Общая характеристика технологии производства горячекатаных труб на пилигримовых станах ЦНГС

 

 

I. Состояние теории и практики производства труб пилигримовых станах

 

1.1. Общая характеристика ОАО «ИНТЕРПАЙП НИЖНЕДНЕПРОВСКИЙ ТРУБОПРОКАТНЫЙ ЗАВОД»

 

Нижнеднепровский трубопрокатный завод – крупнейший в Юго-Восточной части Европы производитель и поставщик стальных труб широкого профиля применения. Завод расположен в одном из крупнейших индустриальных и научных центров Украины – городе Днепропетровске. Производственный потенциал предприятия позволяет выпускать до 1,1  млн. тонн продукции в год и включает в себя:

• пять производственных комплексов по выпуску стальных труб, имеющих в своём составе 2 установки с пилигримовыми станами, установку с трёхвалковым раскатным станом, трубопрокатный агрегат с двумя станами продольной прокатки, 5 электросварочных станов, 2 волочильных стана, станы холодной периодической прокатки (ХПТ), участок для производства труб с внутренним эмалевым покрытием, а также современные участки отделки;
• колёсопрокатный и колёсобандажный цехи;
• научный центр в составе 5 специализированных лабораторий;
• службы обеспечения качества выпускаемой продукции, располагающие современными установками и методами контроля.

Завод производит и поставляет 1200 типоразмеров стальных труб диаметром от 12 до 377 мм, в том числе:

• горячедеформированные и холоднодеформированные трубы общего назначения;
• обсадные трубы и муфты к ним;
• насосно-компрессорные трубы и муфты к ним;
• котельные трубы;
• горячедеформированные и холоднодеформированные подшипниковые трубы;
• холоднотянутые трубы высокой точности для погружных электродвигателей (ПЭД), погружных электронасосов (ПЭН), погружных центробежных насосов (ПЦН) установок откачки нефти из скважин;
• электросварные трубы круглого и профильного сечения;
• утяжеленные бурильные трубы и квадратные штанги.

В настоящее время трубы с торговой маркой завода поставляются более чем в 50 стран мира, во все страны СНГ и эксплуатируются в различных климатических условиях от Крайнего севера до тропиков.

В 1994 году завод преобразован в акционерное общество. После тщательного анализа основных фондов и уровня технологии, правлением и наблюдательным советом акционерного общества была определена стратегия развития акционерного общества – реконструкция основных средств, обеспечение качества продукции в соответствии с требованиями мировых стандартов, необходимых для закрепления на мировом рынке металлопродукции.

С 1991 года завод полностью прекратил выпуск обсадных труб с треугольной резьбой, сосредоточившись на производстве обсадных труб с высокогерметичными соединениями типа ОТТМ, ОТТГ, "Buttress".

Инженерными службами завода разработаны и освоены новые марки сталей, позволившие обеспечить свойства труб нефтяного сортамента на уровне групп прочности N80 и Р110 по API Spec. 5CT и труб для трубопроводов на уровне требований стандартов API Spec. 5L, DIN 17121, 1629, 1630. Внедрение разработок инженерных служб завода позволило значительно расширить сортамент производимых труб на всех трубопрокатных установках. Заводом освоено производство труб диаметром от 60 до 377 мм, включая особо тонкостенные с соотношением диаметра D к толщине стенки S до 49 на пилигримовых установках и с соотношением D/S ≤ 23 на установках с трёхвалковым раскатным станом.

Для решения проблемы коррозионной защиты трубопроводов создан участок внутреннего эмалирования труб стеклоэмалью производительностью 7-9 тыс. тонн в год. Технология эмалирования экологически чиста и позволяет производить трубы диаметром 89-245 мм со стенками 5,0-12,0 мм. Толщина эмалевого покрытия 0,3-0,4 мм гарантирует безаварийную эксплуатацию труб в течение 25-30 лет.

Продукция завода и система управления качеством прошли международную сертификацию с выдачей сертификатов соответствия:

• API на обсадные трубы и насосно-компрессорные, производимые по стандарту API Spec. 5CT и нефтепроводные трубы по стандарту API Spec. 5L;
• TŮV CERT на трубы, производимые по DIN 17121, 1629,1630 и 1615;
• Материального бюро земли Бранденбург на трубы для строительных целей (знак U), производимые по DIN1629, 17121;
• Польского института испытаний и сертификации «Зета» знаком безопасности, производимые по DIN 16123, и PN - Н 74219.
• Система управления и контроля качества сертифицирована на соответствие нормам DIN EN ISO 9002, ДСТУ ISO 9002 и API Q1.

