УСТРОЙСТВО СТЫКА ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОГО ТРУБОПРОВОДА С БЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и ремонта трубопроводов, а именно к стыкам трубопроводов, используемых при прокладке трубопроводов - наземной, подземной, подводных переходах, морских шельфах в обводненной или заболоченной местности, по дну водоемов, сейсмоопасных районах, полярных и приполярных территориях (районы Арктики), а также в случаях, когда требуется повышенная теплоизоляция трубопровода.
Известен способ ремонта трубопровода (патент №2516052, публ. 20.05.2014 г.) включающий установку на его поврежденном участке цилиндрической муфты, имеющей, по меньшей мере, один входной и, по меньшей мере, один выходной патрубки, с образованием кольцевого зазора между внутренней поверхностью муфты и внешней поверхностью трубопровода. Подачу в упомянутый кольцевой зазор через входной патрубок муфты композитного материала до появления композитного материала в выходном патрубке муфты. В данном изобретении использование композитного материала нанесенного на стыковое соединение трубопровода позволяет обеспечить его герметизацию и увеличить прочностные характеристики стыка.
Однако данное изобретение не рассматривает применение композитного материала в стыковом соединении газонефтепроводов с бетонным покрытием.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является способ полевой изоляции соединительных муфт для трубопроводов транспортировки жидкостей (см. патент WO 03095887).
К недостаткам указанного патента следует отнести недостаточную теплоизоляцию стыкового соединения трубопровода, объясняемую наличием «мостиков холода» образованных между теплоизоляцией и бетонным покрытием проводящих труб и теплоизоляционным слоем стыка. Указанный недостаток сказывается и на гидроизоляции стыкового соединения, поскольку при возникновении растрескивания отверждаемого полимерного материала вызванного например, воздействием упругодеформационных нагрузок при монтаже или эксплуатации, через вышеуказанные места («мостики холода»), проникает агрессивная жидкость к месту стыка, что приводит к его коррозии и преждевременному разрушению теплоизоляции проводящих труб и снижению теплоизоляционных свойств покрытия.
Техническая задача, решаемая предложенным техническим решением, заключается в улучшении качества тепловой изоляции и гидроизоляции сварного соединения стыка, а также повышении упруго деформационных свойств трубопровода за счет дополнительной жесткости комплекта защиты и теплоизоляции стыка.
Это позволяет расширить область применения теплоизолированных трубопроводов путем обеспечения возможности надземной и подземной прокладки трубопроводов в сложных климатических условиях, а также их прокладке на морских шельфах, подводных переходах, в обводненной или заболоченной местности.
Технический результат достигается тем, что в устройстве стыка теплоизолированного трубопровода с бетонным покрытием, включающем торцы проводящих труб с нанесенными теплоизоляционным и защитным бетонным покрытиями и стык с антикоррозионным и теплоизоляционным покрытиями, образующими совместно с кожухом пространство, заполненное отверждаемым полимерным материалом. Теплоизоляционное покрытие стыка выполнено из полуколец, образующих в своем сечении Т-образный профиль, верхняя часть которого, размещенная под кожухом, перекрывает его нижнюю часть, находящуюся в зоне стыка проводящих труб, при этом ширина верхней части Т-образного профиля выбирается из условия упругодеформационных нагрузок, воздействующих на трубопровод при его прокладке и эксплуатации, а также текучести отверждаемого полимерного материала в жидкой фазе, при заполнении им зазоров между теплоизоляционным покрытием стыка и теплоизоляционным и защитным бетонным покрытиями торца проводящих труб.
Предпочтительно чтобы, Т-образный профиль был образован двумя парными полукольцами, при этом установка верхнего из них, размещенного под кожухом, обусловлена пределом упругодеформационных нагрузок, воздействующих на трубопровод при его прокладке и эксплуатации.
Предпочтительно, чтобы минимальная ширина верхней части Т-образного профиля, была равна ширине его нижней части.
Предпочтительно, чтобы полукольца были выполнены в виде сегментов.
Предпочтительно, чтобы в качестве отверждаемого полимерного материала был использован полимерный, смолсодержащий или композитный состав.
Предпочтительно, чтобы в качестве отверждаемого полимерного материала был использован полиуретановый компаунд.
Предпочтительно, чтобы теплоизоляционное покрытие было выполнено из пенополиуретана, пенополимерминеральных материалов, пеностекла, пенополистирола или вспененного каучука, вспененного полипропилен, вспененного полиэтилена и пр.
На фиг. 1 - изображен разрез стыка трубопровода с теплоизоляционным покрытием.
На фиг. 2 - показан разрез по А-А на фиг. 1 в варианте выполнения Т-образного профиля теплоизоляционного покрытия стыка из полуколец.
