Prof. univ. dr. ing. Gheorghe ZECHERU. Universitatea Petrol Gaze din Ploieşti. Conf. univ. dr. ing. Gheorghe DRĂGHICI

Transcript

1 Prof. univ. dr. ing. Gheorghe ZECHERU Conf. univ. dr. ing. Gheorghe DRĂGHICI Dr. ing. Ilie E. LATA Universitatea Petrol Gaze din Ploieşti Universitatea Petrol Gaze din Ploieşti Societatea Naţională de Transport Gaze Naturale S.N.T.G.N. TRANSGAZ Mediaş

2 Prezentare Prof. Gh. Zecheru 1

3 Lungimile caracteristice ale conductelor şi racordurilor SNT Lungimea totală L c,n, km Lungimea convenţională de expunere totală L ce,n, km an Conducte de transport 10803, ,3 Conducte tranzit 553, ,6 Racorduri 1753, ,5 TOTAL SNT 13110, ,4 Prezentare Prof. Gh. Zecheru 2

5 Clasificarea anomaliilor (imperfecţiunilor şi defectelor) conductelor destinate transportului gazelor naturale Prezentare Prof. Gh. Zecheru 4

6 Clasificarea în funcţie de configuraţie a imperfecţiunilor şi defectelor conductelor pentru transportul gazelor naturale Prezentare Prof. Gh. Zecheru 5

7 Ponderea accidentelor produse din diferite cauze pe conductele unor sisteme de transport al gazelor naturale OPS Office of Pipeline Safety United States Department of Transport NEB National Energy Board / Canada Oil & Gas Operations Act COGOA EGIG European Gas Pipeline Incident data Grup EUB Alberta Energy and Utilities Board Prezentare Prof. Gh. Zecheru 6

9 PROCEDEE DE REPARARE PRIN SUDARE CU SUDARE DIRECT PE TUBULATURA CONDUCTEI MANSOANE TIP B PETICE SUDATE INCARCARE PRIN SUDARE Particularităţile procedeelor tehnologice de reparare a conductelor /1 Prezentare Prof. Gh. Zecheru 8

10 PROCEDEE DE REPARARE PRIN SUDARE FARA SUDARE PE TUBULATURA CONDUCTEI INVELISURI CU RASINA MANSOANE TIP A Particularităţile procedeelor tehnologice de reparare a conductelor /2 Prezentare Prof. Gh. Zecheru 9

11 PROCEDEE DE REPARARE FARA SUDARE INVELISURI COMPLEXE COLIERE MECANICE FREZARE POLIZARE Particularităţile procedeelor tehnologice de reparare a conductelor /3 Prezentare Prof. Gh. Zecheru 10

12 Aplicarea procedeelor tehnologice de mentenanţă pe conductele de transport poate implica realizarea a două tipuri de îmbinări sudate: a) îmbinări sudate longitudinale ISL, care se realizează între componentele semicilindrice din care sunt alcătuite elementele de adaos de tipul manşoanleor tip A şi B sau învelişurilor care se umplu cu răşină sintetică; realizarea ISL nu influenţează în măsură semnificativă, termic şi metalurgic, peretele conductei, iar tipul îmbinărilor (cap la cap sau în colţ butt or fillet weld) depinde de soluţia adoptată la proiectarea componentelor care se îmbină prin sudare; b) îmbinări sudate circulare sau îmbinări sudate de contur ISC, care se realizează pentru fixarea (aplicarea) pe tubulatură a manşoanelor tip B, a învelişurilor montate la distanţă şi a petecelor, precum şi pentru asamblarea pe tubulatură a tronsoanelor înlocuite; ISC sunt îmbinări sudate în colţ sau cap la cap, iar realizarea lor afectează direct şi semnificativ, termic, metalurgic şi mecanic (prin generarea unui câmp de tensiuni reziduale), peretele conductei. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 11