В апреле 1999 года была проведена сертификация обсадных, бесшовных горячедеформированных, насосно-компрессорных труб по четырём ГОСТам и ТУ Российским Морским Регистром Судоходства с разрешением на применение в системе Госгортехнадзора РФ.

Котельные трубы, выпускаемые по ТУ 14-3-460-75 и водопроводные по ГОСТ 3262-75, сертифицированы в системе обязательной сертификации           УкрСЕПРО. С ноября 1998 года завод полностью отказался от реализации продукции пониженного качества и вторых сортов. Настоящее решение продиктовано заботой о престиже торговой марки завода среди потребителей продукции Украины и стран СНГ.

Завод производит более следующие основные виды стальных труб (таблица 1.1).

 

 

 

Таблица 1.1.Специализация производства и номенклатура трубной продукции Нижнеднепровского трубопрокатного завода

 

Вид труб	Стандарт или технические условия	Размеры, мм
1	2	3
Бесшовные горячедеформированные	ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78	73 х 5,5 - 14,0; 76 х 6,0 - 14,0; 83 х 8,0 - 18,0; 89 х 6,5 - 22,0; 95 х 8,0 - 24,0; 102 х 5,5 - 28,0;   108, 114, 121 х 5,0 -28,0; 127 х 5,0 - 30,0; 133 х 5,0 - 32,0; 140, 146, 152 х 5,0 - 36,0; 159 х 6,0 - 36,0; 168, 180 х 5,5 - 45,0; 194 х 6,0 - 45,0; 203 х 6,0 - 50,0; 219, 245, 273 х 6,5 - 50,0; 299, 325 х 7,5 - 65,0; 351 х 8,0 - 65,0; 377 х 9,0 - 65,0
То же	DIN 2448 / 17121, DIN 1629, DIN 1630, EN 10210	73,0 х 5,6 - 14,2; 76,1 х 6,3 - 14,2; 82,5 х 8,0 -17,5; 88,9 х 5,6 - 22,2; 101,6 х 5,6 - 25,0; 108,0, 114,3 х 5,0 - 30,0; 127,0, 133,0, 139,7 х 5,0 – 36,0;152,4 х 5,0 - 40,0; 159,0 х 6,3 - 45,0; 168,3, 177,8 х 5,6 - 45,0; 193,7, 219,1, 244,5 х 6,3 - 50,0; 273,0 х 6,3 -55,0; 323,9 х 7,1 - 55,0; 355,6 х 8,0 - 55,0
1	2	3
То же	API Spec. 5L	73,0 х 5,5, 6,4, 7,0, 14,0; 88,9 х 5,5, 6,4, 7,1, 7,6; 101,6 х 5,7, 6,4, 7,1, 8,1; 114,3 х 5,5, 6,0, 6,4, 7,1, 7,9, 8,6, 11,1, 13,5; 141,3 х 5,5, 6,6, 7,1, 7,9, 8,7, 9,5, 12,7, 15,9; 168,3 х 6,4, 7,1, 7,9, 8,7, 9,5, 11,0, 12,7, 14,3, 18,3, 19,1, 22,0, 22,2; 219,1 х 6,4, 7,0, 7,9, 8,2, 8,7, 9,5, 11,1, 12,7, 14,3, 15,9, 18,3, 19,1, 20,6, 22,2, 25,4; 273,1 х 7,1, 7,8, 8,7, 9,3, 11,1, 12,7, 14,3, 15,9, 18,3, 20,6, 22,2, 23,8, 25,4, 31,8; 323,9 х 7,9, 8,4, 8,7, 9,5, 10,3, 11,1, 12,7, 14,3, 15,9, 17,5, 19,1, 20,6, 22,2, 23,8, 25,4, 27,0, 28,6, 31,8; 355,6 х 9,5, 10,3, 11,1, 12,7, 14,3, 15,9, 17,5, 19,1, 20,6, 22,2, 23,8, 25,4, 27,0, 28,6, 31,8;
То же	ASTM A53	73,0 х 5,16 - 14,02; 88,9 х 5,49 - 15,24; 101,6 х 5,74 - 8,08; 114,3 х 5,56 - 13,49; 141,3 х 6,55 - 15,88; 168,3 х 7,11 -18,24; 219,1 х 6,35 - 23,01; 273,0 х 6,35 - 28,58; 323,9 х 8,38 - 33,32
То же	ASTM A106	73,0 х 5,16 - 9,52; 88,9 х 5,49 - 13,49; 101,6 х 5,74, 8,08; 114,3 х 6,02 - 13,49; 141,3 х 6,55 - 15,88; 168,3 х 7,11 - 18,24; 219,1 х 6,35 - 23,01; 273,0 х 6,35 - 28,58; 323,9 х 8,38 - 33,32
