СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКОИЗОЛИРУЮЩЕЙ ВСТАВКИ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА
PROCEDURE FOR FABRICATION OF CURRENT INSULATING INSERTION FOR PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для электрического разъединения трубопроводов и/или их участков.
Известен способ изготовления токоизолирующего соединения для трубопровода, включающий внутреннюю проточку смежных концов двух патрубков, размещение и прикрепление в проточках общей диэлектрической катушки, а в зазоре между торцами патрубков - диэлектрического кольца и формирование на наружной поверхности смежных концов патрубков стекло-пластиковой обмотки (пат. РФ №2174638, кл. F16L 25/03, опубл. 10.10.01 г.).
Недостатками этого способа являются высокая трудоемкость изготовления и низкая прочность получаемого соединения на изгибающие и растягивающие нагрузки.
Известен также способ изготовления токоизолирующей вставки, включающий неразъемное муфтовое соединение двух отрезков трубы, изготовленных из того же материала, что и трубопровод, с предварительным размещением диэлектрических прокладок между поверхностями отрезков трубы и муфты и между смежными торцами отрезков трубы. Согласно описанию изобретения неразъемное муфтовое соединение выполняют путем радиального обжатия муфты, имеющей на концах кольцевые выступы (пат. РФ №2131949, кл. C23F 13/00, опубл. 20.06.99 г.).
Недостатком этого способа является высокая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью токарной обработки, с целью формирования кольцевых выступов внутренней поверхности муфты на значительном по длине участке (при малой длине этого участка снижается прочность соединения на изгиб), сопровождающейся съемом металла на большую глубину (при толщине снимаемого металла муфты менее 5 мм прочность соединения при больших внутренних давлениях в осевом направлении становится недостаточной).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления токоизолирующей вставки для трубопровода, включающий размещение между смежными торцами двух патрубков, выполненных из материала трубопровода, и между патрубками и соединяющей их наружной муфтой диэлектрических прокладок, неразъемное соединение патрубков муфтой путем совместной радиальной раздачи патрубков и муфты с формированием кольцевых выступов на наружных поверхностях патрубков и муфты высотой, превышающей толщину диэлектрических прокладок между патрубками и муфтой, с помощью подкладных колец и нанесение на внутреннюю поверхность патрубков диэлектрического покрытия (пат. РФ №2268435, кл. F16L 25/03, опубл. 20.01.06 г.).
Недостатком этого способа является низкая надежность электроизолирующей вставки при внутренних давлениях более 15-20 МПа в случае установки ее на концах трубопровода, при котором осевая нагрузка, создаваемая внутренним давлением, не компенсирована прилегающими участками трубопровода, зажатыми грунтом.
Задачей изобретения является повышение надежности токоизолирующей вставки при внутренних давлениях более 20 МПа.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления токоизолирующей вставки для трубопровода, включающем размещение между смежными торцами двух патрубков, выполненных из материала трубопровода, и между патрубками и соединяющей их наружной муфтой диэлектрических прокладок, неразъемное соединение патрубков муфтой путем совместной радиальной раздачи патрубков и муфты с формированием кольцевых выступов на наружных поверхностях патрубков и муфты высотой, превышающей толщину диэлектрических прокладок между патрубками и муфтой, и футерование внутренней поверхности патрубков полимерной оболочкой, концы которой закрепляют и герметизируют, согласно изобретению, диэлектрические прокладки между патрубками и муфтой выполняют составными, при этом в зонах наружных склонов как минимум одного из выступов в пределах каждого патрубка размещают диэлектрические прокладки из материала с низкой ползучестью при температурах эксплуатации токоизолирующей вставки, а на остальных участках - диэлектрические прокладки из пластичного или упругоэластичного материала.
В качестве материала диэлектрических прокладок с низкой ползучестью может быть использован армированный термореактивный полимер.
При этом нанесение диэлектрической прокладки из армированного термореактивного полимера может быть произведено путем предварительной намотки на соответствующие участки патрубков слоев армирующего диэлектрического материала с последующей пропиткой слоев термореактивным компаундом.
