Конструкция многокомпонентной трубы
MULTICOMPONENT PIPE DESIGN

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с композитным бетонным покрытием с повышенными защитными свойствами, предназначенных как для транспортировки агрессивных продуктов, так и для прокладки высоковольтных кабелей и кабелей связи, в частности, при строительстве трубопроводов и систем коммуникации, в том числе с использованием метода протаскивания.
Известны конструкции труб с внешним слоем, выполненным из бетона. При этом бетонный слой несет как защитную, так и балластную функцию.
В качестве внутреннего проводящего слоя в таких трубах используются металлические трубы. Внешнюю поверхность проводящих металлических труб покрывают различными антикоррозионным покрытиями. Однако проводящие металлические трубы испытывают большие коррозионные воздействия при транспортировке, например, агрессивной сырой нефти. В результате коррозии стальные проводящие трубы изнутри быстро изнашиваются.
Для продления срока службы используют внутренний слой из полимерных материалов.
Например, в патенте РФ на полезную модель №61006, приор. 20.10.2006, опубл.  10.02.2007, описана труба в гидрозащитной оболочке, состоящая из центральной трубы, гидрозащитной спиральновитой оболочки из тонколистовой оцинкованной стальной ленты, центрирующих колец, формирующих кольцевой зазор между наружным слоем трубы и внутренним слоем спиральновитой оболочки. При этом центральная труба является полиэтиленовой. На наружной поверхности гидрозащитной оболочки имеется слой из полиэтилена. Кольцевой зазор заполнен цементосодержащим балластным материалом. Недостатком предложенного решения является сложности, возникающие при соединении труб предложенной конструкции между собой. Стыки труб сложно выполнить гарантированно прочными.
В патенте Китая CN107676551, приор. 22.09.2017, выбранным в качестве прототипа, описана коррозионностойкая, свободно деформируемая пластиковая труба для транспортировки сырой нефти с высокой коррозионной активностью или рафинированного масла, содержащего серу или другие кислотные вещества, со слоем композитного материала на наружном слое и между композитной трубой и стальной трубой. Для изготовления трубы заливают бетонную часть трубы, причем бетонную трубу изготавливают из фибробетона, смешанного с коротким стекловолокном. При этом на каждом конце секции трубы установлены соединительное кольцо и множество трапециевидных пластин, предназначенные для соединения каждой трубы.
Основным недостатком решения, предложенного в прототипе, является выступающие ребра, образуемые соединительным кольцом и множеством трапециевидных пластин. Выступающие ребра делают невозможным использование метода протаскивая, применяемого при строительстве трубопроводов, например, на подводных переходах, морских шельфах, в обводненной или заболоченной местности.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание конструкции трубы, имеющей повышенные антикоррозионные и электрозащитные показатели, для использования ее при транспортировке сырой нефти, нефтепродуктов или иных продуктов с высокой коррозионной активностью, содержащих серу или другие активные вещества, а также применение компонентной трубы в качестве надежной защитной оболочки систем энергообеспечения, связи и средств коммуникации.
Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является создание конструкции трубы с повышенными защитными свойствами, предназначенной для использования метода протаскивания при строительстве трубопроводных систем и систем энергообеспечения, связи и средств коммуникации.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что конструкция многокомпонентной трубы, состоит, по меньшей мере, из двух концентрично расположенных компонентов. Первый компонент является внутренним проводящим полимерным герметичным слоем, а вторым компонентом является внешний композитный бетонный слой. При этом концы внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя выступают из внешнего композитного бетонного слоя с обеих сторон многослойной трубы. Внешний композитный бетонный слой снабжен армирующим каркасом, выполненным из арматурных стержней, расположенных продольно и концентрично оси многослойной трубы. Арматурные стержни соединены между собой, причем продольные арматурные стержни выступают за торцы композитного бетонного слоя.
Предпочтительно, чтобы внешний композитный бетонный слой был сформирован методом закачки бетонной смеси под давлением в опалубку. При этом может использоваться как съемная, так и несъемная опалубка. Также внешний композитный бетонный слой может быть сформирован методом торкретирования или, например, методом намотки c армирующей сеткой.
