УСИЛИТЕЛЬНАЯ ЛЕНТА И СПОСОБ РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДА С НЕЙ, СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИАМЕТРА ПОВРЕЖДЕННОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА
REINFORCEMENT STRIP AND METHOD OF REPAIRING PIPES USING SAME, METHOD OF DETECTING INCREASE IN DIAMETER OF DAMAGED PIPE SECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области ремонта трубопроводов, используемых для транспортировки текучей среды, такой как нефть, и, в частности, касается усовершенствованной усилительной ленты для ремонта трубопроводов транспортировки текучих сред.
Уровень техники
Ремонт трубопровода транспортировки текучей среды, такого как нефтепровод, когда он имеет повреждение, всегда включает в себя укладку усилительной ленты вокруг поврежденной части трубопровода. Как правило, эта усилительная лента выполнена из мягкого материала, имеющего очень хорошие механические характеристики при растяжении, такие как высокое сопротивление разрыву. Предпочтительно таким материалом является Кевлар (зарегистрированный товарный знак) из семейства арамидов или стекловолокно.
Как показано на фиг. 1, часть трубопровода 10, стенки 12 которого, как правило, выполнены из стали, содержит на своей периферии поврежденный участок 14. Для осуществления ремонта сначала поврежденный участок заделывают полимерной смолой. Затем устанавливают муфту 16, которая закрывает поврежденную часть. Такая муфта представляет собой усилительную ленту, которая охватывает трубопровод и на которую наносят смолу с сетчатой структурой по мере наматывания усилительной ленты.
Муфту 16 можно также устанавливать на часть трубопровода 10, содержащую утонение 18, появившееся в результате разрушения внутри трубопровода 10, как показано на фиг. 2.
На фиг. 3 показано, каким образом укладывают усилительную ленту. Прежде всего начало ленты 20 крепят на трубопроводе при помощи любого соответствующего средства. Затем усилительную ленту наматывают с натяжением вокруг трубопровода, перекрывая при каждом витке часть предыдущего витка, как правило, половину усилительной ленты.
К сожалению, большинство трубопроводов, предназначенных, в частности, для транспортировки нефти, зарыты в землю, что связано с целым рядом проблем.
Так, если трубопровод проложен по территории с низкими зимними температурами, нанесение смолы с сетчатой структурой затруднено, поскольку полимеризация, обеспечивающая смоле хорошие химические и механические характеристики сцепления, может происходить нормально только при достаточной температуре не ниже 10°С.
Для решения этой проблемы обычно трубопровод накрывают нагревательным кожухом после установки на место ленты, пропитанной ингредиентами смолы, чтобы мог начаться процесс полимеризации. В этом случае тепло поступает снаружи внутрь, при этом на границе раздела между трубопроводом и первым слоем пропитанной ленты появляется тонкий слой конденсата. Это приводит к ухудшению сцепления, что сказывается на механической и химической эффективности ремонта, и к тому же приводит к появлению слоя ржавчины.
С другой стороны, чтобы проверять нормальную работу и состояние трубопровода через равномерные интервалы времени, например, каждые 3 года, внутреннее пространство трубопровода контролируют при помощи инструмента, называемого инспекционным зондом, который перемещается внутри трубопровода.
Однако, когда после ремонта трубопровод закапывают в землю, место ремонта оказывается неизвестным. Когда инспекционный зонд оказывается напротив отремонтированной части, он показывает на наличие дефекта стенки, но не может определить, что здесь был произведен ремонт. Следовательно, инспекционный зонд указывает на необходимость ремонта после откапывания трубопровода, что является бесполезной и очень дорогой операцией.
Наконец, когда повреждение трубопровода находится снаружи или внутри, изменяющееся во времени утонение поврежденной части приводит к увеличению внутреннего диаметра трубопровода, несмотря на то, что был производен ремонт путем установки муфты. Это увеличение утонения может оказаться очень опасным, поскольку стенка трубопровода может растрескаться, если диаметр достигнет слишком большого значения и если в этом месте не установить новую муфту.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в создании усилительной ленты для ремонта трубопроводов транспортировки текучих сред, которая позволяет легко осуществлять операции, такие как установка муфты, обнаружение части трубопровода, содержащей муфту, или обнаружение частей трубопровода, подвергнувшихся увеличению диаметра по причине утонения стенки трубопровода.
