СЕКЦИЯ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к элементам трубопровода, которые могут быть использованы в строительстве, коммунальном хозяйстве и в горнорудной промышленности при транспортировке загрязненных сточных вод, сыпучих продуктов, пульп, горной массы и других жидкостей, содержащих твердую фазу, а именно в качестве технологических трубопроводов для подачи хлористого калия.
Известен трубопровод по патенту на ПМ №24535 (опубл. 10.08. 2002), включающий пластмассовую трубу с теплоизоляционным покрытием и наружную гидроизоляционную оболочку, причем труба снабжена дополнительной оболочкой, установленной на наружной поверхности трубы и жестко соединенной с трубой и теплоизоляцией.
Недостатком данного трубопровода является то, что его внутренняя поверхность неустойчива к абразивному истиранию.
Известна труба по патенту на ПМ №114122 (опубл. 10.03.2012), с переходным фланцем, содержащая полимерную армированную трубу с буртиками на концах армирующего слоя, несущий и нажимной фланцы с отбортовкой полимерного слоя между ними и узел крепления несущего фланца на армирующем слое, причем узел крепления несущего фланца выполнен в виде скрепленной с несущим фланцем втулки с резьбой на концах.
Недостатком данного трубопровода является то, что его внутренняя поверхность неустойчива к абразивному истиранию.
Известна труба из композиционных материалов по патенту на изобретение №2221183 (опубл. 10.01.2004), выполненная из армирующих материалов в виде чередующихся монослоев с поперечной продольной укладкой армирующего материала, пропитанного, например, термореактивным связующим, при этом в продольном направлении армирующий материал уложен зигзагом, вершины каждой петли зигзага зафиксированы прижимными стеклонитями, образуя косослойную продольно-поперечную структуру, при которой продольно и поперечно уложенный армирующий материал образует слоистую структуру, в которой каждый последующий монослой смещен относительно предыдущего в продольном направлении и по окружности, отличающаяся тем, что она состоит из внутреннего и наружного конструкционных слоев, разделенных барьерным слоем с повышенным содержанием связующего.
Недостатком труб из композиционных материалов, является недостаточная герметичность и малая износостойкость, обусловленная гидроабразивным износом при наличии твердых частиц в уплотняемой среде.
Известна композитная труба по патенту на ПМ №57864 (опубл. 27.10.2006), содержащая внутренний слой из полиолефина и последовательно нанесенные на него в виде оболочек слои из сэвилена, базальтового волокна и силовой слой, выполненный из базальтопластика. Композитная труба, имеет высокую механическую прочность и стойкость к внешним нагрузкам, в частности, внутреннего давления, возникающего при транспортировке внутри нее нефти, газа и других агрессивных сред.
Недостатком данного вида композитной арматуры является низкая износостойкость
Авторы научной статьи «Абразивные наплавленные плиты и трубы для горной техники» А.И.Иголкин и Ю.В.Зеленин (http://www.miningexpo.rn/articles/400) указали, что «для защиты от абразивного износа больших поверхностей горной техники используют широкий класс материалов - легированные стали, белые чугуны, полимеры др. Полимерные материалы (резина, полиуретан) в основном эффективны в тех случаях, где исключается сухое трение. Легированные стали (65Г, Хардокс, Г13Л и др.) хорошо противостоят ударам, но ввиду ограниченного содержания в них твердой карбидной фазы (не более 5%) слабо противостоят абразивному воздействию. Кроме того, металлические трубы подвержены электрохимической коррозии. Высокой износостойкостью обладают белые высокохромистые чугуны (ИЧХ28Н2, ИЧХ15М2 и др.), в структуре которых содержится до 25% твердых карбидов хрома. Однако из-за свойственной чугунам хрупкости они малопригодны для ряда машин горной техники или сварного оборудования».
Известно, что изделия из плавленого базальта отличают уникальные физико-химические свойства, такие как высокая прочность при давлении, химическая стойкость, высокая износостойкость, нулевая влагопоглащаемость, морозостойкость, долговечность и самые высокие экологические и гигиенические показатели.
