СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ТРУБОПРОВОДА
PROCEDURE FOR APPLICATION OF COATING ON INTERNAL SURFACE OF PIPELINE

Заявляемое изобретение относится к технологии покрытия внутренней поверхности трубопроводов при изготовлении или ремонте, преимущественно для профилактики и восстановления имеющих протечки трубопроводов водопроводной и канализационной сетей.
Известен способ облицовки трубопровода путем размещения в нем предоблицовочной трубы посредством выворачивания столбом жидкости с одновременным протаскиванием в этой жидкости облицовочного комбинированного рукава на основе пропитанного связующим армирующего материала с наружным покрытием из герметичного пленочного материала. Внутрь комбинированного рукава вводят выворачиванием изоляционную трубу и отверждают связующее. Протаскивание комбинированного рукава осуществляют путем одновременного воздействия столба жидкости и тянущего усилия троса, который предварительно закладывают в полость предоблицовочной трубы, при этом совмещенные концы этой трубы и троса соединяют с одним из концов комбинированного рукава, а свободный конец троса соединяют с тянущим устройством (патент РФ №2145029, м.кл. F16L 58/10, 2000).
Недостатками способа являются трудоемкость и высокая стоимость процесса, а также трудности при прохождении поворотов и сужений трубопровода, так как для этих случаев необходимо большое давление рабочего агента.
Известен также способ облицовки внутренней поверхности трубопровода введением внутрь трубообразного рукава из волокнистого материала, пропитанного термореактивным связующим и заключенного в пленочную оболочку из полимерного материала, путем выворачивания, продвижения внутрь трубопровода, расправления и прижатия к его внутренней поверхности за счет давления воды, и последующим отверждением рукава (патент Великобритании №2021728, м.кл. F16L 55/18, 1979). Выворачивание и продвижение рукава в трубопровод, расправление и прижатие его к внутренней поверхности трубопровода осуществляют с помощью конусообразной с патрубком камеры, через которую пропускают сложенный плоско рукав, конец которого расправлен и закреплен отгибом на торцевой кромке патрубка со стороны трубы. Камера снабжена вводом для подачи в нее воды под давлением и закрыта сверху герметичной и имеющей спускной клапан крышкой с пазом для пропуска сложенного плоско рукава. Камера прижата патрубком к входному отверстию трубопровода. При подаче воды под давлением в камеру, в полость между стенками и рукавом, происходит выворачивание рукава и его продвижение внутрь трубопровода с расправлением и прижатием к внутренней поверхности. Осуществляют это по стадиям. С помощью спускового клапана периодически сбрасывают давление в камере, проталкивают в нее очередной отрезок сложенного плоско рукава, восстанавливают давление и продвигают этот отрезок внутрь трубы.
Этот способ обеспечивает внутри рукава давление, достаточное для его расправления и продвижения внутрь трубопровода без дополнительных средств протаскивания, однако способ связан с необходимостью достаточной герметизации камеры для создания требуемого давления воды, и нет возможности регулирования давления внутри рукава на разных стадиях его установки.
Другим аналогом заявляемого изобретения является способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, заключающийся во введении внутрь трубопровода трубообразного рукава из волокнистого материала, пропитанного связующим и заключенного в гибкую оболочку из полимерного материала, путем выворачивания и продвижения рукава внутрь трубопровода, а также его расправления и прижатия к внутренней поверхности трубопровода за счет давления воды, и последующем отверждении рукава. При этом выворачивание и продвижение рукава внутрь трубопровода, а также его расправление и прижатие к внутренней поверхности трубопровода осуществляют за счет давления на внутреннюю поверхность выворачиваемого рукава, создаваемого собственным весом водяного столба, а изменение давления для выполнения этих операций производят изменением высоты водяного столба (патент РФ №2107216, м.кл. F16L 55/18, 1998).
Недостатками способа являются ограничение высоты водяного столба высотой опорной вышки и громоздкость этой установки, а также низкая эффективность при прохождении поворотов и сужений, так как нередко на поворотах продвижение рукава прекращается из-за недостаточности давления водяного столба, и приходится вырезать в трубе перед рукавом окно, чтобы вручную развернуть рукав. Кроме того, часть рукава от трубопровода до верхней части вертикальной камеры - бросовый отход.