На фиг. 3 - показан разрез по А-А на фиг. 1 в варианте выполнения Т-образного профиля теплоизоляционного покрытия стыка из сегментов.
На фиг. 4 - показан вариант стыка трубопровода с теплоизоляционным покрытием равной ширины верхней и нижней части Т-образного профиля.
На фиг. 5 - представлен вариант стыка трубопровода, в котором, торцы защитного бетонного покрытия и теплоизоляционного покрытия проводящих труб лежат в одной плоскости.
На фиг. 6 - представлен вариант стыка трубопровода с теплоизоляционным покрытием, состоящим из двух парных полуколец.
На фиг. 7 - показан стык трубопровода с теплоизоляционным покрытием без верхних парных полуколец.
Устройство стыка теплоизолированного трубопровода с бетонным покрытием (фиг. 1) включает торцы проводящих труб 1 и 2 с нанесенным антикоррозионным 3, теплоизоляционным 4 и защитным бетонным покрытиями 5. На стык 6 трубопровода нанесено антикоррозионное 7 и теплоизоляционное 8 покрытия. Теплоизоляционное покрытие 8 стыка 6 выполнено в виде полуколец 9 (фиг. 2), образующих в своем сечении Т-образный профиль. Полукольца 9 закрепляются на стыке 6 торца проводящих труб 1 и 2 с помощью хомутов 10. Вместо полуколец 9 могут быть использованы сегменты 11 (фиг. 3).
Верхняя часть 12 Т-образного профиля полуколец 9 размещена под кожухом 13, который закреплен на защитном бетонном покрытии 5 с помощью бандажей 14. Кожух 13 может быть выполнен из металла или композитного материала.
Кроме того, верхняя часть 12, Т-образного профиля полуколец 9 своей шириной - В, перекрывает его нижнюю часть 15 находящуюся в зоне стыка 6 проводящих труб 1 и 2.
Образовавшееся пространство между теплоизоляционным 4 и защитным бетонным 5 покрытиями торцов проводящих труб 1 и 2 и теплоизоляционным покрытием 8 стыка 6, а также кожухом 13, заполнено отверждаемым полимерным материалом 16.
Отверждаемый полимерный материал 16 кроме своей основной функциональной задачи - усиления стыка также обеспечивает его гидроизоляцию. И что более важно - гидроизоляцию теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6.
В качестве отверждаемого полимерного материала 16 может быть использован полимерный, смол содержащий или композитный состав.
Наилучший результат достигается при использовании полиуретанового компаунда.
Теплоизоляционное покрытие 8 стыка 6 может быть выполнено из пенополиуретана, пенополимерминеральных материалов, пеностекла, пенополистирола или вспененного каучука, вспененного полипропилен, вспененного полиэтилена и пр.
Предложенное техническое решение задачи работает следующим образом.
Проводящие трубы 1 и 2 на место монтажа поставляются с нанесенным слоем антикоррозионного 3, теплоизоляционного 4 и защитного бетонного покрытия 5 (фиг. 1). При этом антикоррозионное покрытие 3 имеет место в случае использования стальных проводящих труб 1 и 2.
После сварки торцов проводящих труб 1 и 2 на антикоррозионное покрытие 7 стыка 6 закрепляется теплоизоляционное покрытие 8. Теплоизоляционное покрытие 8 стыка 6 выполнено в виде полуколец 9 (фиг. 2), образующих в своем сечении Т-образный профиль.
После закрепления кожуха 13 с помощью хомутов 17 на защитном бетонном покрытии 5 проводящих труб 1 и 2, в одно из его отверстий 18, подается отверждаемый полимерный материал 16 в жидкой фазе. Второе отверстие 19 в кожухе 13 предназначено для выхода воздуха.
Верхняя часть 12, Т-образного профиля размещенная под кожухом 13 перекрывает, по ширине - В, его нижнюю часть 15. Фактор перекрытия (зонтичный эффект) позволяет уменьшить тепловые потери через зоны контакта - k, тем самым уменьшая тепло затраты на транспортировку по трубопроводу продуктов (газа, нефти, жидкости и пр.).
Ширина - В, верхней части 12, Т образного профиля, а следовательно зазор - α, между теплоизоляционным покрытием 8 стыка 6 и защитным бетонным покрытием 5 подбирается в зависимости от упруго-деформационных нагрузок воздействующих на трубопровод при его прокладке и эксплуатации. Так, например, если монтаж трубопровода ведется в штормовых условия или воздействиях сильного ветра то для увеличения прочностных характеристик стыка 6 устанавливается более узкая верхняя часть 12, Т-образного профиля. Тем самым увеличивается зазор - α, а следовательно и ширина отверждаемого полимерного материала 16.
