Защитный кожух для стыков трубопровода и его соединений с трубопроводной арматурой
PROTECTIVE CASING FOR PIPELINE JOINTS AND ITS CONNECTIONS WITH PIPELINE VALVES

Изобретение относится к области вспомогательных приспособлений для соединительных узлов (стыков) трубопровода и трубопровода с трубопроводной арматурой, в частности относится к защитным кожухам для защиты от выбросов низкотемпературных и высокотемпературных жидкостей и газов, перекачиваемых под давлением и без давления, по трубопроводам, и может быть использовано для любого соединения трубопровода, а также для соединений трубопровода с трубопроводной арматурой, например, для соединений между сегментами труб, клапанов, датчиков, компенсаторов и тому подобное.
С учетом опасного характера перекачиваемых по трубопроводам жидкостей и газов целостность трубопроводных систем имеет решающее значение. Протечки чаще всего происходят в местах соединений между трубами (стыками) или в местах соединений между трубами и другими узлами - трубопроводной арматурой. А учитывая, что перекачиваемая среда является агрессивной, возможно, даже токсичной, и находится, преимущественно, под большим давлением, то ее утечки в местах соединений могут вызвать повреждение оборудования, нанести вред здоровью работников предприятий, нанести ущерб окружающей среде. Таким образом, проблема создания улучшенных защитных узлов для различных видов соединений и для различных давлений перекачки является весьма актуальной.
Из уровня техники известен целый ряд защитных экранов, предназначенных для указанных выше целей.
Известны различные конструкции устройств для герметизации мест соединений полых цилиндрических элементов, например выполненные из резины в виде оболочки цилиндрической формы (Патент РФ №2175093) или конической формы (Патенты РФ №2176352, №13409), соединяющие полые элементы равных между собой диаметров.
Их недостатком является то, что в них отсутствует такой защитный элемент, как кожух, размещенный над местом соединения. Данные известные решения используются только для соединения двух участков трубопровода, а не для защиты соединения от разгерметизации. Потому он не подходит для защиты соединений на трубопроводе с высоким давлением перекачки среды.
Известны защитные кожухи (Патенты РФ №2282002, №2253720), содержащие гибкую оболочку из полимерного материала, имеющую, соединяемую внахлест при ее свертывании форму боковой поверхности усеченного конуса или S-образной в продольном сечении гофры, который образован двумя коаксиально установленными элементами, внутренний из которых образован формованными из многослойного стеклопластика элементами в виде соединенных между собой болтовым соединением верхнего и нижнего полукожухов, имеющих цилиндрическую с наружным ребром жесткости и примыкающую к ней коническую часть. В качестве полимерного материала оболочки используется резина, армированная эластичной тканью. Указанные известные кожухи обеспечивают качественное и надежное проведения операций по монтажу конструкции труба в трубе с установкой герметизирующей манжеты и ее защитного кожуха и надежную эксплуатацию в течение длительного срока.
Недостатком является отсутствие сборника жидкости, высокая трудоемкость изготовления и низкая химическая стойкость резины. Кроме того, данный кожух используется для соединения двух трубопроводов разных диаметров, в то время как предлагаемый кожух используются для защиты стыка.
Также известен защитный кожух для стыков трубопроводов или клапанов (Патент США №5489124), состоящий из двух частей, которые стыкуются друг с другом, с созданием герметичной полости вокруг защищаемого узла, и имеют коррозионно-стойкий слой, который обеспечивает снижение избыточного давления жидкости при ее утечке. Известный кожух плотно прилегает к трубе, обеспечивая полную герметичность. Также в его конструкции предусмотрены штуцера для слива вытекаемой жидкости.
Недостатком указанного кожуха является необходимость использования только металлического каркаса, отверстие только определенного диаметра, которые жестко привязаны к конкретному трубопроводу определенного сечения. Кроме того, известный кожух характеризуется высокой трудоемкостью изготовления и необходимостью в большом количестве оснастки в связи со сложностью формы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является универсальный защитный кожух для фланцевых соединений трубопроводной арматуры для защиты от разбрызгивания химических реагентов и растворов (Патент РФ №97800), конструкция которого состоит из двух слоев - внутреннего и, по меньшей мере, одного внешнего (защитного), причем внутренний слой выполнен сетчатым, а внешний выполнен герметичным и водонепроницаемым.
Недостатком указанного известного кожуха является недостаточная эффективность по защите разгерметизировавшегося соединения, ввиду того что при разгерметизации соединения сила удара среды (причем, как первичная, так и последующая) обычно приходится точечно, локально на какую-то зону кожуха, что делает эту зону наиболее уязвимой для нарушения целостности. И чем больше давление перекачиваемой среды в трубопроводе, тем выше сила указанного удара. Вследствие чего надежность эксплуатации известного защитного кожуха значительно снижается из-за возможности его повреждений в этих условиях.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении эксплуатационной надежности защитного кожуха при защите соединений с различным давлением проходящей среды, в том числе жидкостей и газа, за счет обеспечения эффективного гашения силы удара среды при разгерметизации соединения.
