En la industria petrolera costa afuera, la calidad de la instalación de codos de expansión de tuberías submarinas depende de la calidad del refuerzo de las bridas. En el pasado, los buzos utilizaban llaves de impacto hidráulicas para apretar los pernos de las bridas. Debido al impacto hidráulico, la llave no puede ajustar el valor de torsión. Por lo tanto, la precarga del perno de la brida de curvatura de expansión no es controlable y solo puede ser una por una; con una sola fuerza del perno, es fácil causar que la fuerza de la brida a tope no sea uniforme, lo que resulta en que la calidad de la instalación de la brida no coincida con la del perno. precarga y la calidad de los requisitos de fuerza uniforme de la brida.

Por lo tanto, el uso de un tensor hidráulico especial submarino para la expansión de tuberías submarinas dobla juntas a tope de bridas, a través del proceso y pasos de fijación correctos, el efecto de fijación y la calidad que la fijación tradicional con llave de impacto hidráulica tiene un salto cualitativo.

Construcción típica y principios de tensores de pernos hidráulicos submarinos.

A tensor hidraulico El sistema generalmente consta de una bomba hidráulica, un manómetro, una manguera de alta presión y un tensor.

El método de tensado de pernos aprieta el perno aplicando una fuerza de tensión axial al perno, la salida de aceite a alta presión de la bomba hidráulica ingresa al cilindro hidráulico del tensor a través de la manguera de alta presión y el pistón en el cilindro hidráulico levanta el cabezal tensor (también conocido como tuerca de reacción), aplicando así una fuerza axial al perno de la brida. Esta fuerza se aplica a la tuerca en el otro extremo del perno de la brida a través del perno, comprimiendo así las dos caras de la brida. El tensor debajo de la tuerca aprieta y luego libera la presión del tensor, los pernos de la brida al eliminar la tensión generada por el tensor, la deformación elástica del perno de la brida debido a la tuerca firmemente unida a la superficie de la brida y las restricciones, generando así una precarga, que completa el proceso de instalación de precarga de pernos y fijación de bridas.

Para facilitar la operación de los buceadores, el cabezal tensor del tensor hidráulico submarino está diseñado para desmontarse e instalarse rápidamente con tuercas separadas, especialmente para pernos largos y roscas dañadas. El cilindro hidráulico y el puente de soporte también están fabricados como una sola unidad, lo que los hace más compactos y fáciles de usar bajo el agua. Para simplificar el funcionamiento bajo el agua, el cilindro hidráulico tiene una carrera máxima de pistón de 30 mm y está marcado con un indicador de carrera del pistón para garantizar que se pueda apretar las conexiones sin reajustar el pistón en la mayoría de los casos. Además, el tensor hidráulico subacuático tiene un diseño antideslizante para mejorar el agarre del buceador durante las operaciones subacuáticas. El diseño de doble puerto simplifica las conexiones de mangueras, especialmente en situaciones de mala visibilidad.

Ventajas y desventajas del análisis del tensor hidráulico.

Debido al tensor hidráulico, el principio de pretensado del perno es el uso de tensión pura para alargar directamente el perno, sin necesidad de brazo de reacción, sin fuerza de torsión ni fuerza lateral, sin daños por fricción en la conexión de la superficie de fusión de la junta. , no es necesario superar la fricción entre las roscas del momento, no es necesario superar la fricción entre la superficie inferior de la tuerca y la superficie de contacto del par, no producirá torsión y, por lo tanto, en comparación con la llave hidráulica, su eficiencia es más alto. Las características anteriores hacen que el tensor hidráulico sea capaz de controlar con precisión la carga del perno, para lograr el control preciso de la precarga de las piezas de conexión. Además, el tensor hidráulico puede sincronizar la fijación o extracción de múltiples pernos, la fuerza de conexión de los componentes es uniforme, la compresión igual de la junta, especialmente adecuada para apretar la instalación de los requisitos más estrictos de la ocasión, como los submarinos de ingeniería oceánica. Instalación a tope de bridas de tuberías, energía eléctrica, refinación y química, hierro y acero y otras industrias, como la instalación de equipos a gran escala.

