Способ ремонта локальных повреждений трубопроводов

 

Использование: в области ремонта трубопроводов. Сущность: устанавливают кольцевую прокладку на каждом из двух краев чашки, обе прокладки зажимают между выступами и внешней стенкой трубопровода с помощью стяжек, затем в промежуток вокруг поврежденного участка трубопровода вводят смолистую смесь, полностью заполняя его и вытесняя воздух через вентиляционный вентиль, последний после этого закрывают, а введение смолистой смеси продолжают до получения внутри промежутка повышенного давления, вентиль после этого окончательно закрывают и введенную смолу оставляют затвердевать. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ремонту трубопроводов по транспортировке жидкостей, таких как вода, газ, нефть, или других трубопроводов бытового и промышленного назначения.

Обычно эти трубопроводы состоят из сваренных друг с другом пролетов металлических труб; цельный трубопровод, собранный таким образом, помещают в место укладки, представляющей собой достаточно глубокую траншею, а затем засыпают, чтобы воссоздать первоначальную окружающую среду и не препятствовать деятельности человека на ее поверхности.

Смонтированный цельный трубопровод обеспечивают защитой от коррозии от влаги, так как окружающая среда, в которой находится подземный трубопровод, является агрессивной для железных материалов; эту защиту обычно выполняют в виде защитных покрытий и катодной защиты за счет подачи тока, с использованием контролирующих цепей и периодической поверки. Целостность и сохранность трубопровода в течение полного срока действия важны не только из-за его высокой стоимости, но и исходя из предотвращения катастрофы, загрязнения или серьезного повреждения для пользователей.

Эта защита является часто недостаточной для защиты подземного трубопровода на требуемое время по следующим причинам.

Покрывающие материалы имеют определенную пористость и определенную деградацию со временем; во время нанесения покрытия, укладки и закапывания трубопровода могут возникнуть небольшие повреждения и/или отслоения покрытия, которые могут вызвать коррозию спустя значительный промежуток времени. Природные явления, такие как землетрясения, обвалы и оползни или несчастные случаи из-за деятельности человека на поверхности, могут вызвать локальные повреждения трубопровода.

В современном уровне техники предлагаются и практикуются различные способы ремонта поврежденных участков.

Наиболее радикальный метод ремонта заключается в замене поврежденной части путем удаления негодного металлического куска трубы и помещения на его место нового куска трубы, что просто повторяет процедуру сборки. Этот способ имеет существенные недостатки из-за его сложности и высокой стоимости, а также из-за того, что он выводит из действия весь трубопровод на длительное время. В менее радикальном, но более спорном способе предполагается осуществлять ремонт путем наложения заплатки на внешнюю сторону за счет сварки куска металлической платы той же формы, что и поврежденный участок или путем прямого нанесения нового материала на поврежденную область, чтобы восстановить толщину трубопровода.

Другим, более широко применяемым удобным способом является наложение двух цилиндрических стальных полуоболочек на внешнюю сторону поврежденного участка трубопровода и сварка их друг с другом вдоль образующих таким образом, чтобы создать металлическую оболочку вокруг поврежденного куска. Пространство между трубопроводом и двумя полуоболочками, известными, как обшивка, изолируется со стороны обоих концов цементным раствором. После того, как раствор застынет, в пространство с кольцевым сечением, образуемое между трубопроводом и сварной обшивкой, вводится смола, состоящая из двух и более компонентов, она застывает внутри промежутка, образуя оболочку между внутренним куском трубы и внешней оболочкой так, чтобы силу давления внутри трубопровода перенести на внешнюю оболочку.

