Установка для смешивания и нанесения защитного состава на внутреннюю поверхность трубопроводов
INSTALLATION FOR MIXING AND APPLYING PROTECTIVE COMPOSITION TO THE INNER SURFACE OF PIPELINES

Область техники
Изобретение относится к области химического оборудования и может найти применение при изготовлении, ремонте, плановом обслуживании трубопроводов, как бытового, так и промышленного назначения, требующих нанесение защитного, в частности, антикоррозионного покрытия.
Уровень техники
В предшествующем уровне техники широко представлены различные типы устройств, производящих смешивание различных композиций, растворов, которые впоследствии используются в качестве защитных покрытий на поверхностях из различных материалов.
В частности, известны устройства, у которых смешивание компонентов производится в трубопроводе непосредственно перед распылением, подача компонентов производится насосом высокого давления по шлангам. Каждый компонент подается по своему шлангу. Большие габариты узла смешивания и распыления компонентов не позволяют проходить углы поворота трубопровода свыше 30°, также ограничения есть по диаметрам ремонтируемых трубопроводов (обычно это не менее 150 мм).
Из патента RU 2429056 С2, 20.09.2011, B01F 5/00, известно устройство для смешивания, по меньшей мере, двух отдельных потоков компонентов, которые при смешивании образуют комбинированный поток текучей среды, при этом устройство содержит: первый канал, выполненный с возможностью сообщения с одним из, по меньшей мере, двух отдельных потоков; второй канал, выполненный с возможностью сообщения с другим из, по меньшей мере, двух отдельных потоков; пористый смешивающий элемент, сообщающийся с каждым из первого и второго каналов, содержащий трехмерную решетчатую структуру, образующую множество извилистых соединенных между собой сквозных каналов, причем пористый смешивающий элемент имеет физические характеристики для удовлетворительного смешивания потоков компонентов комбинированного потока текучей среды, причем упомянутые характеристики содержат выбранное одно или более из среднего размера проточных пор, толщины и пористости, при этом результат произведения среднего размера проточных пор, толщины и пористости пористого смешивающего элемента находится в пределах интервала приблизительно от 0,016 до 0,055.
Из патента RU 2635800 С1, 16.11.2017, B01F 5/10, известна передвижная установка для приготовления раствора бинарной смеси для термохимической обработки нефтегазоносного пласта, содержащая воронку для подачи сухого порошкообразного материала, циркуляционный насос, осреднительную емкость для смешения порошкообразного материала и воды с перемешивающими устройствами, связанную с ней расходную емкость, устройство для нагрева циркуляционной жидкости, систему контроля и управления процессом приготовления раствора и трубопроводную систему, при этом циркуляционный насос выполнен в виде двухфазного насоса-смесителя с центробежным колесом и установленной на его входе дробилкой, воронка для подачи сухого порошкообразного материала установлена на входе в дробилку, осреднительная емкость разделена переливной перегородкой, образующей входную камеру, связанную с выходом из циркуляционного насоса и снабженную фильтрационным отсеком, и выходную камеру, связанную с входом в расходную емкость, при этом в каждой из камер осреднительной емкости установлено по перемешивающему устройству, а устройство для нагрева циркуляционной жидкости включает в себя установленный в фильтрующем отсеке входной камеры стакан с размещенным в нем змеевиком, а также установленные на одной из стенок осреднительной емкости дополнительный нагревательный элемент и паропровод, имеющий возможность соединения с парообразующей установкой, при этом установка снабжена узлом подачи в раствор сухих реагентов, включающим микродозаторы и эжекторный смеситель, связанный пассивным входом с микродозаторами, а активным входом - с расходной емкостью, и узлом подачи в раствор жидких реагентов.
Из патента на полезную модель RU 88061 U1, 27.10.2009, известно мобильное оборудование для приготовления раствора, включающее оборудование для транспортирования сухого порошкообразного материала, оборудование для приготовления жидкости затворения и раствора, систему контроля и управления в реальном времени процессом приготовления раствора, быстроразборную трубопроводную обвязку с запорно-регулирующей арматурой, а оборудование для транспортирования сухого порошкообразного материала оснащено компрессором, ресивером, специальной пневмоворонкой и трубопроводом, а в качестве варианта исполнения - тройником с газовыми кранами, ресивером с газовыми кранами и быстроразъемными соединениями, трубопроводной системой с быстроразъемными соединениями. При этом система контроля и управления в реальном времени включает первичные датчики плотности, уровня, объема и температуры, световое информационное табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для приготовления жидкости затворения, первичные датчики плотности, уровня, объема, температуры, расхода жидкости затворения, частоты вращения дозировочных шнеков, световые информационные табло и автономный блок сбора, обработки, визуализации и документирования измерительной информации на оборудовании для приготовления раствора.
