Технологический процесс производства стальных сварных труб диаметром 1420мм, толщиной 40мм, в объёме 200т.тонн в год

ВВЕДЕНИЕ

Технологический процесс производства стальных сварных труб большого диаметра как никогда актуальна в наше время, так как такие трубы широко используются в различных отраслях промышленности и строительства. Они применяются для транспортировки различных сред, таких как газ, нефть, вода и другие, а также для строительства трубопроводов, мостов, зданий и других объектов.
Производство стальных сварных труб большого диаметра требует использования современных технологий и оборудования, а также строгого контроля качества. Это связано с тем, что такие трубы должны обладать высокой прочностью, надежностью и долговечностью, а также быть устойчивыми к коррозии и воздействию различных сред.
Кроме того, исследование и разработка новых технологий в области производства стальных сварных труб большого диаметра может способствовать снижению затрат на их изготовление, увеличению производительности и улучшению экологических показателей.

 
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Технологический процесс производства стальных сварных труб большого диаметра

Технологический процесс производства сварных стальных труб большого диаметра является сложной и многоступенчатой операцией, которая включает в себя несколько этапов. В данном обзоре мы рассмотрим основные стадии этого процесса и их особенности [1]:
Заготовка труб и подготовка поверхности
На первом этапе производства стальных труб производится заготовка металла. Для этого используются специальные прокатные станы, которые позволяют получить заготовки нужного диаметра и толщины. Далее заготовки проходят через станки для снятия окалины и очистки поверхности, что позволяет улучшить качество сварки и уменьшить вероятность возникновения дефектов.
Сварка труб и формирование шва
Сварка стальных труб большого диаметра осуществляется с использованием различных технологий, включая дуговую сварку под флюсом, газовую или электрошлаковую сварку. Выбор технологии зависит от требований к качеству шва и характеристик металла. При сварке труб используется автоматическая или полуавтоматическая сварка, что обеспечивает высокую производительность и качество сварного шва.
Термообработка сварного шва
После сварки трубы проходят процедуру термообработки, которая заключается в нагреве сварного шва до определенной температуры и последующем охлаждении. Это позволяет улучшить механические свойства сварного соединения и предотвратить образование трещин и других дефектов.
Контроль качества и испытания
Одним из ключевых этапов производства стальных труб является контроль качества. На этом этапе трубы подвергаются различным испытаниям, включая проверку на прочность, герметичность и коррозионную стойкость. Также проводится визуальный контроль сварных швов на наличие дефектов и соответствие требованиям стандартов.
Обработка концов труб
После контроля качества и испытаний трубы проходят обработку концов, которая заключается в их зачистке, нарезке фасок и нанесении антикоррозийного покрытия. Это обеспечивает надежность и долговечность сварных соединений и предотвращает коррозию металла.
Упаковка и маркировка
Завершающим этапом производства стальных сварных труб является упаковка и маркировка. Трубы упаковываются в пачки и маркируются в соответствии с требованиями заказчика и стандартами качества.
В заключение, технологический процесс производства стальных труб большого диаметра представляет собой сложную и многоэтапную операцию, включающую различные операции, такие как заготовка металла, сварка, термообработка, контроль качества и обработка концов. Благодаря использованию современных технологий и оборудования, а также строгому контролю качества, удается производить трубы, отвечающие самым высоким требованиям и стандартам.

1.2. Способы производства сварных труб большого диаметра
В зависимости от количества и направления швов на сварных трубах большого диаметра (530 - 2520 мм) различают одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные трубы. Трубы данного класса предназначены для строительства магистральных трубопроводов газа, нефти, нефтепродуктов, для водо- и паропроводов низкого давления и пр. [2]. Производство труб большого диаметра осуществляется главным образом способом дуговой сварки под слоем флюса [3].
В зависимости от целей использования, свойств и размеров исходного сырья, сварные трубы производятся разными методами, каждый из которых обладает определенными технологическими преимуществами и ограничениями.
На рисунке 1.2.1 схематично показаны известные способы производства сварных труб большого диаметра.

