СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДА ИЗНУТРИ
PIPELINE STRENGTH FROM THE INSIDE INCREASING METHOD

Изобретение относится к области строительства и ремонта трубопроводов и может быть использовано для повышения прочности отдельных участков труб, трубных секций и трубопроводов из стали, чугуна и других материалов, особенно трубопроводов большого диаметра.
С развитием сети магистральных трубопроводов и расширением нефтегазодобывающего производства значительно возросла потребность в высокопрочных толстостенных трубах большого диаметра. Повышение прочности трубопроводов большого диаметра обусловлено в первую очередь увеличением толщины стенки, однако такой способ ограничен возможностями технологического оборудования. В заявляемом изобретении предложен более эффективный способ дальнейшего повышения прочности трубопровода.
Известен способ внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, описанный в патенте на изобретение РФ №2133908, опубл. 27.07.1999 г. Устройство содержит металлическую разжимную втулку, выполненную из коррозионно-стойкой ленты, концы которой снабжены замковым соединением, а также пропитанного полимерным связующим бандажа. На эластичной оболочке разжимного устройства размещают последовательно спирально свернутую металлическую ленту и спирально свернутый пропитанный полимерным связующим бандаж. Разжимное устройство вводят в трубопровод в зону сварного стыка труб. В эластичную оболочку подают под расчетным давлением рабочую среду, например сжатый воздух, эластичная оболочка расширяется, прижимает с расчетным усилием к внутренней поверхности трубопровода бандаж и металлическую ленту. Расчетное обжатие бандажа фиксируется замковым соединением на концах ленты. Общим является наличие разжимной втулки, закрепленной на внутренней поверхности трубы. Недостатком способа является его нацеленность только на антикоррозийную защиту зоны сварного соединения труб.
Известен способ повышения прочности трубопровода изнутри, описанный в патенте на изобретения РФ №2241172, опубл. 27.11.2004 г. Способ повышения прочности трубопровода изнутри заключается в размещении в усиливаемой зоне разжимной втулки, выполненной в виде спирально свернутой ленты с возможностью ее прижатия к внутренней поверхности трубопровода с расчетным усилием и фиксацией достигнутого обжатия, разжимная втулка покрыта полимерным связующим и несет на себе все усиливающие функции. Разжимную втулку, покрытую полимерным связующим, вводят в усиливаемую зону трубопровода, производят прижим разжимной втулки к внутренней поверхности трубопровода с расчетным усилием, обеспечивая при этом и фиксацию достигнутого обжатия, фиксация разжимной втулки происходит посредством полимеризации связующего.
Известный способ имеет ряд недостатков, а именно недостаточное увеличение прочностных характеристик применительно к трубам большого диаметра, длительность и сложность способа при массовом производстве, ненадежность способа крепления разжимной втулки к трубопроводу, так как используется полимерное связующее, при прохождении загрязненных (абразивных) сред через трубопровод связующее подвержено быстрому износу, что может повлечь отрыв разжимной втулки от поверхности трубопровода. Общим с заявляемым изобретением является размещение в усиливаемой зоне разжимной втулки и фиксации ее к внутренней поверхности трубопровода, способ взят за прототип.
Технической проблемой заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, расширение арсенала технических средств по упрочнению трубопроводов.
Технический результат заключается в разработке нового способа повышения прочности трубопровода изнутри с улучшенными эксплуатационными характеристиками, такими как увеличение несущей способности трубы, повышение устойчивости к гидравлической нагрузке и т.д.
Технический результат достигается за счет того, что способ повышения прочности трубопровода изнутри заключается в размещении в усиливаемой зоне разжимной втулки и фиксации ее к внутренней поверхности трубопровода, согласно изобретению в трубопровод вводят разжимную втулку, имеющую омегообразное сечение, в паз которой вставлен кольцевой строп, производят прижим разжимной втулки к трубопроводу и приварку полок к внутренней поверхности трубы, обеспечивая при этом натяжение кольцевого стропа, и по п. 2 на разжимной втулке фиксируется внутреннее защитное покрытие трубопровода.
