УЗЕЛ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Заявляемое техническое решение относится к конструкциям трубопроводов, в частности, сварному соединению труб с внутренним покрытием, и может быть использована при сборке трубопроводов для транспортировки различных сред в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известно сварное соединение трубопроводов (патент РФ №1489953, МПК B23K 31/06, опубл. 30.06.1989 г.), содержащее втулку (соединительное звено), в которой выполнены отверстия, в которые вводятся соединяемые трубопроводы, Отверстия втулки имеют внутренние патрубки со скошенными торцами, при этом во втулке выполнено монтажное отверстие, закрываемое герметизирующей крышкой. Трубы сваривают с внутренними патрубками втулки через ее монтажное отверстие, после чего закрывают отверстие герметизирующей крышкой
Известен узел сварного соединения трубопровода (патент РФ №2283739, МПК B23K 31/02, опубл. 20.09.2006), содержащий металлические трубы с нанесенным на их внутреннюю поверхность защитным покрытием и втулку, размещенную внутри труб, при этом сварное соединение узла выполнено с получением сварного шва, площадь которого превышает площадь нормального сечения труб. Узел имеет кольцевые элементы, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения, термоизоляционный материал, герметизирующий материал, Г-образный кольцевой упор или как минимум три Г-образных упора, равно размещенных в радиальной плоскости. Размещенная внутри труб втулка выполнена с цилиндрическим участком и сопряженными с ним коническими участками и размещена внутри труб так, что кромки труб контактируют с Г-образным кольцевым упором или Г-образными упорами. Защитное покрытие на внутренней поверхности труб нанесено на расстоянии от их торцов с образованием в зоне нанесения термоненагруженной зоны, Г-образный кольцевой упор или Г-образные упоры размещены на половине длины втулки и жестко зафиксированы на ее внешней поверхности, на внутренней поверхности цилиндрического и сопряженных с ним конических участков втулки нанесено защитное покрытие, кольцевые элементы жестко закреплены на внешней поверхности цилиндрического участка втулки, равно смещены от его торцов и установлены оппозитно друг другу, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения размещены на внешней поверхности втулки между нанесенным на внутреннюю поверхность труб защитным покрытием, торцами кольцевых элементов и коническими участками втулки и плотно контактируют с ними. Термоизоляционный материал жестко закреплен на внешней поверхности цилиндрического участка втулки между торцами кольцевых элементов, герметизирующий материал нанесен на внешнюю поверхность упомянутых конических участков втулки
К недостаткам известных устройств относится то, что они сложны, а используемые в них втулки достаточно трудоемки при изготовлении и дороги. При этом ни одна из описанных конструкций не дает достаточной гарантии получения сплошного внутреннего покрытия трубы и обеспечения требуемой надежности защиты зоны сварного шва.
Известно также устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопровода (свидетельство РФ на полезную модель №20360, МПК F16L 13/02, опубл. 27.10.2001), содержащее две свариваемые трубы и втулку, несущую на себе установочные выступы и уплотнительные элементы, при этом втулка имеет на своих концах раструбы и расположенные на внешней поверхности упруго-эластичные манжеты, прилегающие к кольцевым упорам, установленные на границе перехода цилиндра втулки в раструб, причем раструб выполняет роль отсекателя для перераспределения транспортируемой среды с целью уменьшения давления на упруго-эластичные манжеты (дополнительная защита сварного шва).
К недостаткам известного устройства относится сложная конфигурация втулки и возможность повреждения внутреннего покрытия трубы в зоне сварного шва в связи с тем, что отсутствует термоизоляция.