Возможно, чтобы внутри композитного бетонного слоя были расположены элементы системы контроля, мониторинга и связи.
Также внутри композитного бетонного слоя могут быть расположены кабель-каналы.
Предпочтительно, чтобы внешняя поверхность внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя была выполнена с выступами.
В частном случае выступы могут быть выполнены спиральной намоткой нитевидного материала.
В частном случае выступы могут быть выполнены накаткой или гофрой непосредственно на поверхности внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя.
В частном случае выступы могут быть выполнены в виде наклеенных на поверхность внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя выступающих элементов различной конфигурации.
Предпочтительно, чтобы для армирования композитного бетонного слоя дополнительно была использована фибра.
В частном случае поверх всей конструкции на композитный бетонный слой может быть нанесен слой термоизолирующего материала.
То, что конструкция многокомпонентной трубы, состоит, по меньшей мере, из двух концентрично расположенных компонентов, первый из которых является внутренним проводящим полимерным герметичным слоем, который избавлен от коррозии при транспортировке например, сырой нефти с высокой коррозионной активностью или нефтепродуктов, содержащих серу или другие вещества с аналогичными свойствами, а также является компонентом с высокими электроизоляционными свойствами, при этом второй компонент является внешним композитным бетонным слоем с повышенными прочностными характеристиками позволяет получить трубу с повышенными защитными свойствами.
При этом то, что концы внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя выступают из внешнего композитного бетонного слоя с обеих сторон многокомпонентных труб, позволяет легко их стыковать. Выступы дают необходимый доступ к торцам внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя. Создается конструктивная возможность использования при стыке внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя двух соседних многокомпонентных труб таких технологий, как склеивание или сварка. Также возможно применение цилиндрической термоусадочной муфты, предварительно одетой на один из выступающих концов внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя, либо муфты из термоусадочной ленты с внутренним адгезионным слоем.
Выполнение внешнего композитного бетонного слоя с армирующим каркасом из арматурных стержней, расположенных продольно и концентрично оси многокомпонентной трубы и соединенных между собой, позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики трубы, например, прочность на изгиб, удар.  Для создания прочного каркаса многокомпонентной трубы арматурные стержни могут быть соединены как сваркой, так и связаны.
То, что продольные арматурные стержни выступают за торцы композитного бетонного слоя, позволяет легко соединять арматурные стержни двух соседних многокомпонентных труб между собой и установить дополнительную концентричную арматуру. Такое конструктивное решение позволяет надежно соединять соседние многокомпонентные трубы, что дает возможность иметь равнопрочный трубопровод и использовать метод протаскивания при строительстве трубопроводных систем. При протаскивании трубопровода основное усилие прилагается к композитному бетонному слою, который имеет общий арматурный каркас, образуемый в результате соединения арматурных стержней двух соседних многокомпонентных труб между собой.
Формирование внешнего композитного бетонного слоя методом закачки бетонной смеси под давлением в опалубку позволяет создать сплошную цилиндрическую ровную поверхность трубопровода, что также способствует применению метода протаскивания при строительстве трубопровода. Следует обратить внимание, что опалубка может быть выполнена как съемной, так и несъемной в виде оболочки. Также внешний композитный бетонный слой может быть сформирован методом торкретирования или намоткой c армирующей сеткой.
Выполнение внешней поверхности внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя с выступами позволяет усилить его сцепление с внешним композитным бетонным слоем, что препятствует взаимному сдвигу этих слоев. Это конструктивное решение также направлено на достижение технического результата, а именно, дает возможность использования метода протаскивания при строительстве трубопроводов.
Выступы на внешней поверхности внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя могут быть выполнены разными способами. Например, выступы могут быть выполнены спиральной намоткой нитевидного материала. Также выступы могут быть выполнены накаткой непосредственно на внешней поверхности внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя. Другим вариантом выполнения выступов могут быть наклеенные или напаяны на внешнюю поверхность внутреннего проводящего полимерного слоя выступающих элементов различной конфигурации, а также конструкция может быть гофрированной, ровной и использоваться без выступов и накаток.