Рисунок 1.2.1. – Способы производства сварных труб большого диаметра

Спиралешовные трубы с диаметром до 2520 миллиметров и стенкой до 25 миллиметров производятся из низкоуглеродных и низколегированных сталей, которые хорошо поддаются сварке. Этот метод производства труб обладает рядом преимуществ по сравнению с производством прямошовных труб. Например, при одном и том же диаметре можно использовать более узкую и дешевую заготовку. Спиралешовные трубы также более прочные, так как спиралевидный шов имеет меньшую удельную нагрузку при равном рабочем давлении в трубе, чем прямой шов. Наконец, спиралешовные трубы могут быть изготовлены с более тонкими стенками, при этом соотношение диаметра к толщине стенок может превышать 100.
К недостаткам этого способа следует отнести большую, чем у прямошовных труб, протяженность сварного шва, несколько меньшие скорости сварки [4].
Производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса (ТБД)
В рамках российской практики, сварные прямошовные трубы крупного диаметра, применяемые для создания магистральных трубных систем для газа, нефти и нефтехимических продуктов, производятся из листов горячего проката (КДТ с внешним диаметром в диапазоне от 508 до 1422 миллиметров и толщиной стенок от 7 до 48 миллиметров) или из рулонов горячего проката (с внешним диаметром от 508 до 630 миллиметров и толщиной стенок от 5 до 22 миллиметров).
Сварные прямошовные КДТ, созданные из рулонного материала, имеют ограниченный ассортимент - внешний диаметр до 630 миллиметров. В РФ такие трубы изготавливаются на трубоэлектросварочных агрегатах (ТЭСА) с использованием технологии, которая включает формирование плоского рулонного материала в цилиндрическую заготовку для труб на формовочной линии с использованием вальцов для формовки, и сварку краев заготовки на высокочастотных токах. Основной особенностью технологии создания труб на ТЭСА этого типа является отсутствие стыкосварочного станка и машины для создания петель в рамках предварительной стадии обработки на ТЭСА; процесс создания труб на агрегатах имеет прерывистый характер.
Технология производства прямошовных труб с одним продольным швом реализована на трубных предприятиях РФ: АО "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ"), ПАО "ЧТПЗ", АО "ВТЗ", ЗАО "Ижорский трубный завод" (ЗАО "ИТЗ"), АО "Загорский трубный завод" (АО "ЗТЗ") [50], [51]. Технологическая схема изготовления труб из двух полуцилиндров-обечаек с формовкой на прессах реализована на ТЭСА 1220 и ТЭСА 820 ПАО "ЧТПЗ", ТЭСА 1020 АО "ВМЗ" [5].
В таблице 1.2.1 представлена сравнительная характеристика российских и зарубежных производителей труб большого диаметра.

Таблица 1.2.1. – Сравнительная характеристика
Характеристика Иностранные производители Российские производители
ХТЗ Европайп Ниппон Кокан ВМЗ ЧТПЗ ВТЗ ИТЗ ЗТЗ
Конструкция труб 530 - 820 кольц. 914 - 1420 1-шовная 1-шовная 1-шовная 1-шовная, 2-шовная 1-шовная, 2-шовная 1-шовная; спиральношовная 1-шовная 1-шовная
Диаметр, мм 530 - 1420 530 - 1625 406 - 1422 508 - 1420 508 - 1420 508 - 1420 610 - 1420 508 - 1420
Толщина стенки, мм 7 - 22 7 - 40 6 - 44,5 7 - 48 6 - 45 8 - 42 7 - 40 7 - 35
Длина, м 10,5 - 11,6 10,5 - 11,6; 18 10,5 - 11,6; 18 10,5 - 11,6 10,5 - 11,6; 18 10,5 - 11,6 18 12,2
Класс прочности Х60 - Х70 Х60 - Х100 Х60 - Х100 Х60 - Х100 Х60 - Х100 Х60 - Х100 Х60 - Х100 Х60 - Х100
Общая проектная мощность, тыс. т/год - - - 1680 1400 1420 600 500
Термообработка Нет Нет Закалка с отпуском, нормализация-отпуск Нет Нет Закалка с отпуском Нет Нет
 
