TCMUPR Capitolul 3

31
Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti Facultatea de Inginerie Mecanică şi Electrică Prof. univ. dr. ing. Gheorghe ZECHERU TEHNOLOGIA CONSTRUCTIEI SI MENTENANTA UTILALELOR PETROCHIMICE SI DE RAFINARII – TCMUPR – CAPITOLUL III PLOIESTI, 2009

Transcript of TCMUPR Capitolul 3

Page 1: TCMUPR Capitolul 3

Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti Facultatea de Inginerie Mecanică şi Electrică

Prof. univ. dr. ing. Gheorghe ZECHERU

TEHNOLOGIA CONSTRUCTIEI SI MENTENANTA UTILALELOR PETROCHIMICE SI DE RAFINARII – TCMUPR – CAPITOLUL III

PLOIESTI, 2009

Page 2: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 2

BIBLIOGRAFIA DE BAZA

1. Raşeev D., Zecheru Gh., Tehnologia fabricării aparaturii – instalaţiilor statice – petrochimice şi de rafinării, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982

2. Raşeev D., Oprean I., Tehnologia fabricării utilajului tehnologic, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1983

3. * * * PT C4/1 – 2003 Cerinţe tehnice privind montarea, instalarea, exploatarea, repararea şi verificarea recipientelor metalice stabile sub presiune, ISCIR ( M.O. 929 bis / 23.12.2003)

4. * * * PT C4/2 – 2003 Ghid pentru proiectarea, construirea, montarea şi repararea recipientelor metalice stabile sub presiune, ISCIR ( M.O. 70 bis / 28.01.2004)

5. * * * Directiva 97/23/EC a Consiliului şi Parlamentului European. Directiva peivind echipamentele sub presiune

6. * * * EN 13445 Unfired pressure vessels, CEN Bruxel, 2002 7. * * * EN 13480 Metallic industrial piping 8. * * * EN 1011 Welding – Recommendations for welding of metallic materials 9. * * * API Standard 650, Welded Steel Tanks for Oil Storage 10. * * * API Standard 579:2005, Recommended practice for Fitness for Service and continued operation of

equipment (piping, vessels and tanks)

Page 3: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 3

III. MONTAJUL IN VEDEREA SUDARII LA FABRICAREA APARATURII PETROCHIMICE SI DE RAFINARII – APR

1. Problemele tehnologice la montajul în vederea sudării

Montajul în vederea sudării reprezintă etapa din procesul tehnologic de fabricare a APR în care se realizează orientarea, verificarea poziţiei reciproce şi fixarea elementelor de aparatură în poziţiile corecte în vederea efectuării operaţiilor tehnologice de asamblare prin sudare. La parcurgerea acestei etape apar două probleme tehnologice importante, care trebuie corect soluţionate pentru ca aparatele realizate în construcţie sudată să aibă o bună precizie a formei şi dimensiunilor, să prezinte stări de tensiuni reziduale acceptabile şi să asigure performanţele de rezistenţă mecanică proiectate.

Page 4: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 4

a. La efectuarea montajului în vederea sudării ies în evidenţă deficienţele de realizare a etapei operaţiilor tehnologice pregătitoare, prin care s-au realizat elementele de aparatură care urmează a fi asamblate prin sudare. Eliminarea acestor deficienţe este foarte dificilă, deoarece standardele şi normativele în vigoare privind realizarea APR interzic corectarea prin deformare plastică la rece a abaterilor dimensionale, de poziţie şi de formă ale elementelor de APR, iar corectarea prin deformare plastică la cald este greu de efectuat. Soluţia cea mai eficientă pentru rezolvarea (eliminarea) acestei probleme o constituie prevederea verificării calităţii fiecărui element de aparatură şi corectarea eventualelor neconformitaţi după fiecare operaţie din procesul tehnologic de fabricare.

Page 5: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 5

b. La efectuarea montajului în vederea sudării trebuie avut în vedere faptul că modul de asamblare a elementelor de aparatură în vederea sudării poate influenţa esenţial caracteristicile stărilor de tensiuni reziduale şi deformaţii care vor fi generate în etapa de sudare. Dacă soluţiile folosite la montajul în vederea sudării blochează sau constrâng posibilităţile de deformare liberă a elementelor de aparatură în cursul sudării, se vor genera la sudare în aceste elemente tensiuni reziduale cu intensităţi ridicate, care pot determina apariţia de fisuri sau diminuarea substanţiala a capacităţii lor portante. Dacă montajul în vedera sudării asigură deformarea şi/sau deplasarea liberă (neîmpiedicată) a elementelor de aparatură în cursul sudării, procesul de sudare poate determina realizarea de aparate cu precizie scăzută a formei şi dimensiunilor, care poate influenţa negativ funcţionalitatea aparatelor.

