Metody svařování při výstavbě plynovodu

Jednalo se o výstavbu tranzitního plynovodu Gazella, který vede od předávací stanice Brandov v Krušných horách po předávací stanici Rozvadov-Weidhauss. Vlastní stavba na území České republiky začala již v květnu 2011 budováním předávací stanice Brandov za Horou sv. Kateřiny. Uvedením této stanice do provozu v listopadu 2011 bylo zajištěno případné zásobování zemním plynem České republiky z ložisek na území Ruska tzv. severní cestou plynovodem Nord Steram a Opal v případě problémů na cestě zemního plynu přes území Ukrajiny.

Obr. 1a Tvar a velikost svarové hrany

Stavba vlastní linie tranzitního plynovodu Gazella začala v prosinci 2011 a uvedení plynovodu do zkušebního provozu proběhlo v půlce ledna 2013 za účasti předsedy vlády ČR, představitelů společnosti Net4Gas, Německa a Ruska. Uvedením plynovodu Gazella do zkušebního provozu a jeho napojením na plynovod Megal v oblasti Bavorska byl umožněn mj. transport ruského zemního plynu i do oblastí Francie. Trasa plynovodu je dlouhá 166 km a na čtyřech místech je napojena na původní českou plynárenskou soustavu. Celá trasa byla rozdělena na tři stavební úseky, tzv. loty. První úsek budovala ruská společnost Strojtransgaz spolu s českým Plynostavem Pardubice. Další dva úseky plynovodu stavělo konsorcium belgické firmy Denys a rakouské Alpin za přispění několika dalších tuzemských a zahraničních firem. Mezi významné dodavatele pro firmu Denys byla chorvatská firma Monter strojarske montaže ze Zagrebu (stavěla technologii předávacích stanic) a slovenská firma BMS Bojnanský z Nitry, která realizovala velice obtížné úseky stavby, např. v oblasti Mladotic. Defektoskopické kontroly vykonávala firma Dekra. Supervizi veškerých stavebních a strojních činností pro Net4Gas vykonávala firma Moody – Intertek, supervizi procesů svařování prováděl Strojírenský zkušební ústav, s. p. Brno a supervizi defektoskopických kontrol firma ATG Praha.

Z hlediska procesů svařování, které byly uplatněny při výstavbě plynovodu, se jednalo u firmy Plynostav Pardubice pouze o svařování metodou ručního obloukového svařování obalenou elektrodou. Firma Denys se zaměřila na produktivnější metody:

1) mechanizované svařování metodou obloukového svařování tavící se elektrodou (plný drát) v ochranné atmosféře směsného plynu;
2) mechanizované svařování metodou obloukového svařování tavící se elektrodou s využitím plněné elektrody a dodatečné ochranné atmosféry směsného plynu, po předchozím zavaření kořenové housenky ručním obloukovým svařováním obalenou elektrodou u tzv. vložených úseků s větší tloušťkou stěny než 18 mm;
3) ruční obloukové svařování obalenými elektrodami (uplatněno při opravném svařování, při zavařování tzv. vložených úseků do trasy nebo při svařování závěrečných, tzv. „zlatých svarů“).

Svařování podle bodu 1) bylo uplatněno na hlavních liniích stavby při svařování potrubí z materiálu L 485 MB, (skupina 2.2 podle TNI CEN ISO/TR 15608) o tloušťce stěny 18 mm s přesně stanoveným tvarem a velikostí svarové hrany (podle obr. 1, levá část). Obě svařované trubky byly sesazeny tzv. „na sraz“ v oblasti kořenové partie a za pomoci centrátoru se speciálním doplňkem – měděnými podložkami kořene byla uzavřena kořenová partie z vnitřní strany trubky. V pravé části obrázku je znázorněna realizace svarového spoje prostřednictvím 4 svarových vrstev. Každou vrstvu provádělo jedno svářečské pracoviště a každá zmíněná vrstva byla realizována formou dvou svarových housenek jedním průchodem svařovacího zařízení. Svařovací hlava (obr. 2) obsahovala svařovací komůrku s umístěnými dvěma hořáky vzájemně posunutými ve směru pohybu i ve směru kolmém na pohyb svařovací hlavy. Pro každé svářečské pracoviště (obr. 3) byly u svařovacích hlav přesně nastaveny parametry na dokonalou tvorbu příslušné svarové vrstvy, zejména se jednalo o přesné nastavení stranové odchylky svařovacích hořáků.

