Сварка и монтаж трубопроводов на проекте SHВAB-1 (часть 2)
ROGTEC, 27.05.2009
ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ СВАРОЧНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ
Начало статьи
В целом на проекте при сооружении линейной части нефтепровода было сварено: ручной дуговой сваркой (технологии WPS-01 и WPS-02) 4730 стыков труб диаметром 30” со стенкой толщиной 11,08 и 13,03 мм со средним суточным темпом 0,9—1,2 км; автоматической сваркой оборудованием CRC AW (технология WPS-13) 4194 стыка из труб диаметром 30” со стенкой толщиной 11,08 мм со средним суточным темпом 1,5—1,9 км.
В процессе линейной потолочной сварки по технологии WPS-01 стык труб собирался на внутреннем самоходном пневматическом центраторе с зазором 1,6—2 мм. Для фиксации зазора в процессе сборки и сварки стыка использовались клинья. Корневой слой шва выполнялся двумя электросварщиками в течение приблизительно 9 мин. Сварка велась на прямой полярности, что увеличивало проплавление кромок труб и скорость. Электрод перемещался в разделке сверху вниз, опиранием втулочки из покрытия на кромки стыка с образованием под дугой в сварочной ванне «замочной скважины».
В вертикальной части стыка, когда расплавленный металл и шлак начинают затекать под дугу, увеличивается сила сварочного тока и скорость сварки. В потолочной части стыка сила тока уменьшается для снижения массы сварочной ванны и улучшения формирования обратного валика. В процессе сварки электросварщик также контролировал смещение кромок и изменение зазора в стыке. При смещении кромок дуга направляется на дальнюю кромку с наклоном электрода к плоскости стыка. Одновременно контролируется оплавление ближней кромки, чтобы исключить ее непровар в корне шва. Участки «старт-финиш» после каждого электрода запиливались шлифовальной машинкой с абразивным кругом. Индийские электросварщики, как более опытные, в большинстве случаев их не запиливают и после замены электрода продолжают сварку. После сварки слесари по всему периметру стыка сошлифовывали усиление шва, при этом раскрывались шлаковые карманы.
Выполнение второго слоя шва — горячего прохода — является наиболее сложной операцией при сварке электродами с целлюлозным покрытием. Российские электросварщики часто при выполнении «горячего прохода» используют неправильный способ — сварку опиранием, без манипуляций торцом электрода. При этом требуется очень тщательная вышлифовка корневого слоя шва, что приводит к его «утончению» и, как следствие, к вероятности прожога корневого слоя и увеличению регламентируемой паузы между выполнением корневого слоя и «горячего прохода» более 5 мин. Это приводит к снижению диффузии атомарного водорода из шва и опасности возникновения трещин. Правильное выполнение «горячего прохода» производится «хлыстообразными» перемещениями торца электрода, при этом шлак «выметается» из карманов. Кроме того, следует установить более крутопадающую вольт-амперную характеристику сварочного источника питания тока при максимальной силе сварочного тока (в соответствии с WPS-01).
Заполняющие слои шва выполнялись электродами марки Фокс БВД 85 диаметром 4,0 мм сверху вниз. В процессе сварки длина дуги должна быть минимальной по причине повышенной склонности к образованию пор, в том числе «стартовых» и «финишных». Траектория движения торца электрода – поперечные зигзагообразные колебания без увеличения длины дуги в местах изменения направления у кромки стыка. Последним заполняющим слоем (корректирующим) дозаполняют разделку на вертикальных участках стыка (10—8 и 2—4 ч. периметра) «заподлицо» с кромками трубы. На остальных участках периметра стыка перед облицовочным слоем разделка должна быть недозаполнена примерно на 0,5—1,0 мм до кромок труб.
