Оболочка для защиты обетонированных труб
COATING FOR PROTECTION OF CONCRETE-COATED PIPES

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с бетонным покрытием, в частности к трубам для прокладки трубопроводов по дну водоемов, а также в сложных условиях прокладки, в заболоченной, обводнённой или горной местности.
Трубы с наружным бетонным покрытием, или обетонированные трубы, представляют собой стальные трубы с последовательно нанесенными в заводских условиях противокоррозионным изоляционным и с бетонным покрытием. Также возможно использование слоя дополнительного теплоизоляционного покрытия, расположенного непосредственно на трубе с антикоррозионным покрытием под слоем бетонного покрытия.
Применение труб с наружным сплошным бетонным покрытием в большинстве случаев эффективнее, чем традиционные способы балластировки трубопровода. Также бетонное покрытие используется в качестве защитного, а именно антивандального и ударопрочного покрытия.
Однако слой бетонного покрытия на трубах может получать повреждения в результате различных внешних воздействий на трубопровод на разных этапах его жизненного цикла, таких как строительство и эксплуатация. Например, механические воздействия, происходящие при транспортировке трубы от места производства до места укладки в трубопровод и проведении такелажных работ, могут привести к растрескиванию и потере бетона. Повреждение бетонной поверхности также возможно в процессе эксплуатации трубопровода при циклических погодных перепадах температуры, воздействии соленой воды при эксплуатации в морской воде. В процессе укладки трубопровод может многократно повергаться изгибающему воздействию с радиусами, критическими для обетонированных труб. Для устранения вышеуказанного негативного воздействия на обетонированные трубы применяются различные способы.
Так, например, в патенте Китая CN 104180084 предлагается использовать стальную бетонную трубу с эпоксидно-цементным защитным слоем. Это хорошо защищает от химического воздействия, например, при использовании в морской воде. Однако известно, что эпоксидно-цементное покрытие отличается высокой жесткостью и имеет повышенную хрупкость. Это, в случае излома при деформации, может не только привести к его частичному разрушению, но и острые края излома могут повредить антикоррозионное покрытие трубопровода.
В патенте Китая CN 208871172 описана бетонная труба из предварительно напряженного стального цилиндра с антикоррозийными характеристиками, состоящая из внутреннего стального цилиндра, бетонного цилиндра, закрепленного снаружи стального цилиндра, и стальной проволоки, намотанной вокруг бетонного цилиндра в окружном направлении. Труба снабжена защитным слоем, нанесенным снаружи бетонного цилиндра в виде битумного антикоррозионного слоя. Недостатком предложенной в патенте конструкции является то, что битумный слой имеет весьма низкую механическую прочность и при внешнем воздействии на конструкцию может достаточно легко получать сквозные повреждения. Это приводит к оголению бетонного слоя с возможностью его дальнейшего разрушения. Также битумный слой может размягчаться при воздействии солнечной радиации и относительно высоких внешних температур, что делает его весьма ненадежным в качестве защиты трубопровода от внешних разнонаправленных механических воздействий.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является конструкция трубы, описанная в патенте РФ №2317469 (опубл. 20.02.2008, приор. 20.10.2006) «Труба комбинированная с балластным покрытием», выбранная в качестве прототипа. Конструкция трубы комбинированной, предложенная в прототипе, состоит из центральной трубы, проводящей вещество в газообразном или жидком состоянии, оболочки, установленной соосно центральной трубе с образованием кольцевого пространства и имеющей внутренний диаметр больший, чем наружный диаметр центральной трубы, а также меньшую длину, чем длина центральной трубы. Опорно-направляющее устройство, центрирующее оболочку, состоит из центраторов, распределенных и закрепленных на наружной поверхности центральной трубы. Балластный материал заполняет кольцевое пространство между центральной трубой и оболочкой. При этом оболочка является спиральновитой из оцинкованной стальной ленты с выступающими внутрь швами вальцовочного замка и имеет на наружной поверхности защитное покрытие.
Недостатком предложенной в прототипе конструкции оболочки, является возможность взаимного смещения соседних витков стальной ленты под воздействием изгибных нагрузок трубопровода. Это смещение может происходить при механических воздействиях, происходящих в процессе транспортировки труб, при укладке трубопровода с критическими для обетонированных труб радиусами, например в горной местности, в процессе эксплуатации трубопровода при циклических погодных перепадах температуры, например в северных регионах, и может привести к короблению замочных швов или разрыву вальцовочного замка, что в свою очередь приводит к ухудшению защитных свойств оболочки. Кроме этого, при расположении замков «вовнутрь» при морской укладке трубопровода, особенно при использовании J-метода укладки, может не хватить усилия сцепления для удержания конструкции в опорно-зажимном механизме судна трубоукладчика.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокоэффективной конструкции оболочки обетонированной трубы, в которой практически отсутствует возможность коробления замочного шва, а также исключена возможность разрыва вальцовочного замка, соединяющего витки спиральновитой оболочки.
