20.3. Сборка, сварка и изоляция труб и трубных секций

Стальные трубы соединяют между собой на сварке, а в местах ус­тановки арматуры (задвижек, кранов, вентилей и др.) - на фланцах.

Сварка труб включает следующие технологические операции: под­готовка труб и кромок их торцов к сборке; раскладка труб на свароч­ных подкладках (стеллажах или стендах); центровка и стягивание труб до достижения между кромками торцов нужного зазора; скреп­ление собранного стыка сварочными прихватами; сварка стыка. При подготовке труб очищают кромки шириной 10-15 мм соединяемых труб от грязи, ржавчины и особенно от масел, выравнивают вмяти­ны и неровности торцов, выправляют овальность, чтобы разность диаметров торцов не превышала 1-1,25 % номинала. Толщина сте­нок соединяемых труб не должна иметь отклонения более 12-15 % стандартного размера.

Раскладка труб перед сборкой должна способствовать их беспрепят­ственной и удобной центровке - совмещению геометрических осей и кромок труб при строгом соблюдении нормативных зазоров. Для этого применяют специальные зажимы - центраторы, которые бывают на­ружные (винтовые, эксцентриковые и цепные, рис. 20.6, а—в) и внут­ренние (гидравлические, рис. 20.6, г). Благодаря синхронному дей­ствию разжимных кулачков центраторы автоматически обеспечива­ют калибровку и центровку торцов труб.

Дуговую сварку стальных труб (рис. 20.6, д) осуществляют с пово­ротом их вокруг своей оси (поворотные стыки) и без поворота (не­поворотные или потолочные стыки). Неповоротные стыки сварива­ют в два или три слоя, начиная с нижней образующей трубы в 50 мм от вертикального диаметра труб (рис. 20.6, е). Первый слой, как уже указывалось, называют корневым, второй - заполняющим и после­дний - облицовочным. Трубы диаметром до 500 мм сваривают непре­рывным швом, а трубы больших диаметров — прерывистым (как по­казано стрелками на рис. 20.6, е). Неповоротные стыки труб больших диаметров при необходимости ускорения производства работ свари­вают одновременно два или три сварщика по схемам, приведенным на рис. 20.6, и, к, л.

Качество сварных соединений труб в значительной степени зави­сит от режима сварки, который определяют параметры и характер тока, его полярность, длина дуги, скорость сварки, амплитуда коле­баний и вылет электродов, их размер и состав покрытия, температура основного материала труб в момент начала сварки. Так, увеличение

556

Рис. 20.6. Сборка и сварка стальных труб:

а, б — центраторы винтовой и эксцентриковые (для труб диаметром не более 350 мм); в — то же, наружный роликово-звеньевой (для труб 520-1020 мм); г — то же, внутренний гидравлический (для труб 520-1220 мм); д, е — последова­тельность операций при ручной электросварке стыков поворотным и неповорот­ным трехслойным швом; ж— схема применения сварочной головки ПТ-56 для поворотной сварки стыков под слоем флюса; з — то же, для сварки корня шва шланговым держателем полуавтомата А-547-р; и, в — порядок наложения кор­невого слоя шва при сварке труб большого диаметра тремя сварщиками; л — то же, для заполнения остальной части шва двумя сварщиками; 1 — натяжной винт; 2 — свариваемые трубы; 3 — отверстие для воронки; 4 — центрирующие эле­менты; 5 — стык трубы; 6 — штанга; 7 — ролики; 8 — лежни под трубы; 9 — кор­невой слой шва; 70 — сборник для флюсов; 11 — проволока для сварки; 12 — регулировочный винт; 13— панель с реостатом, вольтметром и выключателя­ми; 14 — бункер для флюса; 15— подающий механизм с двигателем и редук­тором; 16 — кассета со сварочной проволокой; 17 — штатив; 18 — флюс; 19 — штанговый держатель; 20— головка держателя; 1, 2, 3 в кружках — позиции сварщиков; I, II, III — последовательность наложения шва неповоротного стыка

557

силы тока и обратная полярность способствуют улучшению проплав-ления металла и увеличению глубины провара, а с увеличением силы тока повышается скорость сварки и т.д.

Однако, поскольку ручная сварка неповоротных стыков очень тру­доемка и часто сдерживает темп прокладки трубопровода, в после­днее время все чаще применяют прогрессивную полуавтоматическую и автоматическую сварку таких стыков с помощью, например, сва­рочного автомата, состоящего из самоходной тележки, сварочной головки и пульта управления. В процессе сварки головка перемеща­ется вокруг трубы по направляющему поясу и сваривает трубы элек­тродной проволокой. Для сварки труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 20 мм применяют комплекс оборудования «Дуга-2», включающий станок для обработки кромок, центратор-автомат для сборки труб и варки внутри первого (корневого) слоя шва, сварочные головки-автоматы для сварки наружных слоев, а также агрегат питания. Им можно сва­ривать до 38 стыков в смену при скорости сварки до 70 м/ч. Особо эффективным в полевых условиях оказался новый способ электроконтактной стыковой сварки путем непрерывного оплавле­ния торцов труб с помощью установки типа ТКУС (для сварки труб в секции) и типа ТКУП (для сварки секций в нитку трубопровода). Трубы диаметром 1420 мм сваривают установкой типа ТКУП, на­званной «Север-Ь. Все агрегаты установки оснащены системами автоматического управ­ления процессом сварки. Им можно сваривать до 50-60 стыков труб такого диаметра в смену.