Из патента RU 2223815 С1, 20.02.2004, B01F 11/00, известна система для приготовления эмульсии, содержащая магистраль одного компонента; магистраль другого компонента, включающую фильтр, дозирующее устройство; магистраль эмульсии с первым гидродинамическим диспергатором, выход которого связан со входом дополнительного гидродинамического диспергатора, причем магистраль одного компонента и магистраль другого компонента соединены с первым диспергатором, при этом первый диспергатор имеет резонансный диапазон частот 0,5-15 кГц, а дополнительный диспергатор имеет резонансный диапазон частот 15-365 кГц.
Из патента на полезную модель RU 7619 U1, 16.09.1998, B01F 3/00, известна установка для эмульгирования жидкости с жидкостями, содержащая емкость для основного компонента сырья с патрубками входа и выхода, смеситель с патрубками входа и выхода жидкости и входа дополнительного компонента сырья, подающий насос, вход которого соединен с емкостью для основного компонента сырья и с патрубком выхода жидкости смесителя, запорно-регулирующие вентили, при этом установка снабжена одной или более емкостью для дополнительного компонента сырья с патрубками входа и выхода, причем патрубок выхода этой емкости соединен с помощью установленных запорно-регулирующих вентилей и насоса с патрубком входа дополнительного компонента сырья смесителя, и/или с патрубком входа жидкости смесителя, и/или с помощью запорно-регулирующего вентиля с трубопроводом, соединяющим патрубок выхода смесителя и входной патрубок подающего насоса, кроме того, выходной патрубок подающего насоса соединен с патрубком входа жидкости смесителя. Кроме того, установка снабжена смесительным устройством, например инжектором, посредством которого патрубок выхода емкости для дополнительного компонента сырья соединен с трубопроводом, соединяющим патрубок выхода смесителя и входной патрубок подающего насоса. Смеситель оснащен системой подогрева, состоящей из встроенной в центральную часть корпуса системы труб, соединенной с источником тепла и системы обогрева донной части смесителя, выполненной в виде внешнего кожуха, охватывающего донную часть корпуса смесителя с образованием парового пространства, соединенного с источником пара.
Из патента RU 2627392 C1, 08.08.2017, B01F 3/00, известно устройство для производства модифицированного битумного вяжущего, включающее емкость для смешивания битума с модифицирующими компонентами со змеевиками масляного обогрева, термоизоляцией, облицовкой гальванизированными металлическими листами, люком, шнеком подачи модифицирующих компонентов и скоростным трехлопастным смесителем с электроприводом, обогреваемые термомаслом входные и выходные трубы с шаровыми кранами для подачи, выдачи и/или циркуляции битума, смеси битума с модифицирующим компонентом и/или готового модифицированного битума, последовательно связывающие патрубок забора из емкости, электронасос с инвертером подачи смеси битума с модифицирующим компонентом в коллоидную мельницу, коллоидную мельницу и патрубок сброса в емкость, и электросистему управления, в качестве коллоидной мельницы содержит пассивный гидродинамический диспергатор с каналом переменного сечения в герметичном корпусе для разгона и торможения смеси битума с модифицирующим компонентом и устройством в виде стержней, вызывающим кавитацию при его обтекании указанной смесью, выполненный обогреваемым, битумный фильтр, установленный между емкостью и насосом, датчик контроля температуры битума, установленный на стенку емкости ниже уровня заливки битума, и датчик контроля давления битума с разделительной мембраной, установленный на входе в диспергатор, узел промывки диспергатора в составе емкости для промывочного масла и масляного насоса, связанных трубами с входом и выходом диспергатора через трехходовые краны с обеспечением промывки диспергатора потоком масла в направлении, противоположном направлению потока через диспергатор в цикле модификации битума, а также смеситель с электроприводом в виде лопастного устройства в цилиндрическом внешнем корпусе с забором смеси битума и модификатора из верхних слоев модифицируемого битума и перемещением их в низ емкости.
Общим недостатком указанных устройств является их ограниченная функциональность, как по производимым операциям, так и по условиям применения.