Известен узел сварного соединения трубопровода (патент РФ на полезную модель №89656, МПК F16L 13/02, опубл. 10.12.2009), содержащий свариваемые трубы с внутренним полимерным покрытием и устанавливаемую в них втулку также с внутренним полимерным покрытием, на наружной поверхности которой расположены эластичные уплотняющие манжеты и центрирующее кольцо, при этом втулка выполнена с центральной кольцевой проточкой, в которой расположена термоизоляционная прокладка, и двумя кольцевыми проточками, выполненными по разные стороны от центральной кольцевой проточки и предназначенными для установки в них эластичных уплотняющих манжет, а на центрирующем кольце выполнен кольцевой выступ, к которому подведены торцы свариваемых труб, центрирующее кольцо выполнено разрезным по образующей и установлено поверх термоизоляционной прокладки. Кольцевой выступ центрирующего кольца выполнен, преимущественно, сужающимся к вершине. При сборке узла на внутреннюю поверхность каждого конца соединяемых труб наносят адгезионный материал и в одну из труб вставляют втулку до упора выступа центрирующего кольца в торец трубы. Манжета при этом распределяет адгезионный материал по внутренней поверхности трубы, а торец втулки, продвигая по трубе излишки адгезионного материала, создает из него защитные валики по торцу втулки, что дополнительно повышает надежность противокоррозионной защиты узла. Затем другую часть втулки вставляют в трубу до упора ее торца в кольцевой выступ центрирующего кольца, причем при продвижении втулки 4 у ее торца также создается защитный валик из адгезионного материала 1. Далее трубы сваривают между собой
К недостаткам выше указанного аналога рассмотренного узла сварного соединения труб с внутренним заводским покрытием являются необходимость калибрования внутренней поверхности концов труб перед нанесением покрытия, недостаточно надежная герметизация соединения втулки с покрытием трубы, рассчитанная только на уплотнительную способность манжеты и валика, образуемого герметизатором на краях втулки при ее введении внутрь трубы. Возможно также отслаивание валика герметизатора от покрытия трубы, так как без специальной подготовки покрытия трубы прочность сцепления герметизатора с этим покрытием будет очень низкая. В процессе транспортирования труб к месту строительства внутреннее покрытие на концевых участках труб может быть загрязнено, что не позволит получить его надежного сцепления с валиком герметизатора, и, следовательно, поток среды, транспортируемой по трубопроводу, вызовет отрыв последнего. Также определенные затруднения представляет, качество смешивания герметизирующей мастики в полевых условиях и отрицательных температурах. Технология нанесения герметика на втулку не позволяет обеспечить качественную герметизацию узла. Недостатком известного узла сварного соединения является также и фиксация центрирующего кольца. Согласно описанию оно имеет конический выступ и разрез, который позволяет кольцу сжимаясь, уменьшать диаметр, т.е. сместиться относительно сварного шва. Не описан способ сварного соединения и формирование обратной поверхности шва.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является принятый за прототип узел сварного соединения трубопровода (патент РФ на полезную модель №15861 МПК F16L 13/00, опубликованный 10.05.2012) содержащий две трубы с внутренним покрытием и установленную соосно внутри них в зоне стыка втулку с внутренним покрытием, на наружной поверхности которой расположены центральная кольцевая проточка с центрирующим разрезным кольцом и две кольцевые проточки для герметизирующих элементов, выполненные по разные стороны от центральной кольцевой проточки, последние заполнены вспенивающимся при нагревании эластомером. Центрирующее кольцо снабжено кольцевым выступом прямоугольной формы.
Недостатком прототипа является трудоемкость изготовления проточек под герметизирующие элементы на втулке при большом ее диаметре, ослабление прочности втулки за счет нарушения целостности металла при проточках, возможность размывания герметизирующих элементов из-за доступа агрессивных сред.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является упрощение конструкции узла сварного соединения трубопровода, повышение его технологичности, обеспечение надежной защиты внутреннего покрытия, и, как следствие, повышение долговечности службы трубопровода.
Поставленная задача, решается тем, что в узле сварного соединения трубопровода, содержащем две трубы с внутренним покрытием и установленную соосно внутри них в зоне стыка втулку с внутренним покрытием, на наружной поверхности которой расположены сформированные путем прокатки радиальные валики фиксирующие центрирующее разрезное кольцо с расплавляемой вставкой и два герметизирующих уплотнения из терморасширяющегося герметика и уплотнительными резиновыми кольцами.
Заявляемое устройство иллюстрируется Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6
На фиг.1 изображена втулка, установленная внутри свариваемых труб.
На Фиг.2 изображен узел сварного соединения после осуществления сварки
На Фиг.3 иллюстрируется соединение трубы с фланцем.
На Фиг.4 иллюстрируется соединение трубы с отводом.
На Фиг.5 иллюстрируется соединение трубы с тройником.
На Фиг.6 иллюстрируется соединение трубы и перехода.
Узел сварного соединения трубопровода (Фиг.1) содержит: свариваемые трубы 1 и 2 с внутренним покрытием 3 и устанавливаемую в них втулку 4, на наружной поверхности которой по разные стороны от зоны стыка труб расположены профильные углубления 11 под герметизирующие элементы 5, выполненные из терморасширяющегося герметика, а в зоне стыка втулка 4 имеет профильное углубление 12 в котором установлено центрирующее кольцо 6, с расплавляемой плавкой вставкой 7, профильные углубления 11 и 12 на втулке 4 образованы за счет наличия радиальных валиков 9, выполненных по разные стороны от центра путем прокатки. Концы втулки имеют развальцовку 13, фиксирующую резиновые манжеты 8.
Сборку соединения труб 1 и 2 (Фиг.2) осуществляют следующим образом.
Комплектуют две трубы 1 и 2 с внутренним покрытием и подготавливают под сварку кромки и внутренние поверхности концов труб. Втулку 4, устанавливают, например, в трубу 1 соосно до упора выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы, Затем трубу 2 устанавливают справа от центрирующего кольца 6 втулки 4 соосно с ней, надвигают трубу 2 на втулку 4 до упора торца трубы 2 в кольцевой выступ центрирующего кольца 6 и производят прихватку центрирующего кольца 6 к торцу трубы 2, при этом кольцевой выступ центрирующего кольца 6 задает положение сварного шва 7. Далее трубы сваривают между собой.
Сборку соединения труб и фланца Фиг.3 осуществляют следующим образом.