Предпочтительно, чтобы для армирования композитного бетонного слоя дополнительно была использована фибра. Использование фибры, равномерно армирующей бетон во всех плоскостях, повышающей марку бетона, прочность, ударостойкость и снижающей образование усадочных трещин, также направлено на повышение возможности использования предлагаемой конструкции многокомпонентной трубы при строительстве трубопровода методом протаскивания.
В последующем заявляемое изобретение поясняется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее решение, примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - показан продольный разрез варианта конструкции многокомпонентной трубы;
фиг. 2 - показан поперечный разрез варианта конструкции многокомпонентной трубы;
фиг. 3 - показан пример одного из возможных вариантов внешних элементов, наклеенных на поверхность проводящего герметичного полимерного слоя многокомпонентной трубы;
фиг. 4 - показан пример другого варианта внешних элементов, наклеенных на поверхность проводящего полимерного герметичного слоя;
фиг. 5 - показан вариант накатки/гофры на поверхности проводящего полимерного герметичного слоя.
Конструкция многокомпонентной трубы представлена на фиг.1 и фиг.2.
Конструкция состоит из двух концентрично расположенных компонентов.
Первым из компонентов является внутренний проводящий полимерный герметичный слой 1. Вторым компонентом является внешний композитный бетонный слой 2.
Концы внутреннего проводящего полимерного герметичного слоя 1 выступают из внешнего композитного бетонного слоя 2 с обеих сторон многокомпонентной трубы, как это показано на фиг. 1.
Внешний композитный бетонный слой 2 снабжен армирующим каркасом. Армирующий каркас выполнен из продольных арматурных стержней 3 и поперечной концентрично навитой арматуры 4 (см. фиг.1,2).
Поперечная арматура 4 расположена концентрично оси многокомпонентной трубы. Для концентричного расположения поперечной арматуры 4 применяют центраторы, которые закрепляют на внутреннем проводящем полимерном герметичном слое 1 перед нанесением внешнего композитного бетонного слоя 2. Закрепление возможно производить, например, приклеиванием. Центраторы на чертежах не показаны. Также возможно использование любого другого крепления армирующего каркаса перед нанесением внешнего композитного бетонного слоя 2.
Продольные арматурные стержни 3 и поперечная арматура 4 соединены между собой. Соединение продольных арматурных стержней 3 и поперечной арматуры 4 в конкретном случае выполнены сваркой. Возможно выполнять их соединение вязкой или пайкой.
Продольные арматурные стержни 3 выступают за торцы композитного бетонного слоя 2, как это показано на фиг. 1, что позволяет при строительстве трубопровода из описываемой многокомпонентной трубы создать прочный силовой арматурный каркас на всем протяжении строящегося трубопровода. Скрепление между собой выступающих продольных арматурных стержней 3 соседних многокомпонентных труб возможно производить различными способам, например, сваркой или пайкой.
На фиг.1 и 2 также показан вариант исполнения многокомпонентной трубы с внешней несъемной цилиндрической опалубкой 5, которую применяют при изготовлении трубы методом закачки бетонного раствора под давлением.
На фиг.1 и 2 показаны примеры расположения кабель-каналов 6 внутри композитного бетонного слоя 2. Однако таких кабель-каналов 6 может быть исполнено различное количество. Также места расположения кабель-каналов 6 в композитном бетонном слое 2 может быть различным.
Также внутри композитного бетонного слоя 2 могут быть расположены элементы системы контроля, мониторинга и связи. Расположение этих элементов также может быть различно в зависимости от их назначения, поэтому они на чертежах не показаны.
Для соединения внутренних проводящих полимерных герметичных слоев 1 соседних многокомпонентных труб возможно использование, например, таких методов как механическое соединение, соединение сваркой или соединение склеиванием.
