автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Обоснование технологических параметров изготовления судовых трубопроводов из электросварных труб

Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства

На правах рукописи

ЛЕЩИНСКИИ МАРК БОРИСОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СУДОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ТРУБ

Специальность 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Калининград - 1992 г.

Работа выполнена в Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства и в Калининградском государственном университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие : Литовский государственный научно -исследовательский и проектно-конструкторский институт флота Защита диссертации состоится "8" апреля 1992 г. на заседании Специализированного Совета К 064.34.01 в Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства /КШРИХ/.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КТИИЕС. Ваш отзывы / в двух экземплярах, заверенные печатью / прост присылать по'адресу : 236000 г. Калининград, Советский проспекл КТИИК, Ученому секретарю Специализированного Совета К 064.34.С Автореферат разослан "24 "¿/¿¿у'и. сА 1992г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

научный сотрудник С.Л.Войцелёнок

A.П.Сидоренко

кандидат технических наук, доцент

B.Ф.Усынин

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Увеличение количества и возраста морских судов ведет к росту объемов их ремонта. Значительную часть его составляют трубопроводы. По данным судоремонтных заводов в восстановлении или замене нуждаются 70-80 % общей длины трубопроводов. Доля этих работ составляет до 12-19 % полной трудоемкости заводского ремонта судов. При междурейсовых ремонтах объем трубопроводных работ еще вше, до 35-45 %.

Примерно 3/4 длины судовых трубопроводов изготавливаются из стальных низкоуглеродистых бесшовных труб. Относительное сокращение выпуска таких труб в нашей стране, при одновременном увеличении доли электросварных , соответствует мировым тенденциям. Объясняется это меньшими энергетическими затратами, лучшим использованием металла, снижением себестоимости таких труб. Однако применению их на судах в настоящее время .препятствуют негативный опыт прошлых лет, когда качество труб было еще низким, сомнения в технологичности, прочности и коррозионной стойкости электросварных труб. В то ке время электросварные трубы широко используются для ответственных трубопроводов в атомной, нефтянной, газовой, пищевой и других отраслях промышленности. За рубежом: в США, Англии, ФРГ электросварные трубы применяются даже при изготовлении котельных трубок и труб пароперегревателей.

Актуальность работы определяется обоснованной в ней целесообразностью широкого использования в судоремонте, наряду с бесшовными, прогрессивных типов электросварных труб. Их применение экономически выгодно. Относительно меньшая дефицитность позволит сократить сверхнормативные простои судов, благодаря расширению возможности материального обеспечения ремонтных работ. С этим было связано включение темы исследований в комплексную целевую программу Минрыбхоза СССР.

Цель работы. Обоснование технологических параметров изготовления судовых трубопроводов из электросварных труб и учет влияния технологии их производства на качество, регламентируемое при применении труб в судовых условиях.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

проанализированы требования к трубопроводам судовых систем и определены технологические параметры и условия использования стальных электросварных труб взамен бесшовных;

исследовано влияние в условиях производства способов сварки, холодной деформации и термической обработки (ТО) на качество электросварных труб, предварительно отобранных для использования в судоремонте. Проведены металлографичекие, механические и технологические испытания образцов таких труб. Рекомендованы технологические маршруты, при которых качество труб получается лучшим;

обоснован объем коррозионных испытаний. Выполнены лабораторные испытания образцов труб и стендовые испытания элементов судовых трубопроводов изготовленных из электросварных труб;

разработана методика оценки показателей надежности элементов стальных трубопроводов, установленных при ремонте судовых систем;

выполнено исследование обрабатываемости электросварных труб при изготовлении элементов судовых трубопроводов на оборудовании цехов судоремонтных предприятий (СРП). Исследовано поведение швов в условиях больших деформаций труб;

разработаны и согласованы с Регистром СССР нормативно-технические документы (НТД), дающие право и регламентирующие порядок использования электросварных труб при ремонтах систем морских судов;

выполнено опытное внедрение, проанализированы результаты эксплуатации электросварных труб в системах морской воды на РТМА "Амдерма". Получено подтверждение двух судоремонтных заводов об использовании результатов диссертационной работы. .

Методы исследований. В работе использованы экспериментальные и теоретические методы решения задач.

Изменения структуры металла и зоны швов выявлялись путем металлографического анализа и замеров твердости.

Обработка результатов экспериментов и оценка их достоверности проводилась с использованием методов теории вероятностей и математической статистики.