Нанесение диэлектрических прокладок с низкой ползучестью может быть произведено также путем предварительной установки и закрепления на соответствующих участках патрубков разрезных колец, изготовленных из армированного термореактивного полимера.
В качестве материала диэлектрических прокладок между патрубками и муфтой с низкой ползучестью можно также использовать сшитый полимер.
Способ поясняется чертежом, где приведен продольный разрез токоизолирующей вставки после сборки.
Способ осуществляется следующим образом.
Изготавливают патрубки 1 из материала трубопровода, имеющего наружное составное диэлектрическое покрытие 2. Между смежными торцами патрубков помещают диэлектрическую прокладку 3. Внутри патрубков в зоне размещения муфты 4 устанавливают подкладные кольца 5 с двумя или более выступами (соответственно требуемому количеству выступов патрубков и муфты), служащими для создания замкового механического соединения патрубков с муфтой. Высота выступов колец превышает толщину диэлектрических прокладок (покрытия) между патрубками и муфтой. На внутренних концах подкладных колец выполнены дополнительные упорные выступы, которые входят в кольцевые проточки на внутренних концах патрубков и не дают смещаться кольцам при передвижении раздающего дорна из середины вставки к ее концам. В зонах наружных склонов 6 как минимум одного из выступов в пределах каждого патрубка размещают диэлектрические прокладки из материала с низкой ползучестью при температурах эксплуатации токоизолирующей вставки (на чертеже изображен вариант установки таких прокладок в зонах наружных склонов всех выступов в пределах каждого патрубка), а на остальных участках - диэлектрические прокладки из пластичного или упругоэластичного материала.
Производят раздачу подкладных колец 5 дорнирующим устройством в такой степени, чтобы сформировать на поверхности патрубков выступы высотой, превышающей толщину диэлектрических прокладок между патрубками и муфтой. При этом возникает перекрытие по металлу в замковом соединении патрубков с муфтой, воспринимающее осевую нагрузку. Кроме того, для усиления герметичности токоизолирующей вставки внутреннюю поверхность патрубков облицовывают (футеруют) полимерной оболочкой 7, концы которой закрепляют и герметизируют металлическими защемляющими наконечниками 8, которые после установки радиально раздают дорнирующим устройством. Кроме того, внутреннее диэлектрическое покрытие повышает электроизолирующую способность вставки в случае, если по трубопроводу перекачивается электропроводная жидкость, увеличивая длину жидкостного проводника внутри вставки. Однако в этом случае полностью устранить протекание электрического тока через жидкость невозможно, поэтому внутренние поверхности одного из концов вставки и прилегающего к нему участка трубопровода, откуда стекает ток (анодная зона), будут подвергаться более сильной коррозии, чем остальная поверхность трубопровода. Этот эффект может быть устранен размещением и закреплением внутри обоих концов вставки гальванических протекторных вставок 9, электрически соединенных с патрубками (необходимость размещения протекторов на обоих концах продиктована тем, что не всегда бывает известно направление тока в трубопроводе). В показанном на чертеже варианте протекторные вставки электрически контактируют с патрубками за счет защемления их с натягом между защемляющими наконечниками 8 и патрубками 1.
Прокладки между наружными склонами выступов патрубков и муфты в пределах каждого патрубка испытывают сильное сжимающее напряжение, создаваемое осевой растягивающей силой от внутреннего давления в трубопроводе, если эта сила не уравновешена силой трения между участками трубопровода и грунтом по обе стороны от токоизолирующей вставки. Но на концах трубопровода, на которых часто и устанавливаются токоизолирующие вставки, осевая сила не уравновешена или уравновешена только частично. При этом диэлектрические прокладки между патрубками и муфтой, находящиеся под напряжением сжатия, с течением времени постепенно выдавливаются из зоны сильного сжатия в соседние участки с меньшим сжатием за счет свойства ползучести материала, которая для многих типов полимеров проявляется при относительно низких температурах. Этим фактором и объясняется размещение в указанных местах диэлектрических прокладок из материала с низкой ползучестью.