Таким образом, главным объектом изобретения является усилительная лента для ремонта трубопровода транспортировки текучей среды, во время которого ленту наматывают с натяжением вокруг участка трубопровода, где должен происходить ремонт, и одновременно на ленту наносят смолу с сетчатой структурой, чтобы получить муфту вокруг ремонтируемого участка. Усилительная лента содержит по меньшей мере один металлический провод, интегрированный в продольном направлении ленты, при этом электрические свойства провода используют для операций, включающих в себя поперечное сшивание смолы, обнаружение участка трубопровода, содержащего муфту, или обнаружение отремонтированных участков трубопровода, диаметр которых увеличился в результате утонения стенки.
Предпочтительно указанные провода интегрированы только в половину указанной ленты так, чтобы при каждом витке ленты вокруг трубопровода половина, содержащая провода, накладывалась на половину предыдущего витка, не содержащую проводов, чтобы предотвратить короткое замыкание между участками проводов последовательных витков.
Другим объектом изобретения является способ ремонта поврежденного участка трубопровода, в котором муфта, устанавливаемая на участке, содержит вышеупомянутую усилительную ленту, включающий в себя подачу напряжения в металлический провод, интегрированный в ленту, таким образом, чтобы получить повышение температуры за счет эффекта Джоуля для достижения минимальной температуры, например, 10°С, необходимой для начала полимеризации нанесенной на ленту смолы с сетчатой структурой.
Согласно варианту осуществления способа, измеряют омическое удельное сопротивление усилительной ленты до и после ее укладки на место, при этом разность между двумя измерениями соответствует механическому натяжению, прикладываемому во время намотки ленты.
Согласно ещё одному варианту осуществления способа, измерение сопротивления указанного интегрированного провода, удельное сопротивление которого известно, позволяет определить общую длину укладываемой усилительной ленты.
Еще одним объектом изобретения является способ обнаружения муфты, установленной на поврежденном участке трубопровода и содержащей вышеупомянутую усилительную ленту, в котором внутри трубопровода перемещают инспекционный зонд, передающий магнитное поле, что позволяет зарегистрировать изменение магнитного поля, связанное с присутствием металлического провода, интегрированного в ленту, так, чтобы обнаруживать муфту и отремонтированный участок трубопровода.
Еще одним объектом изобретения является способ обнаружения увеличения диаметра по причине утонения стенки поврежденного участка трубопровода, содержащего муфту, содержащую вышеупомянутую усилительную ленту, в котором между двумя концами металлического провода, интегрированного в ленту, подают напряжение так, чтобы измерить удельное сопротивление провода, изменение которого зависит от увеличения диаметра трубопровода.
Краткое описание чертежей
Задачи, объекты и отличительные признаки изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показана поврежденная наружная часть трубопровода, на которой был произведен ремонт посредством установки муфты;
на фиг. 2 показана поврежденная внутренняя часть трубопровода, на которой был произведен ремонт посредством установки муфты;
на фиг. 3 показана укладка усилительной ленты на поврежденную часть трубопровода;
на фиг. 4 схематично показана заявленная усилительная лента с металлическим проводом;
на фиг. 5 показана часть трубопровода, на которой установлена муфта с концами металлического провода, выходящими из муфты.
Осуществление изобретения
Фиг. 1-3, на которых показан трубопровод с поврежденным участком, на котором производят ремонт посредством установки муфты, уже были описаны выше в связи со ссылками на известные решения.
Как показано на фиг. 4, усилительная лента 20, которая может быть образована несколькими соединенными встык усилительными лентами, выполнена из мягкого материала, имеющего очень хорошие механические свойства растяжения, такого как Кевлар, содержит металлический провод 22, например, из стали, интегрированный внутрь ленты 20 в ее продольном направлении.
Необходимо отметить, что усилительная лента может содержать несколько металлических проводов. В этом случае предпочтительно провода интегрированы только в половину указанной ленты, т.е. провода должны находиться по одну сторону от срединной линии 24 ленты, чтобы избегать короткого замыкания, если провод 22 соприкасается с лентой, когда один виток частично (предпочтительно наполовину) перекрывается последующим витком (см. фиг. 3 и 4).
Трубопровод 10 с муфтой 16, содержащей усилительную ленту в соответствии с настоящим изобретением, показан на фиг. 5. Как видно на фигуре, концы 26 и 28 металлического провода 22 выступают из муфты 16 и остаются доступными на поверхности земли, когда трубопровод закапывают в землю.