Аналитические выражения в составе методики оценки надежности элементов судовых трубопроводов, установленных при ремонте, получены на базе положений теории надежности и приближенной теории местных коррозионных разрушений элементов трубопроводов. Научная новизна. Получены аналитические выражения для

расчета средних максимальных глубин и скоростей проникновения коррозионных разрушений стенок судовых: стальных трубопроводов в зависимости от изменения их внутреннего диаметра, средней скорости потока морской воды -и величины деформации поля осевых скоростей в зонах "слабых мест". Эти выражения позволили разработать методику оценки и прогнозирования технического состояния трубопроводов во время эксплуатации и при дефек-тации перед ремонтом;

доказано, что зоны швов электросварных труб из стали 10 не уступают по наработкам до отказа стенкам бесшовных труб из той же стали, вне зависимости от ориентации швов в элементах судовых систем;

разработана методика проведения и обработки результатов коррозионных испытаний цилиндрических трубчатых образцов в поперечном потоке электролита. Методика пригодна для получения сравнительных коррозионных характеристик образцов из различных металлов с наличием или отсутствием сварных швов на их поверхности. Эти положения автор выносит на защиту. Практическая ценность работы заключается в следующем: рекомендован предпочтительный технологнический маршрут производства электросварных труб, включающий последовательное выполнение операций: сварки выпрямленным током, холодной реформации ( редуцирования) и ТО по обоснованному режиму. ^формулированы требования к электросварным трубам при заказе их ря ремонта судовых трубопроводов;

по результатам лабораторных и натурных испытаний леханичаских, коррозионных и технологических свойств показана эквивалентность образцов электросварных и бесшовных труб из зтали 10 и элементов судовых трубопроводов, изготовленных из них. {атурной эксплуатацией в условиях промысла трубопровода из электросварных труб подтверждено, что надежность их не уступает 5есшовным;

обоснована возможность, без увеличения трудоемкости работ, ^пользования при обработке электросварных труб типовых 'ехнологических процессов, оборудования и оснастки трубопроводных (ехов СРП. Тем самым расширена возможность комплектации )емонтных работ трубами и сокращения сверхнормативных простоев ¡удов;

разработана и предложена методика оценки надежности

элементов трубопроводов, устанавливаемых при ремонтах, и прогнозирования изменения технического состояния их во времени при имеющихся коррозионных поражениях или замене элементов другими в результате ремонта или модернизации трубопроводов. Реализация результатов исследований осуществлена путем: внедрения рекомендаций по режимам обработки электросварных труб при корректировке технологического процесса их производства на Московском трубном заводе (МТЗ);

разработки и согласования с Регистром СССР стандарта предприятия для Клайпедского СРЗ и? 7 Минморфлота СССР "Трубопроводы судовые . Трубы стальные электросварные для систег. морских судов. Сортамент и технологические требования " СТП 221.150-89 и "Инструкции по использованию электросварных труб при техническом обслуживании и ремонте трубопроводов судовых систем на СРЗ "Преголь" Минрыбхоза СССР 90-62.001 ВИПК. Оба НТД утверждены в принятом порядке и приняты заводами для внедрения в 1989 и 1990 годах, соответственно;

изготовления и установки при очередном ремонте для эксплуатации в реальных промысловых условиях трубопроводов из электросварных труб в системах морской воды РТМА "Амдерма" Калининградской' базы тралового флота.

Подтвержденный экономический эффект, благодаря изменению режимов термической обработки труб, составляет по МТЗ 50 тыс. рублей в год, за счет меньшей стоимости электросварных труб в сравнении с бесшоваными при ремонте морских судов на СРЗ кР 7 ММФ СССР - 15,0 тыс. рублей, а при техническом обслуживании трех типов судов на СРЗ "Преголь" ГПО Калининградрыбпром - 8,2 тыс. рублей в год.

Ожидаемый экономический эффект при заводском ремонте судов типа БМРТ - РТМ только Калининградского ГПО, по этой же причине, составит около 40-45 тыс. рублей в год, а по всем судам флота рыбной промышленности будет в десятки раз выше.

Алпробация. Основные результаты выполненных исследований в 1982-91 гг. докладывались и обсувдались на ежегодных научно-технических конференциях вузов Минрыбхоза СССР в г. Калининграде, на Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения надежности судовых трубопроводов и систем"(г.Клайпеда, 1982 г.), на втором научно-техническом совещании по проблеме "Состояние и перспективы создания и внедрения коррозионно-стойких

материалов, средств и методов противокоррозионной защиты судов"(г.Владивосток, 1982 г.), на шестой Всесоюзной конференции по судоремонту "Проблемы совершенствования судоремонта и повышения ремонтопригодности судов" (г. Ленинград, 1985), на Ш межотраслевой конференции "Защита судов от коррозии и обрастания" (г. Калининград, 1986 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы внедрения комплексной механизации и автоматизации производства и ремонта судовых трубопроводов" (г.Калининград, 1987 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в судоремонте в новых условиях хозяйствования" (г. Ленинград, 1991 г.).

Публикации. По результатам работы опубликовано Э печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 156 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 20 таблиц, библиографию из 106 наименований и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, определяются цель и задачи исследований.