Техническим результатом является повышение надежности защитного покрытия обетонированной трубы.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что оболочка для защиты обетонированных труб от внешнего воздействия изготовлена в виде трубы методом спиральной навивки стальной ленты. При этом вальцовочный замок, соединяющий продольные стороны соседних витков навиваемой стальной ленты, выполнен с компенсационными зазорами между кромками стальной ленты и внутренней поверхностью загиба вальцовочного замка. Причем размеры зазоров находятся в диапазоне от 0,3 мм. до 3,0 мм.
Для изготовления оболочки, согласно предлагаемому изобретению, рекомендуется использовать оцинкованную стальную ленту.
В частном случае вальцовочный замок может быть расположен с внутренней стороны оболочки.
В частном случае вальцовочный замок может быть расположен с наружной стороны оболочки.
Предпочтительно, чтобы внешняя сторона оболочки для защиты обетонированных труб имела покрытие из полимерного материала.
В частном случае в компенсационных зазорах вальцовочного замка может быть установлен уплотнительный шнур из эластичного материала.
Выполнение вальцовочного замка, соединяющего продольные стороны соседних витков навиваемой стальной ленты, с компенсационными зазорами между кромками стальной ленты и внутренней поверхностью загиба вальцовочного замка, позволяет обеспечить взаимное перемещение соседних витков стальной ленты под воздействием внешних нагрузок при сохранении прочности конструкции к внешним воздействиям.
Предложенное в изобретении решение позволяет избежать коробления замочных швов или разрыва вальцовочного замка, так как взаимное смещение соседних витков стальной ленты компенсируется заранее выполненными зазорами в вальцовочном замке.
Размеры зазоров выбирают исходя из предполагаемых материалов стальных труб, толщины стенки, условий строительства и эксплуатации труб, а также предполагаемой логистики.
Использование оцинкованной стальной ленты при изготовлении оболочки значительно улучшает антикоррозионные свойства оболочки, что повышает надежность конструкции обетонированной трубы.
Направление вальцовочного замка внутрь изготавливаемой методом спиральной навивки трубы позволяет получить ровную внешнюю сторону оболочку, чтобы избежать возможности ее задиров в процессе транспортировки, строительства трубопровода и эксплуатации, снижает усилие трения между оболочкой и средой укладки. Особенно такое расположение вальцовочного замка необходимо при строительстве трубопровода методом протаскивания.
Направление вальцовочного замка наружу необходимо для повышения трения между укладываемым трубопроводом и такелажными приспособлениями судна-трубоукладчика при морской укладке. Также использование наружного расположения замка предпочтительно при укладывании трубопровода на уклонах и в горной местности.
Нанесение на внешнюю сторону оболочки покрытия из полимерного материала позволяет повысить надежность всей конструкции оболочки. Покрытие из полимерных материалов достаточно эластично. Это позволяет происходить взаимному смещению соседних витков стальной ленты в вальцовочном замке. При этом покрытие из полимерного материала, сжимаясь после нанесения из-за конструктивной особенности материалов, создает хорошую изоляцию оболочки от воздействия внешней среды, в частности морской воды, а также создает дополнительное усилие, которое препятствует растяжению оболочки под действием внешних сил. Кроме этого, эластичность полимерного покрытия и его способность к обжатию оболочки играет положительную роль при знакопеременных перемещениях трубы, когда возвращение оболочки в положение, близкое к исходному, заводскому, позволяет исключить возможные «заломы» замков и самой оболочки. Таким образом использование на внешней стороне оболочки покрытия из полимерного материала способствует увеличению прочности и повышает надежность защитного бетонного покрытия и обетонированной трубы в оболочке в целом.
Установка шнура из эластичного материала в компенсационных зазорах вальцовочного замка позволяет улучшить герметизацию оболочки, препятствуя проникновению влаги под оболочку. При этом эластичность материала шнура позволяет происходить взаимному смещению соседних витков стальной ленты в вальцовочном замке, и таким образом избегать коробления замочных швов или разрыву вальцовочного замка оболочки. Повышение герметичности оболочки также позволяет повысить надежность обетонированной трубы в целом.