Sin embargo, el tensor hidráulico requiere una longitud de perno adicional para funcionar, y un solo tensor generalmente solo se aplica a 2 ~ 3 tamaños de pernos; para este proyecto de acoplamiento de bridas de tuberías submarinas, debido a las diferentes especificaciones de bridas, es necesario equiparlo con algunos modelos diferentes. del tensor hidráulico. Además, el tensor hidráulico para pernos de carga baja y pernos más cortos (relación de longitud y diámetro inferior a 3:1) es relativamente inadecuado; En el proceso de operación, la fuerza inicial será parte de la transferencia y la pérdida, por lo que, al principio, la necesidad de cargar la fuerza es relativamente grande.

Aplicación del tensor hidráulico submarino.

1. Determinación de la longitud del perno de extensión

Cuando se utiliza un tensor hidráulico para operaciones de pretensado de pernos, debido a que el tensor ocupa cierto espacio, es necesario pedir un perno más largo para cumplir con los requisitos de instalación del tensor. Teóricamente, el perno debe extenderse a una longitud de L = H – B (H para el cuerpo del tensor hidráulico y la longitud total de la tuerca de reacción, B para el espesor de la tuerca). La determinación real de la longitud de extensión L también debe tener en cuenta la longitud de 2 ~ 3 hebillas de hilo más allá de la tuerca de reacción para garantizar la seguridad operativa. Además, antes de completar el tope de brida real, la distancia entre las dos bridas no se ha comprimido al valor mínimo teórico, por esta razón, al pedir pernos de extensión, puede aproximar la extensión de la longitud de la L tomando la valor h.

2. Instalación del sistema tensor hidráulico.

Antes de instalar el sistema tensor hidráulico, debe prestar atención a lo siguiente.

Verifique las roscas en el lado del tensor del montaje del tornillo en busca de daños, rebabas, residuos, etc. La tuerca hexagonal perforada debe poder girar libremente a lo largo de toda la longitud de alargamiento del perno en la sección “A”, especialmente en la sección “B”. con una longitud de 30 mm, y si se utiliza tuerca de reacción normal, asegurarse de que pueda girar libremente en la sección “C”. Si se utiliza una tuerca de reacción normal, asegúrese de que pueda girar libremente en la sección "C". Proteja la extensión de los pernos del poste con casquillos, cinta, etc., para evitar que las roscas se dañen o magullen durante la instalación.

Para proyectos petroleros en alta mar, algunos diámetros de tuberías submarinas son grandes, se necesita un diámetro de 762 mm (30 pulgadas), una clase de presión de 15,0 MPa (900 LB) de la brida de expansión, un diámetro de perno de 63,5 mm, una longitud de 1550 mm, un solo masa del perno 34,4 kg, los buzos mueven los pernos bajo el agua con dificultad. Para esta situación, se recomienda que todos los pernos de la brida se inserten en los orificios de los pernos de la brida antes de insertar el codo de expansión en el agua, y el uso de correas para fijarlos para evitar el deslizamiento; este método no solo puede resolver eficazmente el problema de manejo bajo el agua de pernos pesados, pero también mejora la eficiencia del funcionamiento del perno cuando se instala bajo el agua.

La expansión se dobla hacia el agua después del ajuste de posición, en el caso de la alineación del orificio del perno de la brida a tope se pueden insertar pernos. La instalación de pernos depende de la cantidad de tensores y de las limitaciones del espacio operativo. Por lo general, hay estiramiento 100%, estiramiento 50% en dos direcciones y, en algunos casos, estiramiento 25%. Estiramiento 100%, para asegurar el espacio de instalación y el espacio de funcionamiento del tensor, la extensión del perno debe estar escalonada en ambos lados de la brida.

