Вторник, 06.12.2016, 20:51
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. Методы испытаний резьбовых соединений. Часть 3

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16

5.7.7 Контроль свинчивания соединения

После каждого развинчивания образцы соединений тщательно осматривают. Оценивают и отмечают на диаграммах зависимости момента от числа оборотов все наблюдаемые случаи заедания. На этих же диаграммах отмечают все нарушения процесса свинчивания (проскальзывание конца трубы или муфты в плашках трубного ключа, сбои компьютера или скачки электрического сигнала, не отмеченные на диаграмме, и т.п.). В числе данных по геометрическим параметрам соединения (форма C.3) регистрируют также результаты контроля размеров образца.

5.8. Выявление утечек при внутреннем давлении

5.8.1 Сущность испытаний

Требования к утечкам имеют особо важное значение для тех соединений, которые должны быть непроницаемыми для газа или жидкой среды. Для соединений разного типа ниже приведены альтернативные методы выявления утечек. Соединения обсадных и насосно-компрессорных труб подвергают воздействию внутреннего давления и наблюдают за их поведением при помощи системы выявления и измерения всех утечек соединения.

5.8.2 Среды для создания давления

Все испытания внутренним давлением соединений CAL II, III и IV, проводимые по области испытательных нагрузок, должны осуществляться с использованием сухого азота. По выбору любой из сторон, участвующих в испытаниях, к азоту можно добавлять 5% гелия в качестве газа-индикатора. Все испытания внутренним давлением соединений CAL I, проводимые по области испытательных нагрузок, должны осуществляться с использованием жидкой среды, не содержащей твердых включений, или сухого азота, как это согласовано в программе испытаний. Все испытания при предельных нагрузках, например плановые испытания до разрушения, должны проводиться с использованием жидкой среды в качестве средства для создания давления, если в программе испытаний не указано иное.

5.8.3 Безопасность испытания

Для обеспечения безопасности испытания газом под давлением проводят с установленной в образце соединения болванкой-наполнителем. Материал болванки не должен быть пористым и не должен быстро выделять содержащуюся в ней рабочую среду, чтобы не мешать интерпретации результатов испытания. Размеры болванки должны быть такими, чтобы существенно уменьшить внутренний объем соединения, но не приводить к механическому взаимодействию с образцом при его деформации в ходе испытания (см. рисунок 8 в 5.10.2). Болванку необходимо отцентрировать так, чтобы исключить ее контакт с образцом соединения в процессе испытания.

5.9. Устройства для выявления утечек при испытании внутренним давлением

5.9.1 Варианты устройств

Образец испытываемого соединения оснащают, по крайней мере, одним из следующих устройств для выявления утечек при испытании внутренним давлением. Если испытания проводятся при повышенной температуре, то материалы устройства должны быть применимы для использования при температурах выше температуры испытания.

5.9.2 Устройство с уплотнительными кольцами (рисунок 2)

1 - металлический фланец; 2 - шпилька; 3 - пружины; 4 - гайка; 5 - муфта; 6 - ниппельный элемент; 7 - гибкий шланг; 8 - уплотнительное кольцо; 9 - плоская прокладка

Рисунок 2 - Устройство, устанавливаемое на раструбный элемент, для выявления утечек при испытании внутренним давлением

Устройство состоит из уплотнительного кольца, прижимаемого к торцу, или наружной поверхности раструбного элемента при помощи фланца, имеющего не менее четырех сквозных отверстий под шпильки, которыми фланцы плотно прижимаются к торцу раструбного элемента. Уплотнение между фланцем и ниппельным элементом создают с помощью отдельного прижимного уплотнительного кольца.

5.9.3 Устройство с гибким шлангом (рисунок 3)

1 - гибкое уплотнение; 2 - хомуты для шланга; 3 - металлическая трубка или гибкий шланг (при испытаниях серии C - из теплостойкого материала); 4 - герметизирующий материал; 5 - небольшой зазор для повышения чувствительности выявления утечек

Рисунок 3 - Устройство с гибким уплотнением для выявления утечек при испытании внутренним давлением

 

Устройство с гибким шлангом-ловушкой из материала типа силикон устанавливают к торцу раструбного элемента. Зазоры между наружной поверхностью ниппельного и раструбного элементов и устройством заполняют герметизирующим материалом. Для крепления шланга на наружной поверхности ниппельного элемента и раструбном элементе используют фланцы. Между фланцем и наружной поверхностью элементов вводят трубку для отвода утечек газа, также уплотняемую герметизирующим материалом.