В настоящее время в качестве технологических трубопроводов для подачи хлористого калия используются секции трубопровода, состоящие из корпусов изготовленных из плавленого базальта чешской фирмы «EUTIT». Это техническое решение выбрано за ближайший аналог заявляемой полезной модели.
В сравнении с металлическими и композитными элементами корпуса из плавленого базальта имеют высокую химическую и абразивную стойкость. Тем не менее, фактический рабочий ресурс данных корпусов составляет около двух лет. Это связано с низкой стойкостью к воздействию резкого изменения температуры (термический удар). Для обеспечения продолжительного срока службы корпусов из плавленого базальта необходимо обеспечить плавный подъем температуры со скоростью не превышающей 60°С/час, что практически не возможно в условиях производства хлористого калия. Нарушение данного условия ведет к растрескиванию и полному разрушению корпуса за относительно короткий срок (2 года). Кристаллизация остатков продукта на стенках секций приводит к сужению рабочего диаметра, снижению скорости подачи продукта.
Перед авторами стояла задача создания конструкции трубопровода, предназначенного для транспортирования химически агрессивных жидкостей и пульп содержащих абразивные включения в технологических трубопроводах. Эксплуатация секции трубопровода предполагалась в макроклиматических районах с умеренным климатом (температура окружающего воздуха от плюс 40°С до минус 45°С), в закрытых помещениях; при температуре транспортируемой жидкости не более плюс 150°С; - при рабочем давлении трубопровода не более 2 МПа. Содержание абразивных включений в транспортируемой жидкости не более 20% от общей массы.
Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения арсенала устройств, предназначенных для транспортирования химически агрессивных жидкостей с резким перепадом температур транспортируемой жидкости, содержащей абразивные включения, увеличение ресурса трубопровода.
Технический результат заключается в реализации этого назначения, в создании конструкции секции трубопровода с увеличенным ресурсом, внутренняя поверхность которой устойчива к абразивному истиранию, и на которой не происходит кристаллизации остатков продукта, т.е. обеспечивается постоянная скорость подачи продукта по трубопроводу.
Для достижения указанного технического результата секция трубопровода содержит корпус, выполненный из фарфора электротехнического группы 100 по ГОСТу 20419-83 с глазурованной внутренней поверхностью, включает термоизоляционное покрытие, защитный кожух, торцы корпуса секции армированы металлическими фланцами, причем фарфоровый корпус секции в месте армирования имеет коническую поверхность, и может быть выполнен в частном случае выполнения волнообразным в месте армирования или корпус секции в месте армирования может быть выполнен с накаткой, или фарфоровый корпус секции в месте армирования покрыт фарфоровой крошкой.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что секция трубопровода содержит корпус, выполненный из фарфора электротехнического группы 100 по ГОСТу 20419-83 с глазурованной внутренней поверхностью, включает термоизоляционное покрытие, - защитный кожух, торцы корпуса секции армированы металлическими фланцами, причем фарфоровый корпус секции в месте армирования имеет коническую поверхность, и может быть выполнен в частном случае выполнения волнообразным в месте армирования, или корпус секции в месте армирования может быть выполнен с накаткой, или фарфоровый корпус секции в месте армирования покрыт фарфоровой крошкой.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается стабильная работа трубопровода при пониженных и повышенных температурах транспортируемой горной массы и других жидкостей, значительно увеличивается срок службы трубопровода.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежом. Секция трубопровода состоит из фарфорового корпуса 1, выполненного из фарфора электротехнического группы 100 ГОСТ 20419-83, с конической поверхностью в месте армирования 2, при этом коническая поверхность в месте армирования 2 фарфорового корпуса 1 может быть выполнена волнообразной, или иметь накатку, или на нее может быть нанесена фарфоровая крошка, на торцах секции с помощью армирующего состава 3 неподвижно закреплены металлические упорные фланцы 4, на наружную поверхность фарфорового корпуса 1 между упорными фланцами 4, нанесено термоизоляционное покрытие 5, к упорному фланцу 4 примыкает металлический подвижный фланец 6, который служит для соединения секций трубопровода между собой или с другим технологическим оборудованием, между подвижными фланцами 6 поверх термоизоляционного покрытия 5 установлен металлический защитный кожух 7, состоящий из двух одинаковых полых полуцилиндрических частей, скрепленных между собой по типу «хомута» болтовым соединением.