Наиболее близкий аналог заявляемого изобретения по технической сущности и достигаемому результату - способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода введением внутрь: трубопровода трубообразного рукава из волокнистого материала, пропитанного связующим и заключенного в гибкую оболочку из полимерного материала, путем выворачивания, продвижения внутрь трубопровода, расправления и прижатия рукава к внутренней поверхности трубопровода за счет одновременного воздействия водяного столба на внутреннюю поверхность выворачиваемого рукава и гидравлических ударов, создаваемых генератором пневматических импульсов, погруженным в воду и имеющим пневматическую связь с компрессором, а также последующим отверждением рукава. При этом изменение величины и частоты пневматических импульсов, следовательно, величины и частоты гидравлических ударов, производят изменением давления воздуха на выходе из компрессора (патент РФ №2278315, м.кл. F16L 58/02, 2006).
Недостаток способа - при выпуске в воду порции сжатого воздуха (пневматический импульс) происходит резкое увеличение суммарного объема воды и воздуха; созданный гидравлический удар, вытесняя воду из колонны в бак-накопитель, расплескивает ее на рабочие места около последнего.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является предупреждение производственного травматизма за счет улучшения условий труда рабочих. Другой вид технического результата, получение которого может обеспечить изобретение по сравнению с наиболее близким аналогом, заключается в снижении материальных затрат - экономия воды в системе ее подачи в направляющую колонну.
Для достижения указанного технического результата при использовании признаков известного способа нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода введением внутрь его трубообразного рукава из волокнистого материала, пропитанного связующим и заключенного в гибкую оболочку из полимерного материала, путем выворачивания и продвижения его внутрь трубопровода, расправления и прижатия к внутренней поверхности трубопровода за счет одновременного воздействия водяного столба на внутреннюю поверхность выворачиваемого рукава и пневматических импульсов, создаваемых генератором импульсов, имеющим пневматическую связь с компрессором, и последующим отверждением рукава, при этом изменение величины и частоты импульсов производят изменением давления воздуха на выходе из компрессора, в соответствии с изобретением генератор импульсов размещают внутри трубопровода перед рукавом по мере его продвижения так, что выхлопные отверстия в корпусе генератора расположены под острым углом к оси генератора в направлении продвижения рукава, и периодически создают кольцевую серию импульсов в воздушной среде вокруг генератора.
Сущность изобретения поясняется следующим описанием способа его осуществления и чертежом, где схематично изображена установка для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода.
Сначала пропитывают связующим трубообразный рукав из волокнистого материала, заключенного в гибкую оболочку из полимерного пленочного материала. Связующее вливают внутрь рукава, соответствующего длине восстанавливаемого трубопровода, и равномерно распределяют по волокнистому материалу путем пропускания рукава между прижимными валиками. Сложенный плоско трубообразный рукав укладывают шлагами на платформу. Затем этот рукав вводят внутрь трубопровода.
Установка для реализации способа включает платформу 1 с рукавом 2, бак-наполнитель 3, установленный на поверхности земли над колодцем 4, направляющую колонну 5, соединенную с камерой запуска 6, систему 7 подачи воды через верхнее торцевое отверстие колонны 5 в пространство между рукавом 2 и внутренней поверхностью колонны 5, генератор 8 пневматических импульсов, имеющий пневматическую связь с компрессором 9, расположенным на поверхности земли у колодца 10. В частности, в качестве генератора 8 может быть использовано устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода, имеющее дифференциальный поршень и нагнетательную камеру, сообщенную с окружающей средой посредством кольцевой серии выхлопных отверстий, выполненных в корпусе под острым углом к оси устройства, например, по а.с. СССР №1549622, м.кл. B08B 5/02, 1990, или по патентам РФ №2086314, м.кл. B08B 9/04, 1997, и №34408, м.кл. B08B 5/02, 2003.
Осуществляют предлагаемый способ следующим образом.
Внутреннюю поверхность трубопровода 11 перед нанесением покрытия подвергают очистке от отложений и просушке. Готовность ее к нанесению покрытия контролируют с помощью телевизионной установки. Трубообразный рукав 2 из волокнистого материала, заключенный в гибкую оболочку из полимерного материала, может быть пропитан полиэфирной, эпоксидной, полиуретановой или другой композицией. Соотношение компонентов в композиции зависит от температуры окружающей среды и необходимого времени жизнеспособности композиции, и в каждом конкретном случае устанавливается по рекомендации химика. Сложенный плоско трубообразный рукав 2 с платформы 1 пропускают через направляющую колонну 5 и камеру запуска 6, затем закрепляют хомутом 12 край завернутой на ее наружную поверхность части рукава 2. Через колодец 10 внутри трубопровода 11 помещают генератор 8 пневматических импульсов. Системой 7 подают воду в колонну 5, давлением столба воды выворачивают конец рукава 2, заправляют его в трубопровод 11 и продвигают по трубопроводу 11 на небольшое расстояние (0,1-0,2 м) в начале трубопровода (подготовительная операция), рукав 2 оставляют в покое, при этом внутренняя поверхность выворачиваемого рукава 2 постоянно находится под воздействием водяного столба. Генератор 8 оказывается размещенным перед рукавом 2 по ходу его продвижения, причем выхлопные отверстия расположены под острым углом к оси устройства в направлении продвижения рукава 2.