Этот метод имеет существенные недостатки из-за большого времени ожидания для застывания цементного раствора и из-за того, что компоненты смолы не могут быть введены под высоким давлением. Если смола будет введена под высоким давлением, то цементная прокладка не сможет удержаться на месте и будет выдавлена с последующим растеканием смолы. Введение смолы при недостаточном давлении может привести к неполному заполнению промежутка; и к тому же этот способ не может обеспечить оплошность между поврежденным участком трубы и внешней оболочкой из-за того, что смола обычно сжимается в процессе полимеризации и затвердения даже, если добавлены наполнители, в результате чего сила, возникающая из-за давления внутри трубопровода, неполностью перераспределяется на внешнюю оболочку. Это отсутствие сплошности между внешней оболочкой и смолой возникает из-за явления сжатия.

Способ ремонта трубопровода в соответствии с изобретением также основан на принципе использования внешней обшивки, непривариваемой к трубопроводу, но он решает проблемы, связанные с отсутствием сплошности между трубопроводом и обшивкой, которые возникают на современном уровне техники.

Преимущества способа ремонта трубопровода в соответствии с изобретением будут более ясны из описания его типичного варианта воплощения, приведенного в виде примера (см. фиг. 1-4).

Трубопровод 1, имеющий локальное повреждение 2 в виде коррозионного кратера из-за попадания влаги под защитную оболочку, освобождают от земли и снимают защитную оболочку до необходимой для ремонта степени. Поверхность трубопровода зачищают, обезжиривают и зашкуривают до металла, чтобы обеспечить хорошую адгезию смолы. Затем размещаются две цилиндрические стальные полуоболочки, желательно сцентрированные вокруг повреждения 2.

Внутренний диаметр двух полуоболочек немного больше, чем внешний диаметр трубопровода, желательно 20-50 мм, что позволит создать 10-25 мм оболочку из смолы. Внутренние поверхности двух полуоболочек или обшивки обрабатывают таким же образом, что и внешнюю поверхность трубопровода, чтобы получить ту же адгезию между смолой и металлом. Затем две полуоболочки соединяют вместе вдоль их краев, чтобы образовать цилиндрическую чашку вокруг трубы. Соединение может быть съемного типа, например, с использованием болтов и гаек, но для более общего варианта выполнения, который описан здесь, применяется постоянное сварное соединение. Нижнюю полуоболочку 3 поддерживают держателями, не показанными на чертежах, а верхнюю оболочку 4 устанавливают горизонтальными краями во взаимный контакт для сварки. Эти края затачиваются для создания сварочного шва, используя сварочный металл. Две полуоболочки затем свариваются вместе, чтобы образовать цилиндрическую металлическую чашку вокруг трубы. Потом промежуток очищают струей сжатого воздуха. Эта подготовка является общей в соответствующих методах современного уровня техники.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения изобретения вдоль поверхности двух полуоболочек наносят резьбовые отверстия 5, чтобы закрутить болты 6 для центровки чашки вокруг трубы, с целью получения промежутка между чашкой и трубопроводом однородной толщины. Два круглых полукольца 7 приварены к внутренней стороне полуоболочек 3 и 4 в соответствии с краями полуоболочек, как это показано на фиг. 2. Их внешняя сторона 8 наклонена, образуя конус с вершиной внутри чашки, образованной двумя полуоболочками 3 и 4.

С обоих концов чашки напротив кольца, образованного двумя полукольцами 7, размещается прокладка 9, в которой по меньшей мере та поверхность, которая обращена к названному кольцу, является наклонной, образуя конус, соответствующий поверхности 8.

Предпочтительно, чтобы она была образована из линейного отрезка резины или другого эластичного материала, который вырезан по размеру, и обернута вокруг трубопровода 1, а затем склеена на концах и вдавлена до соприкосновения с 8. Чтобы улучшить изоляцию прокладки, вокруг поверхности трубопровода 1, где размещается прокладка, может быть нанесен тонкий слой смолы.

Напротив краев чашки размещают два фланца 10, показанных детально на фиг. 2 и 3 и имеющих немного больший диаметр, чем трубопровод 1. Каждый из двух фланцев состоит из двух полуфланцев 11, которые крепятся к трубопроводу, как зажимы и соединяются вместе болтами, проходящими через концевые отверстия 12, а затем затягиваются гайкой и контргайкой.

