УЗЕЛ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к конструкциям трубопроводов, в частности, сварному соединению труб с внутренним покрытием, и может быть использована при сборке трубопроводов для транспортировки различных сред в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Из уровня техники сварное соединение трубопроводов, содержащее втулку (соединительное звено), в которой выполнены отверстия, в которые вводятся соединяемые трубопроводы, Отверстия втулки имеют внутренние патрубки со скошенными торцами, при этом во втулке выполнено монтажное отверстие, закрываемое герметизирующей крышкой. Трубы сваривают с внутренними патрубками втулки через ее монтажное отверстие, после чего закрывают отверстие герметизирующей крышкой (патент РФ №1489953, МПК B23K 31/06, опубл. 30.06.1989 г.).
Известен также узел сварного соединения двух равных по диаметру труб, в котором сборный узел ремонтной трубной втулки расположен относительно трубной втулки с симметрично расположенным на ее поверхности осевым упором, относительно осевого упора на поверхности трубной втулки размещены два симметрично равноудаленных относительно осевого упора участка стеклоткани, два участка коаксиально и поверх расположенных втулок смещены по оси с перекрытием оппозитно смещенных торцов трубопроводов по внешней поверхности втулки, втулки выполнены с оппозитно расположенными коническими выступами с расположением за ними кольцевых упоров, выполненных с возможностью размещения по кольцевому периметру участков стеклоткани, наиболее удаленные от упора конические участки по наружной поверхности втулок, снабжены кольцевыми манжетами, предназначенными для осевого перемещения самотвердеющей мастики внутри участков торцов соединяемых трубопроводов, по длине L ремонтного участка коаксиально расположенных втулок размещена по окружности стеклоткань, на поверхности стеклоткани устанавливаются полукольца, равные по диметру и толщине трубопроводам, предназначенные для сваривания между собой в осевом и радиальном направлениях относительно осевого упора, взаимодействующего с трапецеидальной канавкой относительно оси, сборный узел ремонтной трубной втулки, предназначен для образования со стороны торцов, а также по радиальным сечениям полуколец втулок сварных швов, предназначенных для образования монолитного соединения двух трубопроводов со сборным узлом ремонтной трубной втулки, снабженной равноудаленными упорами, необходимых для согласования длины полуколец при формировании радиальных зазоров сварных швов (патент РФ №2331009, МПК F16L 13/00, опубл. 10.08.2008).
Известен узел сварного соединения трубопровода, содержащий металлические трубы с нанесенным на их внутреннюю поверхность защитным покрытием и втулку, размещенную внутри труб, при этом сварное соединение узла выполнено с получением сварного шва, площадь которого превышает площадь нормального сечения труб. Узел имеет кольцевые элементы, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения, термоизоляционный материал, герметизирующий материал, Г-образный кольцевой упор или как минимум три Г-образных упора, равно размещенных в радиальной плоскости. Размещенная внутри труб втулка выполнена с цилиндрическим участком и сопряженными с ним коническими участками и размещена внутри труб так, что кромки труб контактируют с Г-образным кольцевым упором или Г-образными упорами. Защитное покрытие на внутренней поверхности труб нанесено на расстоянии от их торцов с образованием в зоне нанесения термоненагруженной зоны, Г-образный кольцевой упор или Г-образные упоры размещены на половине длины втулки и жестко зафиксированы на ее внешней поверхности, на внутренней поверхности цилиндрического и сопряженных с ним конических участков втулки нанесено защитное покрытие, кольцевые элементы жестко закреплены на внешней поверхности цилиндрического участка втулки, равно смещены от его торцов и установлены оппозитно друг другу, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения размещены на внешней поверхности втулки между нанесенным на внутреннюю поверхность труб защитным покрытием, торцами кольцевых элементов и коническими участками втулки и плотно контактируют с ними. Термоизоляционный материал жестко закреплен на внешней поверхности цилиндрического участка втулки между торцами кольцевых элементов, герметизирующий материал нанесен на внешнюю поверхность упомянутых конических участков втулки (патент РФ №2283739, МПК B23K 31/02, опубл. 20.09.2006).
К недостаткам известных устройств относится то, что они сложны, а используемые в них втулки достаточно трудоемки при изготовлении и дороги. При этом ни одна из описанных конструкций не дает достаточной гарантии получения сплошного внутреннего покрытия трубы и обеспечения требуемой надежности защиты зоны сварного шва.