Коническая поверхность фарфорового корпуса в месте армирования позволяет перераспределить действующие в узле армирования механические силы - уменьшить их воздействие к торцу секции, что позволяет снизить механическую нагрузку. в месте соединения секции с другой секцией или другими. элементами трубопровода. Кроме того, за счет этого происходит перераспределение действующих в узле армирования напряжения смятия и среза цементной связки, что в свою очередь позволяет увеличить механическую прочность и надежность узла армирования и секции в целом.
Выполнение конической поверхности фарфорового корпуса в месте армирования волнообразной или с накаткой или покрытой фарфоровой крошкой увеличивает площадь сцепления фарфорового корпуса с армирующим составом, что также увеличивает механическую прочность узла армирования. Выбор варианта исполнения конической поверхности фарфорового корпуса в месте армирования (волнообразная, с накаткой или с фарфоровой крошкой) зависит от технологических особенностей изготовления фарфорового корпуса.
Испытаниям подвергались секции трубопровода, изготовленные из фарфора электротехнического группы 100 по ГОСТ 20419-83, предназначенные для транспортировки агрессивных жидкостей (пульпы) в условиях интенсивного абразивного износа и резкого перепада температур транспортируемой жидкости.
Основные технические характеристики секции трубопровода показаны в таблице 1.
Таблица 1
Наименование характеристики
Норма
Испытательное гидравлическое давление в течение 15 мин, МПа
2
Стойкость к термоударам, не менее, °С
80
Внутренний диаметр секции, мм
340
Длина секции, мм
930
Масса, кг*
115,5
* Расчетное значение, масса секций может изменяться в пределах±10%
Результаты испытаний секции трубопровода показаны в таблице 2.
(Протокол №53/2011 от 12.12.2011 г.)
Таблица 2
Наименование основных показателей
Объем выборки
Нормированное значение
Результат испытаний
Испытательное гидравлическое давление в течение 15 мин, МПа
100%
2
выдержали
Стойкость к термоударам, °С
100%
80
выдержали
Открытая пористость
отсутствие
отсутствует
Отсутствие видимых дефектов
отсутствие
отсутствуют
Механическая прочность и химическая стойкость материалов, из которых изготовлены секции, подтверждены опытом эксплуатации и натурными испытаниями.
Испытания секций производились на щелоковой линии Х(Г)ОФ БКПРУ - 4 в течение 5 месяцев с начала работы трубопровода. Температура эксплуатации минус 35°С - плюс 150°С. Рабочее давление в трубопроводе не более 1,2 МПа. Испытания проводились во время работы трубопровода при штатных условиях эксплуатации.
Авторами разработана секция трубопровода, которая успешно прошла испытания на производстве хлористого калия предприятия «Уралкалий». При проведении профилактических работ на трубопроводе, производился осмотр внутренней поверхности, цементных швов, фланцев секций и состояние резиновых прокладок. В результате плановых осмотров было выявлено, что внутренняя поверхность секции, а именно: слой глазури не нарушен, микротрещины и волосовины при прокрашивании фуксином не обнаружены, а также на внутренней рабочей глазурованной поверхности секции отсутствуют следы кристаллизации остатков продукта.
Предложенная секция трубопровода хорошо показала себя при работе на пониженных и повышенных температурах а также при резких перепадах температуры транспортируемой горной массы и других жидкостей, значительно увеличился срок службы трубопровода. Предполагаемый срок службы секции трубопровода - 10 лет.