image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 3 2018

Ремонт и диагностика

01.09.2018 11:00 РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СВАРКИ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
В статье в контексте исторического развития отечественных технологий строительства магистральных газопроводов освещены основные требования, предъявляемые к современным технологиям сварки. Представлены последние разработки оборудования и материалов в этой области, рассмотрены новые отечественные технологии и оборудование, находящиеся в завершающей стадии подготовки, а также подготовленные к внедрению и внедренные в последние два года, в том числе не имеющие зарубежных аналогов. Отдельный раздел посвящен применению автоматизированного и механизированного ультразвукового контроля. Описаны этапы квалификационных испытаний средств неразрушающего контроля сварных соединений.
Ключевые слова: МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД, ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ, СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА, ЦИФРОВАЯ РАДИОГРАФИЯ.
Открыть PDF


В 2017 г. отмечалась знаменательная дата – 70-летие начала эксплуатации магистральных газопроводов (МГ). Спустя лишь год после окончания Великой Отечественной войны было завершено строительство и введен в эксплуатацию первый МГ «Саратов – Москва» диаметром 325 мм (рис. 1).

После этого началось активное строительство МГ, увеличивались диаметр и толщины стенок труб, росло рабочее давление, совершенствовались технологии строительно-монтажных работ, включая сварочно-монтажные. Строительство МГ набирало обороты. Достаточно назвать газопроводы «Дашава – Киев – Брянск – Москва» диаметром 530 мм (1950-е гг.), «Ставрополь – Москва» диаметром 720 мм (конец 1950-х гг.), «Краснодарский край – Серпухов» диаметром 1020 мм (начало 1960-х гг.), МГ «Бухара – Урал» диаметром 1020 мм и систему МГ «САЦ» диаметром 1220 мм (1970-е гг.), а также систему МГ Западной Сибири и самый известный трансконтинентальный «Уренгой – Помары – Ужгород» диаметром 1420 мм, построенный в 1980-х.

Несмотря на то что значительная часть МГ осталась в странах СНГ, в настоящее время ПАО «Газпром» эксплуатирует крупнейшую в мире газотранспортную систему протяженностью более 170 тыс. км. Бóльшая часть Единой системы газоснабжения была построена в годы так называемого железного занавеса. При этом применялись отечественные технологии сварки: автоматическая сварка под слоем флюса одно- и двусторонних поворотных стыков труб; ручная дуговая сварка электродами с основным и целлюлозным покрытием; контактно-стыковая сварка оплавлением комплексом «Север»; автоматическая сварка неповоротных стыков труб с принудительным формированием шва комплексом «Стык» (рис. 2). И только отдельные участки экспортных МГ, на которых трудились специалисты из социалистических стран, в середине 1980-х гг. строились с использованием импортного сварочного оборудования и технологии автоматической сварки в защитных газах.

В тот период (конец 1970-х – начало 1980-х гг.) одношовные трубы диаметром 1420 мм поставлялись из-за рубежа. Достаточно вспомнить контракт века – «Газ в обмен на трубы». Технологические возможности в трубной отрасли СССР тогда не позволяли производить указанные трубы, а также штампосварные тройники диаметром 1420 мм. Сейчас эта проблема решена полностью, в РФ выпускаются трубы и соединительные детали трубопровода (СДТ) мирового уровня.

С начала 2000-х гг. ПАО «Газпром» приступило к реализации масштабных проектов строительства МГ с высокими техническими параметрами. Остро встал вопрос применения современных отечественных технологий сварки и неразрушающего контроля (НК) сварных соединений (СС).

 

СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЯМ СВАРКИ

Для успешной реализации новых инвестпроектов в части технологий сварки и НК СС были разработаны нормативные документы. Сформулированы основные требования:

– использование технологий, обеспечивающих требуемый темп работ, высокие свойства и качество СС, снижение затрат на выполнение сварочно-монтажных работ, снижение объема направленного металла в разделку;

– разработка и внедрение новых эффективных отечественных технологий одно- и двусторонней сварки труб большого диаметра;

– совершенствование схем организации и требований при выполнении сварочно-монтажных работ в зависимости от протяженности участка, природно-климатических условий, включая сварку и НК СС при низких температурах, в горах и т. п.;

– широкое применение «бесшлаковых технологий»: автоматической и механизированной сварки (с управляемым каплепереносом) в среде защитных газов, аргонодуговой сварки, прежде всего при монтаже технологической обвязки;

– сокращение объемов сварочных работ, выполняемых с применением ручной дуговой сварки (РДС), ее необоснованного применения, особенно при строительстве протяженных участков линейной части (ЛЧ) МГ (минимизация человеческого фактора);

– внедрение эффективных технологий и средств НК СС, прежде всего механизированного (МУЗК) и автоматизированного ультра-звукового контроля (АУЗК), а также цифровой радиографии (ЦР), позволяющих повысить оперативность и достоверность контроля;

– развитие сети сервисных цент-ров по ремонту и техническому обслуживанию сварочного оборудования и средств контроля, центров подготовки и переподготовки персонала, в том числе по новым технологиям.