В сравнении с такими устройствами у заявленной установки в трубе находится только распылительная головка установленная на центраторе, к распылительной головке подается уже смешанный, готовый к напылению полимерный состав по одному шлангу. Центратор и распылительная головка небольших габаритов, что позволяет проходить все углы поворота трубопровода до 90°, диаметр ремонтируемых трубопроводов от DN80 мм до 1400 мм и более.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании устройства, которое расширяет свои функциональные возможности за счет совмещения функции смешивания и нанесения полученной композиции на внутреннюю поверхность трубопровода.
Раскрытие сущности изобретения
Поставленная проблема решается за счет того, что мобильная установка для смешивания компонентов смеси и последующего нанесения полученной смеси на внутреннюю поверхность трубопроводов, согласно изобретению, установлена на раме с колесами и включает в себя два симметрично расположенных подающих контура, каждый из которых связан с соответствующей емкостью, оснащенные крышками с уплотнителями, для возможности подачи в них компонентов смеси А и Б, при этом днище каждой емкости выполнено плоским и имеет уклон в сторону своего заборного отверстия, снабженного с внешней стороны емкости выходным патрубком с установленным на нем шаровым краном, при этом под плоским днищем каждой емкости установлены нагревательные пластины для автоматического подогрева емкостей, а в нижней части емкостей установлены датчики для контроля температуры компонентов; указанный выше патрубок каждой емкости соединен со своим сетчатым фильтром-грязеуловителем, выход из которого соединен с соответствующими приемными камерами поршневых насосов с общим пневмоприводом, при этом на цилиндр каждого из насосов установлен обогревающий кабель, на выходе каждого из насосов установлен манометр давления, который связан шлангом высокого давления с трехходовым краном, выполненный с возможностью подачи соответствующего компонента смеси либо обратно в емкость, либо далее в общую камеру смешивания компонентов смеси, в которой установлен  статический смеситель с шлангом высокого давления, представляющий собой подающий шланг, на конце которого установлен центратор с распылительной головкой для возможности его ввода в трубопровод и нанесения полученного состава на внутреннюю поверхность трубопроводов;  при этом установка снабжена системой промывки от компонентов смеси, включающая поршневой насос со своим пневмоприводом, связанный шлангом высокого давления с трехходовым краном с возможностью подачи через него промывочной жидкости в общую камеру смешивания компонентов смеси со статическим смесителем.
Установка содержит щит управления, выполненный, в частности, с возможностью регулировки температуры нагрева компонентов в емкостях, индикации температуры компонентов в баках, подогрева шлангов высокого давления, насосов, включения и смены направления вращения распылителя, изменение режимом подачи компонентов, а также с возможностью регулирования работы промывочного насоса.
Кроме того, поставленная проблема решается за счет способа смешивания компонентов смеси при помощи приведенной выше установки, согласно которому, компоненты А и Б  смеси раздельно подают по соответствующему подающему контуру в подогреваемые емкости, снабженные датчиками контроля температуры компонентов смеси, далее через соответствующие фильтры-грязеуловители, где осуществляют очистку компонентов от твердых частиц, и через камеру поршневого насоса, осуществляют  подачу компонентов смеси в общую камеру смешивания компонентов смеси, с установленным в ней
статическим смесителем, где осуществляют смешение компонентов А и Б, с образованием единой смеси, и последующую подачу образованной смеси через выпускное отверстие камеры смешения в подающий шланг, снабженный центратором с распылительной головкой.
Поставленная проблема решается также за счет способа нанесения смеси, полученной описанной выше способом, на внутреннюю поверхность трубопроводов при помощи описанной выше установки, согласно которому полученную смесь вводят в подающий шланг, снабженный центратором с распылительной головкой, после чего осуществляют перемещение центратора внутри трубопровода и нанесение указанной смеси на его внутреннюю стенку.
Техническим результатом изобретения является создание более удобной конструкции установки, сочетающей в себе функции мобильности и надежности, обладающей меньшей массой и габаритами, позволяющей получение однородной смеси, а также возможность ее нанесения в трубопроводах диаметром от 80 мм и прохождения углов поворота трубопровода до 90°.
Осуществление изобретения
В данном разделе будет приведен предпочтительный вариант осуществления изобретения, который, как это понятно специалисту, не исключает других возможных вариантов явным образом вытекающих из существа заявленного изобретения.
В мобильной установке смешиваются компоненты полимерной композиции. Полимерная композиция состоит из Компонента А - и Компонента Б - отвердитель.