13 Principalele tipuri de elemente de adaos care se pot aplica la efectuarea lucrărilor de mentenanţă pe conductele de transport şi tipurile principale de îmbinări sudate care se execută la aplicarea acestora Prezentare Prof. Gh. Zecheru 12

14 La realizarea unor operaţii de sudare direct pe o conducta aflată în exploatare trebuie rezolvate două probleme principale: a) Evitarea străpungerii peretelui conductei de către arcul electric utilizat ca sursă termică la sudare (Avoiding the burning through of the pipe wall by the electric arc used as thermic source while welding); b) Evitarea fisurării datorită hidrogenului, denumită şi fisuare la rece sau fisurare întârziată (Avoiding the hydrogen induced cracking, also known as cold cracking or delayed cracking), care este puternic activată de răcirea accelerată a peretelui conductei în zona de sudare, produsă de circulaţia cu o anumită viteză a fluidului sub presiune din conductă. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 13

15 Străpungerea peretelui unei conducte cu grosimea de 3.2 mm (0.125 inch) prin actiunea arcului electric folosit ca sursă termică la sudare Poziţia fisurilor datorita hidrogenului la baza CUS în colţ a manşoanelor utilizate la repararea prin sudare a conductelor Prezentare Prof. Gh. Zecheru 14

16 Străpungerea peretelui tubulaturii unui conducte de către arcul electric utilizat ca sursă termică la sudare este improbabilă, dacă grosimea efectivă s a peretelui tubulaturii îndeplineşte condiţia s 6,4 mm (0,25 in), iar la sudare se utilizează electrozi înveliţi cu conţinut scăzut de hidrogen şi tehnologii de sudare obişnuite (din punctul de vedere al mărimii energiei liniare de sudare/ welding heat input). Îndeplinirea condiţiei s 6,4 mm (0,25 in) este prima premisă ce trebuie considerată la prescrierea în tehnologiile de mentenanţă a realizării unor operaţii de sudare (vizând realizarea unor îmbinări de tip ISC) pe conductele sub presiune. În figura următoare se prezintă diagramele (construite experimental) de alegere a energiei liniare în vedera efectuării operaţiilor de sudare pe conductele pentru transportul gazelor naturale şi ţiţeiului. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 15

17 Diagramele de alegere a energiei liniare pentru evitarea strapungerii peretelui conductelor de către arcul electric folosit ca sursă termică la sudare Prezentare Prof. Gh. Zecheru 16

18 Fisurarea datorită hidrogenului se produce dacă sunt îndeplinite simultan următoarele condiţii: a) Există hidrogen în îmbinarea sudată; b) Îmbinarea sudată prezintă zone cu structura susceptibilă la fisurare; c) În îmbinarea sudată sunt generate tensiuni mecanice de întindere / tensile stress. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 17

19 La conceperea tehnologiei de sudare pe conductele aflate sub presiune trebuie să se acorde mai întâi atenţie utilizării electrozilor cu conţinut scăzut de hidrogen/ low hydrogen electrodes şi creării condiţiilor desfăşurării unor procese de sudare cu niveluri scăzute ale hidrogenului difuzibil / diffusable hydrogen content în îmbinările sudate. De asemenea, trebuie aplicate măsuri care să minimizeze posibilitatea formării în îmbinarea sudată (în CUS şi în zona influenţată termomecanic ZIT) a unor microstructuri sensibile la fisurare. Cele mai eficiente măsuri sunt: Prezentare Prof. Gh. Zecheru 18

20 utilizarea unei energii liniare de sudare suficient de mare pentru a contracara efectul de răcire accelerată pe care îl are circulaţia fluidelor sub presiune în conducta pe care se efectuează sudarea; sudarea cu preîncălzire (atunci când aceasta se poate aplica, iar efectele de răcire accelerată produse de circulaţia fluidelor în conductă nu împiedică atingerea nivelului dorit al temperaturii de preîncălzire); depunerea unui strat / beads îngust la baza CUS în colţ, pe suprafaţa peretelui conductei, cu materiale de adaos care asigură acestora o limită de curgere scăzută / low yield strength şi o plasticitate ridicată (soluţie denumită sintetic sudarea cu strat de recoacere / temper bead technique ), aşa cum se prezintă în figura următoare. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 19