Vlastnímu svařování předcházelo přesné obrobení konců trubek třískovým obráběním pomocí zařízení znázorněného na obr. 4. Zařízení bylo umístěno na konec trubky, vycentrováno a konec trubky obroben na tvar znázorněný na obr. 1, levá část. Následovalo odmagnetování konce trubky za pomoci odmagnetovací smyčky (obr. 5). Před vlastním sesazením konců trubek a jejich vycentrováním byl u konců trubek realizován předehřev na požadovanou teplotu za pomoci předehřívacích elektromagnetických smyček (obr. 6). Všechny tyto důležité činnosti byly zabezpečeny v podmínkách stavby samostatnými zdroji elektrického proudu, dieselgenerátory umístěnými přímo na pásových vozidlech s vysokou průchodností v terénu. Přesné sesazení trubek v místě svarové hrany bylo realizováno s pomocí dálkově ovládaného a pomocí stlačeného vzduchu poháněného centrátoru. Na obr. 7 je pohled na centrátor vyjmutý z potrubí, na obr. 8 pak pohled na nasazování další trubky k již svařenému úseku.

Obr. 6 Předehřívací elektromagnetické smyčky při realizaci ohřevu

Obr. 7 Pohled na centrátor zajišťující centrování trub a formování kořene svarového spoje měděnými podložkami

Proces svařování hlavní linie o tloušťce trubek 18 mm zajišťovala čtyři svářečská pracoviště (obr. 9). Základem každého svářečského pracoviště (obr. 3) bylo pásové vozidlo, na němž byl umístěn dieselgenerátor pro výrobu elektrického proudu, hydraulické zvedací zařízení se zavěšeným svářečským pracovištěm – hliníkovou kabinou s rozkládací podlahou, dále byly na vozidlech lahve na PB, nádoby na Ar a CO2, směšovací stanice pro výrobu směsného plynu. Vnitřní část kabiny byla pracovištěm pro dva svářeče operátory, kde každý z nich obsluhoval své svařovací zařízení a každý z nich svařoval vždy polovinu obvodu příslušného svarového spoje. Součástí vybavení kabiny byla i další zařízení – brusky, předehřívací PB hořáky, různé nástroje a další prostředky nutné ke zdárné realizaci svarového spoje, a to vždy v dosahu svářeče operátora. Svařovací kabina byla spojena s vozidlem přes hydraulické zvedací zařízení kabely a hadicemi pro přívod elektrické energie, směsného plynu a propan-butanu na ohřev svařovaného potrubí a umožňovala uzavření pracoviště před negativními vlivy okolí, větrem, deštěm, sněhem apod. Řidič pásového vozidla a dva svářeči operátoři tvořili po dobu pracovní směny zcela samostatné nezávislé pracoviště. Příslušná část (čtvrtina) svarového spoje byla uvedeným pracovištěm vytvořena asi za tři minuty. Pohled na operátora při svařování je zachycen na obr. 10. Svařování probíhalo s využitím pulzního režimu. Čas přesunu na další pozici při svařování, tzv. takt přemisťování, byl v rozmezí 8–10 minut. Za celý pracovní den byla tato svářečská skupina schopna realizovat okolo padesáti kompletních svarových spojů, což znamenalo postup ve výstavbě o dalších 900 metrů. Obr. 11 zachycuje povrch vytvořeného svarového spoje popsanou metodou.