Page 6: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 6

Soluţiile de rezolvare a acestei probleme sunt: proiectarea şi aplicarea unor tehnologii de montaj raţionale,

bazate pe utilizarea cu precădere a dispozitivelor pentru asigurarea preciziei montajului;

utilizarea raţională în procesele tehnologice de fabricare a APR a tratamentelor termice postsudare. Având în vedere aspectele prezentate anterior, obiectul acestui capitol este focalizat asupra cunoaşterii constructiv – funcţionale a dispozitivelor destinate montajului în vederea sudării a elementelor de APR şi precizării domeniilor de utilizare a acestor dispozitive.

Page 7: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 7

2. Clasificarea dispozitivelor folosite la montarea

şi sudarea elementelor de APR Dispozitivele sunt dotări tehnice care asigură precizia montajului elementelor de APR şi îmbunătăţesc condiţiile de realizare a operaţiilor de asamblare prin sudare a acestor elemente.

O primă clasificare a dispozitivelor folosite la lucrările de montare şi sudare foloseşte drept criteriu destinaţia şi funcţia dispozitivului. În conformitate cu acest criteriu există următoarele categorii de dispozitive:

Page 8: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 8

• Dispozitive de strângere a pieselor în vederea sudării, numite şi dispozitive de montaj;

• Dispozitive pentru poziţionarea şi/sau manipularea pieselor sudate, numite şi dispozitive de montaj – sudare;

• Dispozitive de poziţionare şi/sau manipulare a echipamentelor de sudare;

• Dispozitive de susţinere şi deplasare a sudorilor.

Dispozitivele din primele două categorii precizate mai înainte sunt dispozitive de lucru, care pot asigura soluţionarea problemelor expuse anterior, iar dispozitivele din celelalte două categorii sunt considerate dispozitive auxiliare.

Dispozitivele se pot clasifica şi după alte criterii:

după mobilitate, dispozitivele pot fi: staţionare sau deplasabile; după modul de acţionare, dispozitivele pot fi: acţionate manual sau

mecanizate.

Page 9: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 9

3. Construcţia şi utilizarea dispozitivelor de montaj

Dispozitive de strângere a pieselor în vederea sudării (dispozitivele de montaj) se folosesc în următoarele scopuri:

eliminarea abaterilor de aliniere a elementelor care urmează a fi asamblate prin sudare şi asigurarea încadrării în domeniul admisibil a denivelărilor elementelor care se îmbină prin sudare cap la cap;

asigurarea formei corecte a capetelor şi centrarea elementelor de aparatură care se îmbină prin sudare cap la cap;

asigurarea deschiderii prescrise a rosturilor dintre elementele de aparatura care se asamblează prin sudare cap la cap.

Page 10: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 10

Cele mai utilizate dispozitive din această categorie sunt următoarele:

Dispozitivul cu tiranţi pentru montarea virolelor are construcţia şi funcţionarea sugerate de schiţele prezentate în figura 3.1 şi se foloseşte pentru evitarea denivelărilor şi asigurarea deschiderii prescrise a rostului la sudarea longitudinala a virolelor cilindrice şi tronconice pentru APR.

Page 11: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 11

Fig. 3.1. Dispozitivul cu tiranţi pentru montarea virolelor a. elemente constructive; b. modul de utilizare

1. şuruburi de fixare ; 2. cleme de prindere pe virolă ; 3, 4. tiranţi filetaţi ; 5,6. bucşe oscilante

Page 12: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 12

Dispozitivele pentru calibrarea virolelor sau ţevilor în

vederea îmbinării prin sudare cap la cap au construcţia şi modul de utilizare sugerate de schiţele din figura 3.2. Aşa cum se poate observa examinând figura 3.2, aceste dispozitive pot realiza micşorarea sau mărirea diametrului elementelor de APR în zona capetelor în care urmează a se îmbina prin sudare circumferenţială, asigurând încadrarea în domeniul admisibil a abaterilor de la circularitate ale acestor capete.

