СПОСОБ ЗАЗЕМЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ТРУБ И ТРУБОПРОВОД, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКИЕ ТРУБЫ
METHOD OF EARTHING MULTILAYER PIPES AND PIPELINE WITH SUCH PIPES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к многослойным трубам. В частности, настоящее изобретение относится к трубопроводам или системам труб, сформированным многослойными трубами, содержащими по меньшей мере один слой проводящего материала. Настоящее изобретение также относится к способам соединения двух многослойных труб, содержащих проводящие слои, с получением трубного стыка, который обеспечивает заземление проводящего слоя, а также сохранение проводимости вдоль стыка.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Легковоспламеняющиеся жидкости и газы, такие как бензин и другие углеводороды, сухие вещества, такие как частицы пыли, а также многие другие вещества могут приводить к образованию статического заряда. Если этот заряд не отводится из системы, содержащей эти вещества, существует риск искрового воспламенения. По этой причине в прямом контакте со средами вышеуказанных типов могут быть использованы только электропроводящие или по меньшей мере диссипативные материалы.
Подходящими каналами для транспортировки веществ вышеуказанных видов являются многослойные полимерные трубы, в которых основной слой изготовлен из непроводящего материала, а на внешнюю или внутреннюю часть (или обе части) трубы добавлены проводящие слои. Такая конструкция дешевле труб, выполненных целиком из проводящего материала. Однако она также предъявляет некоторые требования к соединению и заземлению труб.
Так, проводящий слой многослойной трубы, расположенный на ее внутренней части, защищен от внешней среды изолирующим основным полимерным слоем. Необходимо разработать подходящий способ заземления внутреннего слоя, а также разработать способы соединения, реализующие функцию проводящего моста между двумя соединяемыми проводящими многослойными трубами. Если проводимость возле стыка не нарушена, нет необходимости заземлять каждый отдельный отрезок трубы, т.к. весь трубопровод от одного конца до другого конца тогда является проводящим.
Соединение проводящих полимерных труб рассмотрено в нескольких патентах. В патенте ЕР 0975911 описан способ отвода статического электричества в соединенных друг с другом проводящих полимерных трубах. Согласно этому способу в концах двух отрезков трубы, соединяемых встык, размещают рукавообразный элемент из проводящего материала, так что промежуточный стык шунтирован изнутри; и между рукавообразным элементом и внутренними поверхностями барьерных слоев на концах двух отрезков труб создают контактное давление таким образом, чтобы между проводящими барьерными слоями отрезков труб, соединенных между собой, создать внутреннее электропроводящее соединение.
В патенте US 5951812 предложен способ соединения двух частей стеклопластиковой трубы путем использования цилиндрического соединительного звена, выполненного с возможностью приема двух концов труб. Согласно этому способу концы труб размещают внутри соединительного звена и между соединительным звеном и трубами размещают проводящий клей, так что он проводит электричество от одной трубы к другой трубе. Проводящий клей проходит вдоль внутренней и внешней проводящих поверхностей трубы и соприкасается с внутренней и внешней проводящими поверхностями, так что статический заряд на внутренней поверхности трубы может переходить на внешнюю поверхность трубы.
В патенте US 3943273 раскрыта система проводящих пластмассовых труб, в которой одна часть труб сформована в виде охватываемой трубной части, а другая в виде охватывающей части пластмассовой трубы с проводящими покрывающими слоями, которые соединены друг с другом посредством проводящего уплотнительного кольца между охватываемой и охватывающей частями. В случае наличия внешних покрывающих слоев покрывающий слой выполняют проходящим на внутреннюю сторону края муфты охватывающей трубной части.
Патент JP 07310710 относится к соединителю для элементов из антистатической синтетической смолы. Указанный соединитель обеспечивает соединение элемента, выполненного на основе антистатической синтетической смолы и сохраняющего свои антистатические свойства. Согласно данному источнику на обоих торцах корпуса соединителя выполнена соединяющая секция для захвата конца элемента, выполненного на основе антистатической синтетической смолы. Также на поверхности корпуса для соединения антистатических слоев, сформированных на поверхности элемента, вставленного и закрепленного в указанной секции на обоих торцах, выполнены антистатические соединяющие слои.
Как следует из вышеприведенного обзора, известные решения сложны и требуют применения отдельных уплотнительных колец и соединительных звеньев, для которых может потребоваться использование смол и клеев.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является устранение по меньшей мере части недостатков, связанных с известными решениями, и разработка нового способа соединения проводящих многослойных труб, изготовленных из полимерных материалов, в частности для обеспечения эффективного заземления проводящих слоев, даже покрытых непроводящим слоем.
