Теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием

Полезная модель относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с бетонным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов по дну водоемов, в заболоченной местности в сейсмоопасных районах, а также в случаях, когда требуется повышенная защита трубопровода.
Из патента РФ на полезную модель №181066 (приор.19.12.2017, опубл.: 04.07.2018) известна обетонированная труба, содержащая проводящую трубу, арматурный каркас и бетонное покрытие. Причем она содержит дополнительную трубу, расположенную соосно проводящей трубе. Между проводящей и дополнительной трубами находится теплоизоляционный материал. При этом арматурный каркас с бетонным покрытием расположены на дополнительной трубе. Арматурный каркас выполнен в виде продольных металлических стержней, на которые навита по спирали с равным шагом металлическая лента, а для получения бетонного покрытия использован полимерцементный раствор, содержащий в составе жидкости затворения 20%-ный раствор эпоксидной смолы в триэтиленгликоле при полимерцементном отношении П/Ц=0,01-0,2.
Недостатком известного решения является необходимость использования дополнительных специальных компонентов в бетонной смеси, что удорожает готовое изделие.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является патент РФ на полезную модель №99580 (приор. 23.04.2010, опубликовано 20.11.2010), взятом в качестве прототипа. В патенте описана труба с балластным покрытием, содержащая центральную трубу, оболочку, установленную соосно центральной трубе с образованием кольцевого пространства, имеющую внутренний диаметр больший, чем наружный диаметр центральной трубы, опорно-направляющее устройство, состоящее из центраторов, и балластный материал. Причем между центральной трубой и балластным материалом нанесен слой пенополиуретана, на котором распределены и закреплены центраторы. Внутри балластного материала расположен арматурный каркас с фиксаторами, удерживающими арматурный каркас на слое пенополиуретана. При этом арматурный каркас имеет, по меньшей мере, четыре продольные арматуры, на которые навита по спирали с равным шагом поперечная арматура. Соединение продольной и поперечной арматуры осуществлено с помощью вязальной проволоки и/или сварки. В качестве балластного материала использована бетонная смесь.
Недостатком прототипа является то, что центраторы используются только для центрирования оболочки, установленной соосно центральной трубе. При этом арматурный каркас, являющийся армирующим элементом балластного покрытия из бетона, удерживается на слое пенополиуритана фиксаторами. Это приводит к тому, что арматурный каркас в процессе заливки бетона в опалубку может смещаться поперек оси трубы, создавая неравномерность жесткости бетонного покрытия трубы в целом.
Также существенным недостатком технического решения, примененного в прототипе, является значительный наружный диаметр и вес трубной конструкции, обусловленный нанесением балластной бетонной смеси повышенной плотности, что связано с непосредственным назначением изделия - установкой в местах водных переходов. При этом повышенный вес трубы и ее размеры создают дополнительные трудности при транспортировки трубы до места строительства трубопровода.
Задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является создание конструкции теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием повышенной прочности, в частности для сохранения заданных технических параметров конструкции - защиты слоя тепловой изоляции от доступа влаги из-за повреждений гидроизоляционного слоя, с весовыми характеристиками, пригодными для транспортировки в сложных климатических условия при строительстве объектов арктических нефтегазовых сооружений.
Техническим результатом, который достигается в заявленной полезной модели, является гарантирование заданной прочности наружного бетонного покрытия, что позволяет получить надежную защиту теплогидроизоляционного слоя трубы от внешних разнонаправленных механических воздействий.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием содержит центральную трубу, проводящую вещество в газообразном или жидком состоянии, первый кольцевой слой тепловой изоляции в гидрозащитной оболочке, размещенный соосно центральной трубе на ее внешней поверхности, второй кольцевой слой бетонного покрытия, размещенный на поверхности гидрозащитной оболочки тепловой изоляции соосно центральной трубе, и армирующий каркас кольцевого слоя бетонного покрытия. Причем армирующий каркас кольцевого слоя бетонного покрытия установлен на центраторы. Центраторы распределены и закреплены на наружной поверхности гидрозащитной оболочки кольцевого слоя тепловой изоляции. Армирующий каркас имеет, по меньшей мере, три продольных элемента арматуры, с которыми соединена элементы поперечной арматуры. При этом слой бетонного покрытия нанесен методом закачки под давлением в опалубку.
