СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОГО ТРУБОПРОВОДА
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING HEAT-INSULATED PIPELINE

Изобретение относится к способу непрерывного изготовления трубопровода в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Также изобретение относится к устройству для изготовления указанного трубопровода.
Теплоизолированные, гофрированные трубопроводы известны и используются, к примеру, для централизованного теплоснабжения. Для транспортировки жидкостей или газов для других вариантов применения, в частности, в нефтяной и газовой промышленности, такие трубопроводы также используются. Известный способ их непрерывного изготовления описан в EP 0 897 788 А1. При этом, по меньшей мере, одна внутренняя труба обвивается плёночным рукавом и в плёночный рукав подаётся полимерный материал, который вспенивается и образует теплоизоляцию. После прохождения формовочных полуматриц для образования гофр на гофрированную поверхность рукава экструдируется внешний кожух. Этот способ зарекомендовал себя. Для обеспечения глубокого гофрирования, которое предпочтительно для сматывания трубопроводов при их транспортировке и для формирования малых радиусов при их укладке, согласно документу WO 2010/085906 А1, предлагается подвергать трубопровод при его изготовлении после экструдера обработке дополнительными формовочными инструментами. За счёт этого можно добиться глубокого гофрирования, однако, способ является дорогостоящим и увеличивает длину установку для изготовления. Документ WO 2014/122278 А1 предлагает для получения очень эластичного трубопровода и устройства для изготовления с небольшой потребностью в рабочей площади, экструдировать внешний кожух непосредственно на ещё расширяющуюся систему из плёночного рукава и теплоизоляции, и проводить образующуюся таким образом систему из ещё расширяющейся теплоизоляции и находящегося на ней гладкого внешнего кожуха через гофропресс, в котором теплоизоляция вместе с внешним кожухом будет расширяться далее. При этом материал внешнего кожуха посредством расширяющейся теплоизолирующей пены будет вдавливаться в углубления гофропресса. Следующий способ известен из WO 2008/142211 А1. Окружённая отверждённой полиуретановой пеной внутренняя труба обматывается полиэтиленовым матом, после чего вокруг полиэтиленового мата плотно наматывается плёнка. На эту конструкцию в гофропрессе помещается гофрированный кожух, причём за счёт тепла плёнка растрескивается и полиэтиленовый мат может расширяться в своём исходном состоянии, вследствие чего изолированная труба зажимается в гофрированном кожухе.
В основе изобретения лежит задача создания способа изготовления, который должен обеспечить возможность создания трубопровода с глубоким гофрированием и, таким образом, с высокой эластичностью.
В способе изготовления ранее указанного типа это достигается за счёт того, что внешний кожух проводится в гофропресс отдельно от окружённой плёночным рукавом внутренней трубы и формуется в нём, после чего производится вспенивание теплоизоляции в уже сформованном внешнем кожухе.
В предложенном на рассмотрение изобретении или способе для непрерывного изготовления теплоизолированного, гофрированного трубопровода с внутренней трубой, таким образом, сначала гофрированный внешний кожух формируется посредством экструдера и гофропресса, и расположенная в плёночном рукаве вместе с пенообразующим исходным материалом внутренняя трубы проводится вплоть до гофропресса, в котором предварительно сформованный в гофропрессе внешний кожух трубопровода заполняется теплоизолирующей пеной. Способ подходит также для изготовления труб с очень тонкой теплоизоляцией.
Гофрирование внешнего кожуха в гофропрессе осуществляется вне зависимости от давления вспенивания, что позволяет осуществлять очень хорошо контролируемое образование или формование гофрированного внешнего кожуха без дефектов на внешнем кожухе и, если нужно, с большой глубиной гофр. Сначала осуществлённое в уже сформованном внешнем кожухе пенообразование не оказывает существенного воздействия на форму внешнего кожуха, так как пенообразование происходит после предшествующего образования гофрированного внешнего кожуха, однако, в предпочтительном варианте еще в гофропрессе, в котором внешний кожух стабильно удерживается. Для образования внешнего кожуха в гофропрессе используется, в частности, вакуумный гофропресс, у которого формообразование осуществляется посредством действующего между формовочными элементами гофропресса и формуемым внешним кожухом вакуума.