Компонент А представляет себя, например, эпоксидно-диановую смолу, компонент Б - отвердитель, представляющий собой композицию: смесь полиэтиленполиаминов технических, пластификаторов, наполнителей, в качестве которых использованы, например, смесь полиэтиленполиаминов технических, пластификаторов, наполнителей, в качестве которых использованы, например микрокальцит, флотореагент, полиэтиленполиамины технические, ди-н-бутиловый эфир ортофталевой кислоты, двуокись титана пигментная, диоксид кремния, дибутилфталат.
Полимерная композиция применяется для антикоррозионной защиты внутренней поверхности трубопроводов, используемых по различным назначениям.
Рабочая температура эксплуатации композиции от минус 60°С до плюс 130°С.
Перед применением компоненты полимерной композиции заливают в емкости мобильной установки смешивания. В емкостях компоненты нагревают до 30 градусов. Одновременно с нагревом в течение 20 минут компоненты перемешиваются в режиме рециркуляции. По достижении указанных параметров компоненты приобретают необходимую текучесть для смешивания. Компоненты А и Б смешиваются в соотношении 1:1 через статический смеситель, и далее готовая смесь через распылительную головку наносится на поверхность трубопровода. Время полимеризации готовой смеси при температуре окружающей среды +20 и более градусов - 1 час, время полного отверждения -7 часов.
Установка выполняет функции по подготовке и смешиванию компонентов, после чего готовый двухкомпонентный полимерный состав подается в трубопровод:
- в емкости (баки), оборудованные подогревом, объемом по 20 л каждый заливаются компоненты «А» и «Б»;
- компоненты подогреваются в емкостях до температуры от +35 до +50°С (в зависимости от температуры окружающей среды), при подогреве производится их рециркуляция (перемешивание) с целью равномерного прогрева компонентов по всему объему емкостей (баков);
- после подогрева компонентов до необходимой температуры производится их смешивание в статическом смесителе и подача по шлангу к напылителю готового полимерного состава;
- подача полимерного состава производится двумя насосами от одного пневматического привода;
- после проведения работ шланги и статический смеситель промываются промывочной жидкостью, подача которой производится насосом очистки со своим пневматическим приводом;
- продувка промывочной жидкости из машины смешивания и шлангов.
Установка имеет два симметричных контура для подачи компонентов: по одному поступает компонент «А», а по второму - компонет «Б», которые впоследствии соединяются перед статическим смесителем, в котором происходит смешивание компонентов в пропорции 1:1.
Компоненты полимерного состава заливаются в емкости (баки) объемом по 20 л. каждый. Баки прямоугольной формы установлены на раме с колесами для легкого перемещения машины и оснащены крышками с уплотнителями для недопущения загрязнения компонентов. Рама также оснащена креплениями для установки узлов и деталей машины смешивания (насосов, пневмоприводов, щита управления, запорной арматуры и технологической обвязки). В нижней части баков установлены датчики, для контроля температуры компонентов. Под плоским днищем баков установлены нагревательные пластины мощностью 400 Вт для автоматического подогрева баков.
Из патрубков диаметром  дюйма, расположенных на дне баков, компоненты по трубкам диаметром  дюйма поступают к фильтрам-грязеуловителям, в которых установлена сетка с ячейками 1×1 мм, не допускающая попадание твердых мелких частиц на прием насосов. Для возможности очистки фильтров перед ними установлены шаровые краны DN 3/4 дюйма, давлением 16 бар.
После фильтров компоненты поступают в приемную камеру поршневых насосов. Диаметр поршня насоса 32 мм, ход поршня 120 мм, объем цилиндра 95 мл, максимальное давление на выходе поршневых насосов достигает 250 бар. Контроль давления производится по манометрам. Для привода обоих насосов используется один пневмопривод (модель SC160-120-S, коэф. передачи 1:20), который при давлении воздуха 6 бар обеспечивает подачу компонентов в объеме 5 л/мин. На цилиндры насосов установлен обогревающий кабель.