Облицовочный слой шва выполняется при силе тока на 20—30 А ниже, чем при выполнении заполняющих проходов. Амплитуда поперечных колебаний электрода не должна превышать двух его диаметров. Ширина слоя должна быть на 3—4 мм больше ширины разделки после выполнения заполняющих слоев. Для того чтобы избежать подрезов по кромкам в потолочном положении, поперечные колебания торца электрода желательно выполнять не зигзагообразными, а U-образными. При такой технике сварки длину дуги необходимо поддерживать минимальной, чтобы избежать образования пор в потолочном положении из-за недостаточной защиты дуги. Для стыков труб со стенкой толщин более 15 мм облицовочный слой шва целесообразно выполнять двумя параллельными валиками.
Фактический темп линейной потолочной сварки по технологии WPS-01 составлял 15—20 мин. на стык. В потолочной бригаде было задействовано 10 электросварщиков, которые выполняли сварку в пяти сварочных палатках одновременно:
I палатка — корневой слой шва, среднее время сварки 9 мин.;
II палатка — «горячий проход», среднее время сварки 4 мин.;
III палатка — заполняющий слой, среднее время сварки 12 мин.;
IV палатка — заполняющий слой, среднее время сварки 11 мин.;
V палатка — облицовочный слой, среднее время сварки 13 мин.
В качестве источников питания использовались двухпостовые и четырехпостовые самоходные сварочные агрегаты фирм Arcotrac и Libherr, укомплектованные сварочными выпрямителями DC-400 производства компании «Линкольн Электрик».
При автоматической сварке оборудованием CRC AW (технология WPS-13) было задействовано 11 операторов (сварщиков-автоматчиков): один оператор внутренних сварочных головок и 10 операторов наружных сварочных головок. Они выполняли сварку в пяти палатках:
I палатка — горячий проход;
II палатка — 1-й заполняющий слой шва;
III палатка — 2-й заполняющий слой шва;
IV палатка — облицовочный слой шва;
V палатка — облицовочный слой шва.
В соответствии с требованиями технологии торцы труб перед сваркой обрабатывались торцевальными станками с гидроприводом для получения специальной узкой двухсторонней разделки. Такая операция выполнялась звеном, которое было укомплектовано двумя торцевальными станками с гидростанциями, находящимися на трубоукладчиках. Установку направляющих поясов для передвижения сварочных головок по стыкам труб производило следующее звено.
Головное звено сварочной колонны выполняло сборку стыков труб (без зазора) на внутреннем пневматическом самоходном центраторе, совмещенном со сварочной машиной, которая осуществляла сварку корневого слоя шва изнутри трубы шестью сварочными головками. Остальные звенья вели сварку наружных слоев шва в перечисленных выше палатках наружными сварочными головками проволокой сплошного сечения диаметром 0,9 мм. Сварка корневого и облицовочного слоев шва выполнялась в среде смеси защитных газов аргон + углекислый газ (75% + 25%), а «горячего прохода» и заполняющих слоев шва в углекислом газе (100%). Сварка всех слоев шва выполнялась сверху вниз («на спуск»). Комплекс был укомплектован одним четырехпостовым (Libherr) и пятью двухпостовыми (Arcotrac) самоходными сварочными агрегатами с гидравлическими стрелами-манипуляторами, на которых подвешены сварочные палатки.
Сварка захлестов, стыков переходов и узлов линейных задвижек выполнялась с использованием наружных центраторов по технологиям WPS-02 и WPS-23. Сборка стыков производилась с помощью жестких наружных центраторов, изготовленных фирмой CRC Evans, и звеньевых центраторов от российских производителей. Как показала практика, центраторы CRC Evans лучше ликвидируют превышение кромок труб в стыке, так как в их конструкции используется гидравлический домкрат. К недостаткам этих центраторов необходимо отнести значительный вес, сложность выполнения 50% периметра корневого прохода до снятия центратора и значительную стоимость по сравнению с наружными центраторами российской конструкции.
Стыки труб собирались с зазором 2,5—3 мм. Для выполнения корневого слоя шва применялись электроды диаметром 3,2 мм. Направление сварки снизу вверх — «на подъем». Полярность — прямая при сварке электродами с целлюлозным покрытием и обратная при сварке электродами с основным покрытием. На наружном центраторе сваривается одновременно двумя электросварщиками около 50% периметра корневого слоя шва, после чего наружный центратор удаляется и завершается сварка остальных 50% с обязательными запилами участков «старт-финиш».