5.9.4 Устройство, встраиваемое в раструбный элемент (рисунок 4)

1 - отверстие с резьбовым штуцером на участке муфты, соответствующем сбегу резьбы трубы; 2 - герметизирующий материал; 3 - гибкий шланг

Рисунок 4 - Устройство с отверстием в раструбном элементе для выявления утечек при испытании внутренним давлением

Для выхода утечек газа на участке вблизи торца раструбного элемента, соответствующем сбегу резьбы ниппельного элемента, сверлят сквозное радиальное отверстие. В отверстии нарезают резьбу и ввертывают в него штуцер с гибким шлангом. Торец раструбного элемента уплотняют во избежание неконтролируемой утечки газа.

Свинчивание образца соединения проводят следующим образом:

a) перед свинчиванием соединения сверлят отверстия, нарезают в них резьбу и удаляют заусенцы;

b) свинчивают соединение;

c) в сверленые отверстия ввинчивают штуцеры с использованием герметизирующего материала, например PTFE;

d) очищают торцы раструбного элемента и уплотняют их при помощи силиконового или другого герметизирующего материала;

e) дают герметизирующему материалу затвердеть.

5.9.5 Испытание устройств для выявления утечек при внутреннем давлении

Устройства испытывают следующим образом:

a) проверяют герметизирующий материал и штуцер на утечки, для чего присоединяют шланг к источнику воздуха или азота, создающему давление от 0,007 до 0,014 МПа. Перекрывают подвод газа и наблюдают по манометру за падением давления;

b) если необходимо, исправляют или герметизируют устройство;

c) периодически вывинчивают штуцер, прочищают отверстие и возобновляют испытание, как описано выше;

d) по согласованию отверстия могут быть выполнены с уплотнением металл-металл.

5.9.6 Чувствительность системы выявления утечек при внутреннем давлении

Система наблюдения и измерения утечек при внутреннем давлении должна обладать чувствительностью к утечкам не хуже 0,9 см3 за 15 мин при использовании для измерения градуированного цилиндра с ценой деления 0,1 см3 или не хуже 0,0001 см3/с при стандартных условиях измерения газовым хроматографом или спектрометрической системой. При использовании в качестве газа-индикатора гелия система измерения с градуированным цилиндром должна обладать способностью улавливать выделяющийся газ для определения содержания гелия с целью проверки необходимости учета или отказа от учета утечек.

При использовании градуированного цилиндра необходимо предусмотреть компенсацию изменений барометрического давления, которые могут оказывать влияние на чувствительность к утечкам. Рекомендуется перед началом испытаний настроить отдельный градуированный цилиндр (см. рисунок 5), имитирующий устройство для выявления утечек. Во время анализа этот имитационный цилиндр используется для установления наличия утечек в соединении или того, вызвано ли изменение изменением барометрического давления. Отдельный имитационный градуированный цилиндр должен содержать газовый объем, совпадающий с газовым объемом в перевернутом градуированном цилиндре испытываемых соединений.

1 - гибкий шланг; 2 - сосуд с водой; 3 - градуированные цилиндры; 4 - теплостойкая трубка; 5 - устройство для выявления утечек; 6 - имитационный градуированный цилиндр того же размера и с той же высотой над уровнем воды, что и цилиндры 3

Рисунок 5 - Система для выявления утечек при внутреннем давлении пузырьковым методом

Индикаторы утечек можно оценивать в отношении источника утечки, если имеются основания подозревать, что утечка происходит не от испытываемого соединения. Для проверки того, происходят ли пузырьки от среды под давлением, а не от дегазации резьбовой смазки или от теплового расширения соединения или испытательного оборудования, можно использовать датчик, калиброванный на улавливание гелия. Оценка источника утечки должна быть основана на тщательном анализе газа утечки. Если утечка вызвана не соединением, а каким-то другим источником, например торцевыми заглушками, то необходимо устранить ее и продолжить испытание. Необходимо зарегистрировать все посторонние утечки и их источники (штуцер для отвода утечек, кран и т.п.). В отчете необходимо указать все индикаторы утечек и подробно объяснить причину, по которой утечка не принимается во внимание.