В первой главе проведен анализ потребности судостроения и судоремонта в надежных и технологичных трубах для судовых систем, показаны место и роль судовых систем на морских судах, конструктивный состав судовых трубопроводов. Проанализированы сортамент труб, идущих на постройку и ремонт судов ФРП, и основные операции технологического процесса ремонта судовых трубопроводов. Рассмотрены особенности распространения отказов в трубопроводах судовых систем, представления о механизме эксплуатационных разрушений элементов трубопроводов, влияние технологических процессов изготовления и ремонта на их надежность. Последние нашли отражение в публикациях К.В.Дризена, М.Г.Гуськовз, 1/1.3.Гольденберга, В.Л.Этина и их сотрудников, а также С.В.Коркоша, В.В.Кудряшова, К.Н.Яндушкина и др.

По электросварным трубам были рассмотрены вопросы технологии дх производства, данные о качестве труб, результаты исследований

статической и динамической их прочности, сведения об успехах 1 неудачах опыта применения таких труб на судах в начале шестидесятых годов. Использованы публикации сотруднике! Всесоюзного научно-исследовательского института трубно! промышленности (ВНИТИ) Г.И.Гуляева, С.Л.Войцеленок, А.И.Деревянкс и др., Центрального научно-исследовательского институте технологии судостроения (ЦНИИ ТС) Ю.Ф.Кулева, Т.В.Еременко и др., а также специалистов других отечественных и зарубежных НИИ.

Сделан вывод, что для широкого использования электросварных труб в системах морских судов необходимо прежде всего доказать их эквивалентность бесшовным трубам из того же материала по основным характеристикам, регламентируемым Правилами Регистра СССР.

- Глава завершается постановкой цели и конкретизацией задач исследования.

Во второй главе проанализированы основные направления развит] производства сварных труб, влияние некоторых операций технологии их изготовления на свойства металла швов, результаты исследований характеристик качества электросварных труб.

Рассмотрены требования к электросварным и бесшовным трубам судового сортамента из низкоуглеродистых сталей, анализ которых показал, что они отличаются незначительно. По ряду параметров требования к электросварным трубам даже жестче, чем к бесшовным.

Поскольку проблема удаления сварочного грата уже решена заводами Мннметаллургии СССР, использование электросварных труб на морских судах зависит, прежде всего от возможности приближения свойств металла швов к основному металлу стенок труб. Сделано это может быть путем выбора более эффективных технологических операций сварки, холодного деформирования и термической обработки труб (ТО) в процессе их производства.

Для анализа влияния на качество электросварных труб различных технологических маршрутов и параметров отдельных операций, реализуемых в настоящее время заводами-изготовителями, на МТЗ были отобраны трубы, изготовленные из сталей 10 и 08Ю. В их состав вошли образцы, сваренные двумя применяемыми в производстве способами ( ТВЧ и выпрямленным током), недеформированные и редуцированные (холоднодеформированные), а также термообработэнные го двум режимам. Исследованием микроструктуры, измерениями твердости, проверкой механических и технологических свойств основного металла и зоны сварных швов

определены характеристики их качества.

Получены дополнительные данные о влиянии параметров операций и технологических маршрутов изготовления труб на выравнивание свойств швов и основного металла труб в их поперечных сечениях и по длине.

Установлено, что для использования в судовых системах предпочтение должно быть отдано трубам, сваренным выпрямленным током. Хотя при сравнении структур швов, выполненных этим способом и токами высокой частоты (ТВЧ), больших отличий не обнаружено, все же швы, сваренные выпрямленным током, имеют меньшую твердость, ширина их несколько больше и они равномернее по длине трубы, чем после сварки ТВЧ. Кроме этого, переход к основному металлу более плавный, что безусловно положительно сказывается на механических и технологических характеристиках этих труб. Поэтому, до широкого внедрения сварки выпрямленным током для судовых систем могут использоваться и трубы, сваренные ТВЧ после их обязательной ТО.

Показано, что в отличие от широко применяемого в настоящее время режима ТО с нагревом электросварных труб из низкоуглеродистых сталей до температуры 760°С, более равномерную структуру и свойства по сечению трубы дает режим: температура нагрева 920°С, выдержка трубы 2-3 минуты на I мм толщины стенки, охлаждение на воздухе. В этом случае механические свойства термически обработанных электросварных и бесшовных труб практически одинаковы. Такой же режим ТО следует использовать в цехах судоремонтных (судостроительных) заводов при необходимости нормализации стенок труб после различных технологических операций изготовления судовых трубопроводов.

Получены дополнительные данные о высокой эффективности холодной деформации после сварки заготовок электросварных труб на специальных редукционных станах до величины обжатия по диаметру, превышающих критическую - 13 %. При этом последующая ТО более интенсивно влияет на структурные превращения в металле, что ■ позволяет почти вдвое сократить время выдержки труб в нагретом состоянии.