В частном случае первый кольцевой слой тепловой изоляции состоит из металлополимерной гидрозащитной оболочки, заполненной тепловой изоляцией.
В частном случае первый кольцевой слой тепловой изоляции состоит из полимерной гидрозащитной оболочки, заполненной тепловой изоляцией.
Армирующий каркас может быть выполнен из металла. Также армирующий каркас может быть выполнен из неметаллических материалов.
Предпочтительно, чтобы поперечная арматура была выполнена методом спиральной навивки с шагом не менее 30 мм. Также возможно выполнение поперечной арматуры в виде кольцевой навивки с шагом не менее 30 мм.
В случае использования в качестве армирующего каркаса сетки, размер ее ячейки должен быть не менее 30х30 мм.
Армирующая сетка может быть выполнена из металла. Также армирующая сетка может быть выполнена из неметаллических материалов.
Центраторы армирующего каркаса могут быть полимерными, деревянными, бетонными или металлическими.
В частном случае опалубка для закачки под давлением слоя бетонного покрытия может быть выполнена съемной.
В частном случае опалубка для закачки под давлением слоя бетонного покрытия может быть выполнена несъемной в виде внешней оболочки.
То, что армирующий каркас слоя бетонного покрытия установлен на центраторы, которые распределены и закреплены на наружной поверхности кольцевого слоя тепловой изоляции, позволяет разместить армирующий каркас внутри нанесенного слоя бетонного покрытия ближе к средней зоне, обеспечивая прочность самого бетонного покрытия. Установка армирующего каркаса слоя бетонного покрытия на центраторы также позволяет расположить слой бетонного покрытия коаксиально проводящей трубе для обеспечения равной толщины бетона по всей длине конструкции. Это дает возможность минимизировать толщину слоя бетонного покрытия и избежать контакта армирующего каркаса с кольцевым слоем тепловой изоляции в целях исключения нарушения гидроизоляции теплового слоя и дисбаланса при использовании конструкции, например при транспортировке, хранении и строительстве.
Также наличие центраторов, распределенных и закрепленных на наружной поверхности кольцевого слоя тепловой изоляции, позволяют избежать деформацию армирующего каркаса при формировании слоя бетонного покрытия методом закачки бетонной смеси в опалубку под давлением.
Центраторы, прочно закрепленные на поверхности первого кольцевого слоя тепловой изоляции и при этом заделанные в армированный слой бетонного покрытия, служат якорными элементами, увеличивающими сопротивление сдвигу слоя бетонного покрытия относительно слоя тепловой изоляции, например при укладке труб методом протаскивания по поверхности или при горизонтально направленном бурении.
Таким образом предложенная в полезной модели конструкция теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием, сформированным на армирующем каркасе, установленном на центраторах, позволяет исключить возможное отклонение армирующего каркаса слоя бетонного покрытия от проектного положения, что гарантирует заданную прочность и минимизирует толщину слоя бетонного покрытия.
При этом конструкция армирующего каркаса может иметь три продольных элемента арматуры, с которыми соединены элементы поперечной арматуры диаметром от 3 мм, расположенные с расстоянием между соседними элементами не менее 30 мм, что позволяет снизить общий вес теплоизолированной трубы с бетонным покрытием. Предложенные в полезной модели конструкционные элементы позволяют наносить бетонное покрытие методом закачки в опалубку под давлением, при этом гарантировать постоянство положения армирующего каркаса без образования пустот и неровностей внешнего слоя покрытия.
В качестве армирующего каркаса может использоваться сеткас размером ячейки не менее 30х30 мм, также установленная на центраторы, которые распределены и закреплены на наружной поверхности кольцевого слоя тепловой изоляции. При этом армирующая сетка каркаса может быть изготовлена как из металлических, так и из неметаллических материалов.
Материал центраторов армирующего каркаса может быть полимерным, деревянным, бетонным или металлическим.
В последующем заявляемое техническое решение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - продольный разрез теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием;
фиг. 2 - поперечный разрез теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием;
фиг. 3 - варианты выполнения центраторов.
Теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием, представленная на фиг. 1 и 2 состоит из центральной трубы 1 для транспортировки жидкости или газа, на которую нанесен кольцевой слой 2 тепловой изоляции. В конкретном примере это слой пенополиуретана. На кольцевом слое 2 тепловой изоляции выполнен кольцевой слой 3 бетонного покрытия. Кольцевой слой 3 бетонного покрытия снабжен армирующим каркасом 4.