5.9.7 Пузырьковый метод выявления утечек при внутреннем давлении

5.9.7.1 Сущность метода

Система выявления утечек пузырьковым методом изображена на рисунке 5. Система основана на улавливании всего газа, выделяющегося из соединения, и его помещения в сосуд для измерения объема. Основные компоненты системы:

a) средство для улавливания газа типа ранее описанных устройств для выявления утечек;

b) трубка или гибкий шланг для соединения ловушки с газосборником;

c) газосборник, включающий прозрачный градуированный цилиндр с ценой деления не больше 0,1 см3, наполненный водой. Гибкая трубка выведена в открытое пространство в верхней части цилиндра. Нижнюю часть цилиндра и трубку погружают в сосуд с водой и переворачивают (см. рисунок 5). Утечка видна в виде пузырьков, поднимающихся в цилиндре. Объем газа из пузырьков измеряют по шкале цилиндра.

5.9.7.2 Проверка системы для выявления утечек пузырьковым методом

Перед началом выполнения программы испытания соединения необходимо проверить систему на собственные утечки и оценить ее чувствительность.

a) Для проверки системы прикладывают давление воздуха или азота от 0,007 до 0,014 МПа. После стабилизации давления перекрывают подвод газа и в течение 2 мин наблюдают за давлением по манометру. Любое падение давления указывает на наличие утечек из системы, которые необходимо выявить и устранить. Процедуру повторяют до тех пор, пока давление газа не станет стабильным в течение, по крайней мере, 2 мин.

b) Эффективность системы оценивают, подводя к ней воздух и измеряя прирост объема воздуха в каждом цилиндре. Воздух подводят порциями по 1 см3, по крайней мере, до объема 10 см3. Определяют среднее отношение подводимого и отводимого воздуха на графике (см. рисунок 6). Необходимо зарегистрировать начальный объем подводимого воздуха, нужный для того, чтобы воздух начал скапливаться в градуированном цилиндре, но этот объем не влияет на расчетную эффективность и поэтому не учитывается. Эффективность должна составлять не менее 70%, и если она ниже, то необходимо изменить конфигурацию системы и тем самым повысить чувствительность. Найденный показатель эффективности используется для коррекции всех наблюдаемых утечек и их объемов при испытании и рассчитывается по формуле

 

 

1 - элемент соединения A; 2 - элемент соединения B

 

 

Рисунок 6 - Пример графика для оценки чувствительности системы выявления утечек

5.9.7.3 Начало испытания

Перед началом испытания соединения в области испытательных нагрузок проводят предварительную зарядку каждой системы выявления утечек, вдувая воздух вблизи раструбного элемента до появления небольшого количества воздуха в градуированном цилиндре. Регистрируют этот объем в качестве начального количества газа, которое будет вычитаться из того количества газа, которое накопится в цилиндре в ходе испытания. Этот начальный объем воздуха должен быть достаточным, чтобы понизить уровень воды в цилиндре до начала шкалы перед испытанием.

5.9.8 Измерение утечек при внутреннем давлении гелиевым масс-спектрометром

5.9.8.1 Сущность метода

Система измерения утечек данным методом (рисунок 7) включает:

a) ловушку для газа;

b) трубку или гибкий шланг для соединения ловушки с линией подачи газа-носителя;

c) линию подачи чистого азота в качестве газа-носителя, соединенную с масс-спектрометром;

d) гелиевый масс-спектрометр, в котором, как правило, используется метод измерения утечек всасыванием, что требует обеспечения правильной работы всасывающего устройства при атмосферном давлении.