Еще одной задачей является разработка новых трубопроводов, содержащих многослойные трубы, соединенные друг с другом для образования непрерывного транспортного канала с необходимым заземлением проводящих слоев.
Эти и другие задачи, обеспечивающие получение преимуществ по сравнению с известными способами и трубными стыками, решены в настоящем изобретении как далее описано и заявлено в формуле изобретения.
Основная идея настоящего изобретение заключается в создании в трубном стыке контакта между внутренней и внешней частями трубы, обеспечиваемого формированием в стенке трубы по меньшей мере одного отверстия, проходящего от поверхности трубы к проводящему слою. Указанное по меньшей мере одно отверстие заполняют проводящим, предпочтительно подходящим для обработки плавлением материалом, совместимым с материалом проводящего слоя. Проводящий материал, заполняющий отверстие, служит мостом от проводящего внутреннего слоя трубы к ее внешней части. Отверстие проходит предпочтительно от поверхности проводящего слоя по существу поперечно к центральной оси трубы возле стыка.
Если внешний слой трубы является непроводящим, внутренний слой может быть заземлен посредством заземления проводящего моста. Если внешний слой трубы является проводящим, внутренний слой может быть заземлен через любое место на внешнем слое трубы, так как проводящие внутренний и внешний слои соединены проводящим мостом.
Согласно этому способу в трубопроводе или системе труб в соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере один стык между отдельными трубами, образующими трубопровод или систему труб, содержит проводящий мост, проходящий от проводящего слоя через любые перекрывающиеся непроводящие слои и обеспечивающий заземление проводящего слоя.
Более конкретно предлагаемый способ заземления многослойных труб главным образом характеризуется отличительной частью п.1 формулы изобретения.
Способ соединения двух многослойных труб характеризуется отличительной частью п.11 формулы изобретения.
Настоящим изобретением достигаются значительные преимущества. Так, не требуется производства дополнительных деталей - стык может быть обработан на месте монтажа путем использования легко доступных материалов. Внутренняя поверхность возле стыка является гладкой, а электрическое соединение между внутренними слоями двух соединяемых встык труб является надежным. Особенно предпочтительный признак заключается в том факте, что система заземления не приводит к изменению размеров трубы. Более того, путем установки рукава вокруг стыка может быть поддержано номинальное значение давления в трубе.
Путем создания во всех стыках между смежными трубами проводящего моста настоящего вида внутренние проводящие слои оказываются соединены с образованием единой проводящей линии, которая может быть заземлена в одном месте.
Дальнейшие преимущества изобретения станут очевидны из последующего его подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых
на фиг.1 показан продольный профиль первой реализации трубного стыка в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 изображен продольный профиль второй реализации трубного стыка в соответствии с настоящим изобретением, в котором для обеспечения электрической проводимости через стык использована электроплавкая заглушка;
и
на фиг.3 показан продольный профиль третьей реализации трубного стыка, включающей использование заглушки, привариваемой трением.
Как следует из вышеизложенного, настоящее изобретение относится к соединению многослойных полимерных труб, в частности проводящих многослойных труб. Настоящее изобретение обеспечивает хорошее заземление проводящего слоя и при необходимости формирование проводящих мостов между двумя смежными трубами.
Трубы, имеющие особое значение для изобретения, обычно имеют по меньшей мере два слоя, внешний слой и внутренний слой. Структура стенки может включать дополнительные слои, например, по меньшей мере один средний слой, размещенный между внутренним и внешним слоями. В предпочтительном варианте реализации изобретения по меньшей мере часть слоев изготовлена из материалов, которые могут быть получены совместной экструзией. Для изготовления конструкционных слоев стенки трубы обычно используют полиолефины, такие как полиэтилен или полипропилен.
По меньшей мере один из слоев является электропроводящим или диссипативным. По меньшей мере один из этих слоев расположен под внешним непроводящим слоем. Обычно выполняются по меньшей мере два проводящих или диссипативных слоя, покрытых внешним или крайним внешним слоем. Согласно одному варианту реализации изобретения крайний внешний или поверхностный слой трубы является непроводящим. В этом варианте реализации изобретения проводящий мост, сформированный согласно изобретению, проходит к поверхности через непроводящий слой и обеспечивает образование проводящего участка, который может быть заземлен. Согласно еще одному варианту реализации изобретения труба содержит два проводящих слоя, а именно первый проводящий слой, второй проводящий слой, расположенный на расстоянии от первого проводящего слоя, и промежуточный слой, расположенный между первым и вторым проводящими слоями. Обычно промежуточный слой является конструкционным непроводящим слоем. Второй проводящий слой образует поверхность трубы, а два проводящих слоя соединены через проводящий мост. Естественно, трубы могут содержать больше двух проводящих слоев. Также может быть несколько конструкционных и/или непроводящих слоев.
