Развитие технологий изготовления трубопроводов в рамках стратегии импортозамещения

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Дьяков А. С., Сахно К. Н. Развитие технологий изготовления трубопроводов в рамках стратегии импортозамещения // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2015. – Т. 13. – С. 3516–3520. – URL: http://e-koncept.ru/2015/85704.htm.
Аннотация. Рассматриваются вопросы проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов. Предлагается технология изготовления труб, использующая трубогибочные станки, исключающая влияние угловых погрешностей на отклонение трасс трубопроводов. Приводится краткое описание разработанной компьютерной программы, использующей в расчетах данные по конфигурации трубы, заданные в координатных осях(точки перегиба), а также данные по погрешностям выполнения отдельных операций оборудованием: резка, гибка, продвижение, разворот в плоскости.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Дьяков Артем Сергеевич,Аспирант кафедры «Судостроение и энергетическиекомплексы морской техники», ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», г. Астраханьrereac@mail.ru

Сахно Константин Николаевич,доктор технических наук, профессор кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники», ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», г. Астраханьk.sakhno@mail.ru

Развитие технологий изготовления трубопроводов в рамках стратегии импортозамещения

Аннотация.Рассматриваются вопросы проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов. Предлагается технология изготовления труб, использующая трубогибочные станки, исключающая влияние угловых погрешностей на отклонение трасс трубопроводов. Приводитсякраткое описание разработанной компьютерной программы, использующей в расчетах данные по конфигурации трубы, заданные в координатных осях(точки перегиба), а также данные по погрешностям выполнения отдельных операций оборудованием: резка, гибка, продвижение, разворот в плоскости. Ключевые слова:изготовление труб, допуски, гибка, проектирование, угловые погрешности.

