СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УКЛАДКИ ПОЛИМЕРНОГО ТРУБОПРОВОДА
POLYMER PIPELINE MANUFACTURING AND LAYING METHOD

Изобретение относится к области прокладки коммуникаций по дну водного бассейна, а более конкретно - к способу изготовления и укладки трубопровода по дну водного бассейна, например, моря.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для изготовления и укладки, по меньшей мере, полимерных, многослойных полимерных и металлополимерных трубопроводов по дну водного бассейна для транспортировки газовых и жидких сред.. Например, для прокладки газовых трубопроводов по дну моря.
Известна заявка на изобретение RU 2009126768 "Способ соединения труб, устройство для создания подводных трубопроводов и судно для укладки подводного трубопровода, содержащее указанное устройство".
Данный способ осуществляют за несколько технологических стадий, заключающихся в том, что изготавливают металлические трубы одним из известных способов (протяжкой цельнотянутых труб или сваркой из ленты), разрезают трубу на куски мерной длины, загружают трубы на транспортное судно, перемещают трубы к месту прокладки трубопровода, перегружают трубы на несущее судно, сваривают трубы, наносят на наружную поверхность труб изоляционный материал экструзией вязкой пластмассы (например битума), наматывают защитный лист, закрепляют на наружной поверхности труб груз (например грузы из железобетонных блоков, закрепленных по длине трубы с определенным шагом, или наносят на поверхность быстротвердеющий состав из материала повышенной плотности, (например, наматывают на наружную поверхность по спирали грузовую толстостенную ленту), затем опускают сваренный трубопровод по направляющим, закрепленным на поплавках на дно водоема.
При применении данного способа металлические трубы подвержены коррозии, при укладке на дно водоема происходят значительные деформации трубопровода, которые создают большие местные напряжения в стенках трубы и отслаивание изоляционного слоя и/или грузового слоя.
В последнее время для прокладки трубопровода все чаще используют полимерные трубы, которые имеют ряд преимуществ, а именно они не подвержены коррозии в агрессивной среде, например в морской воде. Известен патент на изобретение RU 2126926 "Способ укладки трубопровода", который описывает способ/укладки трубопровода из комбинированных, например, бипластмассовых труб.
Данный способ осуществляют за несколько технологических стадий, заключающихся в монтаже труб в плеть, переносе плети в траншею, сборке в трубопровод и засыпке. При этом стыковку плети с трубопроводом ведут с поворотом ее вокруг своей, оси с предварительным замером усилия смещения плети. Затем конец трубопровода и концы плети устанавливают по осям на одном уровне, с последующей сваркой стыка, установкой элементов клее-механического соединения и полимеризации стыка.
Указанный способ осуществляют за несколько технологических стадий, поэтому требуется перемещение труб мерной длины, загрузку на несущее судно, сварку труб. Это усложняет и удорожает данный способ. При этом в месте сварки материал труб меняет свои свойства относительно основного материала трубы, что приводит к снижению прочности трубы в месте сварки или на границе сварочного шва и материала основной части трубы.
Известен способ прокладки трубопроводов из многослойных полимерных труб, в которых используются свойства различных полимерных материалов. Применение многослойных полимерных труб значительно снижает газопроницаемость труб и повышает их прочность, улучшает другие свойства, но в месте сварки трубопровода происходит смешение полимерных слоев, что приводит к значительному ухудшению свойств стенки трубопровода в местах сварки, а производить соединение таких труб с помощью соответствующих фитингов очень дорогостоящий процесс. Различия свойств материала являются причиной разрыва трубопровода в сварочном шве либо рядом со швом. При сварке многослойных труб происходит смешение полимеров, что приводит к нарушению прочностных свойств и причиной потери трубопроводами свойств многослойных полимеров, например, увеличение газопроницаемости, и также может привести разрыву трубопровода.
Кроме того, при сварке готовых труб, практически невозможно обеспечить одинаковость свойств полимерных труб из разных партий из за различий в качестве материалов труб и разных сроках хранения до сварки, что также отрицательно сказывается на качестве швов.