6
7
12
Проводящий или диссипативный слой состоит из полимерного материала, предпочтительно на основе термопластического материала, изготовленного постоянно проводящим. Свойства электрической проводимости могут быть получены смешиванием полимерного материала с проводящими частицами, такими как наполнители, включающие частицы сажи или металла, проводящие волокна или нанокомпозитами, включающими проводящие угольные нанотрубки. Слой может также содержать при необходимости и предпочтительно в сочетании с вышеперечисленными проводящими частицами или волокнами изначально проводящие полимеры, такие как полиацетилен, политиофен, полианилин или полипиррол или иономеры, содержащие ионы щелочных и/или щелочно-земельных металлов или их смеси. Предпочтительно материал имеет удельное поверхностное сопротивление в пределах проводимости, в частности удельное поверхностное сопротивление от 1 до 10 Ом/кВ (ASTM D-257). Слой может также быть диссипативным, что соответствует удельному поверхностному сопротивлению приблизительно от 10 до 10 Ом/кВ (ASTM D-257).
Хотя в настоящем описании в некоторых случаях для указания на свойства внутреннего слоя используется только термин "проводящий", следует понимать, что он также относится к "диссипативным" свойствам.
Весовое соотношение между конструкционным и проводящим материалами в трубе изменяется в зависимости от требований к механической прочности. Номинальное давление в трубе определяется по меньшей мере одним конструкционным слоем.
Толщина проводящего слоя или проводящих слоев может быть разной в зависимости от применения, но обычно она находится в пределах приблизительно от 0,01 до 50 мм, в частности приблизительно от 0,1 до 10 мм, предпочтительно приблизительно от 0,2 до 5 мм. Общая толщина стенки трубы составляет приблизительно от 2 до 150 мм, обычно приблизительно от 3 до 30 мм. Поперечный диаметр может значительно изменяться приблизительно от 32 до 2000 мм, обычно приблизительно от 63 до 400 мм.
В трубе вышеуказанного типа проводящий мост сформирован проходящим от внутреннего проводящего слоя наружу или к поверхности трубы и обеспечивает заземление этого слоя. Проводящий мост также обеспечивает ненарушение проводимости между соединенными трубами. По существу, в стенке трубы возле стыка выполняют по меньшей мере в общем случае от 1 до 10, предпочтительно от 1 до 4, в частности одно или два отверстия, проходящие через стенку от непроводящего слоя к проводящему слою. Отверстия могут быть выполнены на одной стороне трубы, но предпочтительно на противоположных сторонах. Если отверстия равномерно расположены по окружности трубы, места заземления также равномерно распределены, и таким образом расстояние от мест возникновения статического заряда до мест заземления является минимально возможным. Таким образом, предпочтительно по существу симметричное распределение отверстий по периметру трубы.
Обычно отверстие имеет круговое поперечное сечение с диаметром приблизительно от 5 до 50 мм, в частности приблизительно от 10 до 30 мм. Глубина отверстия зависит от расстояния между проводящим слоем и поверхностью трубы. Обычно в случае вышеуказанной толщины стенки трубы проводящий слой находится на расстоянии приблизительно от 3 до 30 мм от поверхности. Если проводящий слой, который должен быть заземлен, находится на внутренней части трубы, отверстие предпочтительно должно проходить через всю стенку трубы. Отверстие проходит предпочтительно по существу поперечно к центральной оси трубы возле стыка. На практике возможен некоторый наклон, т.к. отверстие выполняется вручную, т.е. путем сверления или фрезерования на месте.
После выполнения отверстия формируют проводящий мост путем заполнения отверстия проводящим материалом, формирующим проводящий мост от внутреннего проводящего слоя через непроводящий слой к его внешней части для заземления проводящего слоя или проводящих слоев. Проводящий материал может быть введен экструзией или размещением в отверстии твердой порции материала. Другой способ создания подходящего моста или проводящей заглушки заключается в использовании электроплавкого материала, который может быть нагрет и расплавлен в отверстии. Еще одним способом получения подходящей проводящей заглушки является сварка трением, согласно которому заглушку вращают или подвергают вибрации с относительно высокой скоростью при одновременном приложении силы. Тепло, возникающее в результате трения в области взаимодействия заглушки со стенкой трубы, приводит к размягчению обоих объектов, благодаря чему они свариваются друг с другом.