За последние годы вследствие роста технических параметров МГ (изменение давления с 5,4 до 11,8 МПа: 5,4 МПа 7,4 8,2   9,8 11,8 МПа; изменение диаметра газопроводов: 325 мм   530 720 1020 1220   1420 мм) значительно выросли требования к трубам, СДТ (изменение класса прочности труб, СДТ: К50 К55 К60 К65), а также требования к свойствам СС, требования к механическим параметрам, в том числе к классу прочности сталей, ударной вязкости. Введен новый параметр «трещиностойкость» (СТОD), например на МГ «Сила Сибири» в зонах активных тектонических разломов и многолетнемерзлых грунтов с сейсмикой 9 баллов применяются высокодеформируемые трубы.

Увеличение рабочего давления в МГ до 9,8 и 11,8 МПа (несмотря на рост класса прочности) вызвало рост толщин стенок труб и СДТ (см. табл.).

Указанные изменения парамет-ров МГ, а также необходимость обеспечения требуемых более высоких свойств СС МГ потребовали применения высокопроизводительных сварочных комплексов с технологиями одно- и двусторонней автоматической многоваликовой сварки в смеси защитных газов в узкую перетачиваемую разделку, т. е. для этого потребовалось внесение изменений в геометрические параметры заводской разделки кромок труб (рис. 3).

 

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ

В настоящее время при строительстве и капремонте МГ успешно применяются как импортные, так и отечественные технологии сварки, сварочное оборудование и материалы. В зависимости от характера объекта, его протяженности, сроков выполнения сварочно-монтажных работ нормативными документами ПАО «Газпром» рекомендованы различные, оптимальные для конкретного объекта технологии сварки и НК сварочные комплексы, сварочное оборудование и материалы.

Разработки отечественных производителей сегодня представлены практически во всех сварочных технологиях, комплексах и типах сварочного оборудования. В их число входят:

– комплексы автоматической сварки под слоем флюса одно- и двусторонних поворотных стыков труб (производства АО «КРЭМЗ», ЗАО «Дизель-Ремонт», ООО ПКФ «КЭМЗ СВАРКА», ООО НПП «НЕФТЕГАЗСТРОЙМАШ») (рис. 4);

– комплексы автоматической одно- и двусторонней сварки проволокой сплошного сечения в защитных газах (производства НПП «Технотрон», ООО НПО «Машиностроение») (рис. 5); комплексы и сварочное оборудование (сварочные головки с источниками тока) для автоматической сварки проволокой сплошного сечения и порошковой проволокой в защитных газах (производства НПП «Технотрон», АО «НПФ «ИТС», ООО «Нефтекамский завод трубопроводного оборудования») (рис. 6);

– комплексы и оборудование (подающие механизмы с источниками тока) в среде защитных газов с управляемым каплепереносом (производства НПП «Технотрон», ЗАО «Уралтермосвар», АО «НПФ «ИТС») (рис. 7);

– оборудование для автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом (производства НПП «Технотрон») (рис. 8);

– оборудование для ручной дуговой сварки и аргонодуговой сварки неплавящимся электродом (производства НПП «Технотрон», ЗАО «Уралтермосвар», АО «НПФ «ИТС» и др.).

 

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

Необходимо сказать о новых отечественных технологиях и оборудовании, находящихся в завершающей стадии разработки, а также подготовленных к внедрению и внедренных в последние два года, в том числе не имеющих зарубежных аналогов.

Технология автоматической контактной стыковой сварки оплавлением (КСО) труб большого диаметра (рис. 9). В настоящее время изготовлено два комплекса для сварки труб диаметром 1220 и 1420 мм. Комплекс для сварки труб диаметром 1220 мм изготовлен применительно к сварке морских газопроводов (заказчик – компания «МРТС»), а его внедрение запланировано после получения заказа компанией «МРТС».

Комплекс для сварки труб диаметром 1420 мм смонтирован на шасси вездеходов «Витязь» и в настоящее время находится на базе заказчика (АО «СтройТрансНефтеГаз», г. Гагарин), начато проведение пусконаладочных работ, комплекс готовится к проведению испытаний в рамках производственной аттестации технологии сварки.

Технология сварки труб большого диаметра разработана и предусмотрена СТО Газпром 2-2.2-1098–2016 [1].

Технологии автоматической комбинированной контактно-дуговой сварки оплавлением труб большого диаметра. Данная технология разработана и предусмотрена Р Газпром 2-2.2-1086–2016 [2]. Она сочетает в себе достоинства КСО и при этом не требует проведения последующей термической обработки стыка.