При открытии дифференциальным поршнем выхлопных отверстий в корпусе генератора 8 сжатый воздух из нагнетательной камеры «со взрывом» выходит в воздушную среду вокруг генератора 8, создавая кольцевую серию (по числу отверстий) ударных волн (пневматических импульсов) и соответственно кольцевую серию импульсов вакуума, поскольку за областью сжатия в такой волне всегда следует область разрежения (Я.Б.Зельдович, Ю.П.Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, «Наука», М., 1966, с.89-91, 639-641). Время действия фронта волны разрежения весьма незначительное, но даже за короткое время действия фронта удается создать кольцевую зону пониженного давления вокруг генератора 8. В образовавшуюся пустоту вовлекаются прилегающие слои воздуха из прирукавной зоны, вследствие чего давление перед рукавом 2 резко падает, последний выворачивается и продвигается внутрь трубопровода 11 на некоторое расстояние, расправляется и прижимается к его внутренней поверхности одновременно под действием водяного столба минимальной высоты, создаваемого баком-накопителем 3, и пониженного давления в прирукавной зоне - следствие серии пневматических импульсов. При этом давление в этой зоне возрастает до атмосферного. Генератор 8 протягивают при помощи троса 14 вперед по трубопроводу 11, и цикл повторяется. Наиболее эффективное сочетание величины и частоты пневматических импульсов подбирают в процессе выворачивания и продвижения, расправления и прижатия рукава 2 к внутренней поверхности трубопровода 11, изменяя давление воздуха на выходе из компрессора 9.
При продвижении рукава 2 через повороты трубопровода 11 возникают дополнительные сопротивления его вывороту, которые могут уравновесить давление водяного столба и пневматические импульсы, имевшие место при прохождении прямого участка трубопровода 11. В этих случаях повышают величину и частоту импульсов, обеспечивая тем самым продвижение рукава через любой поворот.
Прочность и устойчивую форму рукав 2 приобретает в результате отверждения композиции, которой он пропитан. Композиции холодного отверждения переходят в твердое состояние и приобретают прочность без дополнительного нагрева по истечении определенного времени (6-10 часов). В случае пропитки рукава 2 композицией горячего отверждения воду, заполняющую внутреннюю полость рукава 2, нагревают до определенной температуры в течение определенного времени. Отделенная от композиции тонкой гибкой пленкой вода нагревает композицию до температуры отверждения. Нагрев воды осуществляют с помощью водогрейной установки, снабженной циркуляционным насосом (не показано). После охлаждения воды рукав 2 обрезают на концах по краю трубопровода 11 и производят заделку во фланцы (не показано).
Примеры конкретного выполнения способа.