На сварочных базах (стационарных и полустационарных) сварку труб в секции чаще всего выполняют под флюсом с помощью свароч­ной головки, например, типа ПТ-56 (рис. 20.6, ас), корневой шов -под защитой углекислого газа с помощью полуавтомата А-547р (рис. 20.6, з). Для сборки и сварки труб в секции длиной до 40 м в по­левых условиях оборудуют трубосварочные базы (ТСБ) вблизи трассы с плечом обслуживания 25-30 км.

Трубопроводы из стальных труб предназначены для длительной эк­сплуатации. Однако если их уложить в грунт без надежной изоляции, они сравнительно быстро разрушаются от воздействия почвенной кор­розии и блуждающих электрических токов (электрокоррозия). Поэто­му чтобы удлинить срок службы трубопроводов и обеспечить их беза­варийную работу, необходимо их защитить от обоих видов коррозии.

558

Виды изоляционных покрытий. Покрытия должны обладать плот­ностью, обеспечивающей гидро- и электроизоляционные свойства, хорошей прилипаемостью к металлу (адгезией), устойчивостью к температурным изменениям и способностью сохранять свою форму в условиях окружающей среды (пластичностью), выдерживать значи­тельные нагрузки в процессе укладки (механической прочностью).

Наиболее эффективной для обеспечения долговечности трубо­провода является комплексная противокоррозионная его защита, включающая так называемую «пассивную» их защиту различными изоляционными покрытиями и «активную» (катодную, протектор­ную и дренажную) защиту от воздействия блуждающих токов (электрокоррозии), ибо она часто бывает опаснее почвенной (галь­ванокоррозии).

Принцип действия катодной, протекторной и электродренажной защиты стальных труб от электрокоррозии заключается в следующем. Вблизи трубопровода оборудуют станцию катодной защиты (СКЗ), в состав которой входят источник постоянного тока, анодное заземле­ние и дренажные кабели. Отрицательную клемму источника тока присоединяют к стальному трубопроводу, а положительную - к за­землению. В результате ток стекает с анодного заземления, подтека­ет к трубопроводу и возвращается к источнику по дренажному кабе­лю. Ток СКЗ создает отрицательный потенциал на трубопроводе и при его работе происходит разрушение анодного заземления.

Протекторную защиту применяют для защиты стальных трубопро­водов небольшой протяженности от коррозии блуждающими токами, если необходимое смещение потенциала трубопровода не превышает 0,3 В. Протектор изготавливают из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем металл подземного трубопровода. Ус­тановленный в грунт и приведенный в контакт с трубопроводом про­тектор вместе с ним образует гальваническую пару. Протектор (галь­ванический анод) при этом разрушается, а подземный трубопровод поляризуется до защитных потенциалов и не разрушается.

Электродренажная защита стальных трубопроводов заключается в отводе блуждающих токов, проникших в трубопровод, в сеть обрат­ных токов электрического рельсового транспорта путем присоедине­ния трубопровода через дренажное устройство с элементами этой сети (отрицательной шиной тяговой подстанции, отсасывающим пунктом или рельсом). Благодаря этому на трубопроводе создается отрицательный потенциал, что предотвращает выход блуждающих токов из металла трубы в почву и ее разрушение.

559

Для защиты трубопроводов от почвенной коррозии применяют главным образом покрытия на основе нефтяных битумов, а также из полимерных липких лент.

Конструктивно изоляционные покрытия состоят из грунтовки, одного или нескольких слоев изоляционного материала (мастики, липкой ленты), армирующего и оберточного слоев. Они бывают трех основных типов: нормальные, усиленные и весьма усиленные. Для ма­гистральных трубопроводов применяют покрытия нормального и усиленного типов, а для разводящих, проложенных в пределах города или промышленного предприятия, весьма усиленного типа.

Покрытие весьма усиленного типа общей толщиной 9±0,5 мм со­стоит из одного слоя битумной грунтовки, трех слоев мастики тол­щиной по 3 мм, разделяемых двумя слоями армирующей обмотки из стеклохолста, и наружной обертки из прочной крафт-бумаги.

Нормальное покрытие состоит из грунтовки, мастики слоем 4 мм, одного слоя стеклохолста и защитной обертки.

Усиленное покрытие, нанесенное в базовых условиях, состоит из грунтовки, двух слоев мастики по 3 мм, двух слоев стеклохолста и защитной обертки, а в полевых условиях — из грунтовки, одного слоя мастики 6 мм, одного слоя стеклохолста и защитной обертки.

Покрытия из полимерных липких лент удачно сочетают в себе высокую защитную способность и технологичность при механизиро­ванном их нанесении. Такие ленты изготавливают из полиэтилена или поливинилхлорида с нанесением на них клеевого слоя. Покры­тия состоят из слоя грунтовки, одного, двух или трех слоев ленты (что соответствует нормальной, усиленной и весьма усиленной изоляции) и защитной обертки.

Нанесение изоляционных покрытий. Перед нанесением покрытий поверхность трубопровода тщательно очищают от окалины, ржавчи­ны и других загрязнений на стационарной трубоочистной машине. Очищенные трубы немедленно покрывают грунтовкой, а после ее высыхания - битумной мастикой. В условиях базы мастику на тру­бы наносят с помощью трубоизоляционной установки. При исполь­зовании для изоляции труб липких лент их наматывают на трубы спе­циальными изоляционными машинами. Изоляционные работы по совмещенному методу непосредственно на трассе выполняются ко­лонной машин, включающей краны-трубоукладчики, очистные и изоляционные машины, т.е. с совмещением процессов очистки, изо­ляции и укладки трубопровода в траншею.

560