Продолжение таблицы 1.2.1. – Сравнительная характеристика
Автоматизация сварки и неразруш. контроля Нет Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть
Экспандирование Механическое Механическое Механическое Комбинир. Гидравлическое Гидравлическое Механическое Механическое
По диаметру концов труб, мм +/- 1,6 +/- 1,6 +/- 1,6 +/- 1,6 +/- 1,6 +/- 1,6 +/- 1,6 -
По диаметру тела трубы, мм +/- 3,0 +/- 2,0 +/- 2,0 +/- 2,0 +/- 2,0 +/- 2,0 +/- 2,0 -
Наружное покрытие Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть
Внутреннее покрытие Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть Есть

Современные предприятия по производству сварных прямошовных труб крупного диаметра используют разнообразные технологические схемы и планировочные решения, обладают развитыми системами отделки и контроля качества продукции. Все производственные операции осуществляются на основных участках, включая подготовку листа, формовку, сварку и отделку.
Подготовка листового проката
В качестве исходного материала для производства сварных прямошовных КДТ используются горячекатаные листы из низколегированной стали, поставляемые в состоянии после нормализации или нормализации с отпуском, или прокатанные по контролируемому режиму с ускоренным охлаждением и отпуском. Режим прокатки и термической обработки определяется техническими условиями на горячий прокат.
Перед запуском листов в производство осуществляется входной контроль исходного сырья. Листы, отвечающие требованиям НТД (нормативно-технической документации), с площадки складирования с помощью подъёмной траверсы с вакуумной или магнитной подачей поступают в зону загрузки листов и подготовки кромок.
Формовка листа
Процесс формования листового проката в трубные цилиндрические заготовки составляет основу технологии изготовления сварных прямошовных КБД и во многом определяет ассортимент и группу прочности изделий, а также эффективность всего производственного процесса.
Формование трубных заготовок включает операции подгиба кромок листа, радиус которых равен радиусу изготовляемой трубы, и непосредственной формовки плоского листа в цилиндрическую трубную заготовку.
Операция подгибки продольных кромок при формовке труб на прессах осуществляется на кромкогибочном прессе одновременно с двух сторон шаговым способом последовательно участками по всей длине листа. В линии ТЭСА, формовка труб в которых производится в вальцах (см. рис.1.2.2, а), осуществляется операция догибки кромок сформованной трубной заготовки способом прокатки через специальную установку с нижним приводным валком, ручей которого соответствует радиусу обрабатываемой трубы, и верхним холостым валка бочкообразной формы.

Рисунок 1.2.2. - Способы формовки листового проката
в цилиндрическую трубную заготовку
а - в гибочных вальцах; б - на прессе при производстве труб
с одним прямым швом (UO-формовка); в - на прессе
при производстве труб с одним прямым швом (JCO-формовка)

