Способ внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб и устройство для его выполнения

 

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении и эксплуатации трубопроводов для противокоррозионной защиты внутренних поверхностей зон сварных стыков труб. Перед сборкой соединяемых сваркой труб внутрь одной из них вводят устройство - свернутую спирально и зафиксированную металлическую ленту с размещенной на ее наружной поверхности спирально свернутой и пропитанной полимерным связующим прокладкой. Надвигают на устройство вторую трубу, собирают стык с обеспечением расчетного зазора между торцами стыкуемых труб. В зазоре размещен фиксатор металлической ленты. Фиксатор извлекают, металлическая лента разворачивается и прижимает прокладку к внутренней поверхности зоны сварного соединения с прекрытием концов внутреннего покрытия труб. Изобретение позволяет расширить арсенал технических средств. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области изготовления и монтажа трубопроводов с внутренним антикоррозионным покрытием и может быть использовано при противокоррозионной защите внутренних поверхностей зон сварных стыков при изготовлении трубных секций из труб, имеющих внутреннее покрытие по всей длине, кроме концов, при монтаже магистральных, промысловых и других трубопроводов, предназначенных для транспортирования нефти, подтоварной воды, газа, нефтепродуктов, воды и других сред, из трубных секций или из отдельных труб.

Известен способ и устройство для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, имеющих внутреннее антикоррозионное покрытие по всей длине, кроме концов труб, разработанный фирмой "Tuboscope Vetco International" (США), демонстрировавшийся на 10^ой международной выставке "Нефть и газ" в Москве в июне 2001 г. (см. рекламный материал фирмы "Tuboscope Vetco International"). Устройство содержит металлическую втулку, в канавках которой снаружи по ее концам размещены уплотнительные кольца. В центральной части втулки на ее наружной поверхности выполнена проточка, в которой размещен теплоизолирующий материал. Перед установкой устройства во внутренние полости концов соединяемых труб на внутреннюю поверхность концов этих труб наносят герметизирующий состав. Устройство устанавливают во внутренних полостях стыкуемых концов труб при сборке стыка под сварку до соединения труб сваркой, что упрощает операцию размещения устройства в защищаемой зоне. Форму и размеры наружных поверхностей концов втулки и внутренних поверхностей концов труб выполняют так, чтобы при их сопряжении отсутствовал значительный зазор, поэтому из-за возможных существенных геометрических погрешностей формы и размеров труб внутреннюю поверхность концов труб калибруют. При этом степень точности должна быть такой, при которой обеспечивается взаимозаменяемость элементов соединения.

Необходимость выполнения операции калибрования внутренней поверхности концов труб усложняет условия использования способа и устройства и повышает затраты.

Желательно иметь способ и устройство для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, которые позволили бы при их использовании исключить операцию калибрования внутренних поверхностей концов труб и этим упростить способ и снизить затраты.

Известны способ и устройство для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, имеющих внутреннее антикоррозионное покрытие по всей длине, кроме концов труб, заключающиеся в размещении после соединения труб сваркой в зоне сварного шва и прилегающих участках внутреннего защитного покрытия устройства, содержащего втулку, выполненную в виде металлической свернутой спирально ленты, а также спирально свернутую и пропитанную полимерным связующим прокладку с возможностью ее прижатия лентой к внутренней поверхности зоны стыка с расчетным усилием. При использовании этого способа и устройства нет необходимости выполнять операцию калибрования внутренних поверхностей концов труб. В связи с тем, что устройство размещают в зоне стыка труб после соединения труб сваркой, введение его вовнутрь трубопровода в эту зону относительно сложно и возможно лишь со стороны свободного (неприваренного) конца трубы. (Патент РФ 2133908, кл. F 16 L 58/02, заявка 97117309/06 от 16.10.97г., опубликован 27.07.99г. Авторы: Моисеенков В.А., Шведов В.В, Шведов В.Н. Патентообладатель: Научно-производственное объединение "Тарис").

Этот способ и конструкция устройства наиболее близки к заявляемым по совокупности существенных признаков и взяты за прототип как для способа, так и для устройства.

