+7 (495) 777-01-59

105118, г. Москва, ул. Кирпичная, д. 20, стр. 7
Telegram Instagram youtube Viber Vk twitter fb mail

В погоне за иксами. Магистральные трубопроводы

труба газовая Энергетическая стратегия России в связи с истощением разрабатываемых сегодня месторождений предполагает строительство сверхдальних нефтегазопроводов для освоения источников на Ямале, в Якутии, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, на арктическом шельфе. В этих регионах трубопроводы будут использоваться в экстремальных климатических условиях, с температурами наружного воздуха до-60 С (градусов). "Бованенково-Ухта", "Северный поток", "Сахалин-Хабаровск", "Восточная Сибирь - Тихий Океан"- вот далеко не полный перечень проектов в этой сфере. На подходе Штокман и "Южный поток".

Нитки трубопроводов становятся все длиннее, мощности магистралей растут, и это вынуждает нефтегазовую отрасль увеличивать требования к трубам в части прочности, ударной вязкости, свариваемости и сопротивления хрупкому разрушению. Это не прихоть нефтегазового сектора- условия эксплуатации при низких температурах, ледовых и сейсмических воздействиях, коррозийной активности окружающей среды вынуждает искать новые стали, способные противостоять всем негативным внешним факторам.

Существует и ряд проблем иного характера. Действующая система нефтегазопроводов внутри страны для доставки топлива от месторождения к потребителям построена несколько десятков лет назад и требует значительного ремонта и модификации. Политика, проводимая Россией вынуждает снижать внешние риски, а порядка 90% российского топлива идет к европейским партнерам не напрямую, а через посредников. Этим в том числе обусловлено строительство прямых магистральных трубопроводов в обход ряда стран Восточной Европы.

В 1960-1970-е годы для строительства магистральных газопроводов требовалось в основном трубы диаметром до 1220 мм, для средней полосы с температурой эксплуатации около 0 С (градусов) и рабочим давлением до 5,4 МПа. Трубы изготавливались из нормализованной стали типа 17ГС с временным сопротивлением 52 кгс/мм2, что соответствует классу прочности К52.

В 1970-е годы началось освоение месторождений Крайнего Севера и транспортировка газа на большие расстояния в центральные районы и до западной границы СССР на экспорт. Сооружались магистральные газопроводы преимущественно из труб стальных диаметром 1420мм. с рабочим давлением 7,4-8,3 МПа, а температура эксплуатации понизилась до -20 С (градусов). Это потребовало перехода на стали контролируемой прокатки с временным сопротивлением 56-60 кгс/мм2 (класс прочности К55-К60 (Х70)) и ужесточения требований к трубной заготовке.

Увеличение давления при прокачке топлива до 12 МПа сегодня и до 25 МПа в перспективе потребует использования труб класса прочности Х80-Х90, а потом и Х100, что позволит увеличить пропускную способность и при этом сохранить толщину стенки трубы. Уже при строительстве магистрального трубопровода "Бованенково-Ухта" в проекте изначально планировалось использовать трубы класса прочности К65 (Х80) диаметром 1420мм. с толщиной стенки 23-33 мм. Раньше подобные трубы нигде в мире не производились. Прогресс не стоит на месте, и во многих странах разрабатываются новые виды стали, обладающие улучшенными характеристиками по прочности, хладостойкости и коррозийной устойчивости. Сегодня основные направления в проектировании трубопроводов- это повышение эффективности (увеличения давления), увеличение срока их службы и улучшение показателей экологической безопасности.

Использование более прочной стали в производстве подобных труб обладает рядом очень существенных преимуществ. Увеличение рабочего давления в газопроводе до 12 МПа позволяет повысить его производительность на 55-60%. На четверть снижаются объем и стоимость балластировочных работ (балластировка- способ закрепления трубопроводов с помощью утяжеляющих грузов или бетонирования при прокладке их на заболоченных либо обводненных грунтах). На 7-8% сокращаются удельные энергозатраты, и, что немаловажно, на 8-9% снижаются металлозатраты. Трубы большого диаметра производятся с помощью многодуговой сварки под флюсом, характеризующей высокой погонной энергией. В связи с этим при производстве толстостенных труб повышенной прочности возникает ряд проблем, связанных как с получением удовлетворительной ударной вязкости металла зоны термического влияния (ЗТВ) при низких температурах, так и с обеспечением равнопрочности основному металлу отдельных участков ЗТВ.

Научный подход к созданию технологии сварки высокопрочных труб вызывает большой практический интерес и основывается на изучении фазовых превращений и структуры ЗТВ сварных соединений.

