Суббота, 03.12.2016, 01:16
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 4

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

5.11.3.3 Изгибающие нагрузки

При измерении изгибающих нагрузок при помощи тензодатчиков размещают 4 розетки из двухосных тензодатчиков, по крайней мере, на одной из труб (предпочтительно на обеих соединяемых трубах) в одной поперечной плоскости на расстоянии не менее  от соединения и от торцевой заглушки или крепления. Тензодатчики размещают по окружности трубы через 90° на равном расстоянии друг от друга. Необходимо зарегистрировать расположение и ориентацию всех тензодатчиков. Для слежения за изгибом соединения можно также использовать иную аппаратуру с точностью не ниже обеспечиваемой четырьмя розетками из двухосных тензодатчиков.

При испытаниях с намеренным изгибом прикладывают и контролируют прилагаемый изгибающий момент путем измерения деформаций тензодатчиков на трубе с расчетом распределения моментов при трехточечном изгибе. Наблюдают за показаниями тензодатчиков, рассчитывают напряжения изгиба, изгибающий момент и прогиб и непрерывно регистрируют прогиб.

Известны три метода намеренного нагружения соединения изгибом:

a) четырехточечный изгиб, при котором оба изгибающих цилиндра размещают на одинаковом расстоянии от конечных опор и прилагают с их помощью одинаковую нагрузку;

b) трехточечный изгиб, при котором центральная нагрузка прилагается к муфте, в деформацию изгиба вводят поправку, пропорциональную отношению расстояния от точки приложения внешней нагрузки до центра муфты и расстояния от этой точки до центра тензодатчиков. Эта поправка позволяет точно определить изгибающее усилие на муфте;

c) равномерный изгиб при помощи вращающихся концевых креплений, при котором прилагаемый изгибающий момент должен быть одинаковым на обоих концах образца соединения.

5.11.3.4 Испытание при предельной нагрузке

Отслеживают и регистрируют внутреннее или внешнее давление и осевую нагрузку, прилагаемую к образцу соединения.

После каждого испытания предельной нагрузкой необходимо сфотографировать разрушенный образец и указать место и характер разрушения. Основные нагрузки и размер разрушений указывают в перечне данных по испытанию предельной нагрузкой, форма C.4. Результаты испытания регистрируют и записывают в отчет по испытанию, см. раздел 9 и приложение D.

5.12. Термоциклические испытания

5.12.1 Общие положения

Цель термоциклического испытания - имитировать условия эксплуатации и ускорить возможное появление утечки путем циклического термического воздействия на соединение при одновременном воздействии осевого растяжения и внутреннего давления.

5.12.2 Сущность испытания

Термический цикл заключается в изменении температуры от максимальной до минимальной и наоборот (см. рисунок 10).

1 - комнатная температура; 2 - пять циклов приложения давления и растяжения при комнатной температуре; 3 - выдержка не менее 60 мин при повышенной температуре; 4 - охлаждение; 5 - выдержка не менее 5 мин; 6 - нагрев; 7 - проводят пять термических циклов при испытании обсадных и насосно-компрессорных труб CAL II и III и обсадных труб CAL IV и 50 термических циклов при испытании насосно-компрессорных труб CAL IV. При испытании насосно-компрессорных труб CAL IV с многоэлементным уплотнением, выполненным в соответствии с приложением J, проводят пять термических циклов; 8 - типичный термический цикл продолжительностью не менее 30 мин; 9 - пять циклов приложения давления и растяжения при температуре 135 °C для CAL II и III и 180 °C для CAL IV; 10 - начальный нагрев; 11 - конечное охлаждение

Рисунок 10 - Термические и механические циклы испытаний серии C для соединений CAL II, III и IV

 

5.12.3 Аппаратура

Изменение температуры в ходе термического цикла может быть обеспечено любыми средствами, способными привести к достаточно большим колебаниям температуры по всему сечению испытуемого образца соединения. Необходимо избегать воздействия на образец значительно более высоких температур, чем требуемые по процедуре испытания.

При всех нагрузках необходимо регистрировать фактическую максимальную температуру образца соединения, если она более чем на 16 °C превышает заданную температуру.

