СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА СОСТАВНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ОБОЛОЧКИ ТРУБОПРОВОДА И ТРУБОПРОВОД С СОСТАВНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ОБОЛОЧКОЙ
METHOD OF PRODUCING AND MOUNTING BUILT-UP HEAT-INSULATION PIPE COAT AND PIPE WITH AFORESAID COAT

Изобретение относится к строительству и монтажу трубопроводов с использованием энергосберегающих технологий, в частности к теплоизоляционным оболочкам трубопроводов перегретого пара.
Известен способ прокладки трубопроводов, включающий изготовление и монтаж трубопроводов на строительной конструкции, в котором изготавливают и монтируют на строительной конструкции нижние теплоизолирующие панели, укладывают в них трубы или пучок труб, затем устанавливают и запирают верхние съемные теплоизолирующие панели, при этом щели, образующиеся между панелями, заполняют теплоизолирующим материалом и перекрывают, а также устройство, включающее строительную конструкцию с расположенными на ней трубами или пучком труб и закрепленными прижимным элементом, в котором на строительную конструкцию установлены нижняя и верхняя съемные теплоизолирующие панели, выполненные из уголков с уложенным на них жестким защитным слоем, опорные балки на нижней панели, теплоизолирующий и покрывной материалы, при этом трубы или пучок труб уложены на опорные балки, а нижняя и верхняя съемные панели в сборе образуют замкнутое пространство (см. патент РФ №2118744, Кл. F16L 59/00, 1996 г.). Известные способ и устройство предназначены для эксплуатации нефтегазовых месторождений, где нет таких жестких требований к теплоизоляции, как при работе с паром, нагретым до 1000°С.
Известен способ формования теплоизоляционного покрытия трубопровода, раскрытый в техническом решении, относящемся к устройству для формования теплоизоляционного покрытия трубопровода (см. А.С. SU №859742, Кл. F16L 59/14, 1979 г.). Известные способ и устройство предусматривает последовательную укладку вокруг трубопровода нескольких слоев: несущего, теплоизоляционного и армирующего. Причем несущий слой представляет собой гибкую оболочку, во внутреннюю полость которой закачивают воздушный поток, который раздувает полость, освобождая ее для засыпки теплоизоляционного материала. Это достаточно сложное техническое решение дает возможность получать равномерно расположенную вокруг трубопровода оболочку из обычного изолирующего материала, не предназначенного для эксплуатации в условиях транспортировки перегретого пара.
Известна теплоизоляционная конструкция трубопровода, выполненная в виде двух охватывающих трубопровод, соединенных между собой полуцилиндров, расположенных друг над другом, представляющих собой в поперечном сечении два обращенных друг к другу короба в виде полуколец (патент РФ №2152553, F16L 59/00, 1998). Эта конструкция, как и предыдущие, имеет недостаточно защищенную теплоизоляцию, поэтому в условиях эксплуатации с перегретым паром, транспортируемым по трубопроводу, имеет много потерь тепла, быстро выходит из строя, нарушается теплоизоляционное покрытие труб.
Известен способ изготовления теплоизоляционной оболочки, изложенный в техническом решении (см. патент RU №2229654, Кл. F16L 59/10, 2001 г.). В известном устройстве и способе изготовления сборной теплоизоляционной конструкции, выполненной в виде охватывающих трубопровод, соединенных между собой разъемных секций, образующих между собой кожух в форме многогранника, секции состоят из наружной и внутренней оболочек с теплоизоляцией, соединенных между собой перемычками, выполненными в виде открытого профиля и имеющими контакт с установленными в торцах секций защитными экранами, а на внутренней оболочке дополнительно установлены упоры. Для снижения теплопередачи от греющей поверхности к наружной оболочке защитные экраны выполнены перфорированными. Эти достаточно сложные в реализации способ и устройство могут обеспечить хорошую тепловую изоляцию, достаточную для транспортировки перегретого пара. Однако достигается это за счет использования при изготовлении дорогостоящего, конструктивно сложного и тяжелого по весу устройства.