При осуществлении заявленного способа образуется система, повышающая эксплуатационные характеристики трубопровода, а именно прочностные характеристики за счет того что в системе работает предварительно напряженный кольцевой строп в совокупности с разжимной втулкой омегообразного сечения. Система в совокупности образует элемент жесткости для наружного давления и одновременно повышает прочность трубопровода по расчету по внутреннему давлению. Сечение втулки имеет больший момент сопротивления чем плоское сечение втулки у прототипа. Момент сопротивления характеризует прочность объекта. Чем больше момент сопротивления, тем выше способность детали выдерживать изгибающее или крутящее воздействия. Данный способ позволяет обеспечить повышение прочности одновременно для внутренних, раздающих давлений и для внешних сжимающих усилий, например собственного веса при транспортировке или при укладке трубопровода на дне водоема.
При реализации способа в усиливаемой зоне нагрузку от внутреннего давления в первую очередь воспринимает втулка, далее натянутый кольцевой металлический строп, и в последнюю очередь трубопровод, приваренная втулка с кольцевым стропом не дают деформироваться трубопроводу от внутреннего давления, при нагрузке от внешнего давления трубопровод поддерживает разжимная втулка и не дает деформироваться, при равномерном размещении нескольких втулок со стропами по длине труб повышается прочность всего трубопровода. По п. 2 в трубе равномерно устанавливаются разжимные втулки со стропами, на разжимных втулках закрепляются защитные элементы трубопровода, перекрывающие внутреннюю поверхность трубы и обеспечивающие защиту трубопровода от различных факторов.
Способ повышения прочности трубопровода изнутри поясняется чертежами на которых изображено:
Фиг. 1 - разрез поперек разжимной втулки;
Фиг. 2 - продольный разрез трубы;
Фиг. 3 - разрез поперек разжимной втулки;
Фиг. 4 - продольный разрез трубы с защитными элементами.
Для осуществления способа используют разжимную втулку 1, которая имеет омегообразное поперечное сечение, которое может быть представлено П-образным профилем 2 с полками для приварки 3. По второму варианту разжимная втулка 1, имеет омегообразное поперечное сечение, которое может быть представлено П-образным профилем 2 с острыми внутренними углами 4 (по типу соединения «ласточкин хвост») и с полками для приварки 3. Разжимную втулку 1 сжимают любым известным способом таким образом, что ее внешний диаметр становится меньше внутреннего диаметра трубы 5, в П-образное углубление профиля 2 разжимной втулки 1 вставляют кольцевой строп 6. После изготовления трубы 5 по любой известной технологии в трубу 5 заводят разжимную втулку 1 с кольцевым стропом 6, доводят до установочного места и разжимают. Разжимную втулку 1 прижимают к внутренней поверхности трубы 5 (например, распорками или любым другим способом), торцы разжимной втулки 1 стыкуются. В результате прижима втулки 1 к трубе 5 происходит расчетное натяжение кольцевого стропа 6, далее приваривают края полок 3 разжимной втулки 1 к внутренней поверхности трубы 5. Для укрепления всего трубопровода разжимные втулки 1 с кольцевым стропом 6 приваривают по всей длине трубопровода или в месте, требующем усиления. Равномерно расположенные перпендикулярно оси трубы 5 на равном расстоянии разжимные втулки 1 с кольцевым стропом 6 позволяют оснастить трубопровод изнутри различными средствами защиты 7. На разжимные втулки 1 в трубе 5 могут быть установлены защитные элементы 7 трубопровода, причем на разных участках могут быть элементы 7, имеющие различные защитные свойства; против коррозии, против истирания и износа, снижающие трение среды о стенки, может применяться композиционный материал, одновременно являющийся и антикоррозионным покрытием, и покрытием, уменьшающим сопротивление трения текучей среды и т.д. Разжимные втулки 1 образуют внутри трубы 5 своеобразную матрицу, используя которую любым известным способом закрепляется защитное покрытие, например соединение типа «ласточкин хвост», причем оно может быть не однородным, а таким как требуют условия эксплуатации данного участка трубопровода.