Перед формированием моста концы двух соединяемых многослойных труб состыковывают друг с другом. После выполнения надлежащих этапов для формирования проводящего моста концы труб оказываются скреплены друг с другом с образованием стыка между трубами. Особенно удобно трубы скреплять с использованием электроплавкой муфты, размещенной наподобие рукава вокруг стыка.
Изобретение имеет различные варианты реализации, обеспечивающие заземление проводящего слоя. Более подробно они показаны на фиг.1-3.
Фиг.1 относится к первому варианту реализации изобретения, в котором в отверстие, просверленное в стенке трубы, вставлена заглушка 6', содержащая проводящий материал. Две соединяемые трубы обозначены позициями 1 и 2. Они имеют два антистатических слоя 4, 4' и 7, 7', которые расположены на противоположных сторонах конструкционных непроводящих слоев 5, 8. Вокруг стыка наподобие рукава размещена электроплавкая муфта 3.
Способ согласно данному варианту реализации изобретения осуществляют следующим образом.
Сначала через стенку 1 трубы просверливают по меньшей мере одно отверстие 6. Затем для сохранения внутренней поверхности трубы гладкой в нее в месте, в котором просверлено отверстие, вставляют резиновую надувную заглушку (надувной шар, не показан), вставляют в трубу. Надувной шар надувают.
В отверстие 6 выдавливают проводящий полимер 6'. Надувной шар не дает выдавленной массе свободно растекаться в трубе 1. Регулировкой соотношения между давлением в надувном шаре, температурой и давлением расплавленного полимера во время заполнения отверстия экструдером могут быть получены достаточная длина потока и профиль. Надувной шар позволяет определенному количеству расплавленного проводящего полимера вытечь на внутреннюю поверхность трубы, покрывая круговую область вокруг отверстия. Такая увеличенная площадь контакта между проводящим внутренним слоем и проводящим выдавленным веществом предпочтительна для обеспечения более надежного заземления.
Затем надувной шар сдувают и вытягивают после окончания выдавливания, а материал охлаждают до уровня, существенно меньшего температуры его плавления.
В другом варианте первого варианта реализации изобретения вместо метода экструзии, описанного выше, используют твердую заглушку. В этом варианте в стенке трубы просверливают отверстие и механически вставляют заглушку из проводящего материала.
На фиг.2 показан второй вариант реализации изобретения, включающий использование электроплавкой заглушки, изготовленной из материала, текучесть которого в расплавленном состоянии и проводимость схожи с указанными свойствами проводящего слоя или проводящих слоев в трубе.
Концы труб 11 и 12 сводят друг с другом. Проводящие слои обозначены позициями 14', 14" и 18', 18"; конструкционные слои - позициями 15 и 19 соответственно. В области их взаимодействия сверлят отверстие 16.
Затем трубы отделяют, так что может быть вставлена электроплавкая заглушка 16', и после этого трубы снова сводят друг с другом. Электроплавкая заглушка 16' содержит встроенные токопроводящие провода 17. При пропускании тока через заглушку она плавится и приваривается к концам труб. Дальнейшее соединение предпочтительно осуществляют с применением электроплавкой муфты (не показана).
На фиг.3 показан третий вариант реализации изобретения, согласно которому используют заглушку 26', привариваемую трением. На фиг.3 позициями 24', 24" и 27', 27" обозначены проводящие слои, а позициями 25 и 28 - конструкционные слои.
Этапы этого способа в значительной степени совпадают с этапами способов согласно первому и второму варианту реализации изобретения. Так, концы 21 и 22 труб сводят друг с другом. Снаружи трубы к внутренним слоям 24", 27" фрезеруют отверстие. Форма фрезы может быть плоской или круглой. В полученное фрезерованием отверстие трением приваривают заглушку 26', изготовленную из проводящего материала и имеющую форму фрезы. Дальнейшее соединение предпочтительно осуществляют с применением электроплавкой муфты (не показана).
В вышеуказанных вариантах реализации изобретения отверстие в трубе сверлят или фрезеруют снаружи до проводящего слоя. Однако в трубах большого диаметра отверстие может быть просверлено или выполнено фрезерованием и заполнено изнутри трубы.
Во избежание образования отверстий в стенке трубы средства для сверления или фрезерования могут быть снабжены световым индикатором, например светодиодом, к которому может быть присоединен источник напряжения. Посредством использования внутренних слоев в качестве заземления световой индикатор может быть включен, когда сверло или фреза коснется поверхности и замкнет электрическую цепь. В таком варианте реализации изобретения обеспечивается точность указания глубины сверления/фрезерования.