Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. Территория "Нефтегаз"
  4. Территория "Нефтегаз" 5-6.2024
Территория Нефтегаз 5-6.2024

Научная статья

EDN: ZIWDVN

УДК 539.375.6+621.643.412
(UDK 539.375.6+621.643.412)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

ГРС И СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ (GDS AND GAS SUPPLY SYSTEM)

МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ВИБРОНАГРУЖЕННЫХ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ИЗНАШИВАНИЮ ПРИ ФРЕТТИНГЕ

(METHODS TO ENSURE LEAK TIGHTNESS OF FLANGED CONNECTIONS EXPOSED TO VIBRATION LOADS AND FRETTING WEAR)

Основными причинами снижения герметичности фланцевых соединений технологических трубопроводов компрессорных и газораспределительных станций, эксплуатируемых в условиях вибрации, служат развитие фреттинга в зоне контакта «фланец – прокладка» и самопроизвольное развинчивание резьбовых соединений фланцев при отсутствии стопорных элементов. Поскольку данные факторы не учитываются в нормативно-технической документации, создание методики оценки герметичности фланцевых соединений, работающих под воздействием вибрационных нагрузок, представляет собой актуальную задачу.
Согласно нормативно-технической документации вибрация, возникающая на газопроводах, носит низкочастотный характер и формируется вследствие завихрений потока газа в местах геометрических неоднородностей в виде тройников, отводов, тупиков, а также резонанса в трубопроводной системе. Для выявления и устранения данного явления необходимо провести сопоставление диапазона частоты вынужденных колебаний, рассчитанного на основании геометрических и скоростных показателей, с частотой собственных. Последняя при определенной величине виброскорости вызывает виброперемещение трубопровода, которое провоцирует малоамплитудное микропроскальзывание поверхности фланца относительно прокладки, фреттинг-изнашивание ее поверхностных слоев и, как следствие, снижение давления обжатия и нарушение герметичности.
В разработанной методике определено, что для сохранения герметичности фланцевых соединений и во избежание внезапных аварий необходимо контролировать давление обжатия прокладки, а при отсутствии или невозможности применения стопорных элементов – величину снижения момента затяжки резьбовых соединений фланцев. При приближении фактических значений контролируемых параметров к критическим величинам, установленным в методике, требуется провести своевременное техническое обслуживание.

The main reasons behind leak occurrence in flanged connections of process pipelines at compressor and gas distribution stations exposed to vibrations during their operation are the development of fretting at flange-gasket interface and spontaneous unscrewing of threaded connections on flanges without locking devices. These factors are not addressed in engineering rules and regulations, and methods of assessment of leak tightness of flanged connections exposed to vibration loads need to be developed.
According to engineering rules and regulations, vibrations encountered in gas pipelines are low-frequency oscillations, which are generated due to vortex conditions of gas stream in locations featuring irregular geometry (like tees, bends, dead ends), and due to resonance in the pipeline system. To identify and eliminate such occurrences, it is required to compare frequency range of the induced oscillations, calculated from the geometry and velocity, and natural oscillation frequency. At specific vibration velocity, natural oscillation causes vibration-induced displacement of a pipeline, which promotes a low-amplitude micro slip of the flange face in relation to the gasket, contributes to the fretting wear of the gasket's top layers and, ultimately — to lowered compression pressure and occurrence of leakage condition.
The developed methodology states that the key to prevent leaks in flanged connections and emergencies is to monitor compression pressure on gaskets, or, in cases where locking devices are not available or feasible – monitor the decrease in tightening torque of flange threaded connections. When actual monitored parameters are approaching the critical values stated in the methodology, the operator must conduct maintenance in a timely manner.

ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ФРЕТТИНГ, ИЗНАШИВАНИЕ, ВИБРАЦИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТРУБОПРОВОД, ГЕРМЕТИЧНОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ ОБЖАТИЯ, МОМЕНТ ЗАТЯЖКИ

FLANGED CONNECTION, FRETTING, WEAR, VIBRATION, PROCESS PIPELINE, LEAK TIGHTNESS, COMPRESSION PRESSURE, TIGHTENING TORQUE

О.Б. Дубинова1, e-mail: dubinova.o@gubkin.ru;

О.Ю. Елагина1, e-mail: elaguina.o@gubkin.ru;

Ю.С. Дубинов1, e-mail: dubinov.y@gubkin.ru


1 ФГАОУ ВО «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

О.B. Dubinova1, e-mail: dubinova.o@gubkin.ru;

О.Yu. Elaguina1, e-mail: elaguina.o@gubkin.ru;

Yu.S. Dubinov1, e-mail: dubinov.y@gubkin.ru


1 National University of Oil and Gas “Gubkin University” (Moscow, Russia).

Дубинова О.Б., Елагина О.Ю., Дубинов Ю.С. Методика обеспечения герметичности вибронагруженных фланцевых соединений, подверженных изнашиванию при фреттинге // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2024. № 5–6. С. 76–84. EDN: ZIWDVN.

Dubinova OB, Elaguina OYu, Dubinov YuS. Methods to ensure leak tightness of flanged connections exposed to vibration loads and fretting wear. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2024; (5–6): 76–84. EDN: ZIWDVN. (In Russian)

Патент № 2599612 Российская Федерация, МПК F16B 39/26 (2006.01. Резьбовое соединение повышенной надежности и универсальности: № 2015113415/12: заявл. 10.04.2015: опубл. 10.10.2016 / Соколов Ю.С., Орлов Ю.А., Морозов В.В. и др.; заявитель ФГБОУ ВО ВлГУ // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2599612C1_20161010 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2743494 Российская Федерация, МПК F16B 39/12. Самостопорящая цанговая гайка: № 2020112572: заявл. 25.03.2020: опубл. 19.02.2021 / Шайдоров В.В. // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2743494C1_20210219 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2743635 Российская Федерация, МПК F16B 39/36 (2006.01). Крепежный элемент стопорного резьбового соединения и стопорное резьбовое соединение с его использованием: № 2020124250: заявл. 21.07.2020: опубл. 20.02.2021 / Мельников М.Б. // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2743635C1_20210220 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2194198 Российская Федерация, МПК F16B 39/34 (2006.01). Самостопорящееся резьбовое соединение: № 2001113850: заявл. 21.05.2001: опубл. 10.12.2002 / Кирин Е.М.; заявитель ФГБОУ ВО ПГУ // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2194198C1_20021210 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2553316 Российская Федерация, МПК F16B 39/02 (2006.01). Стопорное резьбовое устройство: № 2014100948/02: заявл. 13.01.2014: опубл. 10.06.2015 / Халидов С.И., Бангаев С.Ш., Халадов А.Ш. и др.; заявитель ФГБОУ ВО «ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова» // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2553316C1_20150610 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2392507 Российская Федерация, МПК F16B 39/02 (2006.01). Способ Землякова Н.В. стопорения гайки относительно резьбового стержня: № 2009103349/11: заявл. 02.02.2009: опубл. 20.06.2010 / Земляков Н.В.; заявитель ФГБОУ ВО «ОГУ им. И.С. Тургенева» // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2392507C1_20100620 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2594866 Российская Федерация, МПК F16B 39/24 (2006.01). Стопорная шайба двойного действия: № 2013103022/12: заявл. 24.06.2011: опубл. 20.08.2016 / Дельшер К.; заявитель Nord Lock International Ab // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2594866C2_20160820 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2193702 Российская Федерация, МПК F16B 39/24 (2006.01), МПК F16B 39/26 (2006.01). Пружинная шайба: № 2001111307/28: заявл. 23.04.2001: опубл. 27.11.2002 / Леконцев Ю.М., Цыганков Д.А.; заявитель ИГДС СО РАН // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2193702C1_20021127 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 183020 Российская Федерация, МПК F16B 37/00 (2006.01). Гайка самоконтрящаяся, герметизирующая: № 2018119977: заявл. 30.05.2018: опубл. 07.09.2018 / Арапов А.П., Бухаров О.В., Гуров В.Ф. и др.; заявитель АО «Туполев» // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU183020U1_20180907 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2486378 Российская Федерация, МПК F16B 43/00 (2006.01), МПК F16B 39/24 (2006.01). Самоконтрящийся комплект болт-гайка: № 2011128310/12: заявл. 07.12.2009: опубл. 27.06.2013 / Ли Санг Чеол // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2486378C2_20130627 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2602776 Российская Федерация, МПК F16B 39/34 (2006.01). Стопорящееся резьбовое соединение: № 2015118277/12: заявл. 15.05.2015: опубл. 20.11.2016 / Шакиров Р.И., Лашков В.А., Вавилов Ю.Г. и др.; заявитель ФГБОУ ВО КНИТУ // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2602776C1_20161120 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2690150 Российская Федерация, МПК F16B 39/24 (2006.01), МПК F16B 43/00 (2006.01), МПК F16B 53/22 (2006.01). Клиновая стопорная шайба с повышенной коррозионной стойкостью и способ ее изготовления: № 2017130648: заявл. 29.01.2016: опубл. 30.05.2019 / Андерсон Маттиас; заявитель Nord-Lock AB // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2690150C2_20190530 (дата обращения: 04.05.2024).