Указанный технический результат достигается предлагаемым защитным кожухом для стыков трубопровода и его соединений с трубопроводной арматурой, состоящим из внешнего и внутреннего слоев, а новым является то, что внешний слой выполнен с продольным наружным зигом, при этом внутренний слой выполнен из волокнистого или пористого материала и размещен по разные стороны от зига, с образованием канала, полость которого сообщается с полостью зига.
Зиг выполнен в виде полукруга, или полуовала, или треугольника, или прямоугольника, или трапециевидным.
Ширина зига составляет 0,8-1,2 см, а высота 0,4-0,6 см соответственно.
Ширина канала, полость которого сообщается с полостью зига, соотносится с шириной зига как (0,5-1,0) к 1 соответственно.
В качестве волокнистого внутреннего слоя он содержит минеральную вату или волокнисто-пористый политетрафторэтилен марки «Грифтекс».
В качестве пористого внутреннего слоя он содержит вспененный, эластичный, стойкий к агрессивным средам материал.
Пористый внутренний слой выполнен из материала «Пенотерм», или «Изотерм», или пенополиуретана.
Внешний слой выполнен металлическим или из полимерного материала.
Внешний слой выполнен в виде листовой полосы с продольным зигом, свернутой по кольцу, с образованием упомянутым зигом кольцевого выступа на наружной поверхности внешнего слоя.
Боковые торцы полосы снабжены лепестковыми элементами, соединенными друг с другом попарно.
Он выполнен в виде одной детали или в виде двух полукожухов, соединенных друг с другом.
Он дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним инспекционным окном из прозрачного материала для визуального наблюдения за состоянием соединений стыков трубопровода или его соединения с арматурой.
Инспекционные окна выполнены съемными или открывающимися для возможности наблюдения и/или технического обслуживания защищаемого соединения.
По форме инспекционные окна выполнены в виде окружности, или овала, или многогранника правильной или неправильной форм.
Он снабжен, по меньшей мере, одним сливным и/или продувочным патрубком.
Он снабжен элементом заземления.
Элемент заземления выполнен в виде болта или шпильки.
Поставленный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому что внешний слой предлагаемого защитного кожуха выполнен с продольным наружным зигом, обеспечивается гашение силы удара среды при разгерметизации. При указанной разгерметизации поток среды направляется в сторону кожуха, проходит по каналу, упирается в зиг и перенаправляется обратно. При этом происходит торможение потока, т.к. при перенаправлении потока происходит потеря напора, также перенаправленный поток служит своеобразным стопором, т.к. в области зига образуется застойная зона за счет скапливания перекачиваемой среды, из нее состоит застойная зона, это и служит тормозом для агрессивной среды ("Застойная зона" - это область потока, в которой некоторая его часть задерживается надолго или навсегда. В результате эффективная мощность потока уменьшается, как при наличии утечек, хотя формально он весь остается в системе (http://www.metodolog.ru/00816/00816.html). А значит, при этом будет обеспечена высокая надежность эксплуатации заявляемого кожуха, т.к. будут исключены возможные повреждения стенок кожуха сильными ударами струй. По сути зиг - это своеобразный маленький «карман», в который сначала попадает при разгерметизации поток перекачиваемой среды, а потом эта же среда и служит стопором, а не уходит она оттуда, потому что «карман» маленький, а поток среды большой, получается он ее (среду) и подпирает, питает и не дает уйти полностью.
Выполнение зига в виде полукруга, или полуовала, или треугольника, или прямоугольника, или трапецевидным не изменяет его тормозящую функцию. Конкретные параметры ширины и высоты зига могут быть, например, 0,8-1,2 см и 0,4-0,6 см соответственно и также направлены на достижение оптимальных режимов гашения силы удара струй при разгерметизации соединения (высота зига, преимущественно, равна половине ширины зига, для полукруглого, а ширина выбрана такая потому, что ширина щели между фланцами в основном составляет от 6 до 12 мм).