Одним из важных условий при сварке таких стыков является сохранение температуры предварительного подогрева. Использование традиционной в трубопроводном строительстве схемы подогрева стыка до установки наружного центратора приводит к снижению температуры подогрева в период начала сварки корневого слоя шва (ниже 80—100°С) и, как следствие, к вероятности возникновения трещин. Для ликвидации этого недостатка был увеличен диаметр наружных кольцевых горелок, что дало возможность производить предварительный подогрев после сборки при наличии наружного центратора на стыке труб. Сварка заполняющих и облицовочного слоев шва выполнялась электродами с основным покрытием сверху вниз по технологии WPS-01 или снизу вверх по традиционной технологии WPS-23.
Захлесты ликвидировались бригадами, состоящими из двух машинистов трубоукладчика, машиниста сварочной установки, двух электросварщиков, газорезчика, бригадира и такелажника. Для защиты мест сварки использовались облегченные палатки веерной конструкции, разработанные российскими специалистами по опыту реализации предыдущих проектов.
Монтаж узлов гашения колебания давления на действующем нефтепроводе SHBAB-1 осуществляли без прекращения перекачки нефти посредством «горячих врезок» привариванием к нефтепроводу разрезных тройников и последующей врезки с помощью оборудования компании TD Williamson станций предохранительных клапанов. Сварку разрезных тройников при «горячих врезках» выполняли по технологиям WPS-10, WPS-11 и WPS-12. Элементы разрезного тройника устанавливались на действующий нефтепровод в месте врезки и фиксировались на трубе с помощью двух наружных звеньевых центраторов. Вначале сваривали два горизонтальных шва, соединяющих два элемента тройника в единую конструкцию. Сварку осуществляли валиками обратноступенчатым способом. Снимать наружные центраторы разрешалось после сварки 25% сечения двух горизонтальных швов. После завершения сварки горизонтальных швов сваривали кольцевые угловые швы, соединяющие тройник с трубами нефтепровода. Сварку выполняли снизу вверх отдельными валиками обратноступенчатым способом два сварщика одновременно. Аналогично приваривали якорные фланцы.
Устранение дефектов производилось по технологиям WPS-03 и WPS-28 ремонтными звеньями, состоящими из опытного электросварщика и машиниста сварочного агрегата. По спецификациям заказчика повторный ремонт допускался один раз.
Ремонт выполнялся как снаружи, так и изнутри трубопровода. Разметка дефектов производилась звеном по ремонту с использованием мерного пояса (аналогичного поясам дефектоскопистов). Дефекты вышлифовывались с помощью абразивных кругов. Для ремонта корневого слоя шва снаружи, на участке сквозного пропила, использовались абразивные круги толщиной 2,2 мм, в остальных случаях их толщина составляла 4 и 6 мм. Вышлифовку дефектов выполнял, как правило, машинист сварочного агрегата, а в случае необходимости сквозного пропила эту операцию производил электросварщик-ремонтник ножовкой для получения равномерного зазора 2,5—3 мм.
В целях снижения вероятности возникновения трещин при ремонте корневого слоя шва захлестных стыков на проекте использовалась следующая технологическая последовательность операций:
- предварительный подогрев ремонтируемого стыка кольцевой пропановой горелкой до температуры 120—150 °С;
- удаление дефектного участка;
- повторный, непосредственно перед сваркой, подогрев стыка до температуры 120—150 °С;
- сварка дефектного участка при строгом поддержании межслойной температуры;
- одевание термопояса по завершении сварки для снижения скорости остывания стыка.
В целом при ремонте корневого слоя шва стыков захлестов в изложенной последовательности трещин не было.
Значительный практический интерес представляет разработанный в соответствии с системой менеджмента качества и применяемый на проекте порядок контроля сварочного процесса.