5.12.4 Порядок проведения испытаний

Нагружение термическими циклами проводится, как описано в 7.3.5 и показано на рисунке 10. Необходимы выдержки не менее 5 мин при максимальной температуре или свыше ее и при минимальной температуре или ниже ее. Максимальная температура должна быть не ниже 135 °C для соединений CAL II и CAL III и не ниже 180 °C для соединений CAL IV. Минимальная температура для соединений всех уровней применения должна быть не выше 52 °C. Минимальная продолжительность цикла 30 мин. Циклы могут следовать друг за другом непрерывно или прерываться на ночь или для ремонта оборудования. Пять циклов приложения давления и осевой нагрузки в начале и в конце серии C испытаний проводят при комнатной температуре.

Максимальные механические нагрузки при комнатной температуре должны составлять:

a) растяжение, меньшее из двух значений: 80% предела текучести материала трубы или муфты либо 80% области испытательных нагрузок, найденной на основе предела текучести материала при комнатной температуре;

b) внутреннее давление, меньшее из двух значений: 95% предела текучести материала VME трубы или муфты либо 95% области испытательных нагрузок VME, при этом обе нагрузки должны быть рассчитаны на основе указанного выше растяжения на 80% и предела текучести материала при комнатной температуре.

Максимальные механические нагрузки при повышенной температуре должны составлять:

c) внутреннее давление такое же, как и при испытании при комнатной температуре;

d) растяжение, меньшее из двух значений: 90% предела текучести материала VME трубы или муфты либо 90% области испытательных нагрузок VME при заданной повышенной температуре, при этом обе нагрузки должны быть рассчитаны на основе предела текучести материала при заданной повышенной температуре.

Допускаются другие методы выбора давления и растяжения для испытаний при комнатной и повышенной температурах при условии, что при этом обеспечивается высокое внутреннее испытательное давление как при комнатной, так и при повышенной температуре, и настолько высокая осевая нагрузка, насколько это практически возможно. Использование альтернативного метода должно быть обосновано в отчете по испытаниям.

Во время испытаний наблюдают за температурой при помощи термопар. Необходимо следить, чтобы измеренная температура не зависела от колебаний локальной температуры вблизи термопары и чтобы измеренная температура была представительной для всего соединения. Если нагрев или охлаждение проводятся только с одной стороны соединения, то измерение температуры следует проводить с противоположной стороны.

Если установлено, что испытательная аппаратура обеспечивает равномерный нагрев и охлаждение образцов соединения, то для наблюдения за термическими циклами достаточно одной термопары. Если в образце возможна значительная разность температур, то необходимо установить несколько термопар и для слежения за ходом испытания использовать среднюю температуру от всех термопар.

В ходе термоциклического испытания возможны небольшие изменения уровня воды в градуированных цилиндрах. Колебания от +/- 0,1 до +/- 0,4 см3 и даже более происходят случайным образом и не могут быть связаны с утечками из соединения, поскольку вызываются быстрыми изменениями температуры и изменениями барометрического давления. В течение 5-минутных выдержек при максимальной и минимальной температурах цикла допускаемое изменение вытесненного объема воды составляет 0,3 см3, поскольку 0,9 см3/15 мин = 0,3 см3/5 мин, поэтому оценка утечек проводится по следующим критериям:

- если в течение любой 5-минутной выдержки объем вытесненной воды от одного соединения превышает 0,3 см3, то необходимо продлить выдержку на 10 мин, так чтобы она составила 15 мин;

- если в течение 15-минутной выдержки объем вытесненной воды превысил 0,9 см3, то необходимо произвести выдержку продолжительностью 60 мин и при этом регистрировать объемы вытесненной воды с интервалами 5 мин, чтобы получить характеристику утечки, как указано в 7.3.2.

 

6. Подготовка образцов соединений к испытаниям

 

6.1. Общие цели испытаний соединений

При данном методе испытаний выбор и контроль образцов соединений имеют решающее значение, поскольку метод основан на оценке образца соединения наихудшей конструкции с точки зрения комбинации зазоров и других параметров, а не на случайном отборе одного образца из множества образцов. При этом оценивают работоспособность соединения с учетом точности размеров, механических свойств, момента свинчивания, вида и количества резьбовой смазки. Предельные отклонения размеров установлены с учетом эксплуатационных характеристик соединения, производственных возможностей и стоимости производства. Важно понимать, что данные испытания не могут служить статистической базой для анализа рисков.

Образцы соединений с наихудшей комбинацией параметров изготавливают и испытывают с учетом данных чертежей, планов контроля качества, правил эксплуатации и моментов свинчивания, указанных в руководствах по испытаниям и контролю качества. В таблице 2 приведены общие цели испытаний каждого образца, а в таблице 3 - указания по выбору образцов для испытания упорных соединений с уплотнением металл-металл и конической резьбой. Образцы соединения должны соответствовать указанным целям испытаний. Для соединений с признаками, не включенными в таблицу 3, необходимо самостоятельно определить и документировать наихудшую комбинацию, которая и будет использована для испытаний.