1 - источник внутреннего давления; 2 - переключатель отбора; 3 - устройство регистрации данных; 4 - масс-спектрометр; 5 - регуляторы подачи газа-носителя; 6 - образец (в данном случае - две муфты и 4 соединения 1S, 2S, 3S и 4S)

Рисунок 7 - Измерение утечек при помощи гелиевого масс-спектрометра

5.9.8.2 Точность системы

Система измерения утечек гелиевым масс-спектрометром должна обеспечивать в стандартных условиях измерение суммарных утечек 0,0001 см3/с или ниже.

5.9.8.3 Калибровка системы

Всю систему необходимо откалибровать не реже, чем один раз в год, по рекомендациям изготовителя оборудования с использованием сертифицированного и калиброванного источника утечек. Калиброванный источник утечек используется вместо испытываемого образца соединения, а все остальные компоненты системы должны быть на месте.

5.9.8.4 Одновременное измерение утечек из нескольких образцов соединения

Для одновременного испытания нескольких образцов соединения или соединений можно использовать коллектор с переключателем. Необходимое минимальное время всасывания зависит от оборудования, и его следует определить и продемонстрировать перед началом испытания. От каждой линии необходимо отбирать пробу не реже чем один раз в минуту.

5.9.8.5 Проверка системы

Перед каждым испытанием продувают систему азотом или смесью азота с гелием и затем проверяют, всасывая газ через линию в сборе и ловушку. Проверяют правильное содержание гелия в смеси, чтобы убедиться в отсутствии засоров в линии.

5.10. Выявление утечек при внешнем давлении

5.10.1 Сущность метода

Соединения обсадных и насосно-компрессорных труб подвергают воздействию внешнего давления в системе, способной выявить возникающие при этом утечки. Выявление таких утечек считается более трудной задачей и происходит менее точно, чем выявление утечек при внутреннем давлении. Все испытания на выявление утечек при внешнем давлении проводятся с использованием пресной воды. При этом необходимо зарегистрировать все вытесненные объемы воды.

5.10.2 Безопасность испытания

Если испытание на выявление утечек при внешнем давлении осуществляется в сочетании с испытанием на выявление утечек при внутреннем давлении, то в образец необходимо поместить болванку-наполнитель, как описано в 5.8.3 (см. рисунок 8).

1 - отверстие к преобразователю давления для испытания внутренним давлением газа, для выявления утечек при испытании внешним давлением и для подвода воздуха с целью удаления воды после испытания внешним давлением; 2 - камера для создания внешнего давления; 3 - отверстие с гибким шлангом для выявления утечек при испытании внутренним давлением или к преобразователю давления при испытании внешним давлением; 4 - испытываемая труба; 5 - заглушка с верхним отверстием, см. позицию 1; 6 - болванка-наполнитель для уменьшения внутреннего объема; 7 - испытуемое соединение; 8 - заглушка с нижним отверстием, см. позицию 11; 9 - камера, заполненная водой; 10 - отверстие для подвода давления воды в камеру; 11 - отверстие для подвода давления газа, для наполнения водой при испытании внешним давлением, слива воды после испытания внешним давлением; 12 - гибкий шланг к системе измерения утечек, см. позицию 8 на рисунке 9

Рисунок 8 - Пример установки для испытаний серии A

 

1 - вентиль перед большим градуированным цилиндром; 2 - вентиль перед небольшим градуированным цилиндром; 3 - большой открытый сверху градуированный цилиндр на 100 - 200 см3; 4 - небольшой открытый сверху градуированный цилиндр примерно на 25 см3 с ценой деления 0,1 см3; 5 - уровень воды; 6 - подкрашенная вода; 7 - регулируемый держатель, позволяющий в начале каждого периода выдержки разместить дно цилиндра на уровне, соответствующем от 100 до 200 см3; 8 - гибкий шланг, соединенный с верхней частью камеры при испытании внутренним давлением газа и с верхним отверстием одной из торцевых заглушек при испытании внешним давлением; 9 - гибкий шланг к большому цилиндру; 10 - гибкий шланг к небольшому цилиндру

Рисунок 9 - Пример системы измерения утечек при испытаниях серии A

5.10.3 Торцевые заглушки с отверстиями

Испытываемый образец соединения и торцевые заглушки должны иметь отверстия для заполнения образца водой, оснащенные штуцерами высокого давления, способными удержать внутреннее давление при проведении такого испытания. Обычно требуются два отверстия - одно для подвода воды и второе для отвода воздуха, расположенные на противоположных концах испытываемого образца соединения. Отверстие для отвода воздуха должно быть расположено таким образом, чтобы можно было полностью удалить воздух из соединения. Отверстия должны быть расположены так, чтобы можно было полностью удалить из соединения воду перед дальнейшим испытанием внутренним давлением газа.