Технология автоматической контактной стыковой сварки оплавлением при строительстве газопроводов-отводов диаметром до 300 мм включительно.

Оборудование изготовлено и применено при строительстве газопровода-отвода в Якутии, готово к практическому применению на объектах ПАО «Газпром», – в этих целях ООО «Газпром ВНИИГАЗ» должно разработать нормативный документ (инструкцию) и согласовать с ПАО «Газпром». Оборудование дополнено устройством для снятия грата и системой лазерного сканирования усиления шва изнутри трубы. Моноблок, полный автомат.

Технология лазерной сварки неповоротных стыков труб большого диаметра (рис. 10). Данная технология разработана компанией ООО НПК «УТС «ИНТЕГРАЦИЯ», которая мобилизовала потенциал и лазеры ООО НТО «ИРЭ-Полюс».

В настоящее время технология и установка лазерной сварки неповоротных кольцевых СС диаметром 720–1420 мм УЛСТ-1 уже аттестованы для производства работ при положительных температурах, технологическая инструкция согласована с ПАО «Газпром».

Изготовлены первые серийные установки УЛСТ-1 и в кооперации с АО «Газстройпроект» начата сборка самоходного агрегата САЛС. Производственная аттестация технологии лазерной сварки и трассовые испытания САЛС, включая климатические испытания установки УЛСТ-1, запланированы на конец 2018 г. Об уникальности технологии говорят результаты, полученные в ходе испытаний, и сверхузкая разделка кромок труб с притуплением 5–8 мм и более и раскрытием всего 4 мм. Технология обеспечивает минимальный объем наплавленного металла (в три раза меньше, чем у самой высокопроизводительной технологии двусторонней автоматической сварки в защитных газах, высокие механические свойства СС и ряд других преимуществ.

В настоящее время выполнена отработка технологии лазерной сварки труб со смещением кромок до 2 мм.

Технология двухсторонней комбинированной технологии лазерно-дуговой сварки неповоротных стыков труб большого диаметра и больших толщин. Данную технологию разрабатывают ООО НПК «УТС «ИНТЕГРАЦИЯ» и компания ООО «Электрик-дуговое оборудование». В этой технологии могут быть использованы преимущества обоих методов: дуговой сварки корневого прохода изнутри сварочными головками, расположенными на внутрисварочной машине (внутреннем центраторе) АСМТ-1420 и лазерной сварки – снаружи с применением установки УЛСТ-1 (рис. 11). Для сварки корневого прохода могут быть использованы внутрисварочные машины компании CRC-Evans, имеющиеся в значительном количестве в крупных подрядных организациях. В настоящее время идет отработка технологии и режимов сварки на фрагментах труб.

Лазерная сварка трубных узлов из коррозионно-стойких сталей. С участием компании ООО «Строй-газконсалтинг» компанией ООО НПК «УТС «ИНТЕГРАЦИЯ» начата разработка технологии поворотной лазерной сварки трубных узлов из нержавеющих сталей.

Механизированная аргонодуговая сварка с неплавящимся электродом (рис. 12). Технология новая, разработана НПП «Технотрон» в содружестве с ООО «Газпром трансгаз Чайковский» и позволяет получить СС высокого качества и значительно повысить производительность сварки по сравнению с ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом. В настоящее время технология активно используется компанией ООО «Стройгазконсалтинг» на объектах ПАО «Газпром» и других заказчиков нефтегазового сектора.

Применение высокопроизводительных комплексов автоматической дуговой сварки в защитных газах в узкую разделку, несмотря на высокую производительность и свойства СС, вызвало появление характерных для этих способов дефектов СС, а именно: межваликовое несплавление и несплавление по кромке.

 

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Практически до 2014 г. основным методом НК (согласно СНиП III-42–80* [3]) являлся радиографический контроль (РК). На узких перетачиваемых разделках РК оказался неэффективным и не обеспечивал полного выявления таких дефектов, как межваликовое несплавление и несплавление по кромке.

В главном нормативном документе по НК качества СС промысловых и магистральных газопроводов ОАО «Газпром» СТО Газпром 2-2.4-083–2006 [4] (введен в действие в 2007 г.) впервые определены условия (п. 6.8), при которых ультразвуковой контроль (УЗК) допускается в качестве основного физического метода контроля качества СС.

При реализации новых инвестиционных проектов МГ потребовалась разработка дополнительных нормативных документов, в том числе методик для выполнения работ по НК и УЗК качества СС.

В частности, при реализации уникального проекта МГ «Бованенково – Ухта» (в 2008 г.) для строительства морского перехода через Байдарацкую губу были разработаны регламент, нормы и внедрен АУЗК. Следует отметить, что АУЗК был успешно применен и на последующих морских проектах.