Исследования в области металловедения сварки позволили обеспечить более прочную и пластичную околошовную зону трубы. Это значительно увеличивает надежность эксплуатации, экологическую безопасность и срок службы трубопроводов.

"Область около сварного шва считается наиболее уязвимым местом при эксплуатации труб большого диаметра, - говорит генеральный директор Ижорского трубного завода (ИТЗ) Н. Скорохватов.- Из-за высоких температур металл в месте сварки трубы становится менее прочным и более хрупким, возрастает риск его разрушения. Оптимальная комбинация таких параметров, как сила тока, скорость сварки, напряжение дуги и др., позволяет улучшить свойства в околошовной зоне".

На ИТЗ, выпускающем трубы диаметром до 1420мм. и длиной до 18м, в 2007-2010гг. осваивалось производство толстостенных труб класса прочности Х80 (К65) и Х90 (К70) из штрипса ЧерМК Северсталь, произведенного по технологии, разработанной совместно с ЦНИИ КМ "Прометей" и ЦНИИчермет им. И. П. Бардина.

Высокопрочные трубы требуют сочетания хороших прочностных свойств и высокой хладостойкости как для основного металла, так и для сварного соединения. Трубы класса прочности К65 с толщиной стенки 27,7 и 33,4мм, изготовленные на ИТЗ с использованием разработанных режимов сварки, прошли аттестацию на соответствие техническим требованиям к магистральному газопроводу "Бованенково-Ухта", трубы класса прочности Х90 и К70- на соответствие требованиям заказчика проекта "Магистраль". Ключевые аспекты производства ТБД- качество и сортамент листа металлического для газопроводных труб. Качество листа может быть обеспечено только при применении полного комплекса современных металлургических технологий, таких как выплавка стали из малосернистого чугуна в кислородных конвертерах или электропечах. Комплексы внепечной обработки и вакуумирования позволяют получить сталь с низким содержанием вредных примесей и оптимальным химическим составом (с пониженным содержанием углерода), что обеспечивает низкий углеродный эквивалент для улучшения свариваемости и предотвращения сегрегации и осевой ликвации в листе.

Непрерывная разливка на современных установках позволяет получать слябы без осевой ликвации и скоплений неметаллических включений. При помощи контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением на станах с полным неразрушающим контролем образуется лист с хорошей геометрией, сплошностью и равномерным по длине листа комплексом механических свойств, таких как прочность, пластичность, вязкость и хладостойкость.

Трубы диаметром 1420мм. на давление 11,8 МПа будут иметь толщину стенки 24,9, 29,7мм. (III-IV и I-II участки категории) и 36,7мм. (участки категории В). Хладостойкость или отсутствие хрупких разрушений металла подтверждаются испытаниями на ударную вязкость и процентом волокна в изломе образцов DWTT. Высокая прочность труб должна сочетаться с высоким уровнем вязкости и пластичности стали.

трубы стальные Прочностные свойства металла, такие как временное сопротивление и предел текучести, с запасом обеспечивают несущую способность трубы под действием расчетных эксплуатационных нагрузок, в первую очередь внутреннего давления. Пластические свойства (относительное удлинение и отношение предела текучести к временному сопротивлению) обеспечивают необходимый запас деформативности металла при воздействии незапланированных нагрузок, при появлении мест деформации и напряжения.

Процесс изготовления гнутых отводов представляет собой перемещение трубы через кольцевой индуктор с постоянной скоростью 5-30мм. в минуту при температуре 800-1100 С, где под воздействием ультразвука происходит кольцевой нагрев заготовки. Формирование геометрии отвода в процессе сгибания трубной заготовки обусловливается значительным снижением предела текучести стали в нагретой кольцевой зоне, где изменяется геометрия. В данном случае холодные кольцевые зоны исходной трубы и сформировавшегося отвода выполняют роль конструктивных элементов оборудования.

Сегодня специалисты говорят о том, что пока нет необходимости использовать еще более прочную сталь для изготовления ТБД. Тем не менее многие НИИ и металлургические компании прикладывают большие усилия для совершенствования технологий производство труб из высокопрочных сталей. Рабочее давление в магистральных трубопроводах будет только расти, как и пропускная способность всей системы. Будут осваиваться новые месторождения, которые располагаются в более суровых климатических условиях. Магистрали будут прокладываться на больших глубинах, соответственно к трубам будут предъявляться все более и более жесткие требования. Таким образом, можно предположить, что и в дальнейшем доля высокопрочной стали, используемой при строительстве магистральных нефте- и газопроводов, будет только увеличиваться.





источник:
ИИС «Металлоснабжение и сбыт»