Для того, чтобы пенообразование происходило лишь в гофропрессе используется смесь исходных материалов для образования изоляционной пены, реакционная способность которой регулируется таким образом, что в зависимости от скорости производственной линии для трубопровода и соотношений температур реакция вспенивания происходит лишь в гофропрессе. Для образования полиуретановой пены используется, как правило, двухкомпонентная смесь, в частности, содержащая полиол или изоцианат. В частности, реакционная способность регулируется таким образом, что пенообразование происходит через 10-60 сек и, в частности, через 15-20 сек. С заданным времени активации пенообразование осуществляется, главным образом, лишь после образования полностью сформованного внешнего кожуха в гофропрессе или смесь из пенообразующих компонентов ещё находится в жидком состоянии, если она – располагаясь в образующей плёночный рукав плёнке – поступает в гофропресс. Дополнительно или в качестве альтернативы на пенообразование исходного материала в плёночном рукаве оказывается воздействие за счёт того, что при его прохождении через экструдер происходит охлаждение.
В предпочтительном варианте способ осуществляется таким образом, что используется проведённая через экструдер защитная труба, в которой окружённая плёночным рукавом внутренняя труба проводится через экструдер, причём защитная труба проводится вплоть до закрытых формовочных элементов гофропресса. Внешний кожух гофрируется в гофропрессе над защитной трубой. В предпочтительном варианте защитная труба с внешней стороны, а в предпочтительном варианте и с внутренней стороны, снабжена уменьшающим трение покрытием, в частности, содержащим политетрафторэтилен (ПТФЭ) или состоящим из него покрытием. Покрытие с внешней стороны предотвращает приклеивание выходящего из экструдера материала внешнего кожуха к защитной трубе, если материал внешнего кожуха, который обычно попадает непосредственно от экструдера в вакуумную зону гофропресса, входит в соприкосновение с защитной трубой, что не является запланированным, однако, может произойти. Как правило, материалом внешнего кожуха является полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) или же это другой используемый для материала внешнего кожуха трубопроводов указанного типа полимерный материал, причём его адгезия на защитной трубе за счёт ПТФЭ-покрытия или другого уменьшающего адгезию или трение покрытия защитной трубы может быть предотвращена. В предпочтительном варианте защитная труба расположена в продольном направлении экструдера с возможностью регулировки, благодаря чему положение переднего конца защитной трубы в гофропрессе может регулироваться. Таким образом, защитная труба может быть проведена в гофропресс настолько, что внешний кожух оказывается полностью сформован, прежде чем он подвергнется воздействию давления вспенивания образующейся теплоизолирующей пены.
Желательно, чтобы прижатая расширяющейся пеной с внутренней стороны к гофрированному внешнему кожуху плёнка плёночного рука под действием имеющегося технологического тепла соединилась с внешним кожухом или приварилась к нему. Это возможно в случае с плёнкой, образованной из полиэтилена (ПЭ). В предпочтительном варианте может использоваться, в частности, и покрытая полиэтиленом (ПЭ) плёнка, в частности, с обеих сторон покрытая полиэтиленом плёнка, преимущество которой состоит в более высокой устойчивости к температурам. В предпочтительном варианте используется плёнка с небольшой толщиной от 0,01 мм до 0,20 мм и, в частности, с толщиной от 50 мкм до 120 мкм.
В основе изобретения лежит также задача создания устройства для изготовления теплоизолированного, гофрированного трубопровода.
Эта задача решается посредством устройства в соответствии с п.11 формулы изобретения.
Предусмотренное для осуществления способа устройство имеет, таким образом, защитную трубу, посредством которой окружённая плёночным рукавом внутренняя труба отдельно от процессов экструзии и гофрирования внешнего кожуха может быть проведена вплоть до гофропресса.
В предпочтительном варианте устройство осуществлено таким образом, что конец проведённой в гофропресс защитной трубы располагается в зоне гофропресса, в которой формовочные элементы гофропресса полностью закрыты. В предпочтительном варианте при этом защитная труба удерживается в устройстве таким образом, что с возможностью регулировки может перемещаться в своём продольном направлении. Далее предпочтительным является, что предусмотрено охлаждающее устройство, посредством которого защитная труба может охлаждаться внутри экструдера, благодаря чему слишком рано осуществляемое пенообразование может быть предотвращено простым способом. Далее устройство осуществлено в предпочтительном варианте таким образом, что защитная труба с внешней стороны и с внутренней стороны снабжена уменьшающим трение покрытием.
Другие варианты осуществления, преимущества и варианты применения изобретения выявляются на основании зависимых пунктов формулы изобретения и из последующего описания на основании фигур, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схематичное, в частичном разрезе, изображение теплоизолированного, гофрированного трубопровода,
фиг.2 - схематичный вид сбоку устройства для непрерывного изготовления трубопровода,
фиг.3 - схематичный вид сверху на зону устройства, в которой осуществляется экструзия внешнего кожуха и создание гофрированной формы (гофрирование), и
фиг.4 - схематичный вид сбоку устройства по фиг.3.