В последующем заявляемое изобретение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - вариант вальцовочного замка оболочки;
фиг. 2 - вариант вальцовочного замка оболочки с внешним покрытием из полимерного материала;
фиг. 3 - вариант вальцовочного замка оболочки с установленным шнуром из эластичного материала.
Оболочка обетонированной трубы, согласно заявляемому изобретению, выполнена как спирально-замковая конструкция. На фиг. 1 показан вариант вальцовочного замка оболочки обетонированной трубы. Стальная лента 1 спирально свита и ее два противоположных края соединены вальцовочным замком 2. При этом согласно изобретению, между кромками стальной ленты и внутренней поверхностью загиба вальцовочного замка выполнены компенсационные зазоры 3. Размер «а» компенсационного зазора 3 выбирают исходя из диаметра трубопровода, предполагаемых условий прокладки и эксплуатации труб, а также предполагаемой логистики. Изготовление стальных спирально-замковых оболочек производится на навивочных станках, свивающих из стальной ленты «бесконечную» герметичную оболочку, которая впоследствии нарезается под проектные размеры. Предпочтительно использовать оцинкованную стальную ленту.
В процессе навивки оболочки происходит формирование и обжатие замковых соединений. Также при изготовлении оболочки возможно производить установку эластичных шнуров 4, как это показано на фиг.3.
Для изготовления оболочки необходимо смонтировать на станке формирующее кольцо, соответствующее наружному диаметру изготавливаемой оболочки. Выставить угол установки вальцовочного блока, соответствующий размеру формирующего кольца. Установить рулон стальной оцинкованной ленты на разматывающее устройство станка. Заправить начало ленты в приёмные вальцы. После формирования первого витка соединить края ленты в замок с учетом размера «а» компенсационных зазоров 3 и направить под зажимной валец.
При необходимости в зазоры 3 следует установить эластичные шнуры 4, например, на основе полиуретанового каучука.
Затем увеличивается давление зажимного вальца до получения плотного ровного соединения. Произвести точную регулировку угла установки вальцовочного блока, добиваясь отсутствия волнистости (небольших гофр) на оболочке.
Как вариант, следующим процессом изготовления оболочки является нанесение наружного защитного полимерного покрытия 5 на оболочку, который происходит на линиях нанесения защитного покрытия 5. Описанный вариант выполнения вальцовочного замка представлен на фиг. 2.
Для нанесения защитного полимерного покрытия 5 на спирально-замковую стальную оболочку производят перемещение оболочек по конвейеру. Это перемещение происходит в результате вращательно-поступательного движения по роликам конвейера. На конвейере последовательно производят предварительный нагрев оболочек, который осуществляется в проходной печи предварительного индукционного нагрева. Затем для придания шероховатости с целью лучшей адгезии полимерного покрытия 5 к поверхности стальной оболочки производят дробемётную обработку последней. Далее нагревают оболочку 5 в печи основного индукционного нагрева. После чего наносят слой адгезива методом экструзии через плоскощелевую головку и производят прикатку слоя адгезива вращающимся роликом. Затем наносят наружный полимерный слой методом экструзии, также через плоскощелевую головку. Расстояние между нанесением адгезива и полимерного слоя должно быть подобрано таким образом, чтобы обеспечить расчетные температуры нанесения обоих составов. После нанесения полимерного слоя производится его прикатка вращающимся роликом и нанесение (при наличие проектных требований) для шероховатости слоя синтер порошка, после чего оболочку с покрытием охлаждают в камере охлаждения.
Для производства обетонированной трубы с оболочкой, выполненной согласно изобретению, на стенде соосно устанавливают центральную проводящую трубу и оболочку. В цилиндрическое пространство, образовавшееся между центральной проводящей трубой и оболочкой, под давлением закачивают бетон.
Предложенная в изобретении конструкция спирально-замковой стальной оболочки проста, при этом она позволяет достичь заявляемый технический результат, а именно повышение прочности конструкции обетонированной трубы в целом путем увеличения надежности защиты бетонного слоя обетонированной трубы.
Обетонированные трубы с предложенной конструкцией могут использоваться для прокладки трубопроводов бестраншейными, траншейными методами или надземной прокладки на следующих участках:
- горная местность и сложные грунтовые условия;
- подводные переходы, в том числе в морской воде;
- многолетнемёрзлые грунты;
- участки трубопроводов, оснащённые балластирующими устройствами охватывающего, кольцевого и других типов без дополнительного применения средств футеровки;
- переходы под железными и автомобильными дорогами;
- участки трубопровода, требующие дополнительной защиты изоляционного покрытия от повреждений (сверхнормативное сближение трубопроводов и др.).