Патент № 2745053 Российская Федерация, МПК F16B 13/06 (2006.01). Устройство для ограничения крутящего момента с фиксирующими захватами: № 2019124637: заявл. 05.12.2017: опубл. 18.03.2021 / Шимахара Х., Инфангер Э.; заявитель АО «Хилти» // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2745053C2_20210318 (дата обращения: 04.05.2024).

СТО Газпром РД 1.10-098–2004. Методика проведения технического диагностирования трубопроводов и обвязок технологического оборудования газораспределительных станций магистральных газопроводов. М.: ИРЦ Газпром, 2004. 71 с.

ГОСТ 32388–2013. Трубопроводы технологические. Нормы и методы расчета на прочность, вибрацию и сейсмические воздействия // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200110068 (дата обращения: 04.05.2024).

Якубович В.А. Вибрационная диагностика трубопроводов компрессорных станций. М.: Недра, 2004. 334 с.

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: в 10 т. 3-е изд., перераб. М.: Наука, 1986. Т. VI: Гидродинамика. 736 с.

Дубинова, О.Б., Елагина О.Ю., Дубинов Ю.С. Исследование влияния фреттинга на опасность разгерметизации фланцевых соединений на объектах ГРС в условиях повышенных вибраций // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2022. № 2 (307). С. 158–171. DOI: 10.33285/2073-9028-2022-2(307)-158-171. EDN: BVSECC.

ГОСТ 11284–75. Отверстия сквозные под крепежные детали. Размеры // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200020798 (дата обращения: 04.05.2024).

ГОСТ 34233.4–2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/556344847 (дата обращения: 04.05.2024).

Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 368 с.

Елагина О.Ю., Буклаков А.Г., Дубинова О.Б., Новотни-Фаркас Ф. Развитие фреттинга при эксплуатации газотранспортных объектов // Трение и износ. 2021. Т. 42, № 5. С. 562–571. DOI: 10.32864/0202-4977-2021-42-5-562-571. EDN: CORJLR.

РД 37.001.131–89. Затяжка резьбовых соединений. Нормы затяжки и технические требования // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.- техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200096194 (дата обращения: 04.05.2024).

Sokolov YuS, Orlov YuA, Morozov VV, Orlov DYu, Zhdanov AV, Arefev EV, et al. Improved reliability and versatility threaded connection. RU2599612 (Patent) 2016.