Так, на подготовительном этапе проводится проверка:
- наличия соответствующей (утвержденной) сварочной процедуры;
- соответствия труб требованиям проекта и техническим условиям, отсутствия недопустимых дефектов на трубах;
- наличия у электросварщиков и операторов соответствующей (не просроченной) аттестации;
- соответствия экипировки электросварщиков (костюм, обувь, краги, маска, электрододержатель, пенал для электродов);
- наличия и работоспособности оборудования и средств малой механизации (соответствующего центратора, клиньев для установки зазора, электрошлифмашинок, крепления обратного провода (массы), палаток-укрытий, сварочного кабеля, дистанционного регулятора силы сварочного тока, заземления на конце свариваемой нитки трубопровода, лежек под трубу);
- соответствия разделки торцов труб, включая геометрию;
- правильности сборки стыка, включая выполнение требований по смещению заводских швов и их расположению;
- исправности и работоспособности оборудования для предварительного подогрева торцов труб;
- подготовки (прокалки) сварочных материалов, наличия сертификатов;
- работоспособности и исправности сварочных агрегатов.
В процессе сварки контролируются:
- величина зазора и его изменения во время выполнения сварки корневого прохода;
- использование одновременно не менее двух электросварщиков при сварке труб диаметров более 12”;
- снятие (освобождение) центратора;
- интервал между завершением сварки корневого слоя и началом сварки «горячего прохода» при использовании внутреннего центратора;
- сила сварочного тока;
- качество зачистки каждого прохода;
- режимы сварки на соответствие регламентированным процедурой;
- отсутствие зажигания дуги на теле труб;
- соблюдение предписанного числа проходов;
- выполнение требований по межслойной температуре;
- использование термопоясов.
По завершении сварки проверяются геометрические параметры сварного шва, отсутствие видимых недопустимых дефектов. Контролируются размеры смещения кромок, очистка сварного соединения от шлака и брызг расплавленного металла, выполнение соответствующей маркировки.
Завершающими операциями в конце рабочей смены являются: установка заглушек на открытые участки трубопровода, завершение сварки облицовочного слоя шва на всех сваренных стыках, контроль числа оставшихся электродов и уборка зоны производства от посторонних предметов.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРКИ И ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СТЫКОВ
Контроль качества сварки выполняла на условиях субподряда местная компания Vetco. Для этого использовались y-дефектоскопы, рентгеновские аппараты, в том числе и внутритрубные самоходные типа «Кроулер». Угловые и горизонтальные швы разрезных тройников контролировались методами порошковой магнитографии и цветной дефектоскопии. Средний процент контроля потолочных линейных стыков составлял 10% от общего числа сваренных, но потолочные линейные стыки, сваренные установкой автоматической сварки CRC AW, проходили 100%-й контроль ультразвуковой автоматизированной компьютерной установкой «Pipewizard» канадского производства. Контроль выполняли специалисты ОАО «Стройтрансгаз».
В зарубежной практике трубопроводного строительства качество сварочных работ принято оценивать по проценту недопустимых дефектов в стыках от общего их объема:
- до 5% — отличное качество;
- до 7% — хорошее качество;
- до 9% — удовлетворительное;
- более 10% — неудовлетворительное качество.
На построенном объекте было всего отремонтировано 155 стыков после автоматической сварки установкой CRC AW и 410 стыков, сваренных ручной сваркой. Общий процент ремонта составлял 6,33%, в том числе для ручной сварки 8,6%, а для автоматической сварки 3,7%. Исходя из международных критериев оценки, для ручной сварки можно констатировать хорошее, а для автоматической — отличное качество сварочных работ.
Такие показатели были достигнуты благодаря постоянному мониторингу, осуществляемому службой главного сварщика проекта, анализу причин дефектов в сварных стыках и определению способов их устранения.
Результаты этой работы обобщены в табл. 1, где приведены типичные дефекты, встречающиеся при ручной дуговой сварке на проекте, определены причины их возникновения и способы устранения.
АВТОРЫ
ЛУГУМАНОВ Расиль Варисович,
главный сварщик управления строительства
проекта в Королевстве Саудовская Аравия
ЯЦЕНКО Владимир Петрович,
и.о. заместителя начальника Управления
строительных технологий — главный сварщик
ОАО «Стройтрансгаз», канд. техн. наук