Una vez que el buzo ha terminado de instalar los pernos manualmente, se instala el tensor hidráulico y se conecta la tubería.

Antes de instalar el tensor, asegúrese de que todos los pistones del tensor estén completamente retraídos, es decir, que los pistones estén al ras con la parte superior del cilindro del tensor. Sin embargo, si se quitan los tornillos, los pistones deben sobresalir ligeramente. Coloque un tensor en cada extensión de perno, luego deslice una tuerca de reacción (por ejemplo, una tuerca de seguridad dividida) en la extensión de perno restante con el extremo cónico hacia el cilindro tensor.

Conexiones de manguera Es importante conectar el tensor alrededor de la brida en sentido horario o antihorario para ayudar a minimizar conexiones incorrectas. Asegúrese de que haya una manguera de conexión para conectar el tensor de un lado de la brida al otro. Una vez realizadas las conexiones de la manguera hidráulica, el buzo debe revisar a lo largo de ambos lados de la manguera desde la posición en T de la manguera aguas abajo. Todos los tensores en ambos lados de la brida deben estar conectados por la manguera en serie, no debe haber accesorios desconectados y el buzo debe poder regresar a la posición inicial en T al final de la revisión de la manguera. Mientras se verifica la secuencia de conexión de la manguera, se deben revisar los accesorios uno por uno para asegurarse de que estén bien conectados. Después de la investigación, debido a la baja visibilidad bajo el agua, inconvenientes en la posición de operación y otros impactos, el extremo del conector de la manguera a menudo solo se inserta a la mitad o no está completamente conectado.

Posibles motivos por los que no se conectan correctamente los acoplamientos de mangueras.

Los accesorios macho y hembra no están alineados cuando el buzo instala el acoplamiento; el anillo de bloqueo del acoplamiento no está suficientemente retraído; Hay presión dentro del tensor debido a un ajuste excesivo de la tuerca de reacción durante el montaje. En tales casos, se debe aflojar la tuerca de tope, conectar la manguera y volver a apretar la tuerca de reacción. Si existe presión interna en la manguera como resultado de su uso previo a mayor profundidad, el problema se puede resolver sacando la manguera del agua y aliviando la presión interna.

Procedimiento de tensado del tensor hidráulico.

Después de conectar el sistema tensor hidráulico, el operador de superficie se estirará de acuerdo con el valor de presión de precarga calculado de la fuente de energía hidráulica. Para aplicar correctamente la carga residual requerida del perno, la fuerza debe aplicarse de acuerdo con el procedimiento de estiramiento especificado. El procedimiento de tensado varía según cómo esté instalado el tensor hidráulico. A continuación se describen los procedimientos operativos para tensar 100% y 50% respectivamente.

3.1 Procedimiento de estiramiento del 100%

En el caso del tensado simultáneo de todos los pernos 100%, la presión de trabajo de la fuente de energía hidráulica es solo un valor de presión, que se supone expresado en B. El procedimiento es el siguiente.

(1) Presurizar a 6,9 MPa (1000 psi). El buzo verifica la verticalidad y alineación de la instalación del tensor hidráulico para asegurarse de que las contratuercas estén firmemente acopladas. Revise las conexiones de las mangueras hidráulicas para detectar fugas y otras anomalías. Si hay un cambio en la carrera del tensor hidráulico (posiblemente debido a que las caras de la brida pueden cerrarse con menos fuerza), use una barra de palanca para apretar la tuerca en el cabezal del tensor y luego elimine la presión para restablecer la carrera del cabezal del tensor.

(2) Continúe presurizando hasta el valor B, el buzo usa la barra de palanca para apretar las tuercas en el tensor hidráulico, de modo que cada tuerca quede firmemente fijada a la superficie de la brida. Nota: durante el proceso de estiramiento, la carrera del pistón no puede exceder su carrera máxima; Si la carrera no es suficiente, puede alcanzar la carrera máxima, apretar todos los pernos y tuercas, restablecer la carrera del tensor hidráulico sin presión y luego continuar presurizando el valor B completo y continuar estirando.