Page 13: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 13

Fig. 3.2. Dispozitivele de calibrare a virolelor şi ţevilor în vedera îmbinării prin sudare cap la cap a. dispozitiv pentru micşorarea diametrelor; b. dispozitiv pentru creşterea diametrelor

Page 14: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 14

Dispozitivul cu plăci şi pene, pentru montarea (aducerea) elementelor de aparatură în poziţiile reciproce corecte şi asigurarea deschiderii prescrise a rostului de sudare a acestora, are construcţia şi modul de utilizare redate de schiţele din figura 3.3. Dispozitivul se utilizează şi funcţionează astfel:

• Pe elementele de aparatură E1 şi E2 care se montează în vederea sudării se sudează urchile tehnologice 1;

• Se montează pe elementele E1 şi E2 placa de bază 2 a dispozitivului şi se fixează prin baterea penelor 3 (operaţie care va realiza alinierea elementelor E1 şi E2);

• Dacă deschiderea b a rostului de sudare dintre E1 şi E2 trebuie micşorată, se slabesc penele 6 şi se bat penele 4 (v. săgeţile roşii pe fig. 3.3), iar dacă se doreşte mărirea deschiderii b, se slăbesc penele 4 şi se bat penele 6 (v. săgeţile verzi pe fig. 3.3);

• Distanţierele 7 şi penele 8 (montate la distanţe de 600...700 mm în lungul rostului dintre E1 si E2) asigură alinirea elementelor E1 şi E2 şi menţin deschiderea b la mărimea reglată prin acţionarea penelor 4 şi 6.

Page 15: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 15

Fig. 3.3. Dispozitivul cu plăci şi pene a. dispozitiv pentru micşorarea diametrelor; b. dispozitiv pentru creşterea diametrelor

Page 16: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 16

4. Construcţia şi utilizarea dispozitivelor de montaj – sudare

Dispozitivele pentru poziţionarea şi/sau manipularea pieselor sudate (dispozitivele de montaj – sudare) se pot încadra, după modul de aşezare a pieselor (elementelor de paratură care trebuie manipulate sau sudate), în două clase:

dispozitive de montaj – sudare cu piesele aşezate liber; dispozitive de montaj – sudare cu piesele fixate.

Page 17: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 17

Cele mai folosite dispozitive de montaj – sudare cu piesele aşezate liber sunt standurile cu role, care asigură aşezarea în poziţia reciprocă corectă, susţinerea şi, dacă este necesar, rotirea în timpul sudării a virolelor din care se realizează corpurile APR. În funcţie de modul cum sunt construite şi de capacitatea de a susţine elemente de aparatură, standurile cu role pot fi, aşa cum se poate observa în figurile 3.4 ...3.6:

standuri cu role cu blocuri de role simple, care pot susţine elemente de aparatură cu masa mc = 1...50 t, asigură viteze de rotire a elementelor în timpul sudării vs = 0,12...1,2 m/min şi pot fi rotite pentru poziţionarea rapidă a elementelor aşezate pe ele cu turaţia nr = 500 rot/min;

standuri cu role cu blocuri de role duble, care pot susţine elemente de aparatură cu masa mc = 2...100 t, asigură viteze de rotire a elementelor în timpul sudării vs = 0,15...1,5 m/min şi pot fi rotite pentru poziţionarea rapidă a elementelor aşezate pe ele cu turaţia nr = 500 rot/min.

Page 18: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 18

Fig. 3.4. Standuri cu role cu blocuri de role simple

Page 19: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 19

Fig. 3.5. Standuri cu role cu blocuri de role duble

Page 20: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 20

Fig. 3.6. Exemple de utilizare a standurilor cu role, cu blocuri de

role simple sau duble, la realizarea APR

Page 21: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 21

Din categoria dispozitivelor de montaj – sudare cu piesele fixate fac parte:

dispozitivele rotitoare şi de basculare sau de întoarcere , cu variantele constructive şi exemplele de utilizare prezentate în figura 3.7;

dispozitivele de tip masă de poziţionare şi rotire, denumite în practică şi manipulatoare convenţionale, cu variantele constructive redate în figura 3.8.