V úsecích trasy vedených v místech „zvýšeného rizika“, tzn. pod komunikacemi, železničními tratěmi, pod vodními toky nebo v blízkosti obcí, průmyslových nebo zemědělských podniků, byly použity trubky se zvětšenou tloušťkou stěny nad 18 mm, a to až do tloušťky 25 mm. Tyto úseky byly nazývány jako tzv. „vložené úseky“ a svařování těchto úseků probíhalo metodou podle bodu 2 (mechanizované svařování metodou obloukového svařování tavící se elektrodou s využitím plněné elektrody a dodatečné ochranné atmosféry směsného plynu, po zavaření kořenové housenky ručním obloukovým svařováním obalenou elektrodou). V tomto případě bylo pro zavaření kořenové partie používáno svaru ručního obloukového svařování obalenou elektrodou s využitím převážně vnějšího centrátoru. Svarový spoj byl vytvářen prostřednictvím klasického V svarového úkosu v celé tloušťce trubky. Po zavaření kořene a odstranění centrátoru bylo na vnější povrch potrubí v přesně stanovené vzdálenosti umístěno vedení pro mechanizované svařovací zařízení podle obr. 12. Při tomto způsobu svařování již každé pracoviště zhotovovalo celý svarový spoj samostatně bez dělení na části (jako v předchozím případě mechanizovaného svařování) a počet svarových housenek odpovídal tloušťce svařovaného materiálu potrubí. Svařování bylo realizováno prostřednictvím tavící se plněné elektrody Ø 1,2 mm s doplňující ochranou směsným plynem o složení 82 % Ar, 18 % CO2. Každá svarová housenka byla po dokončení, před započetím tvorby další housenky, zbavena strusky a přebroušena, což poněkud zpomalovalo celý proces, ale vlastní tvorba jedné svarové housenky na celém obvodu byla záležitostí asi tří minut. Podobně jako v předchozím případě byli na svářečském pracovišti opět dva operátoři, kteří svařovali vždy polovinu obvodu trubky. Prakticky celý režim svařování probíhal v následujícím schématu: první svářeč operátor nasadil svoje zařízení do spodní polohy obvodu a začal svařovat. Po svaření úseku asi 1/5 až 1/4 obvodu druhý svářeč operátor zabrousil začátek již vytvořené housenky, nasadil svoje zařízení a začal svařovat. První svářeč operátor dokončil svoji polovinu svarového spoje a zabrousil jeho konec. Následně druhý svářeč dokončil svůj svarový spoj na již zabroušené ploše ukončení. Polohy začátků a konců svarových housenek byly vždy voleny na jiném místě, aby bylo dosaženo určitého vzájemného překrytí začátků a konců svarových housenek. Pohled na vnější povrch vytvořeného svarového spoje pomocí této metody je uveden na obr. 13.

Se svařováním úzce souvisejí i prováděné kontroly svarových spojů. Samozřejmostí byla 100% vizuální kontrola a kontrola UT mechanizovaným způsobem za pomoci zařízení podle obr. 14 a 15. Pracovníci firmy Dekra s pomocí zobrazeného zařízení byli schopni provést kontrolu jednoho svaru v průběhu tří minut i s vyhodnocením kontroly. Vybrané úseky trasy byly navíc kontrolovány za použití gama záření.

Vlastní realizace trasy plynovodu probíhala tak, že po geodetickém zaměření byla ornice tzv. skryta ke straně úseku stavby, proběhl rozvoz potrubí po trase a pak bylo přistoupeno ke svařování trasy. Po svaření, zkontrolování a zaizolování svařených úseků (s vyhovujícím výsledkem předepsaných zkoušek) bylo přistoupeno k vyhloubení rýhy, realizovány podsypy a založení potrubí. Následovalo obsypání a zahrnutí trasy. Samozřejmostí bylo provedení tlakových, těsnostních zkoušek a stress testů.

Pro všechny zúčastněné pracovníky i firmy byla účast na realizaci takové stavby, jakou byl vysokotlaký plynovod Gazella, cennou zkušeností. Pracovníci slovenské firmy BMS Bojnanský z Nitry, která realizovala velice obtížné úseky stavby, např. v oblasti Mladotic, předváděli práci, která by se dala nazvat „pracovním hrdinstvím“. Jako pracovník Strojírenského zkušebního ústavu s. p. Brno v roli supervizora svařování jsem si vysoce cenil kultury jednání jak českých spolupracovníků od firmy Moody a ATG, tak zejména zahraničních pracovníků firmy Denys při zjištění třeba i drobných nedostatků v jejich práci. Pro firmu Denys pracovali lidé od Itálie až po Švédsko a i přes určité jazykové bariéry byla na všech stranách patrná snaha o vzájemnou dohodu a spolupráci v kladném směru jak na stavbě, tak i mimo úseky stavby. Naprostou samozřejmostí pak na stavbě byla pomoc v nesnázích, např. při poruše dopravního prostředku, zapadnutí v bahnitém terénu apod. Ve vzpomínkách zúčastněných pracovníků jistě zůstane působení na takovéto úspěšné akci, jako byla výstavba plynovodu Gazella, příkladem široké vzájemné spolupráce a vzorem pro další podobné projekty.

Ing. Vladimír Kuklík, CSc.

Strojírenský zkušební ústav

www.szutest.cz
kuklik@szutest.cz