5.10.4 Установка для испытаний серии A

Пример такой установки приведен на рисунке 8. В ходе испытаний этой серии внутреннее давление несколько раз меняется на внешнее и наоборот. Для сокращения продолжительности испытаний всю серию испытаний можно выполнять, не снимая камеру для создания внешнего давления. Эта внешняя камера может быть использована в качестве части системы выявления утечек при внутреннем давлении, если соблюдены следующие требования:

a) чувствительность выявления утечек должна составлять 0,001 см3/с, однако абсолютная демонстрация может оказаться невозможной;

b) наружная камера и гибкий шланг должны быть наполнены водой;

c) для проверки возможных утечек проводят дополнительные испытания с целью подтверждения интенсивности и источника утечек.

5.10.5 Выявление утечек и их измерение по уровню воды

Для испытания на выявление утечек при внутреннем давлении заполняют водой гибкий шланг 12 (см. рисунок 8) вверху камеры и присоединяют его к системе измерения утечек (см. рисунок 9).

Для испытания на выявление утечек при внешнем давлении заполняют водой внутреннее пространство образца соединения через гибкий шланг 1 (см. рисунок 8) и присоединяют его к системе измерения утечек (см. рисунок 9).

При испытании на выявление утечек при внешнем давлении испытываемое соединение и часть трубы по обе стороны от него охвачены камерой 2. Установлено, что при проведении этого испытания немедленно после приложения полного давления и осевой нагрузки может иметь место вытеснение значительного объема воды (больше 0,9 см3 за 15 мин). При этом интенсивность вытеснения воды обычно постепенно уменьшается. Поэтому необходим стабилизационный период перед началом выдержки под давлением по ИСО. С учетом этой особенности испытание на выявление утечек при внешнем давлении проводится следующим образом:

a) прикладывают полное внешнее испытательное давление и закрывают вентили на напорной линии от насоса;

b) после закрытия вентилей может оказаться необходимым небольшое превышение давления, чтобы поддержать требуемое давление;

c) вскоре после закрытия вентилей (в течение примерно 2 мин) начинают регистрировать нагрузки, давление и объем утечки;

d) продолжают регистрировать нагрузки, давление и объем утечки с интервалом 5 мин;

e) оценивают тенденцию изменения объема утечек. Снижение объема утечек считается нормальным явлением и указывает на отсутствие утечек из соединения. Постоянные утечки объемом более 0,9 см3 за 15 мин или растущие объемы утечки указывают на возможную утечку из соединения;

f) при соблюдении следующих условий считается, что во время выдержки утечки из соединения не имеют места:

1) при выдержке продолжительностью 15 мин:

- имели место 4 последовательные выдержки по 5 мин;

- сумма утечек за первые три выдержки по 5 мин и за последние три выдержки по 5 мин, т.е. за две последовательные выдержки по 15 мин не превышает 0,9 см3;

- утечки за выдержки по 5 мин не имеют тенденции к увеличению;

2) при выдержке продолжительностью 60 мин:

- имели место 13 последовательных выдержек по 5 мин;

- сумма утечек за первые 12 выдержек по 5 мин и за последние 12 выдержек по 5 мин, т.е. за две последовательные выдержки по 60 мин не превышает 0,9 см3 за 15 мин;

- утечки за выдержки по 5 мин не имеют тенденции к увеличению.