Два внешних фланца 10 имеют множество отверстий 14 на их выступающем крае 15 для закручиваемых резьбовых стяжек 16. Желательно, чтобы они были снабжены проточкой 17 в форме кольца с их внутренней стороны в месте, соответствующем краю чашки, и центрирующим кольцом 18 с их противоположной стороны.

После установки двух фланцев 10 их стягивают закручиванием гаек 19 на стяжках 16, чтобы сжать обе прокладки 9, предпочтительно используя динамометрический гаечный ключ для баланса стягивающих усилий так, чтобы фланец постоянно оставался перпендикулярным к оси трубопровода. Под действием закручивания прокладки 9 зажимаются между поверхностью 8 и трубопроводом 1 за счет эффекта заклинивания. Изоляция улучшается за счет возможно нанесенного тонкого слоя смолы между трубопроводом и прокладкой, который после стягивания размещается между трубопроводом и внутренней поверхностью прокладки.

На фиг. 4 показан альтернативный вариант выполнения устройства стягивания прокладки 9, который может быть предпочтительным для ремонта частей трубопровода, требующих более протяженных чашек или охватывающих трубопровод частей. В этом варианте полуоболчки 3 и 4 снабжаются вблизи своих краев полукруглыми задними фланцами 20, содержащими сквозные отверстия, соответствующие отверстиям внешних фланцев 10. Фланец и задний фланец снабжают короткими резьбовыми стяжками, на которые накручивают стягивающие гайки. После стяжки удаляют центрирующие болты, отверстия 5 закрывают крышками с резьбой и чашка готова для ввода оболочки из смолы. До ввода необходимо проверить, например, сжатым воздухом под давлением 0,5-1,5 МПа, что промежуток изолирован и, если появляются утечки, то резьбовые стяжки 16 должны быть подтянуты, чтобы дальше сжать прокладки. В нижней части нижней оболочки 3 находятся вентиль 21, вкрученный, например, в резьбовое отверстие, аналогичное отверстиям 5, для подсоединения насоса, ввода смеси смолы (не показано на чертеже), который включает набор контейнеров, содержащих компоненты смолы, смешиваемые в момент ввода. В верхней части верхней полуоболочки 4 находится вентиль 22 для выхода воздуха, вытесняемого вводимой смолой. Вентили 21 и 22 могут быть также использованы для предварительной проверки изоляции промежутка. Наполнение смолой, представляющее собой одну из отличительных частей способа, соответствующего изобретению, включает следующие стадии.

Могут быть использованы различные типы промышленных смол. Например, могут быть использованы следующие типы: жидкие эпоксидные смолы в комбинации желательно с отвердителем аминного типа, и акриловые, виниловые или аллиловые жидкие мономеры, используемые в комбинации с полимеризационным катализатором, способным выделять свободные радикалы, обычно выбираемым из перкарбонатов, пероксидов и гидропероксидов, причем полимеризацию осуществляют внутри промежутка. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения для ограничения сжатия или улучшения механических характеристик сформированной полимерной оболочки, в смесь компонентов может быть добавлен мелко измельченный инертный неорганический материал, такой как порошок мрамора.

Перед осуществлением ввода контейнеры качающего насоса заполняют компонентами для приготовления смеси смолы, а насос подсоединяют к нижнему вентилю 21. Накачивающий насос обычно работает на сжатом воздухе, подаваемом от компрессора, приводимого двигателем и размещенного на передвижном пункте для ремонта. Верхний вентиль 22 открыт и насос начинает закачивать смолистую смесь. Когда смола начнет выходить из верхнего вентиля 22, этот вентиль закрывают. Ввод смолы продолжают, пока давление от насоса или давление в изолированной чашке не достигнет значительной величины, желательно порядка 20-60 бар, а предпочтительно 35-46 бар. Это давление очень важно для правильного формирования оболочки из смолы. Таким образом, помимо полного заполнения промежутка стенка чашки подвергается растяжению, а стенка трубопровода сжатию. При размещении и затвердевании смолы ее сжатие соответственно компенсируется за счет снятия напряжения растяжения чашки и напряжения сжатия трубопровода, что позволяет этим частям возвратиться в их первоначальное положение и поддерживает коаксиальные металлические поверхности чашки и трубопровода всегда в контакте с затвердевающей оболочкой из смолы, поэтому после окончания затвердевания существует полная сплошность между внешней чашкой и трубопроводом.