Как было указано выше, многие трубопроводы, в частности, нефтепроводы прокладывают в земле на территориях, где температура опускается зимой ниже нуля. При установке муфты усилительную ленту покрывают смолой с сетчатой структурой. Как правило, эта смола содержит два компонента, которые полимеризуются и поперечно сшиваются, входя в контакт с воздухом. Однако это сшивание не происходит, если температура опускается ниже минимального значения, например, 10°С.
Используя заявленную усилительную ленту, можно решить эту проблему, прикладывая низкое напряжение между двумя концами 26 и 28 металлического провода 22, чтобы попустить ток в металлический провод и вызвать повышение температуры за счет эффекта Джоуля вплоть до достижения минимальной температуры, например, 10°С, для начала полимеризации смолы.
После завершения наматывания на холодном трубопроводе первой усилительной ленты, пропитанной ингредиентами смолы, оператор подает в нее напряжение и может продолжать наматывание других лент, не беспокоясь о температуре трубопровода. Это позволяет избежать какой-либо конденсации.
Кроме того, после завершения наматывания, оставив трубопровод под напряжением и защитив его изотермической тканью, достаточно подождать, пока не будет достигнута нормальная температура полимеризации, что можно определить при помощи визуального индикатора, такого как термочувствительная этикетка. Таким образом, можно обеспечить идеальную полимеризацию всех слоев (которые могут достигать количества 100, то есть толщины в 50 мм).
Другим преимуществом является сокращение времени выжидания перед восстановлением давления, при этом время выжидания обычно достигает 72 часов (время, необходимое для стабилизации смолы), и его можно сократить до нескольких часов, что соответствует существенному выигрышу с точки зрения себестоимости.
Во время укладки на место усилительных лент между двумя лентами необходимо соблюдать минимальное механическое натяжение, то есть усилие со стороны человека порядка 6 кг, учитывая, что по своей природе лента не является эластичной.
Благодаря присутствию провода (или проводов) в ленте, можно увидеть разницу между слабо намотанной лентой, то есть намотанной с усилием менее 6 кг, и туго намотанной лентой, то есть можно проверить, правильно ли оператор производил операцию намотки. Действительно, достаточно измерить омическое удельное сопротивление ленты до и после укладки на место, при этом разность между двумя измерениями выражает натяжение во время намотки.
Следует отметить, что для данного ремонта рассчитывают необходимое количество слоев и, следовательно, длину ленты, которая может достигать сотни метров. Благодаря известному удельному сопротивлению провода, измерение сопротивления указывает на необходимую для намотки общую длину ленты. После ремонта трубопровода производят контроль трубопровода при помощи инспекционного зонда, который перемещается внутри трубопровода, при этом инспекционный зонд указывает на наличие повреждения стенки, когда он оказывается напротив отремонтированной части.
Благодаря металлическому проводу, интегрированному в усилительную ленту, инспекционный зонд обнаруживает присутствие муфты. Действительно, инспекционный зонд содержит несколько средств измерения, в том числе средство, которое измеряет магнитный поток магнита, циркулирующий в стенке трубопровода между двумя полюсами магнита. Благодаря виткам усилительной ленты, металлический провод, интегрированный в усилительную ленту, образует катушку, которая изменяет измеряемый магнитный поток. Следовательно, можно легко обнаружить присутствие муфты, которое указывает, что трубопровод был отремонтирован.
Как было указано выше, если произведен ремонт после повреждения трубопровода, утонение поврежденной части даже после ремонта приводит к увеличению диаметра трубопровода, которое может оказаться очень опасным, поскольку стенка может растрескаться, если диаметр достигнет слишком большого значения и если на это место не установить новую муфту. Поэтому необходимо через равномерные интервалы проверять, чтобы диаметр трубопровода в месте ремонта не слишком увеличился, чтобы предотвратить неизбежное образование трещин.
Поскольку отремонтированный участок трубопровода содержит муфту, увеличение диаметра трубопровода приводит к увеличению диаметра муфты и, следовательно, диаметра витков, образованных металлическим проводом, интегрированным в усилительную ленту, что выражается в увеличении длины металлического провода за счет вытягивания. Это увеличение длины провода приводит к увеличению удельного сопротивления провода. Следовательно, чтобы распознать возможное увеличение диаметра трубопровода, достаточно вычислить изменение удельного сопротивления провода, приложив напряжение между концами 26 и 28 (см. фиг. 5) и измерив сопротивление провода для определения его удельного сопротивления.