При использовании этого способа и устройства выполнение операции по размещению устройства внутри трубопровода путем введения его со стороны свободного (неприваренного) конца трубы вызывает необходимость осуществления внутритрубной операции по доставке устройства от свободного (неприваренного) конца трубы до зоны сварного шва. При использовании стандартных труб расстояние доставки устройства составляет несколько метров, а при использовании обычных двух - трехтрубных секций - несколько десятков метров, поэтому для выполнения этой операции требуется соответствующий транспортный модуль или другое средство доставки. Кроме того, при использовании этого способа и устройства, вследствие размещения устройства в зоне стыка труб после соединения труб сваркой, возникает необходимость предварительного выполнения операций по освобождению внутритрубной зоны сварного шва от последствий выполненных сварочных работ. Это такие внутритрубные операции, как срезка сварочного грата, очистка поверхности от загрязнений продуктами, выделяемыми в процессе сварки, удаление продуктов срезки и очистки. Для выполнения этих внутритрубных очистных операций также требуются соответствующие технические средства, которые вводят вовнутрь трубопровода в зону сварного шва со стороны свободного (неприваренного) конца трубы. В случае же размещения устройства в зоне сварного шва после соединения труб сваркой без предварительного выполнения внутритрубных очистных операций, снижается качество и надежность противокоррозионной защиты зоны сварного соединения, а при наличии увеличенного сварочного грата принципиальная возможность использования этого способа и устройства становится проблематичной.

Необходимость выполнения операций, требующих применения технических средств, вводимых после соединения труб сваркой вовнутрь трубопровода со стороны свободного (неприваренного) конца трубы, усложняет способ и повышает затраты.

Желательно иметь способ и устройство для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, в котором устройство размещают в полости стыкуемых концов труб до соединения их сваркой и этим упростить способ и снизить затраты.

Поставленная задача решается тем, что в способе внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, заключающемся в размещении в зоне сварного шва и прилегающих участках внутреннего защитного покрытия устройства, содержащего втулку, выполненную в виде металлической свернутой спирально ленты, а также спирально свернутую пропитанную полимерным связующим прокладку с возможностью ее прижатия лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием, новым является то, что в устройстве металлическая свернутая спирально лента представляет собой пружину, в которой в расчетном количестве аккумулирована механическая энергия, оснащенную стопорным элементом, фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации, периферийные витки металлической свернутой спирально ленты имеют меньшую ширину, чем приосевые витки этой ленты, периферийные витки ленты выполнены в виде двух ветвей путем разделения периферийной части ленты на определенной длине продольным пазом, периферийные витки ленты пространственно разобщены с приосевыми витками ленты, периферийные витки ленты по всей их ширине оснащены теплоизолирующим материалом, прикрепленным к ленте и имеющим на определенной длине продольный паз, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен стопорный элемент, устройство размещают частью его длины до соединения труб сваркой во внутренней полости стыкуемого конца одной из труб, производят сборку стыка труб под сварку с надвиганием конца другой трубы на устройство с обеспечением зазора между торцами труб и с размещением при этом концов стопорного элемента в зазоре и частично за пределами труб, осуществляют прижатие прокладки лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием путем извлечения стопорного элемента через зазор между торцами труб и происходящих вследствие этого дефиксации и саморазвертывания ленты за счет части аккумулированной в ней механической энергии, соединяют трубы сваркой.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, содержащем втулку, выполненную в виде металлической свернутой спирально ленты, а также спирально свернутую пропитанную полимерным связующим прокладку с возможностью ее прижатия лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием, новым является то, что металлическая свернутая спирально лента представляет собой пружину, в которой в расчетном количестве аккумулирована механическая энергия, оснащенную стопорным элементом, фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации, периферийные витки металлической свернутой спирально ленты имеют меньшую ширину, чем приосевые витки этой ленты, периферийные витки ленты пространственно разобщены с приосевыми витками ленты, периферийные витки ленты по всей их ширине оснащены теплоизолирующим материалом, прикрепленным к ленте и имеющим на определенной длине продольный паз, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен стопорный элемент. Металлическая свернутая спирально лента может быть изготовлена в коррозионно-стойком исполнении. Теплоизолирующий материал может иметь различные исполнения и в частном случае может быть в виде стеклоткани. Приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, причем пропитанный полимерным связующим материал прокладки может быть различным и в частных случаях может быть в виде нетканого полиэфирного материала или в виде стеклоткани. При исполнении теплоизолирующего слоя из того же материала, что и материал прокладки, пропитываемой полимерным связующим, например, из стеклоткани, теплоизолирующий материал и прокладка могут быть соединены между собой. Стопорный элемент может представлять собой отрезок металлической полосы прямоугольного сечения.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 представлено устройство, размещенное частью его длины до соединения труб сваркой во внутренней полости стыкуемого конца одной из труб; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 и 4 показаны соответственно узлы А и Б на фиг.1; на фиг.5 показано положение устройства в полости стыка труб к моменту извлечения из устройства стопорного элемента; на фиг.6 представлен фрагмент стыка труб после извлечения стопорного элемента, саморазвертывания ленты и прижатия ею прокладки к внутренней поверхности зоны стыка.