Известно устройство теплоизоляции трубопровода, которое имеет два полукольцевых диска из твердого пенополиуретана, соединенных в горизонтальной плоскости вокруг трубы (см. заявку Великобритании №222215, Кл. F16L 59/12, 1991). Эта конструкция теплоизоляционного покрытия в сложных условиях эксплуатации с перегретым паром быстро выходит из строя.
Наиболее близким техническим решением является изобретение, относящееся к области энергосберегающих технологий (см. патент RU №2152553, Кл. F16L 59/00, 1998 г.). В теплоизолирующем покрытии этого технического решения, состоящем из двух соединенных между собой полуцилиндров, охватывающих трубопровод и расположенных друг над другом, полуцилиндры выполнены из материалов с разными коэффициентами теплопроводности. Теплопроводность материала верхнего полукольца ниже теплопроводности материала нижнего полукольца в 1,1-1,4 раза. Плоскости контакта верхнего полуцилиндра с нижним расположены под углом к горизонтали, при этом длины внутренних дуг верхнего и нижнего полуколец равны между собой, а длина наружной дуги верхнего полукольца составляет 200-270°. Однако в известном техническом решении не предусмотрены средства, направленные на повышение теплоизолирующих свойств состава, применяемого для изготовления теплоизоляционного покрытия, а наклонные плоскости контакта, направленные наружу вниз, обеспечивая хорошую посадочную площадку для верхнего полуцилиндра, в то же время провоцируют в верхнем цилиндре напряжение, направленное на его разрыв в верхней зоне.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения теплоизолирующих свойств и прочностных характеристик оболочки трубопровода, надежности протекания технологического процесса, удешевления стоимости оболочки и уменьшения ее веса.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе изготовления и монтажа составной теплоизоляционной оболочки трубопровода, включающем раздельное изготовление отдельных частей теплоизоляционной оболочки из связующего вещества с заданным коэффициентом теплопроводности, последовательный монтаж сначала нижней, а затем верхней частей оболочки, плотно облегающей трубопровод, при изготовлении оболочки в связующее вещество добавляют арматуру и разные виды наполнителя, при этом часть наполнителя выполнена в виде сферических шариков из легкоплавкого материала, а другая часть - из сферических полых тонкостенных стеклокерамических гранул с высоким коэффициентом отражения тепловых волн, при этом в качестве связующего вещества используют быстротвердеющий раствор, причем после отвердевания частей оболочки их подвергают обжигу при температуре горения легкоплавкого материала шариков наполнителя до их полного выжигания. В качестве связующего вещества используют раствор цемента. Арматуру равномерно располагают по всему сечению оболочки или равномерно располагают по периметру оболочки в ее наружной зоне, или равномерно располагают в центральной зоне оболочки коаксиально ее наружной и внутренней поверхностям. По длине стыковочной поверхности нижней части оболочки выполняют посадочный бортик, а по длине стыковочной поверхности верхней части оболочки выполняют канавку, соответствующую профилю бортика.
А также тем, что в трубопроводе с составной теплоизоляционной оболочкой, содержащей составные части теплоизоляционной оболочки, плотно облегающие трубопровод и выполненные из связующего вещества с заданным коэффициентом теплопроводности, связующее вещество оболочки снабжено арматурой и разными видами наполнителя, при этом часть наполнителя выполнена в виде пустотелых сфер с упрочненной поверхностью, а другая часть - из сферических полых тонкостенных стеклокерамических гранул с высоким коэффициентом отражения тепловых волн. В качестве связующего вещества использован цемент. Связующее вещество в зоне расположения пустотелых сфер с упрочненной поверхностью выполнено упрочненным. Сферические полые тонкостенные стеклокерамические гранулы с высоким коэффициентом отражения тепловых волн наполнены теплоотражающим газом. Трубопровод и части составной теплоизоляционной оболочки выполнены некруглого сечения. Арматура выполнена в виде пространственной решетки и равномерно расположена по всему сечению оболочки или равномерно расположена по периметру оболочки в ее наружной зоне, или арматура равномерно расположена в центральной зоне оболочки коаксиально ее наружной и внутренней поверхностям. Стыковочные поверхности нижней части оболочки по своей длине снабжены посадочным бортиком, а стыковочные поверхности верхней части оболочки по своей длине снабжены канавкой, соответствующей профилю бортика.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен трубопровод круглого сечения с составной теплоизоляционной оболочкой в сборе. На фиг.2 - то же, в процессе монтажа. На фиг.3 - трубопровод некруглого сечения с непрямыми стыками верхней и нижней частей теплоизоляционной оболочки. На фиг.4 - фрагмент стыка верхней и нижней частей теплоизоляционной оболочки с посадочным бортиком на нижней части.