Результаты выполненных исследований показали, что путем выбора способа сварки и режима ТО, а тем более, после редуцирования трубы-заготовки и ТО по рекомендованному режиму, можно получить почти полное выравнивание структуры металла и

свойств электросварных труб по их сечению. Уменьшается разница твердости шва и "стенки. Структура металла становится мелкозернистой, равномерной в шве и основном металле. Таким путем можно получить электросварную трубу, эквивалентную бесшовной из того же материала по механическим и технологическим характеристикам.

Следовательно, электросварные и электросварные редуцированные трубы, выпускаемые по техническим условиям ГОСТ 10705-80 и ГОСТ 10707-80, могут рассматриваться как потенциально пригодные для использования их в трубопроводах судовых систем.

Для внедрения таких труб в судоремонт необходимо убедиться в том, что выравнивание структур металла шва и стенки достаточно для исключения локализации усиленных коррозионных разрушений в зонах швов в условиях эксплуатации судовых систем, а применение электросварных труб не усложняет технологии их обработки на штатном оборудовании трубопроводных цехов судоремонтных заводов.

В третьей главе приведены основные результаты экспериментальных и экспериментально-теоретических исследований коррозионных характеристик и показателей надежности образцов-труб и элементов судовых трубопроводов, изготовленных из бесшовных и электросварных труб. Эти данные необходимы для повышения достоверности результатов технологической операции дефектации трубопроводов на СРП перед их ремонтом. Без них невозможна техническая диагностика и прогнозирование изменения состояния судовых систем в процессе их эксплуатации. В главе обоснован состав и объем экспериментальных исследований. В качестве объектов испытаний приняты цилиндрические образцы электросварных труб, обтекаемые снаружи поперечным потоком имитата морской воды, и прямые сварные тройники из этих же труб, установленные в ветви трубного стенда холодной морской воды научно-исследовательского судна(НИС)"Изумруд".

В первом случае формировалось течение с различными условиями обтекания поверхности цилиндрического образца( зоны набегания потока, омывания им боковых стенок и отрыва, с характерным вихревым движением жидкости), близкое по характеру течения в различных элементах судовых трубопроводов. Во втором случае объектами были собственно тройники в условиях, близких к реальной эксплуатации. Сварные швы в опытах располагались в зонах с различным характером течения.

В условиях поперечного обтекания в гидролотке Отраслевой лаборатории судовых систем (OJIC) было испытано 60 образцов электросварных труб из стали 10 и 08Ю. Одновременно в тех же условиях прошли испытания 12 образцов бесшовных труб из стали 10. В качестве электролита использовался 3 % раствор хлорида натрия. Время испытаний равнялось 1300 часам. В течение суток условия испытаний менялись: 9 часов электролит двигался со скоростью 1,5 м/с, в остальное время он был неподвижен. В экспериментах использовалась специальная методика обработки результатов. Она предусматривала получение данных о распределении глубин разрушений наружной поверхности образцов по их периметру.

Выла спроектирована и изготовлена специальная установка для записи толщины стенок образцов в контролируемом сечении до и после проведенных испытаний. По величине разницы замеров в различных точках сечения определялась глубина и средняя скорость изнашивания.

Установка состояла из быстродействующего самописца Р 3020-1, служащего одновременно устройством привода вращения образца, и измерительной головки (с электронным усилителем), преобразующей линейные размеры образца в аналоговые электрические сигналы. Проверка точности замеров показала, что для 95 % их погрешность не превышала 0,01 мм.

Проведенные опыты не обнаружили качественных изменений в характере разрушения образцов бесшовных и электросварных труб. Положение зон локализации местной коррозии определялось, прежде всего, особенностями течения у различных участков поверхности образцов. Разница в ориентации сварных швов, по отношению к набегающему потоку не изменяла районов местных коррозионных разрушений.

Средние величины коррозионных потерь массы испытанных в гидролотке образцов бесшовных и электросварных труб, найденные весовым методом по 12 образцам каждого типа, оказались очень близкими, при заметном разбросе значений потерь в каждой группе. Однако проверка по критерию Вилькоксона показала, что число инверсий значений потерь не лежит в критической области и, следовательно, гипотеза о принадлежности результатов испытаний к одной генеральной совокупности не опровергается.

Тройники прошли испытания в тропической и экваториальной зонах Мирового океана во время двух морских экспедиций НИС

"Изумруд". Всего на стенде было установлено 40 тройников - 30 из электросварных труб (сталь 10, сталь 08Ю) и по 5 тройников из бесшовных и водогазопроводных труб (сталь 10).