Выполнение внутреннего слоя кожуха из волокнистого (например, минеральной ваты всех видов: стеклянная, каменная, шлаковая; или политетрафторэтилена) или пористого материала (например, «Пенотерм», «Изотерм», пенополиуретан) также работает на эту цель - гашение удара среды за счет упругих свойств внутреннего слоя, и одновременно позволяет с достаточной эффективностью предотвращать разбрызгивание агрессивной среды. Выполнение же в прототипе внутреннего слоя сетчатым не позволит достичь этого эффекта, т.к., во-первых, сетка имеет довольно большие ячейки по сравнению с волокнистым или пористым материалом, а значит, у нее не будет тех упругих свойств, благодаря которым происходит дополнительное гашение скорости струи, а во-вторых, не обеспечивает защиту от разбрызгивания в случае возможного нарушения герметизации кожуха (вероятность прорыва струи через сетку в несколько раз выше, чем через волокнистый или пористый материал).
Размещение внутреннего слоя по разные стороны от зига, с образованием канала, полость которого сообщается с полостью зига, позволяет оставить проход для струй среды из разгерметизированного соединения. Причем выполнение этого канала определенных в преимущественном варианте предлагаемых размеров, когда его ширина соотносится с шириной зига как (0,5-1,0) к 1 соответственно, позволяет добиться еще большего торможения потока вырвавшейся среды, т.к. появляется еще большая разность в размерах полостей канала и зига, при этом задерживается еще больший объем среды в полости зига и увеличивается высота застойной (тормозящей) зоны, а, как известно, при этом условии будет происходить еще большая потеря скоростного напора. Кроме того, возможно, при попадании струи перекачиваемой среды в полость зига поток этой среды будет расширяться, а общеизвестно, что этот эффект должен привести к потере его скорости.
Снабжение заявляемого кожуха, по меньшей мере, одним инспекционным окном, например, из прозрачного материала, позволит оперативно производить контроль за состоянием соединения или арматуры, что также позволит повысить надежность эксплуатации кожуха.
Указанное инспекционное окно может быть выполнено съемным или открывающимся, что дополнительно позволит оперативно провести техническую ревизию соединения или арматуры, что также повысит удобство эксплуатации кожуха, т.к. не потребуется его полный съем. В случае если инспекционные окна открывающиеся, то они могут быть и не прозрачными, но могут быть и прозрачными.
Предлагаемый защитный кожух может быть выполнен и таким образом, чтобы внешний слой был выполнен в виде листовой полосы с продольным зигом, свернутой по кольцу, с образованием упомянутым зигом кольцевого выступа на наружной или внутренней поверхности внешнего слоя. В этом случае защитный кожух выполнен в виде одной детали.
В преимущественном варианте боковые торцы полосы предлагаемого защитного кожуха могут быть снабжены лепестковыми элементами, соединенными друг с другом попарно, или по три, или по четыре. Такое выполнение обеспечивает экономию материала и также направлено на снижение скорости вырвавшейся из соединения струи, т.к. лепестковые элементы являются в какой-то степени пружинящими элементами, которые будут иметь некоторую степень свободы при воздействии на них струи, что, наряду с защитой от проникновения потока, обеспечит и снижение его скорости.
Также защитный кожух может быть выполнен и из двух деталей, соединенных друг с другом. При этом форма деталей кожуха может быть выполнена, но, не ограничиваясь этим, например, в виде полуцилиндров или в виде полуцилиндра и параллелепипеда, или параллелепипеда и параллелепипеда, или в виде двух параллелепипедов-трапеций, или другим их сочетанием. В этом случае будет обеспечено удобство размещения защитного кожуха на соединении различной конструктивно-пространственной формы.
Монтаж кожуха на соединениях производится замками, или зажимами, или фиксаторами, или лентами на замке, конструкция которых широко известна специалистам. Благодаря этим замкам, зажимам кожух закреплен на соединении надежно с последующей возможностью быстрого его съема. Известные механизмы фиксации указаны, например, на следующих сайтах интернета: (Замки-стяжки различной конфигурации: http://xn--74-6kcaj0b8ahscrejej.xn--plai/catalog/zashelki_styaiki.html; Стальные кабельные стяжки https://ru.aliexpress.com/item/100pcs-4-6mm×300mm-Self-Locking-Stainless-Steel-Zip-Cable-Tie-Lock-Tie-Wrap-High-Quality/32607220336.html?spm=2114.41010308.4.2.sD0rtz; Хомуты по ГОСТ 28191-89; с помощью различных болтовых или шпилечных соединений).
Кожух может быть снабжен, по меньшей мере, одним сливным и/или продувочным патрубком. Наличие сливного патрубка необходимо в том случае, если по технологическим требованиям не допускается пролив перекачиваемой среды, а требуется удобность слива. А наличие продувочного патрубка необходимо, если перед демонтажем кожуха требуется продувка его внутренней полости от вредных веществ.
В случае если защитный кожух будет использован для установки на соединениях во взрывоопасных зонах, где имеется датчик утечки, то кожух может быть снабжен элементом заземления, выполненным, например, в виде болта или шпильки.