Для предотвращения сдвига между внутренним проводящим полимерным герметичным слоем 1 и внешним композитным бетонным слоем 2 возможно использование нанесённых элементов или накатки.
Так, например, на фиг. 3-5 показаны примеры возможных, но не исчерпывающих, вариантов исполнения внешних поверхностей проводящих полимерных герметичных слоев 1.
На фиг. 3 показаны наклеиваемые на внешнюю поверхность проводящих полимерных герметичных слоев 1 выступающие элементы 7. Следует отметить, что также в качестве наклеиваемых выступающих элементов 7 возможно, например, использование центраторов, основным конструкционным предназначением которых, как было написано выше, является концентричное расположение поперечной арматуры 4.
На фиг. 4 показан еще один из вариантов нанесения выступающих элементов 8. В качестве выступающих элементов 8 в приведенном варианте использован нитевидный материал, нанесенный спиральной намоткой.
На фиг. 5 схематично показан вариант выполнения выступающих элементов проводящего полимерного герметичного слоя 1 путем формирования гофры или накатки 9 при производстве проводящего герметичного полимерного герметичного слоя 1.
Нанесённые конструктивные элементы или, например, накатка 9 повышают сопротивление межслойному сдвигу между внутренним проводящим полимерным герметичного слоем 1 и внешним композитным бетонным слоем 2 в самой конструкции многокомпонентных труб. Это важно в случае использования многокомпонентных труб при прокладке трубопровода методом протаскивания, как, например, в траншее, так и методом горизонтального направленного бурения.
Внешний композитный бетонный слой 2 может наноситься несколькими способами. Так, например, внешний композитный бетонный слой 2 может наноситься методом торкретирования на внутренний проводящий полимерный герметичный слой 1 после установки армирующего каркаса 3.
Предпочтительно нанесение композитного бетонного слоя 2 производить методом закачки бетонного раствора в цилиндрическую опалубку 5, в которой расположен внутренний проводящий полимерный герметичного слой 1 с установленным на нем армирующим каркасом 3, и расположенными, при необходимости, кабель-каналами 6, элементами системы контроля, мониторинга и связи трубопроводной системы. При этом цилиндрическая опалубка 5 может быть выполнена как съемной, так и несъемной, например, как это показано на фиг.1 и 2.
Оптимально, чтобы при изготовлении композитного бетонного слоя 2 была использована фибра, например, содержащая полипропиленовые, стеклянные или базальтовые волокна, что позволяет улучшить качественные свойства композитного бетонного слоя 2.
Также, как вариант исполнения многокомпонентной трубы, возможно нанесение дополнительного теплоизолирующего слоя, размещенного, например, поверх композитного бетонного слоя 2. Этот вариант исполнения на чертежах не показан.
Таким образом, многокомпонентная труба, изготовленная согласно изобретению, снабжена внутренним проводящим полимерным герметичным слоем 1, что позволяет транспортировать по трубопроводу едкие и агрессивные вещества без ущерба для всего трубопровода и увеличить сроки его эксплуатации. Трубопроводы, собранные из многокомпонентных труб с внутренним проводящим полимерным герметичным слоем 1, нуждаются в ремонте гораздо реже, чем конструкции, созданные из типовых изделий.
Кроме того, внутренний полимерный герметичный слой 1 многокомпонентной трубы, имеющий высокие электроизоляционные свойства, позволяет применять многокомпонентную трубу в качестве надежной защитой оболочки для систем энергообеспечения, связи и средств коммуникации.
Предлагаемое изобретение позволяет достичь указанный технический результат. А именно, наличие в конструкции многокомпонентной трубы армирующего каркаса, который непрерывно размещен во всем трубопроводе, выполняемым из предложенных в изобретении  многокомпонентных труб, и отсутствие сдвига между внутренним проводящим полимерным герметичным слоем 1 и внешним композитным бетонным слоем 2 обеспеченным за счет использования нанесённых элементов, гофры или накатки, позволяет применять конструкцию многокомпонентной трубы при использовании метода протаскивания при строительстве трубопроводов.