Общая продолжительность испытаний равнялась 10500 часов. Из них время испытаний в подвижном электролите^ было равно 6000 часов. Скорость морской вода в трубах разных диаметров была 2,3 и 2,5 м/с. Поток во всех случаях следовал из магистрали в отросток тройника. При обработке результатов испытаний была принята_ методика, используемая ЦНШ ТС.

Сравнение глубины местной коррозии в соответствующих местах стенок тройников из электросварных и бесшовных труб, полученных испытаниями в одинаковых условиях, показало, что при некоторых различиях глубин коррозионных швов и стенок электросварных труб, они во всех случаях меньше, чем разрушения в таких же элементах труб бесшовных. Это дало основание " считать электросварные трубы в коррозионном отношении, не худшими, чем используемые на судах бесшовные.

Отмечено, что электросварные трубы из стали 08Ю во всех случаях оказались более стойкими, чем из стали 10. Однако., для их использования на судах необходимы дополнительные исследования и специальное согласие Регистра СССР.

Для образцов труб из стали 10 и в этом случае были выполнена по критерию Вилькоксона проверка гипотезы о возможности считать * данные по коррозионным разрушениям тройников из бесшовных и электросварных труб разными выборками одной генеральной совокупности. Проверка не дала опровержения. Следовательно, наличие сварных швов и в этом случае, как и при поперечном обтекании образцов, не вносит существенных изменений в законы распределения величин коррозионных разрушений.

С целью получения аналитических зависимостей, пригодных для совершенствования технологии дефектации судовых трубопроводов, в работе использованы полуэмпирические выражения, полученные ранее в ОЛС. Они связывают среднюю максимальную глубину ожидаемых коррозионных язв в элементах трубопровода.диаметром 50 мм с рядом их геометрических, физико-химических и эксплуатационных характеристик. В них были использованы физическая и математическая модели контактной коррозии, предложенные проф. Ю.Я.Иосселем и др. Сделано допущение о том, что участки поверхности стенки трубного элемента с разными условиями движения

электролита вблизи них могут условно рассматриваться, как изготовленные из разных металлов.

Для элементов стальных трубопроводов в работе использовано одно из полученных выражений в вид^

П= М-иСК^2^ К2(1 - те^ )] (I)

где: П - глубина средних максимальных ожидаемых коррозионных язв на внутренней незащищенной стороне стенок элементов стальных труб, мм; М - характеристика величины деформации штока в зоне "слабого места" - максимальная величина коэффициента количества движения электролита в сечении трубы; г» - средняя скорость потока электролита, м/с; К4> К2- коэффициенты, учитывающие гидромеханические и физико-химические характеристики электролита и стенки трубы в месте деформации потока трубным элементом; т, g, V/ - экспериметальные коэффициенты, характеризующие процесс начала формирования коррозионной язвы; е - основание натурального логарифма; ъ - время работы (испытания) трубного элемента, годы.

Размерные коэффициенты в ' формуле были определены по результатам известных коррозионных испытаний элементов стальных труб, выполненных ЦНИИ ТС. Проверка формулы по результатам независимых опытов показала, что в диапазоне скоростей морской воды от 2,5 до 4,5 м/с ошибка в определении глубин максимальных язв с вероятностью Р= 0,95 не превышает 14 %.

Для расчета ожидаемых глубин коррозионных разрушений стенок элементов стальных трубопроводов, имеющих внутренние диаметры от 15 до 200 мм и более, в работе на базе (I) получена полуэмпирическая формула:

6,39 Ми

•П=-———-—[К К,(I- ге«" )] (2)

_ Тйё*

О.Э14

2,16а

При ее выводе использовано допущение о равенстве, глубин коррозионных разрушений в трубах разных диаметров (а) при скорос-. тях морской воды, регламентированных действующими НТД. Величины их/идоп= £(с1) аппроксимированы выражением:

г>„™=0.623 <з°'314- 0,288 (3)

дол ' 4 '

Учитывая линейную зависимость П от V, следующую из (I), формула (3) использована при выводе (2).

На базе (2) впервые получено и аналитическое выражение для скорости проникновения коррозии ьк в элементах судовых систем'в Функции от таких вакных факторов, как М, V, а, 1;:

6,39 Mu

1jk=-

2,I6d°'314- I

t1

K2xgwt'

w-»egt"

) (4)

Предварительная проверка выражения (2) была выполнена сравнением расчетных глубин коррозионных язв в стенках стальных трубных элементов с данными о глубинах разрушений таких элементов, найденных по установившимся скоростям проникновения коррозии в трубопроводах систем большой группы промысловых судов, полученных в ОЛС (В.Д.Рохи).