В начале испытания на выявление утечек как от внутреннего, так и от внешнего давления, большой градуированный цилиндр (см. рисунок 9) должен быть заполнен водой примерно наполовину. Перед приложением и регулировкой испытательных нагрузок открывают вентиль 1 (см. рисунок 9) и закрывают вентиль 2. При приложении испытательных нагрузок уровень воды в большом цилиндре будет повышаться или понижаться. В начале выдержки под давлением открывают вентиль 2 и перемещают небольшой цилиндр вверх или вниз так, чтобы уровень воды в нем стал близким к дну цилиндра. Затем закрывают вентиль 1. При утечке из образца соединения уровень воды в небольшом цилиндре будет повышаться, и его измерение позволяет судить об интенсивности утечки. К воде в цилиндрах рекомендуется добавить краситель, что облегчит наблюдение за уровнем воды в них.

Регистрируют уровень воды в небольшом цилиндре в начале и конце каждого периода выдержки, а при наличии утечки - с интервалами по 7.3.2, чтобы определить характеристики утечки.

5.11. Сбор данных и методы испытаний

5.11.1 Общие положения

Правильная и точная регистрация данных имеет решающее значение для аттестации. Без адекватной регистрации данных невозможно обеспечить объективную оценку качества соединения.

5.11.2 Сущность испытаний

При испытаниях серии A первичными нагрузками являются давление и осевое усилие при комнатной температуре. Изгибающая нагрузка считается вторичной, сопровождающей осевую нагрузку, и должна быть сведена к минимуму путем тщательного центрирования торцевых заглушек и нагрузочного устройства. При испытаниях серии B CAL IV к осевым нагрузкам намеренно добавляют изгибающие нагрузки. При испытаниях серии B CAL III, II и I добавление изгибающих нагрузок является необязательным. Образцы соединения, подвергаемые испытаниям серии B с приложением изгиба, должны быть оснащены приборами для определения изгибающей нагрузки.

5.11.3 Процедура испытаний

5.11.3.1 Общие положения

Регистрируют внутреннее и внешнее давление, осевую нагрузку, изгибающую нагрузку и температуру. При всех испытаниях необходимо регистрировать давления, осевую нагрузку и температуру непрерывно во времени. Возможна непрерывная или цифровая регистрация. При цифровой регистрации скорость сбора данных должна быть достаточно высокой с учетом ожидаемых изменений нагрузок и давлений, но во всяком случае не менее одного показания со всех приборов каждые 15 с.

При испытаниях на герметичность вычерчивают график давлений по шкале от нуля до конечного значения шкалы, превышающего наибольшее ожидаемое давление при испытательной нагрузке. При испытаниях на разрушение вычерчивают график давлений по шкале с конечным значением, более чем в два раза превышающим наибольшее ожидаемое давление при испытательной нагрузке. При испытаниях на герметичность вычерчивают график растягивающей нагрузки по шкале от нуля до конечного значения шкалы, превышающего наибольшее ожидаемое напряжение при испытательной нагрузке. При испытаниях на разрушение вычерчивают график нагрузок по шкале с конечным значением, более чем в полтора раза превышающим наибольшее ожидаемое напряжение при испытательной нагрузке. Необходимо также вычертить график зависимости температуры от времени с достаточным разрешением. Графики необходимо аннотировать для облегчения их последующей интерпретации.

5.11.3.2 Давление и (или) растягивающие нагрузки

К внутренней или наружной поверхности образца соединения присоединяют датчик давления. При этом его размещают со стороны отверстия для выхода воздуха, а не со стороны отверстия для нагнетания давления.

Каждый образец нагружают усилием при скорости роста осевой нагрузки не более 105 МПа/мин. Каждый образец нагружают давлением при скорости роста давления не более 105 МПа/мин. Нагружение образцов соединения может проводиться непрерывно или дискретно. Однако в случае дискретного нагружения скорость роста осевой нагрузки и давления в пределах каждого приращения не должна превышать указанной максимальной скорости. При снятии давления и осевой нагрузки ограничения максимальной и минимальной скоростей не устанавливаются.

Примечание - Указанные скорости роста нагрузки и давления должны обеспечить точную регистрацию данных о прочности и герметичности соединения.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (30.09.2016)
Просмотров: 36 | Теги: трубы | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016