Низкой ползучестью, как известно, обладают армированные термореактивные полимеры, обладающие высокой прочностью и весьма низкой ползучестью при обычных температурах эксплуатации токоизолирующих вставок. Нанесение диэлектрической прокладки из армированного термореактивного полимера в зонах 6 может быть произведено путем предварительной намотки на соответствующие участки патрубков слоев армирующего диэлектрического материала с последующей пропиткой слоев термореактивным компаундом.
Нанесение диэлектрических прокладок с низкой ползучестью может быть произведено также путем предварительной установки и закрепления на соответствующих участках патрубков разрезных цилиндрических колец (разрезанных по двум противоположным образующим цилиндра), изготовленных из армированного термореактивного полимера.
Диэлектрические прокладки с низкой ползучестью могут быть изготовлены также из сшитого полимера, например, из сшитого полиэтилена или полиуретана.
Пример конкретного выполнения.
Из стальной трубы диаметром 114 мм и толщиной стенки 9 мм, на наружную поверхность которой с помощью экструдера нанесли двухслойное покрытие, состоящее из клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом - севилена и полиэтилена высокого давления суммарной толщиной 3 мм, изготовили 2 патрубка длиной по 545 мм. На наружных концах патрубков на расстоянии 70 мм от торцов удалили покрытие и сняли фаску под сварку встык. На внутренних концах патрубков выполнили внутренние кольцевые проточки шириной 15, глубиной 5,2 мм. На предполагаемых участках расположения зон наружных склонов выступов патрубков длиной около 50 мм (это участки непосредственно перед подкладными кольцами со стороны наружных концов патрубков) удалили ранее нанесенное покрытие и на оголенные таким образом места установили разрезные цилиндрические кольца подходящего диаметра шириной 50 мм, толщиной стенки 3 мм и приклеили клеем. Внутрь внутренних концов патрубков установили подкладные кольца длиной 166, внутренним диаметром 80,4, наружным диаметром 84,4 мм с двумя выступами диаметром 93,5 и шириной по 20 мм. На внутренних концах колец выполнили упорные выступы диаметром 104,5 мм, шириной 10 мм. Между внутренними торцами патрубков установили полиэтиленовую прокладку наружным диаметром 119, толщиной (высотой) 11 и шириной 30 мм. Из стальной трубы по ГОСТ 8732-78 наружным диаметром 140 и толщиной стенки 14 мм изготовили муфту длиной 490 и внутренним диаметром 120 мм. Поместили соединяемые концы патрубков в муфту и с помощью горизонтального гидропресса, развивающего усилие до 50 т, и дорна диаметром 95 мм произвели раздачу подкладных колец. Внутрь собранной таким образом электроизолирующей вставки ввели полиэтиленовую оболочку диаметром 96, толщиной стенки 4,3 и длиной 700 мм. Между торцами оболочки и патрубков установили протекторные втулки из алюминиевого сплава диаметром 95, толщиной стенки 4 и длиной 200 мм и закрепили протекторные втулки и концы полиэтиленовой оболочки стальными наконечниками наружным диаметром 86, толщиной стенки 4 и длиной 300 мм путем их раздачи с помощью того же дорнирующего оборудования. С помощью гидропресса и фильеры проходным диаметром 130 мм произвели радиальное обжатие концов муфты на длину 50 мм. Электрические, гидравлические (на внутреннее давление воды) и механические (на осевое растяжение, создаваемое внутренним давлением) испытания показали, что полученная токоизолирующая вставка в неэлектропроводной среде имеет практически бесконечное электросопротивление между концами, герметична при давлении как минимум до 25 МПа (при больших давлениях испытания не проводились) и выдерживает осевую нагрузку как минимум 18 т (именно такую нагрузку создает внутреннее давление 25 МПа).