СТАЛЬНАЯ ТРУБА С ВНУТРЕННЕЙ ПОЛИМЕРНОЙ ОБЛИЦОВКОЙ

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и может быть использована при производстве труб и строительстве трубопроводов с внутренней полимерной облицовкой.
Известна металлическая облицованная труба (патент RU №2216671, МПК F16L 9/02, опубл. 20.11.2003 г.), содержащая концентрично расположенные внутри концов трубы защитные металлические втулки, которыми защемлены концы внутренней облицовки, удаленные от торцов трубы на расстояние, при котором не произойдет их разрушение от тепла сварки. Труба на длине защемления концов внутренней облицовки внутренними концами защитных металлических втулок выполнена с большим внутренним диаметром, чем концы трубы без внутренней облицовки. При этом увеличение внутреннего диаметра на длине защемления концов облицовки производится до облицовки внутренней поверхности трубы оболочкой из пластмасс при помощи гидропресса на величину, равную удвоенной толщине стенки внутренних концов защитной металлической втулки. В одном случае защитные металлические втулки выполнены цельными, в другом - между концами трубы без внутренней облицовки и защитными втулками размещены металлические кольца. Защитные втулки выполняются либо из коррозионно-стойкой стали, либо из углеродистой стали с протекторной защитой.
Недостатком данной конструкции трубы является низкая герметичность защемления облицовки, полученной футерованием оболочкой из пластмасс, защитными металлическими втулками. В данном случае облицовка только прижимается втулками к заранее деформированной части металлической трубы. При этом герметичность обеспечивается только упругой составляющей деформации пластмассовой облицовки, значение которой намного ниже, чем у упругой составляющей деформации металлов. Потеря герметичности защемления в процессе эксплуатации трубы под высоким давлением (например, трубопроводы системы заводнения нефтяных пластов, работающих при давлении 21 МПа) приведет к проникновению агрессивной перекачиваемой среды в зазор между металлической трубой и защитной втулкой, выполненной из коррозионно-стойкой стали. При этом возникнет электрохимическая контактная коррозия, в процессе которой труба из углеродистой стали будет ускоренно разрушаться.
Известна труба с внутренней пластмассовой оболочкой (патент RU №2141598, МПК F16L 9/02, опубл. 20.11.1999 г.), содержащая концентрично расположенные на концах трубы и скрепленные с ней сборные защитные втулки, состоящие из внутренних и наружных колец. Внутренние кольца выполнены из коррозионно-стойкого металла, а наружные кольца выполнены из материала трубы с толщиной стенки, не превышающей толщину пластмассовой оболочки. Наружные кольца могут быть выполнены по длине с переменной толщиной стенки. Между внутренней поверхностью концов пластмассовой оболочки и наружными поверхностями внутренних колец размещен герметик из упругого эластичного материала. На наружной поверхности внутренних колец выполнены выступы, высота которых не превышает толщину стенки пластмассовой оболочки.
Недостатком данной конструкции трубы также является низкая герметичность защемления пластмассовой оболочки внутренним кольцом сборной защитной втулки, так как отсутствует предварительная калибровка концов труб в зоне защемления. При отсутствии калибровки защемление оболочки может оказаться недостаточным из-за больших допусков на внутренний диаметр стальных труб. Потеря герметичности в данном случае может произойти при повреждении пластмассовой оболочки наружным и внутренним гратом продольного сварного шва внутреннего кольца сборной защитной втулки, изготовленной из листовой коррозионно-стойкой стали.
