АРМИРОВАННАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к армированным трубам, в частности, трубам, которые предназначены как для перекачки жидких, газообразных и смешанных сред, так и для передачи различного рода сигналов и электроэнергии, и может быть использована в сложных климатических условиях, таких как условия Крайнего Севера.
Известны варианты исполнения труб для перекачки жидких, газообразных и смешанных сред для использования в сложных климатических условиях, которые, помимо этого, обеспечивают передачу различных сигналов и/или электроэнергии. Для удобства в рамках настоящей заявки такой тип труб будет называться кабель-трубой. Одним из вариантов кабель-трубы является полимерная армированная труба с электроподогревом согласно патенту РФ RU2665776 (опубликован 04.09.2018, МПК F16L9/12), выбранная в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.
Известная полимерная армированная труба состоит из внутреннего полимерного слоя, формирующего основу трубы, на наружную поверхность которого последовательно нанесены армирующий слой, промежуточная полимерная оболочка, повив из изолированных проводников и внешняя полимерная оболочка. Изолированные проводники могут представлять собой проводники в виде витых пар, оптических модулей или заполнители и имеют дополнительную внешнюю оболочку в виде сектора кольца, ограниченного внутренним и внешним радиусом укладки проводников. Армирующий слой выполнен из повивов металлических или полимерных лент, полимерных нитей или металлических проволок. Между повивом из изолированных проводников и внешней полимерной оболочкой может быть нанесен теплоизолирующий слой, а под внешней полимерной оболочкой – повив из металлической ленты. Согласно авторам изобретения, труба характеризуется повышенной теплоизоляцией и встроенной системой электрообогрева, что позволяет снизить тепловые потери в окружающую среду и предотвратить замерзание транспортируемого по трубе флюида при отрицательных температурах, а также снизить время на монтаж трубопровода и затраты на его обслуживание, увеличить срок службы трубопровода.
Несмотря на это, недостатком ближайшего аналога является слабая защита трубы от внешних и внутренних физических (механических) и химических воздействий, которые могут привести к деградации и даже разрушению функциональных слоев трубы, в частности, ее армирующего слоя, и как следствие, внутреннего полимерного слоя, определяющего канал прокачки флюида.
Задачей настоящей полезной модели является разработка кабель-трубы, предназначенной для использования в сложных климатических условиях, в частности, в условиях Крайнего Севера, которая характеризуется повышенной устойчивостью к различным физико-химическим факторам, возникающим при эксплуатации кабель-трубы, а следовательно, повышенным сроком службы такой трубы.
Техническим результатом является снижение влияния различных внешних факторов на целостность конструкции кабель-трубы, как следствие – повышение срока ее службы в сложных климатических условиях.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в кабель-трубе, содержащей канал для транспортировки жидких, газообразных или смешанных сред, газонепроницаемый слой, первый противоизносный слой, армирующий (или несущий) слой, кабельный слой, внешний слой и соединительные элементы.
Для удобства в рамках настоящей заявки канал для транспортировки жидких, газообразных или смешанных сред (кратко – флюидов) далее также будет называться гидроканалом.
Поскольку флюид (жидкая среда, газообразная среда или смешанная среда) может оказывать химическое воздействие, приводящее к деградации слоев, в частности, армирующего слоя и/или демпфирующего слоя, кабель-труба содержит газонепроницаемый слой. Наличие газонепроницаемого слоя обеспечивает защиту кабель-трубы от проникновения из прокачиваемого агрессивных или химически активных газов и жидкостей в наиболее критичные к ним слои кабель-трубы, тем самым дополнительно повышая целостность конструкции в процессе эксплуатации и увеличивая срок службы. Предпочтительно, если газонепроницаемый слой контактирует с гидроканалом, т.е. располагается либо на внутренней поверхности гидроканала, либо на внешней поверхности гидроканала.
Кроме того, для повышения целостности конструкции кабель-трубы в процессе эксплуатации и увеличения срока ее службы элементы армирующего слоя могут содержать защитное покрытие.