 

Таблица 2

Цели испытания образцов соединений для различных уровней CAL

Номер образца соединения

Цель свинчивания

Цель испытания под нагрузкой

Испытание предельной нагрузкой

Цель испытания

Пункт

Обозначение варианта <a>

CAL I и CAL II

CAL III и CAL IV

1

Заедание резьбы

Минимальная стойкость к утечкам <b>

Приложение высокого внутреннего давления с растяжением, увеличивающимся до разрушения

7.5.1

LP1

LP1

2

Максимальное осевое напряжение в ниппельном элементе

Стойкость к утечкам при максимальной плотности свинчивания <b>

Сжатие с приложением внешнего давления, увеличивающегося до разрушения

7.5.2

LP6 (7.5.6)

LP2

3

Максимальное тангенциальное напряжение в раструбном элементе

Стойкость к утечкам при максимальной плотности свинчивания <b>

Растяжение до разрушения

7.5.3

LP3

LP3

4

Склонность к заеданию в уплотнении <b>

Минимальная стойкость к утечкам

Приложение внешнего давления со сжатием, увеличивающимся до разрушения

7.5.4

LP5 (7.5.5) (только CAL II)

LP4

5

Заедание резьбы

Минимальная стойкость к утечкам <b>

Растяжение с приложением внутреннего давления, увеличивающегося до разрушения

7.5.5

-

LP5

6

Склонность к заеданию в уплотнении <b>

Минимальная стойкость к утечкам

Приложение внутреннего давления со сжатием, увеличивающимся до разрушения

7.5.6

-

LP6

7

Склонность к заеданию в уплотнении <b>

Максимальная стойкость к утечкам

Приложение внешнего давления до разрушения

7.5.7

-

LP7 (только CAL IV)

8

Склонность к заеданию в уплотнении <b>

Максимальная стойкость к утечкам

Приложение низкого внутреннего давления с растяжением, увеличивающимся до разрушения

7.5.8

-

LP8 (только CAL IV)

<a> Номера вариантов изменения нагрузок относятся к испытанию до разрушения (рисунок 18 или 19).

<b> Основная цель испытания.

 

Таблица 3

Выбор образцов для испытания упорных соединений с уплотнением металл-металл и конической резьбой

Номер образца соединения

Цель испытания

Состояние свинчивания

Натяг по резьбе

Натяг по уплотнению

Конусность резьбы ниппельного элемента

Конусность резьбы раструбного элемента

Окончательный момент свинчивания

1

Герметичность

Минимальный натяг по уплотнению

Высокий

Низкий

Малая

Большая

Минимальный

2

Герметичность

Максимальный момент до смыкания упорных элементов

Низкий

Низкий

Малая

Большая

Максимальный

3

Герметичность

Максимальная общая плотность

Высокий

Высокий

Номинальная

Номинальная

Максимальный

4

Заедание в уплотнении и герметичность

Максимальный натяг по уплотнению

Низкий

Высокий

Большая

Малая

Максимальный

5

Герметичность

Минимальный натяг по уплотнению

Высокий

Низкий

Малая

Большая

Минимальный

6

Заедание в резьбе и герметичность

Минимальный натяг по уплотнению

Высокий

Низкий

Малая

Большая

Максимальный

7

Заедание в уплотнении и герметичность

Максимальный натяг по уплотнению

Низкий

Высокий

Большая

Малая

Минимальный

8

Заедание в уплотнении и герметичность

Максимальный натяг по уплотнению

Низкий

Высокий

Большая

Малая

Минимальный

6.2. Идентификация и маркировка образцов соединений

Каждый образец соединения необходимо маркировать следующими данными (см. рисунок 11):

a) номер образца соединения (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8) должен быть указан на ниппельных и раструбных элементах соединения, в том числе на муфте (при ее наличии);

b) после номера образца соединения необходимо указать обозначение элемента (A или B);

c) на концах муфты также необходимо указать их обозначение (A или B);

d) замененные или подвергнутые дополнительной механической обработке образцы соединения после обозначения A или B обозначают R1 после первой доработки, R2 после второй доработки и т.д.