Page 22: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 22

Fig. 3.7. Dispozitive rotititoare şi de basculare

sau de întoarcere a alementelor de APR

Page 23: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 23

Fig. 3.8. Dispozitive de tip masă de poziţionare şi rotire

Page 24: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 24

Fig. 3.8 – continuare . Dispozitive de tip masă de poziţionare şi rotire

Page 25: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 25

Fig. 3.8 – continuare . Dispozitive de tip masă de poziţionare şi rotire

Page 26: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 26

Masa de poziţionare şi rotire este unul dintre dispozitivele de montaj – sudare cu o mare pondere de utilizare la fabricarea APR. Caracteristicile constructiv – funcţionale ale acestui dispozitiv rezultă analizând imaginile din figura 3.8. Părţile componente principale ale unui astfel de dispozitiv sunt, aşa cum se poate observa în figura 3.9: masa dispozitivului 1, prevăzută cu elementele de prindere şi fixare a pieselor care se aşează pe dispozitiv 2 (care pot fi dispozitive de tip universal cu trei bacuri, platou cu patru bacuri, menghine, dispozitive de fixare cu bride etc.), sistemul de rotire a mesei 3, sistemul de basculare a mesei 4 şi batiul (corpul) dispozitivului 5.

Page 27: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 27

Fig. 3.9. Caracteristicile constructiv – funcţionale ale dispozitivelor de tip masă de

poziţionare şi rotire

Page 28: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 28

Dispozitivele uzuale de tip masă de poziţionare şi rotire prezintă următoarele caracteristici tehnice: masa elementelor de aparatură ce se pot aşeza pe dispozitiv m = 20 ... 3000 kg, turaţia mesei nm = 0,1 ... 1,2 rot/min (corelată cu vitezele de sudare ale elementelor recipientelor sub presiune sau altor echipamente din instalaţiile tehnologice de procesare a petrolului), diametrul mesei dm = 180 ... 1200 mm, unghiul maxim de basculare a mesei α = 135o.

Pentru sudarea unor subansambluri ale recipientelor sub presiune, caracteristicile tehnice prezentate mai înainte sunt suficiente, pentru alte aplicaţii (care necesită manipularea unor elemente de aparatură cu mase mai mari) existând şi mese de poziţionare şi rotire cu performanţe mai ridicate, cum este, de exemplu manipulatorul convenţional RP5TS-FA-D1500.

Page 29: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 29

Manipulatorul convenţional RP5TS-FA-D1500, având desenul de ansamblu prezentat în figura 3.10, prezintă următoarele caracteristici tehnice:

• Diametrul mesei: dm = 1500 mm; • Masa maximă a pieselor ce pot fi manipulate : m = 5000 kg • Capacitatea de rotire: conf.schemei de încărcare din fig. 3.10; • Turaţia mesei: nr = 0,08 ... 0,80 rot/min; • Capacitatea de basculare: conf.schemei de încărcare din fig. 3.10; • Domeniul de basculare: α = 0o ... 135o; • Viteza de basculare: bascularea de la 0o la 135o în 113 secunde; • Acţionarea în rotaţie a mesei: motor de 2,2 kW; • Actionarea la basculare: motor de 2,2 kW.

Page 30: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 30

Fig. 3.10. Desenul de ansamblu şi schema de încărcare a manipulatorului RP5TS-FA-D1500

Page 31: TCMUPR Capitolul 3

UPP – TCMUPR _____________________________________________________________________________ Inginerie mecanică

Prof. Gh. ZECHERU ___________________________________________________________________________________ pag. 31

Din analiza construcţiei şi caracteristicilor tehnice ale modelului industrial de masă de poziţionare şi rotire prezentat mai înainrte rezultă următoarele particularităţi ale acestor dispozitive:

• Fiecare dispozitiv poate asigura rotirea mesei cu turaţiile corespunzătoare asigurării unor viteze periferice ale diferitelor puncte ale pieselor manipulate la nivelul corespunzător vitezelor de sudare prin procedeele SE (sudare prin topire cu electrozi înveliţi) sau SAF (sudare automată prin topire cu arc electric sub strat de flux);

• Fiecare dispozitiv poate asigura bascularea mesei cu diferite unghiuri pentru aşezarea în diferite poziţii (convenabile pentru realizarea operaţiilor de sudare) a pieselor aşezate pe masă;

• Fiecare dispozitiv se livreaza cu o schemă de încărcare, care indică, pentru cele două mişcări funcţionale (rotirea şi bascularea mesei), nivelurile maselor acceptate ale pieselor, în funcţie de configuraţia şi dimensiunile acestora (poziţia centrului de greutate în raport cu suprafaţa mesei dispozitivului).