К внешним физико-химическим воздействиям на кабель-трубу относятся не только воздействия, связанные с составом и параметрами перекачиваемого по трубе флюида, но и любые деформации по периметру кабель-трубы, особенно нежелательные в условиях Крайнего Севера, которые могут предотвращаться наличием дополнительного демпфирующего слоя. Демпфирующий слой защищает кабель-трубу от повреждений/перелома при таких внешних факторах, как изгибы (например, это может случиться при размотке с барабана), особенно на морозе, подвижки грунта (например, при прокладке в траншее), расширение и/или сужение налипших снежно-ледяных корок при перепаде температур, и так далее. Демпфирующий слой позволяет надежно защитить лежащие под ним слои, прежде всего армирующий слой, который в большой степени определяет прочность и долговечность всей конструкции кабель-трубы.
Предпочтительно, если демпфирующий слой выполнен из материала, имеющего более низкую плотность и более высокую упругость, чем материал внешнего слоя, что позволяет еще больше повысить прочность и долговечность всей конструкции кабель-трубы.
Также является предпочтительным использование одного или нескольких дополнительных противоизносных слоев, которые наряду с газонепроницаемым слоем и, опционально, демпфирующим слоем позволяют еще больше повысить прочность и долговечность всей конструкции кабель-трубы. В частности, кабель-труба может содержать второй противоизносный слой, размещенный между армирующим слоем и кабельным слоем, и, как дополнительная мера, третий противоизносный слой, размещенный между демпфирующим слоем и внешним слоем.
Далее некоторые из возможных вариантов исполнения настоящей полезной модели более подробно описываются со ссылками на фигуры, на которых:
на фиг. 1 приведен поперечный разрез заявленной кабель-трубы с газонепроницаемым слоем на внутренней поверхности гидроканала;
на фиг. 2 приведен поперечный разрез заявленной кабель-трубы с газонепроницаемым слоем на внешней поверхности гидроканала.
Кабель-труба согласно полезной модели содержит гидроканал (1) для транспортировки флюидов (жидких, газообразных или смешанных сред), газонепроницаемый слой (2), первый противоизносный слой (3), армирующий слой (4), кабельный слой (5), внешний слой (6) и соединительные элементы (на фигурах не показаны).
Перекачка флюида осуществляется во внутреннем пространстве (7) гидроканала (1). Флюидом могут являться углеводороды, вода, химические реагенты, в том числе агрессивные, и так далее. Как и в ближайшем аналоге, гидроканал (1) может быть выполнен из полимерного материала или любого другого материала, предназначенного для перекачки указанных флюидов, в том числе в сложных климатических условиях.
Для повышения защиты заявленной кабель-трубы от воздействия внешних факторов, в частности, при прокачке активных и агрессивных флюидов, на поверхности гидроканала (1) размещен газонепроницаемый слой (2). Газонепроницаемый слой (2) размещают либо на внутренней поверхности гидроканала (1), как показано на фиг. 1, либо на внешней поверхности гидроканала (1), как показано на фиг. 2.
Противоизносный слой (3) служит для защиты несущего каркаса кабель-трубы – армирующего слоя (4) и может быть выполнен из полимерного материала, композитного материала и др. в виде сплошного слоя или лент.
Армирующий слой (4) в существенной степени определяет прочность всей конструкции кабель-трубы. Он выполняется из подходящего материала, например, полимерного, с размещенными в нем армирующими элементами (8), выполненными, например, из металла. Дополнительно, с целью защиты от воздействия содержащихся во флюиде активных веществ, которые могут привести к деградации или разрушению армирующих элементов (8), последние могут быть покрыты защитным покрытием (на фигурах не показано).
Кабельный слой (5) предназначен для размещения в нем различного рода средств передачи сигналов, что является неотъемлемой функцией кабель-трубы. В частности, такими средствами могут быть силовые кабели (9), сигнальные кабели (10) (например, витые пары), оптоволоконные кабели (11) и другие известные специалисту средства. Кабельный слой (5) может представлять собой одно или несколько из указанных средств передачи сигналов либо матрицу (например, полимерную), сплошную или сегментную, в которой размещены указанные средства передачи сигналов.
Внешний слой (6) защищает кабель-трубу от прямого внешнего воздействия на нее со стороны окружающей среды.
Соединительные элементы кабель-трубы на фигурах не показаны, поскольку они хорошо известны специалисту, а их исполнение не является предметом настоящей полезной модели. Так, соединительные элементы могут представлять собой фитинги, обеспечивающие стыковку/соединение гидроканалов (1) мерных отрезков кабель-трубной системы при ее прокладке; муфты, обеспечивающие внутри себя закрывание места соединения, защиту от осадков, соединение жил различного назначения – силовых кабелей (9), сигнальных кабелей (10), оптоволоконных кабелей (11) – с помощью специальных разъемов, обогревающих элементов, датчиков контроля при необходимости; приспособлений, переходников и специальных устройств для пристыковки к оборудованию потребителя; штуцеров и трубок (патрубков) для отвода газов в месте соединения; и другое.