Внедрение эффективного АУЗК и даже МУЗК на сухопутных МГ оказалось более сложной задачей. Начиная с 2014 г. реализованы важные мероприятия, направленные на внедрение МУЗК и АУЗК, а также ЦР в соответствии со специально разработанной Программой квалификационных испытаний средств НК и проверки методик проведения контроля качества кольцевых сварных соединений магистральных газопроводов на соответствие требованиям нормативных документов ОАО «Газпром». Проведены масштабные квалификационные испытания на подготовленных непосредственно для этих целей стендах с тремя контрольными сварными соединениями, сваренными пятью способами сварки, с заложенными искусственными дефектами.

Основной этап квалификационных испытаний заявленных средств НК проведен на базе Опытно-экспериментального центра ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

В указанный период проведены квалификационные испытания 25 средств НК СС, представленных 15 организациями-заявителями, в том числе были представлены 5 ед. компьютерной и цифровой радиографии, 6 – ручного УЗК, 6 – МУЗК, 8 – АУЗК.

По итогам квалификационных испытаний экспертными организациями (ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ООО «НИИЦ СТНК «Спектр») выполнены обработка и анализ полученных результатов, актуализирован Реестр средств неразрушающего контроля качества сварных соединений, разрешенных к применению на объектах «Газпрома» [5].

В 2017 г. был выполнен комплекс дополнительных квалификационных испытаний в целях расширения применения средств МУЗК и АУЗК, а также ЦР (рис. 13).

Необходимо отметить разработку и успешные квалификационные испытания установки АУЗК (рис. 14), предназначенной для НК качества кольцевых СС, выполненных КСО, а именно установки «Автокон АР» производства ФГАУ «НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана».

Эффективными являются отечественные средства МУЗК и АУЗК производства ООО «Алтес», ООО «НПЦ «Эхо+», ООО НПЦ «Кропус» и др.

В настоящее время в области ЦР предлагаются отечественные технологии и средства ЦР, имеющие неоспоримые преимущества по сравнению с традиционной радиографией.

В этом направлении активно работает ООО «Цифра» с цифровым радиографическим комплексом «ТРАНСКАН», предназначенным для контроля качества СС радиационным методом с регистрацией изображения на цифровой детектор (перспективным является оснащение комплекса «ТРАНСКАН» блоком автоматизированного визуально-измерительного конт-роля (рис. 15)). Томский политехнический университет ведет разработку Комплекса цифрового РК (беспленочного) СС труб с применением панорамной схемы контроля, а автоматизированный мобильный дефектоскопический комплекс для фронтального просвечивания сварного соединения через две стенки в настоящее время находится в опытно-промышленной эксплуатации в ООО «Газпром трансгаз Томск».

 

ВЫВОДЫ

При строительстве и ремонте МГ ПАО «Газпром» используются технологии, обеспечивающие требуемый темп работ, высокие свойства и качество СС. Ведутся разработка и внедрение новых эффективных отечественных технологий одно- и двусторонней сварки труб большого диаметра.

Сокращаются объемы сварочных работ, выполняемых с применением РДС, ее необоснованного применения, особенно при строительстве протяженных участков ЛЧ МГ (минимизация человеческого фактора). Внедряются эффективные технологии и средства НК СС, прежде всего МУЗК и АУЗК, а также ЦР, позволяющие повысить оперативность и достоверность контроля.

Выполняется на системной основе в соответствии с программами развития сварочного производства разработка нормативных документов по технологиям сварки и контролю качества СС для строительства, реконструкции и ремонта объектов ПАО «Газпром».

Важнейшим направлением развития технической политики в области сварки и НК СС является направление совершенствования действующих нормативных документов по сварке и контролю качества СС.

Нормативные документы ПАО «Газпром» по сварке и НК качества СС учитывают новые характеристики труб, СДТ и тип разделки кромок, регламентируют выбор оптимальных технологий сварки и современных физических методов НК СС (с применением ЦР и КР) и УЗК (прежде всего МУЗК и АУЗК). В них содержатся уточненные объемы контроля и новые дифференцированные нормы оценки качества СС, рег-ламентируются допустимые размеры новых типов дефектов (межваликовое и межслойное несплавления), характерных для новых автоматических и механизированных способов сварки в защитных газах в узкую разделку, а также матовых пятен СС, выполненных КСО.

 

Увеличение толщины стенок труб и СДТ

Категория участка газопровода

Класс прочности труб

Толщина стенки газопровода, мм

при давлении:

7,4 МПа

9,8 МПа

11,8 МПа

III категория

К60

15,7

21,6 мм

26,4

К65

23,0

I–II категория

К60

18,7

25,8

31,6

К65

27,7

Категория В

К60

23,2

32,0

37,9

К65

33,4

 



← Назад к списку