Shajdorov VV. Self-locking collet nut. RU2743494 (Patent) 2021.

Melnikov MB. Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener. RU2743635 (Patent) 2021.

Kirin EM. Self-locking threaded joint. RU2194198 (Patent) 2002.

Khalidov SI, Bangaev SS, Khaladov ASh, Bogatyrev TS, Nakhaev MR. Locking thread device. RU2553316 (Patent) 2015.

Zemljakov NV. Method by Zemlyakov NV for arrest of nut relative to threaded rod. RU2392507 (Patent) 2010.

Delsher K. Lock washer of double action. RU2594866 (Patent) 2016.

Lekontsev JuM, Tsygankov DA. Spring washer. RU2193702 (Patent) 2002.

Arapov AP, Bukharov OV, Gurov VF, Kataev OO. Sealing locknut. RU183020 (Patent) 2018.

Li SC. Self-locking bolt-nut set. RU2486378 (Patent) 2013.

Shakirov RI, Lashkov VA, Vavilov JuG, Strelnik AG, Lebedkov JuA. Locked threaded joint. RU2602776 (Patent) 2016.

Andersson M. Wedge-shaped lock washer with high corrosion resistance and method of its manufacturing. RU2690150 (Patent) 2019.

Shimakhara K, infanger E. Torque limiting apparatus with fixating grabs. RU2745053 (Patent) 2021.

OAO Gazprom (open joint stock company). STO Gazprom RD 1.10-098–2004 (company standard). Methodology for technical diagnostics of pipelines and process equipment piping at gas distribution stations on gas trunk lines. Moscow: Gas Industry Information and Advertising Center; 2004. (In Russian)

Euro-Asian Council for Standardization, Metrology and Certification (EASC). GOST 32388–2013 (state standard). Processing pipes. Standards and calculation methods for the stress, vibration and seismic effects. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200110068 [Accessed: 4 May 2024]. (In Russian)

Yakubovich VA. Diagnostics of Pipeline Vibrations at Gas Compressor Stations. Moscow: Subsoil [Nedra]; 1980. (In Russian)

Landau LD, Lifshitz EM. Hydrodynamics. Vol. 7. 3rd ed. Moscow: Science [Nauka]; 1986. (In Russian)

Dubinova OB, Elagina OYu, Dubinov YuS. Investigation of influence of fretting on risk of depressurization of flange joints at gds facilities under increased vibrations. Proceedings of Gubkin Russian State University of Oil and Gas [Trudy Rossiyskogo gosudarstvennogo universiteta nefti i gaza imeni I.M. Gubkina]. 2022; 307(2): 158–171. https://doi.org/10.33285/2073-9028-2022-2(307)-158-171. EDN: BVSECC. (In Russian)

EASC. GOST 11284–75. Through holes for fasteners. Dimensions. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200020798 [Accessed: 4 May 2024]. (In Russian)

EASC. GOST 34233.4–2017. Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Strength and leak-tightness calculation of flange joints. Available from: https://docs.cntd.ru/document/556344847 [Accessed: 4 May 2024]. (In Russian)

Birger IА, Iosilevich GB. Threaded and Flanged Connections. Moscow: Mechanical Engineering [Mashinostroenie]; 1984. (In Russian)

Elagina OY, Buklakov AG, Dubinova OB, Novotny-Farkas F. Development of fretting during the operation of gas transportation facilities. Journal of Friction and Wear. 2021; 42(5): 367–373. https://doi.org/10.3103/S1068366621050056. EDN: PEFADI.

Korchagin VV, Nesterova NA, Antonov VA, Kholodova SYu, Ovchinnikov AA, Ivanova SA. RD 37.001.131–89 (regulatory document). Tightening of threaded connections. Tightening standards and specifications. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200096194 [Accessed: 4 May 2024]. (In Russian)
Назад к журналу
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

О нас

 

 

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57