(3) Detenga la bomba sin presión, reinicie la carrera del tensor y repita la operación del paso (2) dos veces.

(4) Verificación final para garantizar que la separación de la brida sea uniforme y consistente, una vez más presurizada al valor B y mueva aún más la tuerca con la barra de palanca. Si la tuerca ya no se puede girar, el tensado estará completo y entonces se podrá aliviar la presión del sistema y retirar el tensor.

(5) Si la tuerca se puede girar, se deben repetir los pasos (3) y (4) hasta que ya no se puedan girar todas las tuercas. Si es necesario repetir el ciclo, verificar que se haya utilizado el grado correcto de perno o tuerca.

(6) El buzo mide la holgura de la brida a las 3, 6, 9 y 12 en punto y notifica al equipo de superficie para que lo registre para sus registros.

3.2 Procedimiento de tensado del 50%

En el caso del tensado del perno 50%, la presión de precarga de la fuente de energía hidráulica se establece en dos valores separados, que se supone que están representados por A y B.

El procedimiento de estiramiento es el siguiente.

(1) Estire el primer juego de pernos 50%.

a. Presurizar a 6,9 MPa. Verifique los mismos requisitos que para el estiramiento 100%.
b. Continúe presurizando hasta A. El buzo usa una barra de palanca para apretar la tuerca dentro del tensor hidráulico hasta que esté firmemente sujeta a la superficie de la brida.
C. Detenga la bomba para eliminar la presión, restablezca la carrera del tensor y repita el paso b dos veces.

(2) Tense el segundo juego de pernos 50%.

a. Bucee bajo el agua para reemplazar el tensor hidráulico con los otros 50% de los pernos (se puede invertir el tensor sin quitar la manguera hidráulica).
b. Presurizar a 6,9 MPa. Verifique los mismos elementos necesarios para el tensado del 100%.
C. Continúe presurizando hasta B. El buzo usa una barra de palanca para apretar la tuerca interna del tensor hidráulico hasta que esté firmemente sujeta a la superficie de la brida.
d. Detenga la bomba para aliviar la presión, restablezca la carrera del tensor y repita el paso c dos veces.

(3) Vuelva a tensar el primer juego de pernos 50%.

a. Buceador bajo el agua para volver a montar el tensor hidráulico en el primer juego de pernos.
b. Presurizado a B, el buzo usa una barra de palanca para apretar aún más la tuerca. Si la tuerca ya no se puede girar, el tensado estará completo y entonces se podrá aliviar la presión del sistema y retirar el tensor. Si la tuerca se puede girar, se vuelve a aplicar presión dos veces al valor B hasta que la tuerca ya no se pueda girar.
C. El buzo mide los espacios libres de las posiciones de las bridas 3, 6, 9 y 12 en punto y notifica al equipo de superficie que los registre para su inspección.

Cálculo de la presión de precarga del tensor hidráulico

Por lo general, la fuerza de precarga del perno en los dibujos viene dada por el diseño; mediante la fuerza de precarga, cómo calcular con precisión el valor de presión de salida final de la fuente de energía hidráulica es la clave para el estiramiento correcto del perno. El uso de diferentes tensores hidráulicos y la correspondiente presión de precarga de la fuente de energía hidráulica también son diferentes.

La presión de precarga final requerida se puede calcular mediante la siguiente fórmula: P = TF / A (1)

en la formula

P – lectura final del manómetro de la fuente de energía hidráulica (presión de precarga) / Pa;
T – fuerza de precarga del perno (dada por el diseño)/N;
F – coeficiente de pérdida de carga, F>1,15.
A – área de acción hidráulica del cilindro hidráulico del tensor hidráulico / m2, se puede consultar en la información proporcionada por el fabricante del tensor.