Пример 1. Наносят покрытие на внутреннюю поверхность трубопровода диаметром 700 мм длиной 53 м на глубине 3 м с одним поворотом под углом 90°, используя трубообразный рукав из волокнистого материала и искусственной кожи, пропитанный эпоксидной смолой ЭД-20 с отвердителем метилдиэтаноламином (2,5 мас.%). Для этого через колодец 10 пневмотягой помещают генератор 8 внутрь трубопровода 11 в начальном его участке у колодца 4. Затем устанавливают бак-накопитель 3 над колодцем 4 и направляющую колонну 5 с камерой запуска 6. Пропускают через колонну 5 с камерой запуска 6 рукав 2 и крепят его к последней хомутом 12. Из системы 7 подают воду в полость колонны 5 до полного ее заполнения. Под действием гидростатического столба воды Н=3 м производят выворачивание небольшого участка рукава 2, заправку его в трубопровод 11 и продвижение внутрь трубопровода на 0,15 м. Внутренняя поверхность выворачиваемого рукава 2 находится под воздействием водяного столба. Генератор 8 оказывается размещенным перед рукавом 2, а выхлопные отверстия в корпусе генератора 8 расположены под острым углом к оси устройства в направлении продвижения рукава 2. Затем включают компрессор 9 и подают сжатый воздух под давлением 5 МПа на генератор 8, отрегулированный на срабатывание от давления воздуха 5 МПа с частотой одна серия пневматических импульсов в три секунды. После выпуска первой порции сжатого воздуха из выхлопных отверстий генератора 8 давление в прирукавной зоне падает с 0,098 МПа до 0,06 МПа, и рукав 2, выворачиваясь, продвигается навстречу генератору 8 примерно на 0,3 м, расправляется и прижимается к внутренней поверхности трубопровода 11. При этом давление перед рукавом мгновенно возрастает до 0,098 МПа, а уровень воды в колонне 5 снижается. Создаваемые генератором 8 пневматические импульсы не оказывают влияние на водную поверхность столба в колонне 5. Генератор 8 протягивают при помощи троса 14 от рукава 2 вперед по трубопроводу 11. Из системы 7 подают воду для заполнения колонны 5 вместо объема воды, утраченного при продвижении рукава 2 внутрь трубопровода 11. После введения в трубопровод 11 40 м рукава 2 перед поворотом трубопровода 11 давление воздуха на выходе из компрессора 9 увеличивают до 6 МПа, при этом генератор 8 срабатывает с частотой одна серия пневматических импульсов в две секунды. При каждой серии пневматических импульсов давление перед рукавом 2 падает с 0,098 МПа до 0,056 МПа, а затем поднимается до 0,098 МПа при продвижении рукава 2 на 0,15-0,20 м. Генератор 8 протягивают при помощи троса 14 от рукава 2 по трубопроводу 11 на некоторое расстояние. Далее цикл повторяют до полного введения рукава 2 в трубопровод 11 и отверждают рукав 2 циркулирующей горячей водой с температурой 85°C в течение 10 часов за счет образования трехмерной структуры полимера.
Пример 2. Для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода диаметром 300 мм длиной 65 м на глубине 2,5 м с тремя поворотами под углом 90° используют трубообразный рукав из полиэфирного волокна, заключенный в круглоткацкий рукав из лавсановых нитей и рукав из пленки поливинилтерефталата. После пропитки композицией на основе модифицированной эпоксидной смолы Эпофом-1С и отвердителя метилдиэтаноамина (2 мас.%) рукав 2 вводят в трубопровод 11 аналогично примеру 1 под действием гидростатического столба воды Н=2,5 м, достаточного для выворачивания и продвижения, расправления и прижатия рукава к внутренней поверхности трубопровода с помощью пневматических импульсов. Генератор 8 размещают внутри трубопровода 11, как в примере 1, причем он отрегулирован на срабатывание от давления воздуха 6 МПа с частотой одна серия пневматических импульсов в две секунды. При каждой серии импульсов давление в прирукавной зоне падает с 0,098 МПа до 0,044 МПа, а рукав 2 продвигается на 0,20-0,25 м, уровень воды в колонне 5 снижается без всплесков. При этом давление перед рукавом 2 восстанавливается до 0,098 МПа. Генератор 8 протягивают при помощи троса 14 от рукава 2 вперед по трубопроводу 11. Из системы 7 подают воду для заполнения колонны 5 вместо объема воды, утраченного при продвижении рукава 2 внутрь трубопровода 11. После прохождения двух поворотов на 27-м и 32-м метрах трубопровода 11 давление воздуха на выходе из компрессора 9 увеличивают до 8 МПа, при этом генератор 8 срабатывает с частотой одна серия пневматических импульсов в секунду, а давление в прирукавной зоне падает с 0,098 МПа до 0,040 МПа и поднимается до атмосферного поочередно), при каждой серии импульсов рукав 2 продвигается на 0,05-0,07 м. Генератор 8 протягивают при помощи троса 14 от рукава 2 вперед по трубопроводу 11 на небольшое расстояние после каждого продвижения рукава 2 внутрь трубопровода 11. После окончательного ввода рукава 2 его армирующий слой отверждают в течение 12 часов циркулирующей горячей водой с температурой 80°C.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет исключить производственный травматизм, улучшив условия труда обслуживающего установку персонала, и экономить воду в системе подачи ее в направляющую колонну.
Итак, заявляемый способ полностью решает задачу, стоящую перед изобретением.
Заявляемое техническое решение реализовано промышленным способом при ремонте трубопроводов с использованием известных технических средств и отвечает требованиям критерия «промышленная применимость».
Заявляемое техническое решение на настоящее время не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям критерия «новизна».
Заявляемое техническое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия «изобретательский уровень».