В настоящее время на российских трубных предприятиях освоено и успешно реализуется производство сварных ТБД с одним либо двумя продольными швами с использованием различных способов и устройств формовки]:
- способ формовки листа в цилиндрическую трубную заготовку в вальцах (см. рисунок 1.2.2., а);
- способ формовки листа в цилиндрическую заготовку на вертикальных прессах - UO-формовка (см. рисунок 1.2.2., б);
- способ пошаговой формовки листа узким штампом на прессах - JCO-формовка (см. рисунок 1.2.2., в).
Сборка трубы, сварка технологического, внутреннего, наружного швов
При изготовлении сварных труб, независимо от количества и направленности швов на трубе, выполняется сварка наружного технологического шва и затем сварка внутреннего и внешнего рабочих швов. В этом случае технологический слой полностью плавится. На агрегатах для производства прямошовных труб все эти процессы выполняются на отдельных этапах.
После завершения процесса формовки полученная трубная заготовка перемещается на установку для выполнения соединительной сварки, на которой выполняется сборка кромочных стыков с использованием гидравлических зажимов и непрерывная односторонняя сварка технологического корневого шва с внешней стороны трубы в защитной газовой среде. Процесс сварки происходит с автоматическим поддержанием технологического режима и с визуальным контролем. По завершении операций по сборке и соединительной сварке кромочных соединений труба подвергается проверке и, при необходимости, шлифовке и восстановлению технологического шва.
До окончательной внутренней и внешней сварки, если данный процесс не проводился на этапе подготовки листа, на обоих концах трубы вручную привариваются технические планки.
Сварка внутреннего шва выполняется непрерывной четырехсторонней сваркой под флюсом. В процессе выполнения сварки необходимо визуально контролировать расположение
В процессе сварки внутреннего и наружного швов начало и конец сварного шва выводят на предварительно приваренные технологические планки. Это позволяет сократить расходный коэффициент металла и вывести со шва трубы на технологические планки кратерные участки, где возможно образование трещин [5].
Сварка наружного шва выполняется пятидуговой сваркой под керамическим флюсом. Во время сварки происходит полное заполнение технологического шва и соединение с внутренним сварным швом. В результате получается сварное соединение с прочностью, превышающей прочность основного материала трубы.
Во время сварки также осуществляется визуальный контроль над положением сварочной головки и непрерывный мониторинг технологических параметров сварочного процесса.
В зависимости от требований и назначения труб, класса прочности, надежности и выполнения ТБД используются различные виды керамического сварочного флюса и медная проволока различного химического состава с диаметром 3-5 мм.
Сваривание завершается снятием технологических планок, удалением усиления наружного и внутреннего шва на участке около 150 мм от концов трубы, визуальной проверкой внутреннего и наружного сварочного шва.
Контроль труб, экспандирование
После стадии охлаждения сварные трубные соединения перемещаются на участок автоматического ультразвукового контроля сварного соединения. Если на установке АУК обнаружен шов, то в отдельных камерах выполняется рентгенотелевизионная проверка (РТП) дефектных областей труб для подтверждения присутствия дефекта и определения его характеристик. Обнаруженные недостатки устраняются вручную, затем труба возвращается на ультразвуковой стенд для проверки по всей длине или в РТП-камеру для повторной оценки результатов ремонта шва. В зоне осмотра выполняется визуальный осмотр и ручная УЗК-проверка дефектов, не подтвержденных в РТП-камерах, которые были ранее обнаружены АУК. На основании результатов осмотра и контроля принимается решение о проведении ремонта или отбраковки труб.
Обработка торцов
В зависимости от принятого технологического процесса производства прямошовных ТДБ обработка концов может выполняться до или после операции гидроиспытаний. Кроме того, процесс торцевания и изготовления фасок может быть разбит на этапы (например, шлифовка сварочного края без формирования фаски может выполняться на участке торцевания до гидроиспытаний, а механическая обработка торцевых поверхностей труб - на участке отделки).
Гидроиспытание
На гидропрессе осуществляется опрессовка труб на всю длину. Давление выбирается исходя из марки стали и толщины стенок испытываемой трубы. Каждую трубу подвергают испытанию внутренним гидродавлением с выдержкой не меньше 20 секунд.
После гидроиспытаний трубы проходят повторный автоматический ультразвуковой контроль по всей длине сварочного соединения. Концевые области по периметру трубы и сварной шов длиной не менее 200 миллиметров от торцов трубы проходят АУК и РТК. Если обнаруживаются дефекты, труба отправляется в зону контроля.
Качество торцевых частей трубы проверяется магнитопорошковым методом. Затем труба отправляется на площадку заключительного инспекционного контроля, на котором производится автоматическое взвешивание и измерение геометрических параметров трубы: длины, диаметра, овальности, периметра.
Последними операциями в процессе производства сварных прямошовных ТКД являются маркировка труб, их упаковка, перемещение продукции трубного проката на склад для дальнейшей отгрузки в адрес конечных потребителей.