После насосов, по шлангу высокого давления DN 3/8 дюйма, PN 330 бар, компоненты поступают на 3-х ходовые краны DN 3/8 дюйма, PN 400 бар, переключая которые можно направить компоненты обратно в баки или на статический смеситель. Статические смесители применяются для смешивания, теплообмена и рассеивания двухкомпонентных материалов, различающихся по своему назначению. Продукты перемешиваются лишь за счет энергии потока при участии неподвижно закрепленных смешивающих элементов, способствующих непрерывному разделению и перераспределению общего потока по сечению смесительного канала. Необходимая для перемешивания сред энергия подводится в поток при помощи насосов. На практике статические смесители характеризуются небольшими габаритами, низкими затратами на техническое обслуживание, простотой монтажа и исключительной надежностью.
При переключении 3-х ходовых кранов в положение «рециркуляция» компоненты возвращаются в соотвтетствующую емкость (бак), где происходит их постепенный нагрев и перемешивание. При переключении кранов в положение «работа» компоненты поступают через обратные клапаны DN 3/8 дюйма, PN 400 бар в камеру смешивания, в которой установлен статический смеситель. Днище камеры выполнено с наклоном и снабжено выпускным отверстием, связанное через патрубок со шлангом высокого давления, на конце которого установлен центратор с распылительной головкой для возможности его ввода в трубопровод и нанесения полученного состава на внутреннюю поверхность трубопроводов.
После статического смесителя, который, в частном случае состоит из 18 смешивающих сегментов, выходит конечный двухкомпонентный полимерный состав готовый к применению.
После рабочего процесса необходимо производить промывку машины смешивания, для этих целей она оборудована специальным насосом и технологической обвязкой.
Промывочная жидкость откачивается из переносной емкости (не входит в состав установки смешивания). Через фильтр, установленный на конце шланга  дюйма, жидкость подается на прием поршневого насоса. Диаметр поршня насоса 22 мм, ход поршня 20 мм, объем цилиндра 8 мл, максимальное давление на выходе насоса 250 бар. Пневмопривод при давлении воздуха 6 бар обеспечивает подачу промывочной жидкости в объеме 1,2 л/мин.
От выхода насоса, по шлангу DN 3/8 дюйма, PN 330 бар, промывочная жидкость поступает на 3х-ходовые краны DN 3/8 дюйма, PN 400 бар, после открытия которых, жидкость промывает обратные клапаны и камеру смешивания со статическим смесителем.
Для питания пневмоприводов насосов подачи компонентов и насоса промывочной жидкости используется сжатый воздух от компрессора. Шланг от компрессора подсоединяется к узлу подключения сжатого воздуха. Далее установлен регулятор давления воздуха, совмещенный со встроенным фильтром влаго-маслоотделителем, а также фильтрующим мелкие механические примеси. После фильтра воздух поступает на пневмораспределители, через которые воздух подается на пневмопривод насоса подачи промывочной жидкости.
Для управления и работы установки смешивания установлен щит управления. Включение происходит включателем. Устанавливается температура, до которой будут подогреваться компоненты в баках.
Насосы для подачи компонентов имеют два режима работы: «дозирование» и «постоянная работа», изменение режимов производится переключателем. В режиме «дозирование» компоненты подаются дозами 50 мл за одно нажатие.
На щите управления установлены два переключателя. Один из которых включает-выключает промывочный насос, а другой переключатель меняет направление вращения напылителя.
Установлены два индикатора, один из которых загорается при переводе переключателя в режим постоянной работы, а другой индикатор загорается при включении напылителя переключателем в любом направлении вращения.
Полученный двухкомпонентный полимерный состав вводят в подающий шланг установки, снабженный центратором с распылительной головкой, после чего осуществляют перемещение центратора внутри трубопровода и нанесение указанной смеси на его внутреннюю стенку. За счет того, что в распылительную головку подают уже готовый к напылению состав, уменьшаются габариты устройства для нанесения, т.е. оно становится более компактным и удобным для использования, и, таким образом, позволяет применять установку для нанесения состава покрытия в трубопроводах, в том числе с малыми диаметрами - от 80 мм, и проходить углы поворота трубопровода до 90°.
2
Заявленная установка характеризуется высоким давлением основного насоса для подачи компонентов - 250 кгс/см, что позволяет увеличить длину бестраншейного ремонта трубопровода до 120 м, максимальной подачей состава 5 л/мин., а также позволяет увеличить скорость проведения работ по нанесению полимерного состава. Электропитание распылителя установки 24 В, это позволяет устанавливать более мощный электродвигатель и, соответственно, исключить возможные остановки головки распылителя, это также влияет на высокое качество образуемого покрытия из-за большего числа оборотов двигателя и, соответственно, большей скорости подачи и дисперсности полимерного состава.