Комплектуют трубу 2 с внутренним покрытием и фланец 10 с внутренним покрытием 3. Фланец изготовлен с приваренным отрезком трубы 1, при помощи плавкой вставки, например, по Гост 16037-80 с46 и покрыт защитным покрытием. Подготавливают под сварку кромки и внутренние поверхности концов трубы и фланца. Втулку 4, устанавливают, например, в трубу 2 соосно до упора выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы, Затем фланец 10 устанавливают с другой стороны от центрирующего кольца 6 втулки 4 соосно с ней, и надвигают на втулку 4 до упора торца в кольцевой выступ центрирующего кольца 6 и производят прихватку к торцу трубы 2, при этом плавкая вставка задает положение сварного шва 7. Далее элементы трубопровода сваривают между собой.
Сборку соединения трубы и отвода Фиг.4 осуществляют следующим образом.
Комплектуют трубу 2 с внутренним покрытием и отвод 10 с внутренним покрытием 3. Отвод изготовлен с приваренным отрезком трубы 1, при помощи плавкой вставки, например, по Гост 16037-80 с46 и покрыт защитным покрытием. Подготавливают под сварку кромки и внутренние поверхности концов трубы и отвода. Втулку 4, устанавливают, например, в трубу 2 соосно до упора выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы, Затем отвод 10 устанавливают с другой стороны от центрирующего кольца 6 втулки 4 соосно с ней, и надвигают на втулку 4 до упора торца в кольцевой выступ центрирующего кольца 6 и производят прихватку к торцу трубы 2, при этом плавкая вставка задает положение сварного шва 7. Далее элементы трубопровода сваривают между собой.
Сборку соединения трубы и тройника Фиг.5 осуществляют следующим образом.
Комплектуют трубу 2 с внутренним покрытием и тройник 10 с внутренним покрытием 3. Тройник изготовлен с приваренным отрезком трубы 1, при помощи плавкой вставки, например, по Гост 16037-80 с46 и покрыт защитным покрытием. Подготавливают под сварку кромки и внутренние поверхности концов трубы и тройника. Втулку 4, устанавливают, например, в трубу 2 соосно до упора выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы, Затем тройник 10 устанавливают с другой стороны от центрирующего кольца 6 втулки 4 соосно с ней, и надвигают на втулку 4 до упора торца в кольцевой выступ центрирующего кольца 6 и производят прихватку к торцу трубы 2, при этом плавкая вставка задает положение сварного шва 7. Далее элементы трубопровода сваривают между собой.
Сборку соединения трубы и перехода Фиг.6 осуществляют следующим образом.
Комплектуют трубу 2 с внутренним покрытием и переход 10 с внутренним покрытием 3. переход изготовлен с приваренными отрезками трубы 1, при помощи плавкой вставки, например, по Гост 16037-80 с46 и покрыт защитным покрытием. Подготавливают под сварку кромки и внутренние поверхности концов трубы и перехода. Втулку 4, устанавливают, например, в трубу 2 соосно до упора выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы, Затем переход 10 устанавливают с другой стороны от центрирующего кольца 6 втулки 4 соосно с ней, и надвигают на втулку 4 до упора торца в кольцевой выступ центрирующего кольца 6 и производят прихватку к торцу трубы 2, при этом плавкая вставка задает положение сварного шва 7. Далее элементы трубопровода сваривают между собой.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого технического решения, заключается в упрощении конструкции узла сварного соединения трубопровода, повышении его технологичности, обеспечении надежной защиты внутреннего покрытия, и, как следствие, повышении долговечности службы трубопровода. Указанный результат достигается за счет того, что предложенная конструкция имеет следующие технических решения:
- центрирующее кольцо 6 имеет на наружной поверхности радиальную проточку 14, в которую вставляется кольцо 7 из сварочной проволоки, выполняющего функцию, односторонней расплавляемой вставки, что позволяет фиксировать центрирующее кольцо 6 в трубопроводе, центрировать трубы 1 и 2 при монтаже, осуществить легирования металла шва за счет выбора материала вставки, обеспечить формирование обратной поверхности шва с усилением во всех пространственных положениях, способствует изменению направления действия и силы поверхностного натяжения на наружной поверхности сварочной ванны;
- радиальные кольцевые валики 9 на поверхности втулки фиксируют центрирующее кольцо, придают прочность втулке, по обе стороны от валиков 9 находятся герметизирующие элементы 5, выполненные из терморасширяющегося материала, который находится в зоне термического влияния сварки, при проведении которой происходит нагрев поверхности труб 1 и 2 и втулки 4. Этот процесс используется для активации вспенивающего агента, входящего в состав материала, который расширяясь в ограниченном пространстве, под давлением герметизирует соединение. Применяемый терморасширяющийся герметик состоит, например, из каучука и профора.
- по краям втулки 4 располагаются резиновые манжеты 8, которые ограничивают выход герметизирующего материала при терморасширении и защищают уплотнение от воздействия внешней среды.
Предлагаемое техническое решение узла сварного соединения трубопровода обладает универсальностью и может применяться, например, при стыковке труб, протяженных трубопроводов, а также для местного ремонта трубопроводов диаметром 57-1020 мм.