На рис. I, для примера, приведено сопоставление значений П, полученных расчетом по формуле (2) для прямого сварного тройника при d=50 мм и v= 2,5 м/с (кривые 2), с положением границ зоны возможных глубин язв в реальных тройниках судовых систем - прямые I и 3, найденных по данным ОЛС в пределах доверительного интервала средних скоростей проникновения коррозии в системах эксплуатирувпщхся судов, при вероятности Р= 0,9.

/¡мм So

SO

40

2,0

iO

Элемент iil категории (тро|ник^>5 Д = 50 мм;

морская вода '

о f 2 3

S 6 ?

3

Рис.1 Сравнение расчетных глубин коррозионных язв в тройниках (элементах Ш категории) с данными о разрушении стенок таких элементов в трубопроводах, эксплуатирующихся

судов.

Кроме этого на рис Л приведены данные о глубинах коррозионных язв в элементах Ш категории, полученные обследованием систем забортной вода на судах смешанного плавания лабораторией судовых систем ГМИВТ (В.Л.Этин, Е.А.Лапидус, Л.Л.Рыжов)-кривая 4.

Видно, что выражение (2) дает значения П, близкие к средним в зоне возможных реальных их величин на промысловых судах, особенно, если учесть увеличение скорости коррозионного разрушения после возможной чистки трубы от продуктов коррозии и отложений через 4 года эксплуатации -• кривая 2, участок г-г . Закономерно, что глубины язв трубопроводов на судах смешанного плавания оказались меньшими, чем найденные расчетом по (2).

В работе, как и в документах ЦНИИ ТС, принято, что в процессе эксплуатации будет разрушаться вначале цинковое покрытие Б2п(мкм), а, затем, стенка стальной трубы, толщину которой обозначим Бре(мм). Тогда средняя наработка до отказа Т4 трубопроводного элемента из стальной трубы с защитным цинковым покрытием может быть найдена по формуле:

где Т2п - средняя наработка до отказа цинкового покрытия, годы;

Тре - то же, стенки стальной трубы без покрытия, годы. Для Т2п в работе получено приближенное эмпирическое выражение:

Т^ 0,8(1,8 Ю"232п- I), (6)

которое рекомедуется использовать для элементов, отнесенных ГОСТ 24723-81 по конструктивно-технологическому исполнению ко П и Ш категориям.

Формулой (6) можно пользоваться при £2п>80 мкм. Она учитывает закономерности разрушения горячего цинкового покрытия в начальный период эксплуатации трубопровода, когда по данным ИЩИ ТС потери толщины покрытия особенно велики, и установившуюся скорость его разрушения в последующее время, принятую по данным обследования 230 судов ММФ СССР, выполненного ЦНШМФ.

При получении выражения для Тре учтено, что разрушение трубы местной коррозией может быть допущено только до некоторой предельной остаточной толщины у донышка самой язвы, в которой возможен прорыв ее рабочим давлением жидкости. С учетом этого

окончательное выражение для Т± получено в виде:

(2,16<}0'I) (Б-р -4,48 10~3с1) К ¿5

Т =0,8(1,8 Ю"23„ ■-1)4----2-]

6,45МгК К

1 I

Показатель долговечности Т2 для трубных элементов определен работе так не, как это сделано з ГОСТ 24723-81.

' Т

Т2= (8)

К

где, для систем морской воды рекомендуется принимать К= 0,9 Таким образом, оба показателя надежности Т и Т , принятые для судовых трубопроводов, могут быть найдены по полученным в работе выражениям.

Сопоставление расчетных глубин ожидаемых средни: максимальных коррозионных язв в элементах П и Ш категорй трубопроводов морской воды с систематизированными данными обследований труб на судах показало качественное соответствие характера сравниваемых зависимостей. Следовательно, появилас! возможность использования полученных выражений после необходимой дополнительной проверки и определения их погрешностей для совершенствования технологии дефектащп трубопроводов. Эти же выражения могут быть использованы дл^ разработки методики выбора конструктивных характеристик и оценки показателей надежности элементов трубопроводов, устанавливает при ремонтах.

В четвертой главе приведены результаты экспериметального исследования обрабатываемости электросварных труб, в том числе при проведении операций, связанных с большой деформацией из стенок при различной ориентации сварных швов: холодной гибки отводов ( без дорна и с дорном), отбортовки концов труб по/ свободно сидящий фланец, обжатия и раздачи концов труб под стандартные переходные отростки по методу "Т-Дрилл", выполненной на оборудовании трубопроводных цехов Прибалтийского судостроительного завода "Янтарь" и Светловского СРЗ Минрыбхоза СССР.

Исследования проведены в 3 этапа: выполнение технологических операций и визуальный контроль качества элементов; обмер готовых изделий и сравнение величин производственных дефектов с

допустимыми по нормам; приборный контроль отсутствия трещин в зонах больших деформаций и характеристик изменения твердости стенок и швов труб в этих местах с использованием вихретокового дефектоскопа НАЪЕС Ж П, магнитопорошкового и рентгентовского способов.