Прочностные свойства особенно важны при прокладки трубопроводов по дну водоема, в связи с тем, что трубопровод воспринимают большие нагрузки, от давления воды на глубине прокладки трубопровода, от течений воды, от давления и гидроударов перекачиваемой жидкости, от деформаций при укладке на рельефе дна и другие, при этом трубопровод должен перемещать продукт (например, нефть или газ) с максимальным расходом и соответственно максимально допустимым давлением. Также в случае разрыва трубопровода требуются большие затраты на восстановление трубопровода, устранения урона экологии. Разрыв трубопровода может также привести к катастрофическим последствиям в виде взрыва газа или разливу агрессивных жидкостей (например, нефти). Трубопровод особенно большой протяженности очень уязвимая конструкция, в связи с тем, что трудно обеспечить равнопрочность всех элементов конструкции, а именно трубы, на всей протяженности, и даже одно место или соединение трубопровода с пониженными прочностными приводит к выходу из строя всего трубопровода. Равнопрочность конструкции особенно важна в устройстве трубопроводов. Особенно это важно при прокладке трубопроводов большой протяженности, например по дну моря.
В основу настоящего изобретения поставлена задача создать способ прокладки полимерных бесшовных трубопроводов с такой единой технологической стадией изготовления и прокладки трубопровода, которая позволила бы еще более упростить технологию изготовления, а также позволила производить прокладку полимерного трубопровода и создавать трубопроводы повышенной прочности, увеличить срок их эксплуатации, обеспечить повышенную надежность, увеличить пропускную способность, снизить удельные затраты при прокладке трубопроводов, уменьшить затраты энергии при производстве, уменьшить амортизационные отчисления при эксплуатации трубопроводов, снизить время прокладки трубопровода, уменьшить затраты на изготовление и укладку трубопроводов, обеспечить удобство погрузки исходного материала из транспортных судов на несущее судно, применять многослойные бесшовные трубы.
Эта задача решена созданием способа изготовления и укладки трубопровода на дне водоема, включающего формирование трубы в шнековом экструдере, охлаждение трубы в емкости с охлаждающей жидкостью, закрепление груза на наружной поверхности трубы, опускание трубопровода на глубину, укладку на дно водоема, при этом, согласно изобретению, синхронизируют этапы изготовления и укладки трубопровода в едином непрерывном технологическом процессе, при котором трубу формируют бесшовно и непрерывно на шнековом экструдере, размещенном на несущем судне, на котором между емкостью с охлаждающей жидкостью и дном водоема размещают компенсационную петлю, производят ее укладку на дно водоема, при этом позволяют трубе деформацию, повторяющую неровности дна водоема.
Использование предлагаемого изобретения позволяет за одну технологическую стадию изготовить трубопровод, уложить на дно водоема.
Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить повышенную прочность трубопровода. Прочность трубопровода увеличивается за счет того, что относительно прототипа в предлагаемом изобретении исключены стадии резки и последующей сварки полимерной трубы. Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить повышенную надежность конструкции, относительно прототипа. Отсутствие сварочных швов обеспечивает равнопрочность трубопровода по всей длине, так как он не имеет ослабленных мест в виде сварочных швов. Кроме того укладка трубопровода происходит после изготовления полимерных труб в экструдере Трубопровод легко деформируется при укладке на неровности дна, не создавая мест повышенной концентрации напряжений. Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить срок эксплуатации трубопроводов исходя из повышенной надежности и прочности трубопровода.
Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить пропускную способность трубопровода, допуская повышение давления перекачиваемого газообразного или жидкого продукта в трубопроводе повышенной прочности и надежности.
Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить снижение затрат при производстве трубопроводов в связи с тем, что исключены стадии резки труб на куски мерной длины и последующей их сварки. Кроме того транспортирование и перегрузка труб мерной длины с транспортных судов на несущее судно более сложно, требует больше места для складирования и соответственно требует больших затрат, чем перегрузка гранулированных полимеров пневмотранспортом по гибкому трубопроводу с одного судна на другое особенно в условиях повышенной качки судна.
Использование предлагаемого изобретения позволяет также обеспечить уменьшение затраты энергии при изготовлении труб, так как значительная часть энергии при производстве труб затрачивается на охлаждение горячей трубы сформированной в экструдере. Для уменьшения энергозатрат целесообразно использовать для охлаждения воду водоема непосредственно или через теплообменники.
Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить уменьшение амортизационные отчисления при эксплуатации трубопроводов, так как повышенная надежность конструкции увеличивает интервал времени между техническими регламентными работами по обслуживанию трубопроводов.
Использование предлагаемого изобретения; позволяет обеспечить уменьшение времени прокладки трубопровода в связи с непрерывным процессом производства, укладки трубопровода. Использование предлагаемого изобретения позволяет прокладывать трубопроводы из многослойной бесшовной трубы, применяя метод многослойной соэкструзии в многошнековом эскструдере.