Бесшовные холоднодеформированные	ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75	38, 40,42 х 3,0 - 9,0; 45, 48 х 3,0 - 10,0; 50, 51, 53, 54, 56, 57, 60, 63, 65 х 3,0 - 12,0; 68, 70, 73, 75, 76, 80, 83, 85, 89, 90, 95 х 4,0 - 12,0; 100,102, 108, 110, 120, 130, 140 х 4,0 - 16,0;
То же	DIN 2448 / 17121, DIN 1629, DIN 1630	42,4 х 3,2 - 10,0; 44,5 х 3,2 -11,0; 48,3, 51,0, 54,0 х 3,2 - 12,5; 57,0 х 3,2 - 14,2; 60,3, 63,5 х 3,2 - 16,0; 70,0, 73,0, 76,1, 82,5, 88,9 х 4,0 -16,0; 101,6, 108,0, 114,3, 127,0, 133,0, 139,7 х 4,5 - 16,0
Холоднотянутые особовысокой точности)	ТУ 14-8-1-97	Сталь 35: 87 х 6,0; 89 х 4,0; 89 х 5,0; 103 х 8,0; 108 х 4,0; 108 х 5,0
То же	ТУ 14-3-1941-94	Сталь 35: 92 х 6,0; 103 х 5,5; 103 х 6,5; 114 х 7,5; 123 х 6,5; 130 х 6,0
Холоднотянутые высокой точности2)	ТУ 14-3-690-78	Сталь 35: 80 х 7,5; 90 х 8,5; 93 х 7,5; 105 х 8,0; 114 х 7,0; 130 х 11,0
То же	ТУ 14-3-1447-86	Сталь 35: 112 х 6,5; 114 х 7,5; 117 х 6,0
Обсадные	ГОСТ 632-80	Группа прочности Д: 146,1 х 7,7 - 10,7 Группы прочности Д, Е, Л, М: 168,3 х 8,9 - 12,1; 219,1 х 8,9 - 14,2; 244,5 х 8,9 - 15,9; 273,1 х 8,9 - 16,5; 298,5 х 9,5 - 14,5; 323,9 х 9,5 - 14,0; 340 х 9,7 - 15,4
Насосно-компрессорные	ГОСТ 633-80	Группа прочности Д: Нарезные: 73 х 5,5; 73 х 7,0; 89 х 6,5; 89 х 8,0 Без нарезки: в диапазоне наружных диаметров 73,0 - 114,3 мм
С резьбовыми соединениями	API Spec. 5CT	73,0 х 5,51; 168,3 х 8,94 - 12,06; 177,8 х 8,05 - 12,65; 244,5 х 8,94 - 11,99; 339,7 х 8,38 - 13,06
Подшипниковые	ГОСТ 800-78 горячедеформированные холоднодеформированные	Сталь ШХ15, ШХ15СГ:   наружный диаметр 80 -183   наружный диаметр 37,4 - 81,2
1	2	3
Для котлов и трубопроводов	ТУ 14-3-460-75	Сталь 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф: 152 х 15,0 - 28,0; 159 х 16,0 - 28,0; 168 х 6,5 - 34,0; 194 х 7,0 -45,0; 219 х 7,5 - 50,0; 245, 273 х 9,0 - 50,0; 299 х 10,0 - 60,0; 325, 351, 377  х 13,0 - 60,0
То же	ТУ 14-3-190-82	42 - 89 х 5,0 -18,0
Утяжелённые бурильные	ТУ 13-3-835-79	Группы прочности Д, К (содержание серы и фосфора не более 0,045%): наружный диаметр 203 х внутренний диаметр 100
Штанги бурильные квадратные	ТУ 14-3-126-73	Группы прочности Д, К (содержание серы и фосфора не более 0,045%): 140 х140 диаметр  канала 85 мм 155 х 155 диаметр канала 100 мм

 

Завод является крупнейшим в Украине экспортёром стальных труб. Кроме приведенного в табл. 1.1 ассортимента продукции на заводе производят цельнокатаные колёса для колёсных пар тележек грузовых и пассажирских вагонов, локомотивной тяги, немоторных вагонов электро- и дизельпоездов, а также путевых машин магистральных железных дорог; по согласованию с потребителем производится поставка заготовок крановых колёс, шестерён и других изделий типа тел вращения Ø 700 - 2500 мм для машиностроительных предприятий. Железнодорожные колёса 50 профилеразмеров Ø 840 - 1140 мм поставляются в соответствии с требованиями стандартов ГОСТ, UIC, DB и др.