6.3. Подготовка образцов соединений

6.3.1 Дополнительная и межопорная длина образцов

Образцы соединений необходимо подготовить таким образом, чтобы каждый из соединяемых элементов имел:

a) минимальную межопорную длину Lpj (см. рисунок 11), рассчитываемую по формуле

где D - номинальный наружный диаметр трубы,

t - номинальная толщина стенки трубы;

b) дополнительную длину под заглушку и (или) крепление;

c) необходимо разметить образцы для возможности измерения длин LA, LB, LC и внести эти длины в форму C.3.

 

Рисунок 11 - Обозначения и межопорная длина элементов образца соединения

 

6.3.2 Трубы и трубные заготовки для муфт

Образцы соединения изготавливают механической обработкой труб и трубных заготовок для муфт в соответствии со стандартной практикой нарезания резьбы следующим образом:

a) изготавливают соединения для труб с высаженными концами из таких труб;

b) изготавливают соединения для труб с калиброванными концами;

c) изготавливают соединения для труб без формоизменения концов.

Допускается, хотя это и нежелательно, изготавливать образцы соединений из исходных заготовок путем механической обработки конца трубы, воспроизводя форму изделия. Если утолщенный конец элемента соединения получают не высадкой, а механической обработкой, то форма конца, которую обычно получают не механической обработкой, и длина этого конца должны быть минимальными допускаемыми изготовителем. В таких случаях в отчетах по испытаниям необходимо указать, что образцы соединения изготовлены механической обработкой из толстостенных трубных заготовок.

6.3.3 Требования к материалу

Для каждой группы образцов:

a) исходные заготовки для элементов A и B должны быть из одной партии;

b) исходные трубные заготовки для муфт должны быть из одной партии;

c) в раструбных соединениях ниппельный и раструбный элементы должны быть из одной партии труб;

d) свойства материала каждой исходной заготовки определяют в соответствии с 5.6;

e) все материалы должны соответствовать установленным требованиям;

f) общий интервал измеренных значений предела текучести исходной трубы при комнатной температуре не должен превышать 70 МПа;

g) среднее значение предела текучести исходных труб должно быть в интервале 70 МПа;

h) среднее значение предела текучести трубных заготовок для муфт не должно превышать минимального среднего значения предела текучести труб более чем на 35 МПа;

i) если трубы и муфта изготовлены не из одной марки стали, то разность пределов текучести устанавливается по согласованию;

j) фактическая минимальная толщина стенки тела трубы не должна превышать номинальной толщины стенки испытуемой трубы.

6.3.4 Регистрация данных

Все данные необходимо указать в перечне данных по свойствам материала (форма C.1).

6.4. Механическая обработка образцов соединений

Образцы соединений изготавливают в соответствии с планом контроля процесса, разработанного изготовителем. Предельные отклонения размеров образцов соединения - в соответствии с 6.6.

Профиль резьбы первого образца соединения или эквивалентный увеличенный отпечаток профиля (увеличение не менее 20х) должны соответствовать требованиям к размерам образца соединения, указанным на чертеже. Прежде чем приступить к изготовлению образца, необходимо проверить изделие, представляющее начало партии, на полное соответствие требованиям чертежа соединения. Профиль резьбы или эквивалентный увеличенный отпечаток профиля должен быть приведен в подробном отчете изготовителя по испытаниям соединения.

В зоне уплотнения необходимо измерить шероховатость поверхности в соответствии с требованиями чертежа соединения и внести ее в отчет по испытаниям. Измерения проводят после механической обработки и до обработки поверхности их результаты должны соответствовать указанным на чертеже.

Выбранная обработка поверхности ниппельного и раструбного элементов должна соответствовать реальной обработке поверхности элементов соединения. По согласованию, особенно в отношении материалов, чувствительных к заеданию, обработка поверхности ниппельного и раструбного элементов должна быть на минимальном (или максимальном) пределе поля отклонений в зависимости от того, что создает более трудные условия для соединения.

Если образец соединения получил повреждение еще до окончания испытаний, то взамен изготавливают другой образец. Изготовление и свинчивание этого заменяющего образца производится с теми же предельными отклонениями, что и поврежденного образца, после чего необходимо повторить весь объем испытаний, необходимый для исходного образца. После первой доработки заменяющее или доработанное соединение маркируют знаком R1 после букв A и B, после второй доработки - знаком R2 и т.д.