Полезно, чтобы применяли многослойную соэкструзию различных полимерных материалов в многошнековом соэкструдере и формировать бесшовную многослойную трубу.
Целесообразно, чтобы в качестве исходного материала для металлопластиковой многослойной бесшовной трубы использовали разные полимеры и металлонаполненные полимеры.
В отношении к внутренней среде полимерные трубы характеризуются низкой склонностью к коррозионным отложениям. В связи с высокими диэлектрическими свойствами пластмасс отпадает необходимость в дополнительной защите трубопроводов от коррозии, вызванной блуждающими токами. Пластиковые трубы имеют значительно меньший вес, что существенно облегчает их транспортировку и монтаж, а гибкость труб позволяет легко копировать рельеф дна водоема. К эксплуатационным преимуществам относится гладкость внутренней поверхности, обеспечивающей повышенную пропускную способность трубопроводов, а особое соотношение прочности и эластичности снижает чувствительность к гидравлическим ударам и не допускает разрушения стенки трубы при замерзании жидкости (например, воды) в трубопроводе. Для достижения высоких прочностных и барьерных свойств применяются многослойные полимерные и металлополимерные трубы. Упрочненная внешняя поверхность труб и другие преимущества достигается путем создания многослойных труб в процессе многослойной соэкструзии, при этом каждый слой несет свои функциональные нагрузки (например, прочность, пластичность, газопроницаемость, отсутствие поглощения влаги и другие).
Желательно, чтобы исходные полимерные материалы перегружали пневмотранспортом с транспортного судна на несущее.
Желательно, чтобы установку для изготовления и укладки труб размещали на самоходной машине и укладывают трубопровод на опоры.
Для лучшего понимания изобретения ниже приведены конкретные схемы его выполнения со ссылками на прилагаемые чертеж, на которых,
фиг.1 схематично изображает процесс изготовления и укладки трубопровода на дно водоема, согласно изобретению,
фиг.2 схематично изображает процесс изготовления и укладки трубопровода на дно водоема, согласно изобретению, место А из фиг.1 в увеличенном масштабе,
фиг.3 схематично изображает процесс изготовления и укладки трубопровода на дно водоема, согласно изобретению, место Б из фиг.1 в увеличенном масштабе.
Как было указано выше, предлагаемый способ касается прокладки трубопровода по дну водоема, а более конкретно - к способу изготовления и укладки полимерного трубопровода по дну водоема, например по дну моря.
Рассмотрим вариант осуществления предлагаемого способа, предназначенного для изготовления и укладки полимерного трубопровода по дну водоема.
Предлагаемый способ, в соответствии с изобретением, предусматривает использование в качестве исходного материала гранулированные полимерные материал 1. Транспортируют исходный материал 1 транспортными судами 2 на место укладки полимерного трубопровода. Полимерный материал 1 подают из транспортного судна 2 в приемный бункер 3 несущего судна 4 с помощью пневмотранспорта по трубам 5. Полимерный материал 1 передают с помощью пневмотранспорта из приемного бункера 3 в шнековый экструдер 6 по трубам 7.
Полимерный материал 1 разогревают и перемешивают шнеком экструдера 6. Расплав полимера подают под давлением на кольцевую фильеру 8.
Сформованную горячую трубу 9 из экструдера 6 подают в охлаждающую ванну 10. На охлажденную трубу закрепляют груз 11 например, слой быстротвердеющей пасты, или грузовую ленту, или отдельные грузы с крепежом для компенсации плавучести трубы 9. По направляющим 12, закрепленных на поплавках 13 трубу 9 погружают на дно 14 водоема 15.
На несущем судне 4 целесообразно иметь мощную энергетическую установку 16 для обеспечения энергией шнекового экструдера 6 и других механизмов. Для компенсации неравномерности хода несущего судна 4 на трубе 9 после охлаждающих ванн 10 устраивают компенсационную петлю 17. После опускания на дно 14 водоема 15, трубу 9 укладывают на рельеф 18 дна 14.
Труба 9 принимает форму рельефа 18 дна 14. Изобретение предусматривает возможность использования воды из водоема 15 для заполнения охлаждающих ванн 10 по трубам 19 и сброс воды из ванн 10 по трубам 20.
Формирование бесшовных полимерных труб 9 может быть осуществлено любыми другими известными в настоящее время методами, например многослойной соэкструзией многослойных труб из различных полимеров, в том числе и металлонаполненных.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает упрощение технологии изготовлении и укладки полимерного трубопровода на дне водоема при обеспечении возможности прокладки бесшовного трубопровода из многослойной полимерной.