21 Tehnologia de realizare a îmbinărilor sudate circumferenţiale la repararea conductelor cu manşoane Prezentare Prof. Gh. Zecheru 20

22 Specificaţiile procedurilor de sudare /Welding Procedure Specification) WPS elaborate pentru realizarea lucrărilor de mentenantă pe conductele sub presiune prevăd regimurile de sudare potrivite pentru a se asigura realizarea îmbinărilor sudate fară pericolul fisurării datorită hidrogenului; energia liniară minimă de sudare, cu sau fară preîncălzire, se stabileşte utilizând diagrame complexe, construite experimental sau prin simulare numerică. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 21

23 Procedurile prevăd recomandări precise privind practica sudării: a) înainte de sudare, sudorii trebuie să cunoască detaliat condiţiile de operare ale conductei (presiunea fluidului transportat, condiţiile de curgere a fluidului, temperatura fluidului) şi grosimea de perete a conductei în zona în care vor fi amplasate îmbinările sudate; b) manşoanele sau învelişurile care se montează pe conducte trebuie să aibă forma corespunzătoare şi dimensiunile suficient de precise, astfel încât între elementele de adaos şi conducta suport să nu fie jocuri excesiv de mari (dacă jocurile sunt prea mari se poate prevedea diminuarea acestora prin depunerea a două straturi de recoacere pe ţeava suport) sau neuniforme; Prezentare Prof. Gh. Zecheru 22

24 Neconformarea pe tubulatura conductei care se repară a elementelor de adaos realizate din ţevi semifabricat de aceaeaşi tipodimensiune ca şi ţevile care alcătuiesc tubulatura Prezentare Prof. Gh. Zecheru 23

25 c) ISL, care se execută între componentele semicilindrice ale elementelor de adaos (manşoane, învelişuri etc.) ce se aplică pe conductă, trebuie realizate de preferinţă fără afectarea peretelui conductei (cu pregătirea adecvată a marginilor componentelor pentru sudarea cap la cap şi cu prevederea unor plăcuţe tehnologice de amorsare şi stingere / run-on / run-off plates a arcului electric de sudare), aşa cum sugerează schiţele din figurile următoare; Prezentare Prof. Gh. Zecheru 24

26 Pregătirea pentru realizarea ISL a componentelor manşoanelor folosite la repararea conductelor Prezentare Prof. Gh. Zecheru 25

27 Amplasarea plăcuţelor tehnologice de amorsare şi stingere a arcului electric la realizarea ISL cap la cap între componentele semicilindrice ale elementelor de adaos pentru repararea conductelor Prezentare Prof. Gh. Zecheru 26

28 d) metodele de verificare şi testare a calităţii ISC trebuie să fie capabile să evidenţieze eventuala apariţie a fisurilor în îmbinările sudate; verificările trebuie efectuate la cel puţin 48 ore de la efectuarea îmbinărilor sudate. Probele pentru calificarea procedurilor de sudare pe conductele sub presiune s-au realizat în modul prezentat în figura următoare. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 27

29 Repararea cu învelişuri complexe, realizate din materiale compozite, reprezintă o clasă de procedee tehnologice moderne de reparare a conductelor care prezintă defecte superficiale locale de tip lipsă de material, produse prin coroziune sau defecte de tipul indentaţiilor, produse (în general) prin intervenţii sau interferenţe de terţă parte. Procedeele tehnologice din această clasă permit repararea fără scoaterea din exploatare a conductelor şi fără aplicarea unor operaţii de sudare pe tubulatura acestora. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 28