Армирующий каркас 4 может быть выполнен из арматуры, расположенной продольно и поперечно. При этом поперечно установленная арматура выполнена в виде спиральной навивки с шагом не менее 30 мм. Продольно и поперечно расположенная арматура может быть соединена между собой вязальной проволокой или сваркой.
Другим вариантом выполнения армирующего каркаса 4 может быть сетка. Причем сетка может быть как металлическая, так и может быть выполнена из неметаллического материала.
В любом случае согласно представленной полезной модели, армирующий каркас 4 установлен на центраторы 5, которые обеспечивают его проектное положение внутри кольцевого слоя 3 бетонного покрытия.
Центраторы 5 устанавливают и надежно закрепляют на кольцевом слое 2 тепловой изоляции. После этого на центраторы 5 устанавливают армирующий каркас 4.
Сборка заявляемой теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием и каркасом осуществляется следующим образом.
При изготовлении центральной трубы 1 на ее поверхность наносится трехслойное полиэтиленовое покрытие 6, которое с концов центральной трубы счищается. Затем на центральную трубу 1 наносят кольцевой слой 2 тепловой изоляции, в конкретном случае это слой пенополиуретана. Слой 2 тепловой изоляции, например пенополиуретана, наносят следующим образом. На центральную трубу 1 соосно устанавливают гидрозащитную оболочку7, изготовленную в виде трубы, методом навивки стальной ленты с полиэтиленовым покрытием (металлополимерная оболочка) или изготовленную из полиэтилена методом экструзии (полимерная оболочка). Гидрозащитную оболочку7 герметизируют путем установки на ее концах технологических заглушек. В заглушках расположены отверстия для заливки пенополиуретана и выхода вытесняемого воздуха (на чертежах не показаны).При этом оставляют выпуски центральной трубы 1 порядка 15-45 см.Затем производят заливку в межтрубное пространство пенополиуретана через отверстие в заглушке со стороны поднятого конца трубы (труба устанавливается с уклоном до 5°). В процессе вспенивания пенополиуретана, происходит заполнение межтрубного пространства по направлению снизу вверх с одновременным вытеснением из него воздуха через воздушные отверстия в верхней заглушке.
После закачивания под гидрозащитную оболочку 7 и затвердения пенополиуретана, гидрозащитную оболочку 7 предпочтительно оставить для предохранения от механических повреждений при установке на слой 2 тепловой изоляции центраторов 5 и армирующий каркас 4.
Пенополиуретан обладает очень низким коэффициентом теплопроводности - 0,05 Вт/(м*К), что при толщине слоя равным 80 мм, дает сопротивление теплопередаче 1,6 (м*К)/Вт. Пенополиуретан очень устойчив к воздействию внешних факторов, он не разрушается под воздействием ультрафиолета, солей, кислот до 10% и щелочей,но гиргоскопичен и требует защиты от влаги. При намокании его коэффициент теплопроводности существенно возрастает (от 30 до 50% от показателей сухого состояния).
Для защиты от влаги после полимеризации пенополиуретана торцевые поверхности кольцевого слоя 2 тепловой изоляции защищают термоусаживающимися манжетами 8, герметизирующими кольцевой слой 2 тепловой изоляции от попадания влаги или наносят другую защиту от намокания слоя пенополиуретана при транспортировке, хранении, строительстве и эксплуатации.
Далее на внешнюю поверхность гидрозащитной оболочки 7 монтируют армирующий каркас 4, который изготавливают из продольной арматуры, на которую по спирали с равным шагом навивают поперечную арматуру. Продольную и поперечную арматуру соединяют с помощью вязальной проволоки и/или сварки. В качестве армирующего каркаса 4 может быть использована сетка, которая свернута в виде цилиндра и скреплена проволокой или сварена.
Смонтированный армирующий каркас 4 закрепляют на гидрозащитной оболочке 7 слоя 2 тепловой изоляции при помощи центраторов 5. Варианты центраторов представлены на фиг. 3а, 3б, 3в, 3г, 3д, однако могут быть использованы и другие варианты центраторов 5.