Кроме того, пластмассовая оболочка может быть повреждена при расширении защитной втулки из-за низкой механической прочности и текучести пластмассы А размещение герметика между оболочкой и внутренними кольцами проблему не решает, так как герметик хорошо работает при размещении его между поверхностями, выполненными из материала с высокой механической прочностью, например из стали. Кроме того, как показывает практика, герметик может выдавливаться из защемления воздухом, находящимся в замкнутом пространстве конструкции и нагревающимся за счет тепла сварки при стыковке труб.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является стальная труба с внутренней пластмассовой облицовкой (патент RU №2238470, F16L 9/02, опубл. 20.10.2004 г.), содержащая концентрично расположенные в каждом из концов трубы наружное и внутреннее защемляющие кольца и герметизирующее кольцо из упругоэластичного материала. Наружное кольцо размещено между торцами облицовки и трубы и выполнено из металла трубы, а внутреннее защемляющее кольцо прижимает конец облицовки к трубе и выполнено из коррозионно-стойкой стали. Внутренний диаметр концов трубы в интервале размещения защемляющих колец превышает внутренний диаметр самой трубы, а герметизирующее кольцо расположено между торцами облицовки и наружного кольца и выполнено из более термостойкого материала, чем облицовка. При этом толщина защемляющего кольца в интервале расположения наружного кольца уменьшена до 2-4 мм при соответственном увеличении толщины наружного кольца.
Недостатком этой тубы является низкая герметичность защемления пластмассовой облицовки внутренними защемляющими кольцами, так как облицовка только прижимается к заранее деформированной части стальной трубы. Поэтому герметичность обеспечивается только упругой составляющей деформации пластмассовой облицовки. Герметизирующее кольцо проблему не решает, так как требуется производить обрезку концов пластмассовой облицовки с большой точностью и низкой шероховатостью, что технически сложно осуществить. Кроме того, как показывает практика, герметизирующее кольцо при калибровании смещается и пластически деформируется.
Задачей полезной модели является увеличение срока службы труб за счет повышения надежности их антикоррозионной защиты.
Поставленная задача решается тем, что в стальной трубе с внутренней полимерной облицовкой, содержащей концентрично расположенные в каждом из концов трубы внутреннее и наружное защемляющие кольца, причем наружное кольцо размещено между торцами облицовки и трубы и выполнено из металла трубы. Внутреннее защемляющее кольцо прижимает конец полимерной облицовки к трубе и выполнено из листовой коррозионно-стойкой стали путем соединения его продольных кромок аргонодуговой сваркой. Причем конец внутреннего защемляющего кольца в зоне защемления полимерной облицовки выполнен на длине, превышающей две толщины его стенки, с переменной толщиной в виде внутренней или наружной фаски, толщина конца которой не превышает половины толщины полимерной облицовки. При этом наружный диаметр облицовки вне зоны защемления равен номинальному внутреннему диаметру трубы, а концы трубы в интервале размещения защемляющих колец имеют внутренний диаметр, превышающий первоначальное номинальное значение, образованный при совместной деформации защемляющих колец, облицовки и трубы.
На фиг.1 приведен продольный разрез конца трубы с внутренней полимерной облицовкой после раздачи;
на фиг.2 приведен продольный разрез конца трубы с внутренней полимерной облицовкой до раздачи;
на фиг.5 приведен вид А фиг.1.
Стальная труба 1 (фиг.1) изнутри облицована полимерной (например, полиэтиленовой) оболочкой 2, каждый конец которой на удалении термического воздействия сварки отрезан и закреплен путем прижатия к внутренней поверхности трубы 1 внутренним защемляющим кольцом 3, выполненным из листовой коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали. (Прижатие производят известным методом радиальной деформации внутренних защемляющих колец 3 расширяющим дорнирующим устройством). На участке термического воздействия сварки размещено наружное защемляющее кольцо 4, выполненное из материала трубы 1.
Стальная труба изготавливается в следующей последовательности. Концы стальной трубы 1 (фиг.2) до облицовки ее полимерной оболочкой 2 в интервале размещения внутреннего защемляющего кольца 3 калибруются до номинального значения внутреннего диаметра, регламентированного нормативно-технической документацией (ГОСТ, ТУ и т.п.). Затем осуществляется облицовка трубы полимерной оболочкой 2, имеющей наружный диаметр, равный номинальному значению внутреннего диаметра трубы 1. Предлагаемые диаметральные размеры трубы 1 и полимерной оболочки 2 позволяют получить одинаковый внутренний диаметр полимерной оболочки 2 в зоне калибровки трубы 1 при любом значении внутреннего диаметра трубы 1.