Все данные, которые должны быть внесены в перечень данных по размерам соединения (форма C.3), могут быть указаны в процентах от предельных отклонений измеряемого размера, например 9% является минимальным значением поля предельных отклонений размера, а 100% - максимальным значением поля предельных отклонений. При этом фактические измеренные значения должны быть зарегистрированы в документах изготовителя. Необходимо учитывать, что 50% является серединой поля предельных отклонений. Овальность основного уплотнения соединения указывается в виде числового значения или в процентах.

6.5. Предельные отклонения размеров при механической обработке

6.5.1 Выбор наихудшего сочетания размеров

Конкретные размеры соединения, получаемые механической обработкой, зависят от вида соединения. По соединениям с характеристиками, не указанными в таблице 3, или другими рекомендуемыми предельными отклонениями изготовитель должен представить объективные свидетельства того, что испытанию подвергается соединение с комбинацией предельных значений размеров, при которой имеют место наихудшие эксплуатационные характеристики, что может быть определено аналитическим, расчетным (например по методу конечных элементов) и (или) экспериментальным путем, например при помощи тензодатчиков. При выборе наихудшей комбинации размеров изготовитель должен принимать во внимание минимальный и максимальный пределы контактного давления в локальном уплотнении, суммарную контактную нагрузку и суммарную активную длину контакта в уплотнении, на что влияют параметры механической обработки. В муфтовых резьбовых соединениях стороны A и B должны быть механически обработаны до получения одинаковых размеров.

При выборе наихудшей комбинации размеров при механической обработке, в числе прочих, имеют значение предельные отклонения следующих параметров:

a) диаметры уплотнений;

b) конусность резьбы;

c) ширина торца ниппельного элемента;

d) диаметры резьбы;

e) шероховатость поверхности.

6.5.2 Пример выбора предельных отклонений размеров при механической обработке

В качестве примера приведем упорное соединение с конической резьбой, уплотнением металл-металл и упорным торцом на ниппельном элементе. В таблице 4 приведены комбинации диаметров уплотнения и резьбы, конусности резьбы и моментов окончательного свинчивания, при которых имеет место наихудшая комбинация параметров, соответствующая цели испытания по таблице 2. В данном случае изготовитель должен изготовить элементы соединения с предельными отклонениями размеров, указанными в таблице 4, если только анализ по 6.5.1 не покажет, что необходимо испытывать соединение с другими предельными отклонениями.

 

Таблица 4

Предельные отклонения размеров при механической обработке

Размер

Плюсовое предельное отклонение

Минусовое предельное отклонение

Максимальный диаметр резьбы

Не ограничен

0,025 мм

Максимальный диаметр уплотнения

Не ограничен

0,025 мм

Минимальный диаметр резьбы

0,025 мм

Не ограничен

Минимальный диаметр уплотнения

0,025 мм

Не ограничен

Конусность резьбы <*>

 

 

максимальная (большая)

Не ограничена

0,025 мм на 25,4 мм

минимальная (малая)

0,025 мм на 25,4 мм

Не ограничена

<*> Предельные отклонения конусности относятся к каждому указанному интервалу на длине резьбы.

 

6.6. Требования к предельным отклонениям размеров при механической обработке

Предельные отклонения размеров образцов соединений должны соответствовать указанным в таблице 4.

6.7. Упорный торец с канавками

При испытаниях упорных соединений на упорном торце ниппельного элемента A (торце B раструбного соединения) образцов соединений 1, 2, 3 и 4 (кроме образца 4 для CAL I) выполняются канавки в соответствии с рисунком 12, которые имитируют возможные повреждения при эксплуатации соединений в полевых условиях. Канавки выполняют перед первым свинчиванием образца соединения. Если это согласовано, канавки могут быть выполнены на торцах других испытываемых образцов соединений.

 

1 - канавка глубиной не менее 0,2 мм; 2 - канавка глубиной не менее 0,2 мм на противоположной стороне; 3 - упорный торец; 4 - витки резьбы

Примечание - Кромки канавок 1 и 2 необходимо скруглить во избежание заедания. Канавки не должны выходить за кромки металла на упорном торце ниппельного элемента.

Рисунок 12 - Канавки на упорном торце

 

При испытаниях с уплотнениями другого типа наличие канавок на упорном торце является предметом согласования. В полный отчет по испытаниям по приложению D, а также в более короткий сводный отчет по приложению E необходимо включить обоснование отсутствия канавок. Однако в том случае, когда допускается обработка упорного торца в полевых условиях, на образцах 1, 2, 3 и 4 (за исключением образца 4 для CAL I) должны быть выполнены канавки.

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

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (03.10.2016)
Просмотров: 22 | Теги: трубы | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016