automática de tuberías con protección de gas de cabezales múltiples CRC desarrollado por American CRC Company consta de tres partes: máquina biseladora de extremos de tubería, máquina de soldadura a tope interna y sistema combinado de máquina de soldadura interna, y máquina de soldadura externa. Hasta ahora, la longitud acumulada de tuberías soldadas en el mundo ha superado los 34.000 kilómetros. Francia, la ex Unión Soviética y otros países también han investigado y aplicado tecnología de soldadura automática similar dentro y fuera de tuberías, convirtiéndose en la corriente principal de la tecnología de soldadura automática para tuberías de gran diámetro en el mundo actual.
La tecnología de soldadura de costura circunferencial de tubos de acero de China ha experimentado varios cambios importantes. En la década de 1970, se adoptaron métodos de soldadura tradicionales, utilizando soldadura por arco manual con electrodos con bajo contenido de hidrógeno y tecnología de soldadura aérea. En la década de 1980, se promovió la tecnología de soldadura descendente por arco manual, utilizando electrodos de celulosa y electrodos con bajo contenido de hidrógeno para la tecnología de soldadura descendente. En la década de 1990, se empezó a aplicar la tecnología de soldadura semiautomática que utilizaba alambre con núcleo fundente autoprotegido. Hoy en día, se ha promovido por completo la tecnología de soldadura automática en todas las posiciones.
La soldadura por arco manual incluye la aplicación de electrodos de celulosa y electrodos de bajo hidrógeno. La tecnología de soldadura por arco manual era el principal método de soldadura en la construcción de tuberías en mi país en el pasado. Se caracteriza por un gran espacio de montaje en la boca de la tubería, la necesidad de detener el arco durante el proceso de soldadura y el espesor de cada capa de soldadura. y baja eficiencia de soldadura. La soldadura por arco manual es una tecnología de soldadura introducida desde el extranjero en la década de 1980. Se caracteriza por pequeños espacios entre los componentes de la boquilla, gran corriente, soldadura multicapa y rápida. Es adecuada para operaciones de línea de montaje y tiene una alta eficiencia de soldadura. Dado que el espesor de cada capa de soldadura es delgado, la tenacidad de la unión soldada circunferencial se puede mejorar mediante el tratamiento térmico de la capa de soldadura frontal mediante la capa de soldadura trasera. El método de soldadura por arco manual es flexible, sencillo y adaptable. La combinación orgánica de soldadura descendente y ascendente y la buena adaptabilidad de la soldadura de raíz de los electrodos de celulosa siguen siendo insustituibles por los métodos de soldadura automáticos en muchas situaciones.
La tecnología de soldadura semiautomática de alambre tubular autoprotegido se utilizó en la construcción de tuberías en la década de 1990, principalmente para relleno y recubrimiento. Se caracteriza por una alta eficiencia de deposición, buen conformado en todas las posiciones, gran adaptabilidad ambiental y fácil dominio por parte de los soldadores. Es un proceso de soldadura importante para la construcción de tuberías.
A medida que aumentan el grado de resistencia, el diámetro de la tubería y el espesor de la pared de las tuberías de acero utilizadas en la construcción de tuberías, la tecnología de soldadura automática se utiliza gradualmente en la construcción de tuberías. La tecnología de soldadura automática de tuberías tiene las ventajas de una alta eficiencia de soldadura, baja intensidad de mano de obra y poca influencia de factores humanos durante el proceso de soldadura. Tiene un enorme potencial de aplicación en la construcción de tuberías de gran diámetro y paredes gruesas. Sin embargo, la tecnología de soldadura automática de tuberías de mi país está en su infancia, el problema de la soldadura automática de raíces aún no se ha resuelto y las instalaciones de apoyo, como las máquinas formadoras de biseles de extremos de tuberías, aún no están maduras, lo que limita la aplicación a gran escala de la soldadura automática. tecnología. La solidificación a largo plazo del lodo y el óxido en las tuberías hace que el diámetro original de la tubería se reduzca;
La precipitación a largo plazo de lodo en las tuberías produce gas de sulfuro de hidrógeno, lo que provoca contaminación ambiental y fácilmente provoca explosiones;
Las sustancias ácidas y alcalinas en las aguas residuales pueden corroer fácilmente las paredes de las tuberías; la eliminación irregular de materias extrañas en las tuberías puede causar el bloqueo de las tuberías. 1. Limpieza química: la limpieza química es la transformación temporal de las tuberías con productos químicos y se lleva a cabo desde; ambos extremos de la tubería utilizando tuberías temporales y estaciones de bombeo circulantes. Esta tecnología tiene las características de gran flexibilidad, sin requisitos en cuanto a la forma de la tubería, alta velocidad y limpieza profunda.
2. Limpieza con agua a alta presión: utilice chorros de agua a alta presión por encima de 50 Mpa para pelar y limpiar la suciedad en la superficie interior de la tubería. Esta tecnología se utiliza principalmente para tuberías de corta distancia y el diámetro de la tubería debe ser superior a 50 cm. Esta tecnología es rápida y de bajo costo.
3. Limpieza de tuberías: la tecnología de limpieza de tuberías industrial se basa en la fuerza motriz generada por la bomba para empujar el fluido para impulsar el raspador hacia adelante en la tubería y descargar la suciedad acumulada en la tubería fuera de la tubería. , para lograr el propósito de limpieza. Esta tecnología se utiliza ampliamente en proyectos de limpieza de diversos oleoductos, oleoductos y gasoductos, etc. en campos petroleros. , especialmente para la limpieza de tuberías que transportan fluidos a largas distancias, tiene ventajas irremplazables.