Способ изготовления и монтажа составной теплоизоляционной оболочки трубопровода предусматривает раздельное изготовление отдельных частей теплоизоляционной оболочки из связующего вещества с заданным коэффициентом теплопроводности, обеспечивающим теплоизоляцию трубопровода, предназначенного для транспортировки пара с температурой до 1000°С. При изготовлении составной теплоизоляционной оболочки в качестве связующего вещества используют быстротвердеющий раствор, например цементный раствор. Во время формования частей оболочки в связующее вещество добавляют арматуру и разные виды наполнителя. Арматура представляет собой пространственную решетку, которая в зависимости от будущих условий эксплуатации трубопровода может быть равномерно расположена по всему сечению оболочки или по периметру оболочки в ее наружной зоне, а также в центральной зоне оболочки коаксиально ее наружной и внутренней поверхностям. Материал для арматуры выбирают также исходя из условий эксплуатации. Это может быть стекловолокно, углеволокно и т.д.
Наполнитель используют с разными свойствами и разных размеров. Как правило, при этом используется дешевые отходы производства. Часть наполнителя выполнена в виде сферических шариков из легкоплавкого или легкогорючего материала, например пенопласта, а другая часть - из очень мелких сферических полых тонкостенных стеклокерамических гранул с высоким коэффициентом отражения тепловых волн. Сферические полые тонкостенные стеклокерамические гранулы можно наполнить газом или газовой смесью, в свою очередь, обладающими теплоотражающей способностью, что дополнительно повысит теплоотражающую способность гранул.
После отвердевания частей оболочки их подвергают обжигу при температуре горения легкоплавкого материала шариков наполнителя до их полного выжигания. Во время обжига легкоплавкий материал сферических шариков расплавляется, а затем переходит в газообразное состояние. Молекулы газа проникают в связующее вещество, упрочняя его структуру. При этом пустотелая сфера, образующаяся в процессе обжига, обладает повышенной прочностью своих стенок.
Все перечисленные неоднородности структуры теплоизоляционной оболочки дополнительно повышают ее теплоизоляционную способность, прочность и износостойкость. Толщина оболочки определяется условиями ее эксплуатации.
Монтаж готовой теплоизоляционной оболочки начинают с установки нижней части оболочки, располагая ее под трубопроводом таким образом, чтобы она плотно прилегала к трубопроводу. Затем сверху вертикально вниз подают верхнюю часть оболочки таким образом, чтобы спряглись посадочные бортики стыковочной поверхности нижней части оболочки и канавки стыковочной поверхности верхней части оболочки, обеспечивая плотный контакт стыковочных поверхностей между собой и верхней части оболочки с трубопроводом.
Такой способ изготовления и монтажа составной теплоизоляционной оболочки трубопровода обеспечивает ее высокие теплоизоляционные свойства, прочность, износостойкость. Позволяет уменьшить ее вес и удешевить технологию изготовления. Повышает надежность работы трубопровода в сложных условиях эксплуатации до 1000°С.