Результаты выполненных исследований показали возможность изготовления типовых элементов судовых трубопроводов, вне зависимости от положения сварных швов по отношению к зонам наибольших деформаций стенок труб, и использования без ограничения всего оборудования и технологической оснастки трубопроводных цехов, если выполнены основные и сформулированные в работе дополнительные требования к качеству поставляемых электросварных труб.' Этот вывод затем был подтвержден при изготовлении опытных трубопроводов из электросварных труб для РТМА "Амдерма".

На базе результатов, выполненных исследований были разработаны и согласованы с Регистром СССР два НТД:

стандарт предприятия "Трубопроводы судовые. Трубы стальные электросварные для систем морских судов. Сортамент и технологические требования", СТО 221.150-89, для Клайпедского СРЗ N? 7 ММФ СССР;

"Инструкция по использованию электросварных труб при техническом обслуживании и ремонте трубопроводов судовых систем на СРЗ "Преголь" МРХ СССР ГЁ 90-62.001 ВЖЖ.

В главе приведены основные положения этих документов. Оба они определяют класс трубопроводов, для которых допущено при ремонте использование электросварных труб, дают перечень судовых систем и систем СЭУ, в которых разрешена замена бесшовных труб электросварными, приводят сортамент таких труб. В документах даны технологические указания по запуску электросварных труб в обработку в случае отсутствия сертификатов или неполноты данных, содержащихся в них, приведены рекомендации по заказу труб 'для ремонта судовых систем.

В ■ составе инструкции приведена разработанная на базе выполненных исследований методика оценки безотказности элементов ремонтируемых трубопроводов, необходимая для перехода к ремонту по их фактическому состоянию. Обращено внимание на потребность СРП в совершенствовании технологического процесса дефектации, оценки состояния элементов трубопровода и прогноза его изменения во времени. Сделать это можно только располагая простыми

методами определения характеристик надежности частично изношенных элементов трубопроводов из бесшовных и электросварных труб и таких же характеристик элементов, устанавливаемых при ремонте.

Используя выражение (7), получен ряд формул для решения практических задач по оценке средней наработки до отказа элементов с уже имеющимися язвами известной глубины и без них, с наличием или отсутствием цинкового защитного покрытия, при изменении толщины стенки и диаметра элементов, установленных во время ремонта, после очистки труб от продуктов коррозии и отложений и т.п.

Расчеты удобно проводить на ПЭВМ. Для трубопроводов пресной вода и пара в формулы должны быть внесены поправки, величины которых заимствованы из опубликованных работ и приведены в главе.

В случае необходимости, на рабочем месте технолога можно пользоваться и графиками, построенными по аналитическим зависимостям, используя найденные в ОЛС значения коэффициентов: для элементов П категории М=1,04; 1^=0,38; Кг=0,22; для элементов Ш категории М=1',7; ^=0,28; К2=0,12.

Пример такого графина для отводов (элемент П категории с наружным диаметров Д=57 мм в диапазоне скоростей потока и от 2 до 4,4 м/с при возможной толщине стенок (глубине язв) показан на рис. 2. Поскольку формула (2), использованная в инструкции для СРП, основана на данных коррозии бесшовных труб и для электросварных дает несколько завышенные глубины коррозионных разрушений (ошибка в безопасную сторону), в главе найдена поправка к ней - коэффициент Кэ. Абсолютная величина коэффициента Кз, учитывающего это обстоятельство, была найдена по результатам сравнительных испытаний бесшовных и электросварных труб в гидролотке и на НИС "Изумруд". Оказалось, что К^г 0,8.

В этой же главе приведено описание опытной эксплуатации труб в системах морской воды на РТМА "Амдерма", где при очередном ремонте, было установлено свыше 40 м таких труб. Системы морской вода отработали с ними три обычных промысловых рейса (18 месяцев).

После этого трубы были демонтированы для вскрытия и обследования. Глубины коррозионных разрушений электросварных труб в напряженно-работавших системах были меньше, чем в трубах бесшовных. Результаты опытной эксплуатации признаны судовладельцем удовлетворительными.

коррозионных язв (П) и показателей безотказности элементов П категории в трубопроводах морской воды, Д=57 мм.

В главе приведено сравнение расчетных глубин язв в элементах трубопровода из бесшовных и электросварных труб по основной и откорректированной (Кэ) формуле (2) с данными опытной эксплуатации. В доверительном интервале для расчетного значения П с вероятностью Р=0,9 ошибка не превышает 14-20 % в безопасную сторону.

В конце главы сделана оценка экономической эффективности использования таких груб при ремонте систем. В приложениях даны копии актов, подтверждающих внедрение результатов исследования.