Для этого центраторы 5 устанавливают на металлическую или полимерную стягивающую ленту. Возможно несколько вариантов установки центраторов 5 на стягивающую ленту. Например, в случае использования центраторов 5, показанных на фиг.3а, необходимое количество центраторов 5 соединяют стягивающей лентой, продевая ее в сквозной паз 9. Стягивающую ленту с центраторами 5 оборачивают вокруг слоя 2 тепловой изоляции, распределяют согласно конструкторской документации, затем натягивают стягивающую ленту натяжителем ленты и закрепляют.
В случае использования центраторов 5, показанных на фиг.3б-3д, их первоначально крепят к стягивающей ленте, например, винтами. Затем стягивающую ленту с уже с установленными центраторами 5 оборачивают вокруг гидрозащитной оболочки 7 слоя 2 тепловой изоляции, натягивают стягивающую ленту натяжителем ленты и закрепляют. Все используемые центраторы 5 снабжены продольными пазами 10 для установки в него элементов арматуры.
При технологической необходимости возможна установка центраторов 5 поодиночке, при этом их располагают в порядке, обеспечивающем расклинивание арматурного каркаса 4 на слое 2 тепловой изоляции.
Как правило, центраторы 5 в стандартном исполнении располагаются на 10-12-3-6 или 9-12-3-5-7 часов по циферблату в зависимости от требований к эксцентричности каркаса, что позволяет надежно и просто установить армирующий каркас 4.
Центраторы 5 распределены и закреплены на наружной поверхности гидрозащитной оболочке 7 кольцевого слоя 2 тепловой изоляции по следующим причинам:
армирующий каркас 4, закрепленный на центраторах 5, должен находиться внутри нанесенного кольцевого слоя 3 бетонного покрытия ближе к его средней зоне, обеспечивая собственно прочность самого бетонного покрытия;
армирующий каркас 4 должен быть расположен коаксиально центральной трубе 1 для обеспечения равной толщины бетона по всей длине конструкции, чтобы избежать существенного дисбаланса при использовании конструкции в процессе монтажа, строительства;
центраторы 5 должны быть прочно закреплены на поверхности гидрозащитной оболочки 7 слоя 2 тепловой изоляции, так как заделанные в армированное бетонное покрытие они служат якорным элементом, увеличивающим усилие сдвига кольцевого слоя 3 бетонного покрытия относительно слоя 2 тепловой изоляции, например при укладке трубопровода методом протаскивания или ГНБ;
центраторы 5 должны быть распределены таким образом, чтобы исключить деформацию или сдвиг армирующего каркаса 4.
В пазы 10 центраторов 5 размещают поперечные элементы армирующего каркаса 4. Это позволяет надежно и коаксиально центральной трубе 1 закрепить весь армирующий каркас 4. Что, в свою очередь позволяет обеспечить равную толщину слоя 3 бетонного покрытия по всей длине конструкции теплоизолированной трубы с бетонным покрытием.
Следующим этапом изготовление является заливка бетонной смеси в установленную опалубку 11для формирования слоя 3 бетонного покрытия. Для этого сверху армирующего каркаса 4 формируют опалубку 11. Опалубка 11 может быть выполнена из различных материалов (металл, металлополимер, полимер). Материал опалубки 11 выбирается из условий, в которых будет эксплуатироваться теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием. Опалубка 11 устанавливается на центрирующих опорах 12, закрепленных металлической лентой, как это показано на фиг.2.
Устанавливают по торцам опалубки 11 две кольцевые заглушки с уплотнительными резиновыми кольцами, при этом одна из заглушек имеет горловину для закачивания бетонной смеси, а вторая заглушка снабжена отверстием для выхода воздуха. Собранную конструкцию снимают со сборочного стенда и укладывают в ложементе. Бетонную смесь закачивают через горловину заглушки при помощи бетононасоса. Опалубка 11 после набора слоем 3 бетонного покрытия заданной прочности может быть снята.
Сборка заявляемой теплоизолированной трубы с бетонным покрытием и армирующим каркасом 4, в виде сетки осуществляется аналогичным образом.
Предложенная полезная модель обеспечивает стабильное положение армирующего каркаса 4 при закачке бетонной смеси под давлением для формирования слоя 3 бетонного покрытия и исключает потерю его проектного положения внутри слоя 3 бетонного покрытия. Это позволяет достичь заявляемый технический результат - гарантирование заданной толщины и прочности наружного бетонного покрытия, что позволяет получить надежную защиту теплоизолированной трубы от внешних разнонаправленных механических воздействий.