30 b. a. c. Carcateristici ale le procedeului de reparare cu învelişuri din material compozite: a. Repararea unei zone extinse a tubulaturii unei conducte folosind mai multe învelişuri clock spring aplicate în serie; b. Repararea unei zone extinse a tubulaturii unei conducte folosind mai multe învelişuri snap wrap aplicate în serie; c. Repararea unei zone a tubulaturii unei conducte folosind mai multe învelişuri clock spring suprapuse (pentru creşterea rezistenţei mecanice a conductei reparate) Prezentare Prof. Gh. Zecheru 29

31 Procedeele sunt deosebit de eficace, constatându-se experimental că reparaţiile realizate prin acestea, pe conducte cu defecte locale de tip lipsă de material cu adâncimi până la 80 % din grosimea peretelui conductei, pot reface şi chiar spori rezistenţa mecanică a conductelor şi pot asigura extinderea substanţială a duratei lor normate de exploatare. Învelişurile de acest tip, cu diferite denumiri comerciale (Clock Spring CS, Fiba Roll FR, Wrap Master WM, Snap Wrap SW, Strong Back SB, Black Diamond Composite Wrap BDCW, ICECHIM Wrap Repair IWR), permit realizarea de reparaţii cu caracter definitiv şi pot fi aplicate pe conducte cu diametrul exterior cuprins între 101,6 mm (4 in) şi 1422,4 mm (56 in). Prezentare Prof. Gh. Zecheru 30

32 Productivitatea realizării unei astfel de reparaţii este mult mai mare decât a oricăruia din procedeele care presupun efectuarea de operaţii de sudare; de exemplu, aplicarea unui înveliş CS necesită un timp de lucru efectiv de minute, iar durata de finalizare a reparaţiei, cu întărirea chiturilor şi adezivilor sintetici utilizaţi şi obţinerea performanţelor maxime de rezistenţă mecanică a învelişului aplicat pe tubulatura conductei, este de aproximativ 2,5 ore. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 31

33 Setul de reparare printr-un procedeu de tipul celui descris mai înainte are drept componente principale chitul sau materialul folosit pentru umplerea defectului care se repară şi materialul compozit care alcătuieşte învelişul de consolidare a tubulaturii conductei în zona defectului care se repară, alcătuit fie din benzi successive de material compozit (având în compunere o matrice polimerică şi un material de ranforsare) cuplate între ele cu ajutorul unui adeziv, fie dintr-un material compozit realizat din mai multe straturi successive de material de ranforsare impregnate şi cuplate în vederea conlucrării cu un material de tip matrice polimerică). Prezentare Prof. Gh. Zecheru 32

34 Ca urmare, materialele care participă la realizarea învelişurilor complexe folosite la repararea conductelor sunt materialele polimerice sau materialele compozite din care se realizează chiturile (materialele de umplere a defectelor) şi învelişurile de consolidare a tubulaturii conductelor în zona defetelor, de proprietăţile lor depinzând proprietăţile şi performanţele asigurate de reparaţiile realizate cu acestea. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 33

35 Aplicarea procedeelor de reparare a conductelor cu învelişuri complexe este simplă şi implică folosirea de personal cu calificare medie, dar impune luarea în considerare şi respectarea cu stricteţe a tuturor prescripţiilor incluse de producătorul, importatorul sau distribuitorul setului de reparare în Fişa tehnică de securitate / Saffety data sheet a fiecăruia din materialele (substanţele, preparatele, produsele) din acest set, pentru care, în conformitate cu prevederile legale, trebuie să se pună la dispoziţia utilizatorului un astfel de document. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 34