В тоже время ширина - В, верхней части 12, Т-образного профиля является функцией текучести отверждаемого полимерного материала 16, которая напрямую зависит от температуры отверждаемого полимерного материала 16 в момент его заливки, и от температуры стыка 6 трубопровода.
Текучесть отверждаемого полимерного материала 16 (реактопласта) зависит от внутреннего и наружного трения и от скорости отверждения. Внутреннее трение определяется вязкостью материала при температуре заливки. Оно зависит от природы и количества наполнителя, влажности материала, наличия пластификаторов и смазывающих добавок. Наружное трение определяется состоянием поверхности стыка 6 трубопровода, с которыми контактирует отверждаемый полимерный материал 16.
Например, при монтаже трубопровода в зимних условиях или приполярных широтах обеспечение заданного температурного диапазона стыка 6 трубопровода и температурного диапазона отверждаемого полимерного материала 16 весьма затруднительно.
И это приводит к образованию пор и пустот так как, отверждаемый полимерный материал 16 в жидкой фазе, попадая в зоны недостаточного прогрева стыка 6 трубопровода, теряет в текучести.
Поэтому чтобы это не происходило, при проектировании трубопровода приходится учитывать текучесть отверждаемого полимерного материала 16.
В предложенном техническом решении задачи это реализуемо путем варьирования шириной - В верхней части 12, Т-образного профиля теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6.
Основным фактором воздействия предельно упруго-деформационных нагрузок, является нарушение герметичности, приводящее к разрушению теплоизоляции и потерям тепла в зоне стыка, а также возникновению коррозии трубопровода и соответственно уменьшению его эксплуатационных характеристик и срока эксплуатации.
Предельные упругодеформационные нагрузки, воздействующие на трубопровод, носят многофакторный характер, определяемый внешней нагрузкой (скоростью течения воды, ветровой нагрузкой, массогабаритными характеристиками трубопровода, глубиной и профилем укладки, волновой нагрузкой, температурой транспортируемого продукта и окружающей среды и другими факторами).
Варьирования шириной теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6 при меняющейся упруго-деформационной ситуации воздействующей на трубопровод в момент монтажа расширяет границы оперативности в вопросе выполнения графика производства монтажных работ и уменьшает зависимость монтажного персонала от конструкторских и технологических отделов. Все это позволяет сократить сроки производства работ.
Поэтому проектирование трубопровода с учетом всех вышеуказанных факторов имеет определенную сложность, варьирование же шириной - В, верхней части 12, Т-образного профиля теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6 позволяет существенно упростить этот процесс.
Минимальная ширина верхней части 12, Т-образного профиля, равна ширине его нижней части 15. При этом сечение теплоизоляционного покрытия 8 становится прямоугольным (фиг. 4). Подобная реализация предложенного технического решения также возможна в случаях, когда торцы защитного бетонного покрытия 5 и теплоизоляционного покрытия 4 торца проводящих труб 1 и 2 лежат в одной плоскости (фиг. 5). Здесь уже варьируют всем сечением теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6. Однако это является частным случаем предложенного технического решения задачи.
Как вариант, Т-образный профиль, полуколец 9 теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6 может быть образован двумя парными полукольцами 20 и 21 (фиг. 6): верхнего 20 размещенного под кожухом 1 и нижнего 21 находящегося в зоне стыка 6 проводящих труб 1 и 2.
При этом верхние парные полукольца 20 в случае возникновения предельных упругодеформационных нагрузок воздействующих на трубопровод могут не устанавливаться. В результате после заливки отверждаемого полимерного материала 16, он занимает зону верхних парных полуколец 20 теплоизоляционного покрытия 8 стыка 6, тем самым максимально усиливая стык 6 трубопровода (фиг. 7).
Возможна также реализация предложенного технического решения задачи путем выполнения полуколец 9 в виде сегментов 11 (фиг. 3). Количество сегментов 11 определяется конструктивно.
Предложенное техническое решение задачи позволяет: усилить тепловую изоляцию стыка и трубопровода в целом, повысить надежности гидроизоляции, защитить от разнонаправленных внешних механических воздействий антикоррозионную и тепловую изоляции сварного соединения труб, а также теплоизоляционного материала трубопровода, повысить упругодеформационные свойства зоны сварного соединения за счет ее усиления, т.е. создания монолитной конструкции стыкового соединения для предотвращения смещения тепловой изоляции труб при прокладке трубопровода в сложных условиях (прокладка трубопроводов в сложных климатических условиях, в море на больших глубинах, при бестраншейных методах прокладки трубопроводов и прокладки методом протаскивания).