В настоящее время особую актуальность приобретают технологии, позволяющие обеспечить импортозамещение на максимально возможном уровне. Современные инжиринговые центры в указанном направлении ориентированы в основном на использование зарубежных научнотехнических решений и инновационных технологий.При этом большинство из них изначально основаны на достижениях Советского Союза в период 6070 х годов прошлого века,когда гибка труб, стала осуществляться по картамэскизам, без шаблонов, что дало возможность изготавливать трубы в задел.Предполагалось, и не без оснований, что это сократит сроки строительства заказов и даст возможность создания региональных центров по изготовлению труб для стабильной загрузки трубогибочного оборудования. В процессе внедрения предприятия начали отказываться от глобального применения данной технологии изза большого процента брака. При монтаже трассы натыкались на смежные конструкции и не укладывались в выделенные коридоры. Причины брака объясняли некачественным проектированием. В дальнейшем с внедрением проектирования, использующего 3D модели, оправдать брак неточностью проектирования стало невозможно, однако трубы, изготовленные в задел, продолжали при монтаже не помещаться в выделенный коридор. Существующая нормативная документация на изготовление труб по эскизам (в задел) регламентирует контроль двух параметров–это отклонение строительных размеров трубы иугол неперпендикулярности установки соединений, относительно осей концевых участков. В процессе формирования конфигурации трубы на трубогибочном станке выполняется несколько операций –это продвижение до начала погиба, непосредственно погиб и разворот трубы для выполнения последующего погиба в нужной плоскости. Погрешности двух последних операций приводят к угловым отклонениям направлений прямых участков трубы, в том числе и концевых участков. Установка соединений с контролем перпендикулярности относительно осей концевых участков не уменьшает угловые отклонения, а только добавляет новые хаотичного направления. Контроль строительных размеров не выявляет эти угловые отклонения. Действие этих отклонений проявляется в процессе монтажа труб, когда трасса трубопровода отклоняется в непредсказуемых направлениях. В настоящее время в зарубежном судостроении широко применяется метод изготовления труб из фасонных частей. Технология формирования конфигурации труб из фасонных частей позволяет исключить угловые отклонения концевых участков, и проконтролировать отсутствие этих отклонений довольно простыми измерениями, что привело к ее широкому внедрению.Исключив угловые отклонения, была устранена главная проблема, стоявшая на пути возможности изготовления труб в задел. Кроме этого, увеличилась ритмичность загрузки трубогибочных станков, на которых осуществляется изготовление фасонных частей, ведь для изготовления фасонных частей не нужно знать конфигурацию конкретных труб.Технология формирования труб из фасонных частей, это более затратная технология, по сравнению с гибкой труб, т.к. на каждый погиб трубы добавляется два сварных шва со своей дополнительной трудоёмкостью и сварочными материалами, но преимущества, которые возникают от возможности изготовления труб в задел, перекрывают эти затраты. Использование проектными организациями в чертежах трубопроводов фасонных частей привело к закупкам этой продукции за рубежом.Исключение угловых отклонений явилось главным фактором внедрения более затратной технологии изготовления, что сохранило технологию изготовления труб в задел. Если решить задачу учета и компенсации угловых отклонений, возникающих при гибке труб, то необходимость применения более затратной технологии изготовления труб из фасонных частей теряет смысл. Трубы можно будет изготавливать в задел, что также увеличит равномерную загрузку не только трубогибочных станков, но и всего парка оборудования трубопроводного производства.В результате проведенных авторами на рубеже ХХХХI века исследований предлагается технология изготовления труб, использующая трубогибочные станки, исключающая влияние угловых погрешностей на отклонение трасс трубопроводов. В основе технологии заложено изобретение, касающееся установки соединений и разработана компьютерная программа, использующая в расчетах данные по конфигурации трубы, заданные в координатных осях (точки перегиба), а также данные по погрешностям выполнения отдельных операций оборудованием: резка, гибка, продвижение, разворот в плоскости.Программа проводит анализ конфигурации трубы на предмет возможных отклонений, которые могут возникнуть в процессе ее изготовления, и предлагает варианты координатных направлений, при выборе одного из которых отклонения в двух других направлениях будут компенсированы. Проектант выбирает подходящий вариант и записывает его в документ на изготовление трубы (чертеж или эскиз трубы). Труба, изготовленная по этой технологии, при монтаже в трассу трубопровода не даст никаких угловых отклонений. Кроме этого, строительные размеры трубы будут иметь отклонение только в одном координатном направлении, и это направление у 86 % труб можно выбирать еще в процессе трассировки трубопровода из предлагаемых программой вариантов. У 68 % труб –два варианта, а у 18 % –это все три направления координат. Выбирая направление из предложенных программой вариантов, можно исключить линейные отклонения трассы в нежелательных направлениях. У оставшихся 14 % труб программа покажет то единственное направление отклонения, за счет которого отклонения в направлении двух других осей координат также будут компенсированы. Все эти действия технология позволяет предусмотреть на стадии проектирования трассы, необходимо записать в чертеж (эскиз) на изготовление трубы соответствующие требования. [13]В предлагаемой технологии производства трубопроводов, направленной на увеличение объема труб, изготавливаемых в задел по проектной документации, необходимо участие проектной организации. Часто заводы не пользуются предоставляемой документацией при изготовлении трубопроводов, жалуясь на ее качество, хотя проектант уверен в ее достоверности. В этой ситуации правы обе стороны, но необходимо это пояснить. Отказ от изготовления труб по проектной документации без уточнения размеров по месту обусловлен следующим. Допуски на отклонение конструктивных размеров труб регламентированы [4] и составляют ± 10 мм для труб диаметром меньше 100 мм и ± 15 мм для труб большего диаметра. Согласно [4] «для исключения касания труб за счет погрешностей (допусков) на их изготовление и монтаж следует обеспечивать зазоры, не менее: 30 мм –между трубами и корпусными конструкциями; 40 мм –между трассами трубопроводов». При предельных отклонениях труб возможен вариант отклонений трасс трубопроводов, показанный на рис. 1. Уменьшение размеров L1 и L2 на 15 мм и увеличение размера L3 на 15 мм (т.е. в пределах допусков) вызывает недопустимое пересечение труб, и это без учета отклонений установки приварышей.

Рис.1. Соотношение допускаемых отклонений и минимально допустимых зазоров

Кроме допусков на конструктивные размеры трубы, регламентируются допуски на неперпендикулярность установки соединений. Они регламентируются в зависимости от диаметра труб (либо 0,5º –европейский стандарт). Рассмотрим, что может произойти при монтаже первых двух труб трассы, если трубы были изготовлены в соответствии с требованиями этих документов (рис. 2).