Известно также устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопровода (свидетельство РФ на полезную модель №20360, МПК F16L 13/02, опубл. 27.10.2001), содержащее две свариваемые трубы и втулку, несущую на себе установочные выступы и уплотнительные элементы, при этом втулка имеет на своих концах раструбы и расположенные на внешней поверхности упруго-эластичные манжеты, прилегающие к кольцевым упорам, установленные на границе перехода цилиндра втулки в раструб, причем раструб выполняет роль отсекателя для перераспределения транспортируемой среды с целью уменьшения давления на упруго-эластичные манжеты (дополнительная защита сварного шва).
К недостаткам известного устройства относится сложная конфигурация втулки и возможность повреждения внутреннего покрытия трубы в зоне сварного шва в связи с тем, что отсутствует термоизоляция.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является узел сварного соединения трубопровода, содержащий свариваемые трубы с внутренним полимерным покрытием и устанавливаемую в них втулку также с внутренним полимерным покрытием, на наружной поверхности которой расположены эластичные уплотняющие манжеты и центрирующее кольцо, отличающийся тем, что втулка выполнена с центральной кольцевой проточкой, в которой расположена термоизоляционная прокладка, и двумя кольцевыми проточками, выполненными по разные стороны от центральной кольцевой проточки и предназначенными для установки в них эластичных уплотняющих манжет, при этом на центрирующем кольце выполнен кольцевой выступ, к которому подведены торцы свариваемых труб, центрирующее кольцо выполнено разрезным по образующей и установлено поверх термоизоляционной прокладки. Кольцевой выступ центрирующего кольца выполнен, преимущественно, сужающимся к вершине. При сборке узла на внутреннюю поверхность каждого конца соединяемых труб 1 и 2 наносят адгезионный материал 11 (герметик) и в одну из труб 1 вставляют втулку 4 до упора выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы. Манжета 5 при этом распределяет адгезионный материал 11 по внутренней поверхности трубы, а торец втулки, продвигая по трубе излишки адгезионного материала, создает из него защитные валики 12 по торцу втулки, что дополнительно повышает надежность противокоррозионной защиты узла. Затем другую часть втулки 4 вставляют в трубу 2 до упора ее торца в кольцевой выступ центрирующего кольца 7, причем при продвижении втулки 4 у ее торца также создается защитный валик из адгезионного материала 11. Далее трубы сваривают между собой (патент РФ на полезную модель №89656, МПК F16L 13/02, опубл. 10.12.2009).
К недостаткам ближайшего аналога рассмотренного узла сварного соединения труб с внутренним заводским покрытием являются необходимость калибрования внутренней поверхности концов труб перед нанесением покрытия, недостаточно надежная герметизация соединения втулки с покрытием трубы, рассчитанная только на уплотнительную способность манжеты и валика, образуемого герметизатором на краях втулки при ее введении внутрь трубы. Возможно также отслаивание валика герметизатора от покрытия трубы, так как без специальной подготовки покрытия трубы прочность сцепления герметизатора с этим покрытием будет очень низкая. В процессе транспортирования труб к месту строительства внутреннее покрытие на концевых участках труб может быть загрязнено, что не позволит получить его надежного сцепления с валиком герметизатора, и, следовательно, поток среды, транспортируемой по трубопроводу, вызовет отрыв последнего. Также определенные затруднения представляет, качественное смешивание герметизирующей мастики в полевых условиях и отрицательных температурах. Технология нанесения герметика на втулку не позволяет обеспечить качественную герметизацию узла. Недостатком известного узла сварного соединения является также и фиксация центрирующего кольца. Согласно описанию оно имеет конический выступ и разрез, который позволяет кольцу сжимаясь, уменьшать диаметр, т.е. сместиться относительно сварного шва. Не описан способ сварного соединения и формирование обратной поверхности шва.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в создании сварного соединения труб, обеспечивающего надежную и качественную защиту зоны сварного шва как в заводских, так и в полевых условиях, причем устройство должно быть максимально просто, удобно в использовании, недорого, а сборка узла высокопроизводительна и технологична. Должно также удовлетворяться одно из самых важных требований к трубопроводам, используемым, в частности, в нефтепромысловых объединениях - сохранение традиционных видов сварки при монтаже трубопроводов.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, решается тем, что в узле сварного соединения трубопровода, содержащем две трубы с внутренним покрытием и установленную соосно внутри них в зоне стыка втулку с внутренним покрытием, на наружной поверхности которой расположены центральная кольцевая проточка с центрирующим разрезным кольцом и две кольцевые проточки для герметизирующих элементов, выполненные по разные стороны от центральной кольцевой проточки, последние заполнены вспенивающимся при нагревании эластомером, а центрирующее кольцо снабжено кольцевым выступом прямоугольной формы.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в упрощении конструкции узла сварного соединения трубопровода, повышении его технологичности, обеспечении надежной защиты внутреннего покрытия, и, как следствие, повышении долговечности службы трубопровода. Указанный результат достигается за счет того, что предложенная конструкция имеет ряд рациональных технических решений:
- выполнение центрирующего кольца с кольцевым выступом прямоугольной формы, выполняющего функцию, односторонней расплавляемой вставки, позволяет: фиксировать втулку в трубопроводе, центрировать трубы при монтаже, осуществить легирования металла шва за счет выбора материала вставки, обеспечить формирование обратной поверхности шва с усилением во всех пространственных положениях, способствует изменению направления действия и силы поверхностного натяжения на наружной поверхности сварочной ванны:
- радиальные кольцевые проточки, заполненные вспенивающимся эластомером, располагаются в зоне термического влияния сварки, при проведении которой происходит нагрев поверхности трубы и втулки. Этот процесс используется для активации вспенивающего агента, входящего в состав герметика, который, расширяясь в ограниченном пространстве под давлением, герметизирует соединение. Применяемый эластомер состоит из маслобензостойкого высокотемпературного герметика с добавлением вспенивающего агента и антипирена.
