СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ БАЛЛАСТНОГО МАТЕРИАЛА НА ПОВЕРХНОСТЬ ТРУБЫ ДЛЯ ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА
METHOD TO APPLY BALLAST MATERIAL ONTO SURFACE OF PIPE FOR UNDERWATER PIPELINE

Изобретение относится к способу изготовления труб для подводных магистральных трубопроводов.
3
3
Известна система контроля плавучести (патент US 6663453 от 29.04.02) трубы, при изготовлении которой балластный материал плотностью, равной или большей 2000 кг/м, содержащий следующие компоненты: вяжущее, добавку, регулирующую время затвердевания, заполнители по одному или в сочетании, водопесчаную смесь или водобаритовую смесь. Балластный материал наносится на наружную поверхность трубы при наличии охватывающей ее оболочки или без оболочки. В описании к данному патенту не раскрывается содержание компонентов в балластном материале и грануляционный состав наполнителей. Для современных магистральных трубопроводов принимается плотность балластного материала существенно выше 2000 кг/м.
Известен способ нанесения балластного материала непосредственно на поверхность трубы для подводного трубопровода в виде слоя бетона, включающего такие тяжелые заполнители, как барий или оксиды железа (патент US №3739747 от 16.12.1970).
Требование к балластному материалу при таком способе нанесения - хорошая адгезия к поверхности трубы и к арматуре и низкая подвижность, обеспечиваемая строгим дозированием небольшого количества воды.
Известен струйный способ нанесения на бетонируемые поверхности бетона, включающего барит в качестве заполнителя (заявка WO №98/01402 от 7.07.1997). При этом способе для повышения плотности заполнитель имеет заданный гранулометрический состав, при котором до 8 мас.% барита находится в виде очень мелкой фракции с размером частиц от 0,01 µм до 1000 µм; 4 мас.% - в виде мелкой фракции с размером зерен от 1 мм до 3 мм; 10 мас.% - в виде в виде крупной фракции с размером зерен от 3 до 7 мм; мелкий кварцевый песок с размером зерен от 0,1 мм до 3 мм; крупные фракции гравия от 3 мм до 75 мм. Соотношение воды к цементу по массе задано в интервале 0,30-0,35.
3
Недостатки такого способа нанесения бетона - невозможность гарантированного получения балластного материала заданной плотности, превышающей 2800 кг/м, и прочности в связи с отсутствием ограничений используемого крупного наполнителя по материалам и плотности, а также небольшое массовое отношение воды к цементу в растворе бетона (0,30-0,35), не позволяющее использовать малоподвижный раствор с крупными фракциями для заполнения кольцевого пространства трубы через отверстия в крышках.
Известен способ нанесения балластного материала (цементно-песчаного раствора подвижностью 10-12 см по конусу, СтройЦНИЛ, патент RU 2257503 С1 от 22.10.2003) его нагнетанием в кольцевое пространство между трубой и оболочкой через отверстие в заглушках в трубах магистральных трубопроводов.
Способ включает последовательность следующих действий:
помещают трубу с закрепленными на ней центрирующими кольцами в наружную оболочку, так что концы трубы выступают за пределы оболочки, а между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью оболочки образуется кольцевое пространство,
устанавливают по торцам оболочки кольцевые заглушки, по меньшей мере в одной из которых имеется отверстие размером, близким к зазору между трубой и оболочкой,
закрепляют их на трубе или в оболочке,
нагнетают бетонным насосом в кольцевое пространство через отверстие в крышке раствор балластного материала, состоящий из цемента, воды и добавок и песка в качестве заполнителя.
3
Недостаток данного способа в том, что получаемая плотность балластного материала не превышает 2400 кг/м даже при включении в заполнитель гранитной крошки. Кроме того, для исключения разделения раствора на фракции с выделением воды в верхнем слое и гранитной крошки в нижнем раствор должен иметь повышенное содержание цемента.
Задачей изобретения является разработка такого способа нанесения балластного материала на поверхность трубы для подводного трубопровода путем его нагнетания в кольцевое пространство между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью оболочки, при котором балластный материал высокой плотности поступал бы в кольцевое пространство с достаточной скоростью, обеспечивающей высокую производительность процесса, а в кольцевом пространстве не расслаивался на фракции с выделением воды и выпадением в осадок крупных тяжелых зерен заполнителя.