Causas de la pérdida de carga: La reducción del alargamiento del perno conduce a una reducción de la carga restante dentro del perno, lo que es una pérdida directa de carga sobre el perno. Cuando la carga se transfiere del equipo de tracción al perno y la tuerca, otros factores también pueden provocar una pérdida de carga, como desalineación de la rosca, incrustación de la tuerca, compresión de la conexión, etc.

El factor de pérdida de carga se calcula de la siguiente manera.
F=1,15 +2/R2, R=G/D (2)

en la formula

R: relación entre la longitud de tracción efectiva del perno y el diámetro del perno.
G – longitud efectiva de tracción del perno/mm.
D – diámetro del perno / mm.

Para diferentes métodos de conexión de pernos, el valor de la longitud de tracción efectiva del perno es diferente.

Precauciones en la aplicación del tensor hidráulico submarino.

En la junta a tope de brida curva de expansión de tubería submarina en la aplicación del tensor hidráulico se debe prestar atención a los siguientes aspectos.

(1) En cualquier caso no exceda la presión máxima de trabajo del sistema tensor hidráulico.

(2) Presión del sistema hidráulico, no intente desconectar ni reapretar ninguna parte del sistema.

(3) use el tensor para quitar el perno, la presión de aflojamiento es ligeramente mayor que la presión de apriete inicial, por lo que la operación no se puede completar de inmediato, y estire la parte inferior del manguito y la tuerca que se quitará entre el espacio debe ser Deje 2 ~ 3 mm para evitar que el manguito se estire y se atasque entre los tornillos.

(4) La mayor parte de la protección contra sobrecarrera del pistón del tensor hidráulico submarino se realiza a través de la cara superior de la tuerca con orificios y el borde inferior del contacto del cuerpo del tensor, el pistón no se puede alargar más y lograr, pero si no de acuerdo Con la implementación de los procedimientos operativos, aún puede haber un recorrido excesivo del pistón. En primer lugar, la tuerca hexagonal con un orificio debajo del tensor debe ser una serie estándar de alta resistencia, es decir, la altura de la tuerca es igual a una vez el diámetro del perno si la altura de la tuerca es menor que una vez el diámetro. del perno, el pistón del tensor aún podrá seguir alargándose; en segundo lugar, antes de alcanzar la presión hidráulica predeterminada, la tuerca con orificio no debe girarse hacia abajo, o bien debe reponerse en la carrera del tensor y luego realizar la operación de estiramiento. Además, antes de estirar, el pistón debe estar completamente reajustado y la tuerca de reacción debe estar firmemente en su lugar.

(5) En general, la tuerca hexagonal estándar no puede ser un reemplazo directo de la tuerca de reacción; en emergencias, puede usar la tuerca hexagonal estándar, pero debe preparar un diámetro lo suficientemente grande como para cubrir toda la superficie del pistón de la arandela delgada. y la arandela se montará en la tuerca hexagonal estándar que se encuentra debajo.

(6) Para la brida de la tubería submarina, la gran mayoría de los casos de pernos de extensión y tensores tienen espacio de instalación, pero en el uso de bridas especiales u otras circunstancias, aún se debe prestar atención a la capa de corrosión de la tubería submarina, a la capa de peso del cemento, ya sea la vista afecta los pernos de extensión y la instalación del tensor.

Resumir

Los campos de ingeniería petrolera costa afuera que utilizan tensores de pernos hidráulicos submarinos para proyectos de acoplamiento de bridas de tuberías submarinas rara vez ocurren accidentes de calidad de fuga de presión de prueba, lo que garantiza de manera efectiva la operación segura de la tubería submarina. Por lo tanto, el uso de tensores submarinos ha mejorado enormemente la calidad de las conexiones de bridas en proyectos petroleros marinos.

TorcStark tiene una rica experiencia teórica y operativa en la conexión de bridas de proyectos petroleros marinos. Si tiene alguna pregunta al respecto, no dude en contactarnos.