Дополнительно кабель-труба может содержать демпфирующий слой (12), предназначенный для защиты всей конструкции кабель-трубы от повреждений и/или переломов, возникающих, в частности, при изгибах на морозе, размотке / смотке кабель-трубы на барабан, подвижках грунта (например, при прокладке в траншее), расширении/сужении налипших снежно-ледяных корок при перепаде температур, воздействий от перепадов давления флюида, и так далее. При этом предпочтительно, если материал демпфирующего слоя (12) обладает более низкой плотностью и более высокой упругостью, нежели материал внешнего слоя (6), что позволяет повысить эффективность работы демпфирующего слоя (12), защищающего нижележащие слои кабель-трубы от нежелательных внешних воздействий, которые могут привести к их повреждению и даже разрушению, особенно если это касается армирующего слоя (4).
Как было указано выше, газонепроницаемый слой (2) размещают на внутренней поверхности гидроканала (1) или на внешней поверхности гидроканала (1). Выбор поверхности гидроканала (1) для нанесения на нее газонепроницаемого слоя (2) определяется не только стойкостью поверхности гидроканала (1) к флюиду, но и стойкостью газонепроницаемого слоя (2) как к флюиду, так и к парам и газам агрессивных компонентов флюида.
При небольших парциальных давлениях агрессивных газов, которые могут привести к коррозии, в частности, армирующих элементов (8), и, возможно, деградации демпфирующего слоя (12) часто достаточно использовать только газонепроницаемый слой (2), нанесенный на внутреннюю (фиг. 1) или внешнюю (фиг. 2) поверхность гидроканала (1).
В случае больших концентраций и больших парциальных давлений агрессивных сред применяется, предпочтительно, как газонепроницаемый слой (2), так и защитное покрытие армирующих элементов (8). Для снижения концентрации и давления газов в межкольцевом пространстве дополнительно может применяться система газоотвода (на фигурах не показана), состоящая из штуцера, расположенного на соединительном элементе, газоотводной трубки и клапанов сбросных. Система газоотвода объединяет межкольцевые пространства всех отрезков кабель-трубы между собой и/или с атмосферой (затрубным пространством).
Кроме того, кабель-труба может содержать дополнительные противоизносные слои, которые, наряду с газонепроницаемым слоем (2) и, опционально, демпфирующим слоем (12), способствуют повышению целостности конструкции кабель-трубы в процессе эксплуатации и увеличению срока ее службы. В частности, для этих целей между армирующим слоем (4) и кабельным слоем (5) может быть второй противоизносный слой (на фигурах не показан). Помимо него, между демпфирующим слоем (12) и внешним слоем (6), может быть размещен еще один дополнительный, третий противоизносный слой (на фигурах не показан). Как и первый противоизносный слой (3), дополнительные второй и третий противоизносные слои могут быть выполнены из полимерного материала, композитного материала и др. в виде сплошного слоя или лент.
В качестве материалов указанных слоев, в том числе внешнего слоя, демпфирующего слоя, газонепроницаемого слоя, а также покрытия армирующих элементов могут быть использованы полиолефины (термоэластопласты, термоэластомеры и т.п.), композиции на основе полиолефинов и другие известные подходящие материалы, в частности, позволяющие формировать компоненты заявленной кабель-трубы методом экструзии.
Также могут использоваться различные компатибилизаторы для лучшей смешиваемости композиционных составов, в частности, для лучшей адгезии фаз, например, в армирующем слое. Кроме того, могут использоваться различные адгезивы для лучшего сцепления слоев, например, при нанесении защитного (антикоррозионного) покрытия на армирующие элементы.
Описанные выше кабель-труба и ее варианты могут быть изготовлены любым известным специалисту способом, в частности, согласно изложенному в патенте РФ RU2665776, раскрывающем ближайший аналог заявленной полезной модели.
Кабель-труба согласно полезной модели может быть использована в сложных климатических условиях, в частности, в условиях Крайнего Севера, обеспечивая повышенную устойчивость к различным физико-химическим факторам, возникающим при эксплуатации, снижение влияния этих факторов на целостность конструкции, а следовательно, повышенный срок службы.