Таким образом в реферируемой диссертации дано теоретическое и экспериметальное обоснование ряда технологических параметров изготовления судовых трубопроводов из электросварных труб.

Технико-экономическими расчетами показана целесообразность их использования при ремонте судовых систем. В заключении работы сформулированы следующие вывода: - .

I. Исследованиями влияния технологических процессов изготовления электросварных труб из стали 10 показано, что лучшее качество их достигаются на маршруте:"сварка выпрямленным током -редуцирование до величины обжатия по диаметру заготовки не менее чем на 13 % - термическая обработка при 920°С в течение 1-2 минут на каждый миллиметр толщины стенки трубы".

Металлографическими, механическими и технологическими испытаниями подтверждено соответствие труб, сваренных выпрямленны] током и ТВЧ, требованиям- Регистра СССР к материалам для судовых трубопроводов.

2. Сравнительными испытаниями образцов электросварных и бесшовных труб и трубных элементов, изготовленных из них нг стендах ОЛС (КТИРПХ) и НИС "Изумруд" (ЦНИИ ТС), доказано, что коррозионные характеристики электросварных труб не хуже, чем бесшовных из стали 10. Разработанная методика и аппаратура для проведения сравнительных испытаний образцов труб в поперечном потоке электролита могут использоваться и для решения других аналогичных задач.

3. Разработана методика оценки показателей надежности элементов трубопроводов, учитывающая возможности изменения их конструктивных и эксплуатационных параметров, позволяющая повысить достоверность результатов технологического процесса дефектации трубопроводов из бесшовных и электросварных труб и увеличить срок их службы.

4. В результате технологических испытаний при изготовлении элементов судовых трубопроводов из электросварных труб установлено отсутствие влияния расположения сварных швов и ограничений в использовании штатного оборудования и оснастки трубопроводных цехов СРП.

5. Разработаны и согласованы с Регистром СССР документы для СРП, регламентирующие порядок применения электросварных труб в системах морских судов. НГД приняты заводами для использования, что расширяет область внедрения таких труб.

6. Технологические свойства электросварных труб при обработке и надежность трубопроводов из них подтверждены в ходе их изготовления и опытной эксплуатации в системах морской воды на большом морозильном траулере ИШ "Авдерма" Калининградской базы тралового флота.

Эффективность внедрения электросварных труб при ремонте

зудовых систем подтверждена актами судовладельцев и СРП.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Войцеленок С.Л., Лещинский' М.Б. Возможность применения для судовых систем и аппаратов сварных труб из традиционных и новых сталей.- Сб.ОП НТО им. акад. А.Н.Крылова, вып.2, Калининград, 1984, сЛ9-23.

2. Лещинский М.Б., Войцеленок С.Л. Техника и методика анализа результатов коррозионных испытаний образцов в поперечном потоке электролита. Сб.НТО им. акад. А.Н.Крылова, вып.З, Калининград, 1987.- с.31-47.

3. Лещинский М.Б., Войцеленок С.Л. Опытная эксплуатация судовых электросварных труб.-Рыбное хозяйства.-1987.-N 3.-о.44-46.

4. Лещинский М.Б., Войцеленок #С.Л., Гольденберг И.З. Использование в судоремонте электросварных труб новых марок.-Судоремонт флота рыбной промышленности.- 1987.-N 63.-c.H-I2.

5. Лещинский М.Б., Гольденберг И.З. Локализация и скорость коррозии при поперечном обтекании образцов электросварных труб

3 %-ым раствором хлорида натрия.- Защита металлов, I988.-Т.24.-tfô.-с. 222-226.

. 6. Лещинский М.Б. Технологические испытания электросварных труб нового поколения на штатном оборудовании трубопроводных цехов. Сб.НТО им.акад.А.Н.Крылова, вып.1, Калининград, 1989, с.46-49.

7. Лещинский М.Б., Еременко Т.Б. Коррозионные испытания тройников, изготовленных из электросварных труб. Технология судостроения, 1990, îfô, с.65-68.

8. Лещинский М.Б., Войцеленок С.Л., Гольденберг И.З. Рабочая методика оценки надежности элементов трубопроводов морской воды. Всесоюзная НТК "Научно-технический прогресс в новых условиях хозяйствования". Тез. докл.-Л.: Судостроение, 1991, с.133-134.

9. Лещинский М.Б., Войцеленок С.Л. Стандарт предприятия на использование электросварных труб для ремонта систем морских судов. Всесоюзная НТК "Научно-технический прогресс в новых условиях хозяйствования" Тез. докл.- Л.: Судостроение, 1991, с. 136-137.

1одписано к печати 17.02. 19 . Объем 1,5 уч.изд.л. Зумага 60x84 1/16. Тираж 100 экз._

Ш УОП КТИРПХ.236000,Калининград обл. .Советский пр-т, I.