- втулка покрывается высокотемпературной порошковой краской, устойчивой к агрессивным средам.
Предлагаемое техническое решение узла сварного соединения трубопровода обладает универсальностью и может применяться, например, при стыковке труб, протяженных трубопроводов, а также для местного ремонта трубопроводов, диаметром 57-1020 мм. При этом увеличивая длину втулки можно, при необходимости, уменьшить температурное воздействие на полимерное покрытие трубы в зоне концов втулки.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста в области создания трубопроводов, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления узла сварного соединения трубопровода, можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.
Предпочтительный вариант исполнения полезной модели описывается далее на основе представленных чертежей, где:
- на сриг.1 изображен общий вид узла сварного соединения трубопровода до проведения сварочных работ;
- на сриг.2 - то же, после проведения сварочных работ;
- на фиг.3 изображена втулка;
- на фиг.4 изображено центрирующее кольцо;
- на сриг.5 - то же, поперечный разрез.
Узел сварного соединения трубопровода содержит: свариваемые трубы 1 и 2 с внутренним покрытием 3 и устанавливаемую в них втулку 4, на наружной поверхности которой по разные стороны от зоны стыка труб расположены герметизирующие элементы, выполненные в виде вспенивающегося при нагревании эластомера 5, и центрирующее кольцо 6 с кольцевым выступом прямоугольной формы, выполняющего функцию, односторонней расплавляемой вставки в сварочном шве 7. На втулке 4 выполнены радиальные проточки 8, предназначенные для заполнения вспенивающимся эластомером 5 и выполненные по разные стороны от центральной кольцевой проточки 9, в которую, вставляется кольцо 6.

Вспенивающийся при нагревании эластомер 5 представляет собой композицию, включающую: силиконовый герметик (LOCTITE 5920), антипирен (РЕФОВЕР В801С-12 для предотвращения возгорания композиции от термического влияния сварочных работ при монтаже) и вспенивающий агент (ЧХ3-21, выделяющий газы при нагревании).
Порошковая краска, используемая для защитного покрытия втулок, (VOLGSIL 604 ТУ 2329-001-27915331-2007) или аналог.
Кольцо вставка 6 выполнено из основного материала трубопровода (сталь марки 20, 20С, 20А, 13ХФА и других сталей), а также возможно изготовление из низколегированных сталей марок 35ГС, 18Г2С и 25Г2С и др. в случае, когда швы трубопровода испытывают напряжения.
Сборку соединения труб 1 и 2 осуществляют следующим образом.
Комплектуют две трубы 1 и 2 с внутренним покрытием и подготавливают под сварку кромки и внутренние поверхности концов труб. Втулку 4, с заполненными вспенивающимся эластомером крайними кольцевыми проточками и снабженную центрирующим кольцом 6 с кольцевым выступом прямоугольной формы, превышающим внутренний диаметр соединяемых труб 1 и 2, устанавливают, например, в трубу 1 соосно до упора кольцевого выступа центрирующего кольца 6 в торец трубы 1 и производят прихватку центрирующего кольца 6 к торцу трубы 1. Затем трубу 2 устанавливают справа от центрирующего кольца 6 втулки 4 соосно с ней, надвигают трубу 2 на втулку 4 до упора торца трубы 2 в кольцевой выступ центрирующего кольца 6 и производят прихватку центрирующего кольца 6 к торцу трубы 2, при этом кольцевой выступ центрирующего кольца 6 задает положение сварного шва 7. Далее трубы сваривают между собой.