В этом случае наружный и внутренний диаметры концов полимерной облицовки 2 сохраняют свое значение, что позволяет выбрать оптимальный для монтажа наружный диаметр внутреннего защемляющего кольца 3, равный внутреннему диаметру концов полимерной облицовки 2.
Внутреннее 3 и наружное 4 защемляющие кольца устанавливают в калиброванный конец трубы 1, как показано на фиг.2, производят радиальную раздачу внутреннего защемляющего кольца 3 таким образом, чтобы в результате совместной пластической деформации защемляющих колец 3 и 4, полимерной облицовки 2 и трубы 1 внутренний диаметр трубы 1 в интервале размещения защемляющих колец превышал первоначальное номинальное значение.
Для того, чтобы полимерная облицовка 2 (фиг.3) передавала радиальную нагрузку на стенку трубы 1 и не выдавливалась из зазора между внутренним защемляющим кольцом 3 и трубой 1, конец внутреннего защемляющего кольца 3 в зоне защемления полимерной облицовки 2 выполнен на длине L, превышающей две толщины его стенки S1, с переменной толщиной в виде внутренней или наружной фаски, толщина конца которой S2 не превышает половины толщины S3 полимерной оболочки 2, где: L - длина фаски;
S1 - толщина внутреннего защемляющего кольца;
S2 - толщина фаски;
S3 - толщина полимерной облицовки.
При последовательной раздаче внутреннего защемляющего кольца 3 указанная фаска плавно прижимает полимерную облицовку 2 к трубе 1. В результате этого недеформированная часть облицовки 2 оказывается в замкнутом пространстве, в котором полимерные материалы при сжатии ведут себя, как твердые тела. Это позволяет производить деформацию торцов трубы 1 через стенку полимерной облицовки 2 при дальнейшем прохождении дорнирующего устройства (полимерному материалу некуда вытекать).
Превышение внутреннего диаметра концов трубы 1 после радиальной раздачи гарантирует наличие пластической деформации ее стенок, независимо от первоначального внутреннего диаметра.
Такая пластическая деформация содержит в себе остаточную упругую составляющую, которая обеспечивает многократное увеличение усилия прижатия полимерной облицовки 2, что, в свою очередь, повышает герметичность ее защемления.
В предлагаемой конструкции стальной трубы 1 с внутренней полимерной облицовкой 2 продольный сварной шов внутреннего защемляющего кольца 3 выполнен без наружного и внутреннего грата. Это достигается тем, что внутреннее кольцо 3, изготовляемое из листовой коррозионно-стойкой стали, образовано путем соединения его продольных кромок аргонодуговой сваркой. Это позволяет при выполнении радиальной раздачи внутреннего кольца 3.устранить передавливание сварным гратом и потерю герметичности полимерной облицовки 2.
Пример конкретного выполнения.
Концы стальной трубы 1 ГОСТ8731-74 из стали 20 диаметром 114 мм с толщиной стенки 9 мм калибруют на длину 350 мм до номинального значения внутреннего диаметра 96 мм. Затем осуществляют футерование трубы 1 полиэтиленовой облицовкой 2 с наружным диаметром 96 мм и толщиной стенки 4 мм. Концы полиэтиленовой облицовки 2 отрезают на длину термического воздействия сварки, которое составляет для полиэтилена 200 мм. В концы стальной трубы 1 вставляют сборку из наружного кольца 4, выполненного из стали 20 наружным диаметром 92 мм, толщиной стенки 4 мм и длиной 200 мм., и внутреннего кольца 3 из листовой коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т наружным диаметром 88 мм с минусовым допуском (для свободного монтажа в торец полиэтиленовой оболочки), толщиной 4 мм и длиной 300 мм. Конец внутреннего защемляющего кольца 3 в зоне защемления на длине 10 мм выполнен с наружной фаской, конец которой имеет толщину 2 мм. Затем производят раздачу колец с помощью дорна диаметром 84 мм.
Как показали экспериментальные опыты, при которых испытывались образцы труб традиционной конструкции и образцы труб предлагаемой конструкции, герметичность защемления полимерной облицовки (из полиэтилена высокой и низкой плотности) последних выше в два раза.