Предлагаемый защитный кожух иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого защитного кожуха в сборе, в виде одной детали с боковыми лепестковыми элементами; и разрез Б-Б; фиг. 2 - общий вид предлагаемого защитного кожуха в сборе из двух деталей; разрез В-В; на фиг. 3-3а) - разрез защитного кожуха; 3б) - увеличенная часть зига с различными формами его выполнения; на фиг. 4 - разрез предлагаемого защитного кожуха для защиты стыка трубопровода с инспекционным окном; на фиг. 5 - разрез предлагаемого защитного кожуха с инспекционным окном для защиты арматуры.
Предлагаемый защитный кожух состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 слоев, преимущественно, соединенных друг с другом. Внутренний слой может быть выполнен из волокнистого или пористого материала, а внешний - из металла или полимерного материала. Внутренний слой 2 примыкает к защищаемому соединению и выстилает наружный слой 1 изнутри. На внешнем слое 1 выполнен продольный наружный зиг 3 (фиг. 1-3). Зиг 3 может быть выполнены в виде полукруга, или полуовала, или треугольника, или прямоугольника, или трапецевидным (фиг. 3(б)). Причем в преимущественном варианте ширина зига 3 составляет 0,8-1,2 см, а высота 0,4-0,6 см. При этом внутренний слой 2 размещен по разные стороны от зига 3, с образованием канала 4, полость которого сообщается с полостью 5 зига 3 (фиг. 1-2) (Рекомендуемая ширина канала 4, полость которого сообщается с полостью 5 зига 3, соотносится с шириной зига 3 как (0,5-1,0) к 1 соответственно).
Предлагаемый защитный кожух может быть дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним инспекционным окном 6 из прозрачного материала, стойкого к ударным загрузкам, для визуального наблюдения за состоянием соединения 7 (фиг. 4) или арматуры (фиг. 5), или для проведения технологической ревизии соединений. Указанное окно 6 жестко соединено с внешним слоем кожуха и может быть выполнено глухим или открывающимся. Обязательным требованием является прочность материала, из которого сделано окно, для исключения его повреждения при разгерметизации соединения. Форма выполнения указанного окна может быть различной, например, в виде окружности, или овала, или многогранника, но не ограничиваясь этим, в зависимости от возлагаемых на это окно задач и в зависимости от размера защищаемого стыка или арматуры.
Внешний слой кожуха может быть выполнен в виде листовой полосы 8 с продольным зигом 3, свернутой по кольцу, с образованием упомянутым зигом кольцевого выступа на наружной поверхности внешнего слоя (фиг. 1).
Причем боковые торцы указанной полосы могут быть снабжены лепестковыми элементами 9, соединенными друг с другом попарно. Это соединение может быть точечным, или механическим, или сварочным.
Монтаж кожуха на соединениях 7 производится фиксирующими элементами 10, например болтами, замками, зажимами, фиксаторами, лентами на замке и другими, конструкция которых широко известна специалистам. Благодаря этим замкам, зажимам кожух будет закреплен на соединении 7 надежно, с последующей возможностью быстрой его разборки и демонтажа.
Защитный кожух может быть снабжен сливным патрубком и/или продувочным патрубком (патрубками) (на чертеже не показан). Это требуется в том случае, если по технологическому циклу не допускается пролив перекачиваемой среды и требуется удобность слива, а также в том случае, если перед демонтажем кожуха требуется продувка его внутренней полости от вредных веществ.
Кроме того, кожух может быть снабжен элементом заземления (на чертеже не показан) в виде шпильки или болта. Он необходим в том случае, если кожух предназначен для установки на соединениях во взрывоопасных зонах, где есть датчик утечки перекачиваемой среды.
При эксплуатации защитный кожух в виде одной (фиг. 1) или двух деталей (фиг. 2) устанавливается поверх соединения 7. Посредством фиксирующих элементов 10 производится крепление кожуха к нужному соединению, защита которого предполагается. При возникновении аварийной ситуации и разгерметизации соединения 7 струя перекачиваемой среды из нарушенного соединения 7 под давлением проходит в канал 4, заходит в полость 5 зига 3, где снижает свою ударную скорость и проходит обратно в направлении соединения 7. Параллельно с этим ударная скорость среды снижается за счет соударения с внутренним слоем 2 кожуха, выполненным из волокнистого или пористого материала. Благодаря этим двум процессам будет исключена возможность повреждения кожуха от ударных нагрузок при аварийной ситуации.
Таким образом, заявляемый защитный кожух можно применять для защиты соединений, работающих в условиях перекачки жидкостной или газовой среды под различными давлениями, в том числе и высоких, достигающих величины более 10 МПа.