На фиг.1 представлен участок теплоизолированного, гофрированного трубопровода 1, который может быть изготовлен непрерывным и иметь большую длину. Трубопровод 1 имеет внутреннюю трубу 2 из полимерного материала или металла, вспененную теплоизоляцию 3 из полимерного материала, в частности, из полиуретановой пены, и гофрированный внешний кожух 4 из полимерного материала. Значение наружного диаметра таких труб лежит, в частности, в пределах от 70 мм до 350 мм. Представленный трубопровод следует понимать лишь в качестве примера и для лучшего понимания поясняемого далее изобретения. Изготовленные в соответствии с изобретением трубопроводы могут иметь, в частности, более одной внутренней трубы. Они могут иметь гофрирование, которое по форме и глубине отличается от представленного гофрирования. Далее у изготовленного в соответствии со способом трубопровода может иметь место тот факт, что теплоизолирующая пена прилегает не ко всем местам на внешнем кожухе, в частности, не к вершинам гофр. Таким образом, на вершинах гофр внешнего кожуха могут оставаться полые пространства. Это может быть желательным и может способствовать бóльшей эластичности трубопровода.
Фиг.2 демонстрирует очень схематично устройство 10 для осуществления способа, с целью обзора. Особые этапы способа и признаки устройства представляются далее более детально на основании фиг.3 и 4. С краю слева на фиг.2 представлен расположенный на устройстве 22 рулон 21, c которого при изготовлении трубопровода 1 сматывается внутренняя труба 2. Если в трубопроводе предусмотрено несколько внутренних труб, то, соответственно, предусмотрено несколько рулонов. Используемые внутренние трубы не отличаются в представленном на рассмотрение изобретении от известных специалисту традиционно используемых внутренних труб, которые могут состоять, в частности, из полимерного материала или из металла. Направляющая 23 проводит внутреннюю трубу 2 к станции 25, в которой из смотанной с рулона 24 плёнки известным способом сначала образуется ещё открытый вдоль своего продольного шва плёночный рукав, который окружает внутреннюю трубу 2. В ещё открытый плёночный рукав вводятся реактивные компоненты, которые затем образуют вспененную теплоизоляцию 3 трубопровода 1. Для этого схематично представлена смешивающая головка 25´. Это также, в принципе, известно специалисту и в данном случае далее не поясняется. На станции 25 может также иметь начало поясняемая далее более детально защитная труба 26, которая располагается в продольном направлении осуществлённого, в основном, линейным устройства 10. В защитной трубе 26 внутренняя труба 2 с плёночным рукавом и ещё жидкими реактивными компонентами проводится через экструдер 27.
Экструдат выходит из экструдера 27 и попадает в формовочные элементы гофропресса 28, в котором внешний кожух 4 трубопровода 1 снабжается заданной гофрированной формой и подвергается окончательной обработке. Это происходит в зоне 28', в которой окружённая плёночным рукавом внутренняя труба 2 ещё проходит в защитной трубе 26. Когда внутренняя труба 2 покидает защитную трубу 26, экструдированная теплоизолирующая пена может заполнить уже полностью гофрированный внешний кожух 4, вследствие чего образуется трубопровод 1. Это заполнение происходит в предпочтительном варианте ещё внутри гофропресса 28. За гофропрессом 28 может следовать известный специалисту измерительный прибор 29, который контролирует расположение внутренней трубы 2 в пределах заданных допусков по центру в трубопроводе 1. Далее следует станция 30 охлаждения, а также тянущее трубопровод транспортное средство 31, а также станция 33 намотки для образования рулона 32 полностью изготовленного трубопровода 1.
Значение рабочей скорости устройства может лежать, к примеру, в диапазоне от 3 м/мин до 6 м/мин. На фиг.2 в качестве отправной точки представлены примерные данные по длине в метрах для различных участков устройства.