Рис. 2. Схема отклонений трассы, после монтажа двух труб,

изготовленных с разрешенными допусками

Трасса состоит из труб Ду65. Допуск на неперпендикулярность установки плоскости соединения с осью трубы 2/100, где 2 мм соответствует допуску для труб диаметром меньше 100 мм по табл. 17 [5], а 100 мм–это диаметр соединительной поверхности фланца Dy65. Линейные допуски на конструктивные размеры для труб Ду65 ±10 мм[4]. В результате максимально допустимые отклонения трассы на конце первой трубы по оси Y составят: 10 + 2 / 100 х 2000 = 50 мм. Это отклонение только этой трубы, однако, второе соединение на первой трубе тоже может быть установлено неперпендикулярно в пределах допуска, что добавит отклонение второй трубе к ее 50 мм, еще 2 / 100 × 2000 = 40 мм. Итого общее отклонение трассы составит: 10 + 2 / 100 × 2000 + 2 / 100 × 2000 + 10 + 2 / 100 × 2000 = 140 мм. Если взять допустимый угол неперпендикулярности 0,5º (европейский стандарт), то это даст на каждом фланце по 17,5 мм: sin0, 5 × 2000. Всего: 10 + 17,5 + 17,5 + 10 + 17,5 = 72,5 мм. Конечно, это максимальный, а не практический вариант отклонений, однако в этой схеме не показаны угловые отклонения прямых участков труб. При стандартных погрешностях выполнения операций погиба и разворота в 0,5º, два погиба и один разворот в каждой трубе дадут дополнительные отклонения такого же порядка. Трубы, изготовленные по чертежам с такими регламентированными допусками, не удастся смонтировать. Трасса не поместится в коридор, выделенный для нее в проекте. Для использования предлагаемой технологии разработана компьютерная программа (рис. 3) использующая в расчетах данные по конфигурации трубы, заданные в координатных осях (точки перегиба), а также данные по погрешностям выполнения отдельных операций оборудованием: резка, гибка, продвижение, разворот в плоскости.

Рис. 3. Главное диалоговое окно

Выполненный программой расчет –это анализ конфигурации и размеров трубы на предмет ее компенсационных возможностей для компенсации отклонений образующихся после операции гибки трубы. У приведенной в примере трубы любая ось координат может быть использована в качестве компенсационной. В расчете в качестве примераприведена реальная труба проекта 4550, построенного на ОАО «Красные баррикады».Проектант должен выбирать для компенсации ту ось координат, отклонение по которой при монтаже трубы отклонит трассу в безопасном направлении (рис.4.).После выбора направлениякомпенсации в чертеж данной трубы вносится указание о перемещении конца трубы, при установке соединений именно до совпадения с этой осью координат, и величина перемещения соединения, указанная в форме расчета у выбранной оси координат, которая является единственным допуском на отклонение конструктивных размеров данной трубы. Никакие другие вычисления программы в чертеже не нужны и не вносятся.

Рис. 4. Главная форма, после расчетов.

Изготовленные по таким чертежам трубы будут иметь отклонения своих конструктивных размеров только в одном координатном направлении, выбранном проектантом с учетом условий размещения трассы трубопровода, которому принадлежат данные трубы. С помощью данной технологии проектант может выпустить такую документацию на изготовление труб, по которой можно изготовить трубы, не дающие никаких отклонений трассы. Отклонения трассы будут возникать только от неточности установки приварного насыщения и оборудования.На основе данной технологии была создана программа повышения квалификации инженерных кадров «Современные методы проектирования и производства трубопроводов сложных технологических комплексов», которая выиграла конкурс, объявленный Указом Президента РФ. В соответствии с этой программой в III квартале 2013 года было проведено повышение квалификации инженерных работников судостроительных и проектных организаций в составе 15 человек. Дальнейшее развитие инжиринговых центров в России и в Астраханской области связано с научным обоснованием технических решений, составляющими основу инновационных технологий повышения производительности проведения трубопроводных работ при создании сложных технологических комплексов: современных морских судов, буровых платформ, нефтегазоперерабатывающих сооружений; а также с подготовкой высококлассных специалистов на основе отечественной научной и инженерной мысли.

Ссылки на источники1. Сахно, К.Н. Научные основы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования: дис. дра техн. наук/ К.Н. Сахно. –Астрахань, 2012. –353 с. 2. Сахно, К.Н. Разработка технологий изготовления и монтажа судовых трубопроводов и их экономическое обоснование/ К.Н. Сахно// Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер. Морская техника и технология. –2011. –№3. –С. 2229. 3. Сахно, К.Н. Научные основы проектирования трасс судовых трубопроводных систем/ К.Н. Сахно// Судостроение. –2009. –№6. –С. 6063.4. РД5Р.000593. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Требования к проектированию, изготовлению и монтажу труб по эскизам и чертежам с координатами трасс трубопроводов. 5. ОСТ5.9505790. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовойтехнологическийпроцессизготовленияимонтажатрубопроводов.