Техническая задача решена в способе нанесения балластного покрытия на поверхность трубы подводного трубопровода, состоящем в следующей последовательности действий:
помещают трубу с закрепленными на ней центрирующими кольцами в наружную оболочку, так что концы трубы выступают за пределы оболочки, а между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью оболочки образуется кольцевое пространство;
устанавливают по торцам оболочки кольцевые заглушки, по меньшей мере в одной из которых имеется отверстие размером, близким к зазору между трубой и оболочкой;
закрепляют их на трубе или в оболочке;
нагнетают бетонным насосом в кольцевое пространство через отверстие в крышке раствор балластного материала, состоящий из цемента, воды и добавок и баритовой руды в качестве заполнителя, имеющий следующее содержание компонентов в мас.%:
Цемент
12-17
Вода
6-9,5
Соотношение воды к цементу
0,49-0,56
Пластификатор
0,2-0,3
Баритовая руда
остальное,
при следующем содержании фракций в мас.%:
Крупная фракция свыше 5 мм до 25 мм
8-16
Мелкая фракция свыше 0,16 мм до 5 мм
70-84
Очень мелкая фракция свыше 0,01 µм до 160 µм
8-14,
при этом подвижность нагнетаемого балластного материала, определяемую по ГОСТ 10181-2000, выбирают из интервала 19-25 см.
Для увеличения производительности процесса нагнетают раствор балластного материала, включающий крупную фракцию, имеющую размеры зерен свыше 5 мм до 10 мм.
Для увеличения прочности после затвердевания нагнетают раствор балластного материала, имеющий отношение масс компонентов очень мелкой фракции к крупной фракции, выбираемое из интервала 0,7-1,0.
3
3
Для увеличения плотности нагнетают раствор балластного материала, имеющий воздухоподавляющую добавку - трибутилофосфат в количестве 0,0015 мас.%, а для увеличения его плотности до 3100-3300 кг/м нагнетают балластный материал, имеющий в качестве заполнителя баритовую руду с плотностью зерен крупной и мелкой фракций 4300-4500 кг/м.
Раствор балластного материала можно нагнетать в кольцевое пространство как при горизонтальном, так и при наклонном положении трубы. В последнем случае образуется меньше пустот и плотность балластного материала выше.
Анализ патентной информации показал, что предложенный способ нанесения балластного материала является новым. Изобретательский уровень обеспечивается тем, что способ нанесения балластного материала разработан в результате проведения множества натурных экспериментов.
На чертеже показан процесс нанесения балластного покрытия в соответствии с предложенным способом.
Способ реализуется с использованием ложемента 1, на который укладывают трубу комбинированную 2 в сборе с оболочкой 3 и заглушками 4, присоединяют бетонопровод 5 с ответвлениями 5а и 5б к отверстиям 6а и 6б в заглушках 4а и 4б, подают балластный материал в виде подвижной бетонной смеси, состоящей из цемента, воды, баритовой руды и добавок, увеличивающих подвижность бетона.
Нагнетаемый в кольцевое пространство раствор балластного материала имеет следующее содержание компонентов в мас.% при конкретном их содержании, приведенном в таблице 1:
Цемент
12-17
Вода
6-9,5
Соотношение воды к цементу
0,49-0,56
Пластификатор
0,2-0,3
Баритовая руда
остальное,
при следующем содержании фракций в мас.%:
Крупная фракция свыше 5 мм до 25 мм
8-16
Мелкая фракция свыше 0,16 мм до 5 мм
70-84
Очень мелкая фракция свыше 0,01 µм до 160 µм
8-14,
при этом подвижность нагнетаемого балластного материала, определяемая по ГОСТ 10181-2000, находится в интервале 19-25 см.
От бетоносмесителя 7 (см. чертеж) в бункер 8 бетонного насоса 9 нагнетают балластный материал бетонным насосом 9 в кольцевое пространство 10 до его заполнения при одновременном выпуске воздуха из кольцевого пространства через воздуховыпускное отверстие 11, затем отсоединяют бетонопровод 5 от отверстий 6 и закрывают отверстия 6.
Трубу с заполненным балластным материалом кольцевым пространством оставляют в ложементе не менее чем на 8 часов для затвердевания балластного материала. Затем трубу транспортируют на склад и выдерживают до набора балластным материалом прочности, достаточной для транспортирования.
Примеры составов балластного материала, нагнетаемого в кольцевое пространство трубы, представлены в таблице 1. Свойства составов балластного материала в таблице 1 представлены в таблице 2. Определение средней плотности смесей выполнено в соответствии с ГОСТ 12730.1-78. Прочности бетона на сжатие - по ГОСТ 10180-90. Подвижность нагнетаемого балластного материала определена по ГОСТ 10181-2000.
Результаты испытаний балластного материала перед его нагнетанием в кольцевое пространство трубы (определения подвижности) и после двадцати восьми суток выдержки при затвердевании показаны в таблицах 1 и 2. Полученные свойства балластных материалов, нанесенных на трубу по предложенному способу, демонстрируют преимущества предложенного способа.