Фиг.3 и 4 схематично демонстрируют на виде сверху и на виде сбоку фрагмент устройства 10 для более точного пояснения способа. Одинаковые ссылочные позиции, которые использованы и на фиг.1 и 2, обозначают при этом идентичные или одинаковые по функционалу элементы. Показано, как внутренняя труба 2 попадает в направляющую 7 для трубы. Она выполнена с возможностью регулировки по высоте от опорной поверхности устройства 10, что изображается посредством заданной двойной стрелки. Смотанная с рулона 24 плёнка 24' для образования плёночного рукава при помощи формовочного элемента 6 укладывается вокруг внутренней трубы 2 и вместе с ней подаётся в экструдер 27, и продольный шов плёночного рука известным способом зарывается, в частности, по меньшей мере, частично сваривается. До этого образующие теплоизолирующую пену компоненты при помощи смесительной головки 25´ в жидкой форме помещаются в плёночный рукав и находятся там в виде ещё жидкой смеси 3´.
В экструдере 27 располагается проходящая в продольном направлении устройства защитная труба 26. Внутренняя труба 2 с плёночным рукавом проводится внутри защитной трубы через экструдер. Свободный конец 26´ защитной трубы 26 располагается в гофропрессе 28.
Экструзия материала внешнего кожуха 4 трубопровода осуществляется посредством экструдера 27, в принципе, известным специалисту способом. Материал внешнего кожуха из полимера, к примеру, из ПВП, в экструдере расплавляется и в виде экструдата покидает кольцеобразный выпуск 27' экструдера 27. Это происходит полностью отдельно от внутренней трубы, которая, проходя внутри защитной трубы, посредством защитной трубы отделена от экструдера. Таким образом, сначала гофрированный внешний кожух 4 может быть изготовлен в гофропрессе. От экструдера экструдированный материал внешнего кожуха попадает непосредственно в гофропресс 28. Гофропресс 28 представлен на фиг.3 схематично и частично с тремя формовочными элементами 38 или формовочными половинками для гофрирования, и с изображённым лишь в виде линии транспортным средством для формовочных элементов, так как гофропресс является известным специалисту элементом, который в данном случае используется известным, в принципе, образом. Естественно, гофропресс имеет больше формовочных элементов и образует известным образом расположенную также по заданной длине аналогичную внешнему кожуху 4 форму. Формовочные элементы 38 оканчиваются над защитной трубой 26 сразу после выпуска экструдера 27 и образуют при этом аналогичную закрытую форму. На фиг.4 гофропресс для упрощения изображения вообще не представлен. Экструдированный материал внешнего кожуха окружается формовочными элементами, как правило, формовочными половинками, и в своём ещё деформируемом состоянии, в котором он покинул экструдер, ему придаётся заданная посредством формовочных элементов гофрированная форма. Формованный соответствующим образом материал внешнего кожуха образует, тем самым, внешний кожух 4 для трубопровода 1. Формование в гофропрессе осуществляется известным образом посредством вакуума, который через формовочные элементы или формовочные половинки воздействует на экструдированный материал, и за счёт этого втягивает материал внешнего кожуха в формовочные элемены для образования гофрированного внешнего кожуха 4. Как показано на фиг.3 и 4, внешний кожух 4 в гофропроессе формуется до готового состояния, в то время как внутренняя труба 2 с плёночным рукавом и с находящимися в ней реактивными компонентами ещё располагается в защитной трубе 26, которая входит в гофропрессе.
Время активации для реакции заполненных в плёночный рукав посредством смесительной головки реактивных компонентов регулируется таким образом, что пенообразование и, тем самым, так называемая вспененная лобовая часть, возникают, в основном, лишь в концевой зоне защитной трубы или после конца 26' защитной трубы. На фиг.4 для представленного на рассмотрение примера вспененная лобовая часть 19 для пояснения представляется в виде заштрихованной поверхности. Исходя из того, что сначала в защитной трубе или в плёночном рукаве еще находятся жидкие компоненты, развивается нарастающая вспененная лобовая часть 19. Теплоизолирующая пена заполняет тогда после защитной трубы 26 сформованный предварительно в гофропрессе внешний кожух, или заполнение внешнего кожуха 4 теплоизолирующей пеной 3 происходит при наличии вспененной лобовой части. Внешний кожух 4 прижимается посредством захватывающих формовочных элементов гофропресса против давления вспенивания. Зона нарастания или вспененная лобовая часть 19 образуются в гофропрессе лишь после того, как внешний кожух в нём уже полностью образован.
Соответственно длине устройства изготовления, от заполнения реактивных компонентов в плёночный рукав до концевой зоны защитной трубы, где реакция начинается, и соответственно скорости изготовления для трубопровода в метрах в секунду, время активации смеси компонентов, которая образует теплоизолирующую пену, должно быть отрегулировано. Эта регулировка для начала реакции может быть осуществлена в диапазоне от 10 сек до 60 сек и, в частности, в диапазоне 15-20 сек. Регулировка такого времени реакции или времени активации известна специалисту, а соответствующие компоненты для процесса пенообразования являются традиционными и время их активации определено. В случае необходимости к компонентам для вспенивания может быть добавлено затормаживающее средство. В представленном на рассмотрение способе в предпочтительном варианте используется эластичный изолирующий пенополиуретан, а применяемые для его изготовления компоненты полиола и изоцианита с регулировкой времени активации специалисту известны.