 

1.2. Общая характеристика технологии производства горячекатаных труб на пилигримовых станах ЦНГС.

 

Трубопрокатный цех ЦНГС (ТПЦ №4). В эксплуатации с 1969 г. Основная продукция цеха – обсадные нарезные трубы и муфты к ним, бесшовные горячедеформированные трубы диаметром 168-377 мм.

Отличительной особенностью цеха №4 является постоянная модернизация оборудования и совершенствование технологии. Так, за последнее время установлены два ультразвуковых толщиномера и ультразвуковой дефектоскоп для контроля всех видов дефектов и геометрических размеров труб в технологическом производственном потоке, что значительно повысило качество продукции и снизило расходные коэффициенты металла. Проектная мощность цеха составляет 320 тыс. тонн труб в год (из них 280 тыс. тонн нарезных нефтяного сортамента). Фактически в 2012 году произведено 243,1 тыс. тонн труб.

В перспективе планируется: реконструкция участка проката; модернизация линии сортировки и ремонта труб в комплексе дефектоскопа «Трускоп»; установка дополнительной системы ультразвукового контроля труб; установка модернизированной линии покраски с автоматизированным комплексом взвешивания, измерения длины, клеймения и упаковки экспортных труб. Перечисленные мероприятия позволят повысить качество продукции и уровень ее конкурентоспособности.

Процесс производства труб в ТПЦ-4 состоит:

- Прокат труб на ТПА 5-12" (схема представлена на рис.1.2.1).

1). Подготовка металла к прокату.

Трубы производят из стальных слитков и заготовок, поставляемых мартеновским цехом завода, а также другими заводами. Поставку слитков и заготовок производят по нормативной документации, удовлетворяющей требованиям стандартов, согласно таблице прокатки.

Каждый поступивший в цех слиток имеет маркировку, включающую в себя номер плавки и марку стали.

Совместно с бригадиром склада слитков контролер ОТК производит осмотр каждого слитка и производят отсортировку слитков неудовлетворяющих по каким либо причинам требованиям нормативной документации, конкретному заказу и техническому протоколу.

2). Нагрев слитков в кольцевых печах №1 и №2 перед прошивкой

Перед посадом слитков в печи контролер ОТК взвешивает слитки на весах, оборудованных компьютерной системой слежения, в базу данных которой заноситься полная информация по каждому конкретному слитку.

Посад слитков в печь осуществляется загрузочными машинами с дистанционным управлением. Нагрев металла в печах осуществляется до температуры 1260-1300°С в строгом соответствии с требованиями технологических инструкций.

3). Гидросбив окалины со слитков перед прошивкой.

С целью уменьшения износа рабочего инструмента прошивного пресса, повышения точности геометрических размеров стакана, снижения наружных плен, окалина с поверхности слитка удаляется на установке гидросбива водой высокого давления – 100 атм.

4). Прошивка слитков в стаканы на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 2000 т.

Прошивной пресс предназначен для прошивки равномерно прогретых слитков с наружным диаметром от 332 до 570мм в толстостенные стаканы диаметром от 335 до 570мм максимальной длины 2500мм.

5) Подогрев стаканов в кольцевой печи №3 перед элонгированием.

Кольцевая печь №3 предназначена для подогрева прошитых стаканов DхS = 335-570х100-150мм, длиной 1400-2500мм и массой 900-3400 кг, а так же слитков до температуры элонгирования (1275±20°С).

Максимальная производительность печи – 100 т/час.

6). Прокатка стаканов в гильзы на стане-элонгаторе.

Стан-элонгатор предназначен для раскатки стаканов и сверленых заготовок, а в особых случаях прошивки круглых слитков.

Длина гильзы, получаемой на стане-элонгаторе 2400-4200мм

После раскатки на стане-элонгаторе гильзы передаются на участок внестановой зарядки дорнами, где из них выдувают окалину, заряжают дорном и передают для прокатки на пильгерстаны.

7). Прокатка труб на пильгерстане.

Пильгерстан предназначен для прокатки гильзы в трубу. Пилигримовая установка состоит из двух рабочих клетей, валки которых приводятся во вращение индивидуальными двигателями постоянного тока с маховиками.

Краткая техническая характеристика пильгерстана:

• Тип клети – дуостан с переменным сечением калибра валков
• Диаметр прокатываемых труб, мм – 168 - 380
• Диаметр пильгервалков, мм – 690 - 1100
• Мощность привода, кВт – 3000
• Число оборотов, об/мин – 45 ч 90
• Диаметр маховика, м – 8,5
• Масса маховика, т – 74
• Подающий аппарат – с гидропневматическим торможением.