После достижения необходимого давления насос ввода останавливают и нижний вентиль 21 закрывают. Насос отсоединяют и прочищают, а смолы оставляют застывать на определенное время. После застывания смолы вентили могут быть удалены с закрытием отверстий заглушками с резьбой, а фланцы 10 и стягивающие стержни 16 могут быть демонтированы и сняты; на отремонтирванном трубопроводе 1 остается чашка, сформированная из сваренных полуоболочек 3 и 4 и прокладки 9, которая удерживается смолой. Трубопровод после нанесения нового защитного покрытия может быть снова закопан.

Нанесенная чашка должна быть подсоединена к системе катодной защиты трубопровода. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения используют соединительные болты между чашкой и трубопроводом, при этом их устанавливают и оставляют в некоторых центрирующих отверстиях 5 до закачки смолы. Конец болта, находящийся в контакте с трубопроводом, снабжен хорошим электрическим контактом, таким как алюминиевая пластинка.

Дополнительным преимуществом изобретения является то, что трубопровод может быть отремонтирован за короткое время без прерывания его нормальной работы и без сварки с действующим трубопроводом.

Формула изобретения

1. Способ ремонта локальных повреждений трубопроводов путем нанесения обшивки или чашек с введенной защитной оболочкой, в котором обшивку или чашки формируют из двух цилиндрических полуоболочек, приложенных с разных сторон трубопровода и соединенных вмемте вдоль их краев для образования цилиндрической обшивки или чашки вокруг трубы, отличающийся тем, что вначале устанавливают кольцевую прокладку на каждом из двух краев обшивки или чашки в соответствии с кольцевым выступом, расположенным внутри краев обшивки или чашки, причем прокладку предпочтительно формируют с наклонной опорной поверхностью, соответствующей поверхности выступа, обе прокладки зажимают между выступами и внешней стенкой трубопровода с помощью стяжек, крепящихся к фланцам, расположенным с двух концов обшивки или чашки, для образования удерживающего давления промежутка вокруг поврежденного участка трубопровода, затем в промежуток вводят смолистую смесь, полностью заполняя его, вытесненный воздух выводят через вентиляционный вентиль, после этого вентиляционный вентиль закрывают, а введение смолистой смеси продолжают до получения внутри промежутка повышенного давления для сообщения обшивке или чашке состояния растяжения и трубопроводу состояния сжатия, вентиль для ввода окончательно закрывают и введенную смолу оставляют затвердеватель, при этом механические напряжения, созданные в обшивке или чашке и в стенках трубопровода, компенсируют сжатие смолы в процессе затвердевания для получения сплошности между обшивкой или чашкой, затвердевшей оболочкой из смолы и трубопроводом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление ввода находится в диапазоне 20 60 бар, предпочтительно 30 45 бар.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокладки зажимают с помощью затяжки резьбовых стяжек, которые соединены с каждым из двух установочных фланцев с обоих концов обшивки или чашки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокладки зажимают с помощью затяжки резьбовых стяжек, которые соединяют каждый из двух установочных фланцев с обоих концов обшивки или чашки с задними фланцами, установленными на соответствующих краях обшивки или чашки.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что смола, используемая для ввода, является эпоксидной смолой с отвердителем предпочтительно аминного типа.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что смола, используемая для ввода, полимеризуется внутри промежутка и содержит актиловый, виниловый или аллиловый мономеры, применяемые с катализатором, способным выделять свободные радикалы и состоящим из органических перкарбонатов, пероксидов или гидропероксидов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4