В предпочтительном варианте в экструдере 27 снаружи вокруг защитной трубы 26 предусмотрено охлаждающее средство для защитной трубы, к примеру, в форме окружающего её охлаждающего шланга или охлаждающей трубы 16, как представлено на фиг.3 и 4. Охлаждающая труба 16 соединена с прохождением теплового потока с традиционным, обозначенным лишь в виде блока 34 охлаждающим агрегатом устройства 10. Он обеспечивает охлаждение охлаждающей трубы 16 и, тем самым, расположенной в экструдере 27 в этой охлаждающей трубе 16 защитной трубы 26. Защитная труба 26 может быть охлаждена в экструдере до температуры, значение которой, к примеру, лежит в диапазоне от 10 градусов по Цельсию до 20 градусов по Цельсию и, в частности, составляет примерно 15 градусов по Цельсию. Охлаждение в предпочтительном варианте осуществляется для того, чтобы иметь возможность точнее поддерживать время реакции или время активации компонентов для образования теплоизолирующей пены или сделать его независимым от выработки тепла экструдером.
Защитная труба 26 в предпочтительном варианте, по меньшей мере, в зоне экструзии экструдера снабжена уменьшающим трение покрытием, к примеру, ПТФЭ-покрытием, что предотвращает склеивание экструдированного материала внешнего кожуха с защитной трубой. Тем самым, он не экструдируется на защитную трубу, однако, может иметь место тот факт, что экструдат вступит в соприкосновение с защитной трубой. С внутренней стороны защитная труба 26 также снабжена препятствующим трению покрытием, в частности, ПТФЭ-покрытием. Благодаря этому, плёночный рукав практически без трения скользит вдоль внутренней поверхности защитной трубы.
В качестве материала для плёночного рукава может использоваться уже традиционно известная для этой цели полиэтиленовая плёнка. При вспенивании теплоизолирующей пены она соединяется с ещё горячей внутренней поверхностью внешнего кожуха 4. Также может использоваться многослойная плёнка, к примеру, плёнка, изготовленная с последовательностью слоёв ПЭ-ПА-ПЭ. Преимущество плёнки с полиамидом состоит в её улучшенной устойчивости к температурам, в частности, до 200 градусов по Цельсию, по сравнению с чистой полиэтиленовой плёнкой. В предпочтительном варианте для плёночного рукава используется тонкая плёнка с толщиной в диапазоне от 0,01 мм до 0,20 мм и, в частности, с толщиной от 50 микрон до 120 микрон. Тонкая плёнка облегчает проникновение теплоизолирующей пены в уже сформованные полые пространства гофр внешнего кожуха, при условии, что это необходимо для изготовленного трубопровода. Иными словами, за счёт выбора более толстой в сравнении плёнки, может быть уменьшено или далее предотвращено заполнение полых пространства, если это необходимо.
В предпочтительном варианте далее защитная труба внутри устройства 10 в его продольном направлении осуществлена с возможностью регулировки для того, чтобы регулировать конец 26´ защитной трубы по его положению в гофропрессе. Таким образом, конец защитной трубы может быть отрегулирован в зоне, в которой внешний кожух окончательно сформован.
В предложенном на рассмотрение изобретении или способе для непрерывного изготовления теплоизолированного, гофрированного трубопровода 1 с внутренней трубой 2, таким образом, сначала при помощи экструдера 27 и гофропресса 28 формируется гофрированный внешний кожух и расположенная в плёночном рукаве вместе с пенообразующим исходным материалом внутренняя труба 2 с замедленным пенообразованием проводится вплоть до гофропресса, в котором предварительно гофрированный внешний кожух трубопровода заполняется теплоизолирующей пеной. Предусмотренное для осуществления способа устройство 10 имеет защитную трубу 26, при помощи которой окружённая плёночным рукавом внутренняя труба отдельно от процессов экструзии и гофрирования внешнего кожуха может быть проведена вплоть до гофропресса.
В то время как в предложенной на рассмотрение заявке описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует чётко указать на то, что изобретение не ограничено ими и может быть осуществлено также другим способом в рамках последующей формулы изобретения.