36 Tehnologia de reparare a unei conducte cu ajutorul învelişurilor de consolidare din material compozit este simplă, aşa cum sugerează imaginile prezentate în figura următoare, care prezintă etapele aplicării unui înveliş din material compozit realizat cu materialele polimerice concepute de un colectiv de cercetare de la ICECHIM Bucureşti sau a unui înveliş de tip Plug-n Wrap PLUS. În mod obişnuit, înaintea aplicării învelişului de consolidare se realizează pregătirea prin sablare / sandblast şi degresare a conductei în zona defectelor şi se acoperă defectele cu chit / polymeric filler, pentru a se reface astfel configuraţia suprafeţei exterioare a conductei. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 35

37 Tehnologia aplicării pe conducte a învelişurilor compozite cu matrice polimerică şi fibre de sticlă Prezentare Prof. Gh. Zecheru 36

38 Materialele compozite utilizate în prezent pentru realizarea învelişurilor de consolidare a conductelor cu defecte au caracteristici mecanice ridicate. Caracteristicile mecanice ale materialelor compozite folosite la repararea conductelor Materialul de Caracteristicile mecanice ale materialului compozit* Materialul armare al E compozit C, R mc, A C, compozitului GPa MPa % IWR Fibre de sticlă 17,5...22, , ,60 Perma Wrap Fibre de sticlă 34,0 38, ,00 1,10 Fiba Roll Fibre de sticlă 7,9... 8, , ,10 Clock Spring Fibre de sticlă 33, , ,06...1,36 TDW RES-Q Wrap Fibre de carbon 65, , * măsurate pe direcţia care corespunde circumferinţei conductei la aplicarea învelişului compozit Prezentare Prof. Gh. Zecheru 37

39 Rezistenţa mecanică / Tensile strength R mc a acestor materiale compozite este asemănătoare celei asigurate de oţelurile din care se realizează ţevile pentru conducte, dar caracteristicile elastice (modulul de elasticitate / modulus of elasticty or Young s modulus E C şi coeficientul lui Poisson / Poisson s ratio μ C ) şi alungirea la rupere / elongation at failure A C sunt însă inferioare celor corespunzătoare oţelurilor; anizotropia acetor materiale este în prezent eliminată prin folosirea unor ţesături de ranforsare (din fibre de sticlă sau grafit) cu textură tetraaxială (în locul celor obişnuite, cu textură biaxială). Prezentare Prof. Gh. Zecheru 38

40 Modul de efectuare a încercării la tracţiune pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor compozite de tip Clock Spring Prezentare Prof. Gh. Zecheru 39

41 Rezultatele încercărilor la tractiune realizate pe epruvete confecţionate din bandă de material compozit tip CS Rezultatele încercărilor la tractiune realizate pe epruvete confecţionate din bandă de material compozit tip IWR Prezentare Prof. Gh. Zecheru 40

42 Modul de verificare a performanţelor reparaţiei realizate cu un înveliş Perma Wrap la o ţeavă cu un defect de tip lipsă de material Prezentare Prof. Gh. Zecheru 41

43 Particularităţile creşterii fisurilor în epruvetele din oţel, cu înveliş din material compozit pe bază de polimer reactiv modificat şi ţesătură din fibre de sticlă Prezentare Prof. Gh. Zecheru 42

44 Si totuşi... învelişurile din materiale compozite nu sunt eficace, datorită diferenţei mari dintre modulele lor de elasticitate şi modulul de elasticitate al oţelului. Starea de tensiuni mecanice evidenţiată prin FEA în conducta cu defect superficial de tip şanţ axial, după umplerea defectului cu chit având E x = MPa şi aplicarea unui înveliş de tip CS Caracteristicile conlucrării dintre tubulatura de oţel a conductelor şi învelişurile de consolidare din materiale compozite Prezentare Prof. Gh. Zecheru 43

45 Noile soluţii tehnologice de reparare încearcă să elimine dezavantajele celor două metode prezentate şi se bazează pe utilizarea învelişurilor de consolidare metalice umplute cu materiale polimerice sau compozite. Prezentare Prof. Gh. Zecheru 44

46 VA MULŢUMESC PENTRU ATENŢIE! Prezentare Prof. Gh. Zecheru 45