Трубопровод 1 с составной теплоизоляционной оболочкой включает верхнюю 2 и нижнюю 3 части теплоизоляционной оболочки, плотно облегающие трубопровод 1. Основу теплоизоляционной оболочки составляет связующее вещество 4 из застывшего быстротвердеющего раствора, например цемента. Связующее вещество 4 оболочки снабжено арматурой 5 и разными видами наполнителя. Часть наполнителя выполнена в виде пустотелых сфер 6 с упрочненной поверхностью, а другая часть - из сферических полых тонкостенных стеклокерамических гранул 7 с высоким коэффициентом отражения тепловых волн.
Теплоизоляционная оболочка получена путем обжига отвердевшего отформованного состава, включающего связующее вещество 4, арматуру 5 и наполнитель, причем та часть наполнителя, из которой получают пустотелые сферы 6, выполнена в виде сферических шариков из легкоплавкого или легкогорючего материала, например пенопласта. Обычно для этого используют отходы производства. Обжиг производится при температуре горения легкоплавкого материала шариков наполнителя до их полного выжигания. Во время обжига легкоплавкий материал сферических шариков расплавляется, а затем переходит в газообразное состояние. Молекулы газа проникают в связующее вещество, упрочняя его структуру. При этом пустотелая сфера 6, образующаяся в процессе обжига, обладает повышенной прочностью своих стенок и прилегающего к сфере 6 связующего вещества 4.
Арматура 5 может быть выполнена в разных вариантах. При жестких требованиях к работе на изгиб арматуру 5 равномерно располагают по всему сечению оболочки. При возможности внешних ударных нагрузок арматуру 5 равномерно располагают по периметру оболочки в ее наружной зоне. При менее жестких требованиях к прочности оболочки арматуру 5 равномерно располагают в центральной зоне оболочки коаксиально ее наружной и внутренней поверхностям.
Сферические полые тонкостенные стеклокерамические гранулы 7 с высоким коэффициентом отражения тепловых волн могут быть наполнены газом или газовой смесью, в свою очередь, обладающими теплоотражающей способностью, что дополнительно увеличивает теплоотражающую способность гранул 7, повышая эффект теплоизоляции составной оболочки. Гранулы 7 также являются отходами производства.
Важное значение для монтажа оболочки и последующей эксплуатации трубопровода 1 имеет выполнение стыковочных поверхностей 8. На фиг.3 и 4 представлены варианты выполнения стыковочных поверхностей 8 с угловым (фиг.3) и закругленным (фиг.4) бортиком 9. Нижняя часть 3 оболочки по своей длине стыковочных поверхностей 8 снабжена посадочным бортиком 9, а стыковочные поверхности 8 верхней части 2 оболочки по своей длине снабжены канавкой, соответствующей профилю бортика 9. Такое выполнение стыковочных поверхностей 8 обеспечивает плотный контакт стыковочных поверхностей 8 между собой и верхней 3 и нижней 2 частей оболочки с трубопроводом 1.
На фиг.3 представлен вариант выполнения трубопровода 1 и частей 2 и 3 составной теплоизоляционной оболочки некруглого сечения. Такой трубопровод 1 обладает повышенной пропускной способностью и удобен в транспортировке к месту монтажа. Однако требования к его теплоизоляционной оболочке остаются такими же высокими, как и к трубопроводу 1 круглого сечения при работе с перегретым паром.
Трубопровод с составной теплоизоляционной оболочкой эксплуатируется на открытом воздухе, в помещениях и в грунте. Тепловые волны от перегретого газового потока, транспортируемого по трубопроводу 1, отражаются гранулами 7, при этом связующее вещество 4 с упрочненными пустотелыми сферами 6 эффективно препятствует прохождению тепловых волн наружу от трубопровода. Описанная конструкция трубопровода 1 с теплоизоляционной оболочкой проста в эксплуатации и обслуживании, значительно легче бетонных теплоизоляционных оболочек.
Таким образом, заявленное изобретение решает техническую задачу повышения теплоизолирующих свойств и прочностных характеристик оболочки трубопровода, надежности протекания технологического процесса, удешевления стоимости оболочки и уменьшения ее веса.