Устройство содержит втулку, выполненную в виде металлической свернутой спирально ленты 1, представляющей собой пружину, в которой в расчетном количестве аккумулирована механическая энергия, оснащенную стопорным элементом 2, фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации путем извлечения стопорного элемента 2. Периферийные витки 3 ленты 1, ширина которых меньше, чем ширина приосевых витков 4 ленты 1, оснащены по всей их ширине теплоизолирующим материалом 5, имеющим на определенной длине продольный паз 13. Приосевые витки 4 ленты 1 оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой 6. Лента 1, теплоизолирующий материал 5 и прокладка 6 имеют отверстия 7, в которых установлен стопорный элемент 2. Периферийные витки 3 ленты 1 пространственно разобщены с приосевыми витками 4 ленты 1 и такая форма ленты 1 сохраняется до извлечения стопорного элемента 2 из отверстий 7 и лишь после его извлечения пространственное разобщение периферийных витков 3 ленты 1 с приосевыми витками 4 ленты 1 ликвидируется. Фиксирующий ленту от саморазвертывания стопорный элемент 2 установлен в отверстиях 7 так, что он может быть извлечен из них путем натяжения одного из его концов в направлении, близком к радиальному. Ширина прокладки 6, которой оснащены приосевые витки 4 ленты 1, обеспечивает перекрытие всей внутренней поверхности зоны стыка, не имеющей покрытия, с частичным захватом внутреннего покрытия труб.

Способ осуществляют следующим образом.

Устройство размещают частью его длины до соединения труб сваркой во внутренней полости стыкуемого конца одной из труб 8, имеющей внутреннее покрытие 9. При этом оно опирается внешним периферийным витком, оснащенным теплоизолирующим материалом 5, на внутреннюю поверхность этой трубы. Предусмотренное конструкцией устройства пространственное разобщение приосевых витков 4, оснащенных прокладкой 6, пропитанной полимерным связующим, с периферийными витками 3 гарантированно обеспечивает дистанцию между внутренней поверхностью трубы 8 и полимерным связующим, которым пропитана прокладка 6, что необходимо для исключения попадания полимерного связующего как на кромку и ближнюю прилегающую к ней зону внутренней поверхности трубы 8, так и на кромку и ближнюю прилегающую к ней зону внутренней поверхности трубы 10, имеющей внутреннее покрытие 11 (при последующем надвигании трубы 10 на устройство). Оба конца стопорного элемента 2 размещают за пределами трубы 8. Производят сборку стыка труб 8 и 10 под сварку с надвиганием конца трубы 10 на устройство с использованием традиционных приемов, оборудования и приспособлений, например трубоукладчиков, наружного центратора и др. При этом обеспечивают зазор 12 между торцами труб и оба конца стопорного элемента 2 размещают в зазоре 12 и частично за пределами труб 8 и 10. Извлекают через зазор 12 стопорный элемент 2 из отверстий 7 устройства путем натяжения одного из его концов в направлении, близком к радиальному. Вследствие извлечения стопорного элемента 2 из отверстий 7 устройства осуществляется дефиксация ленты 1, при этом пространственное разобщение между периферийными витками 3 ленты 1 и приосевыми витками 4 ленты 1 ликвидируется, а лента 1 за счет части механической энергии, аккумулированной в ней, саморазвертывается. Оставленная в ленте 1 в расчетном количестве часть аккумулированной в ней механической энергии обеспечивает расчетное усилие прижатия лентой 1 прокладки 6, пропитанной полимерным связующим, к внутренней поверхности зоны стыка труб. При саморазвертывании ленты 1 происходит проскальзывание и смещение ее витков относительно друг друга, поэтому теперь отверстия 7 не образуют сквозного прохода и оказываются перекрытыми смежными витками ленты, оснащенными прокладкой 6 или теплоизолирующим материалом 5. Продольный паз 13, имеющийся на определенной длине теплоизолирующего материала 5, образует не перекрытую теплоизоляционным материалом 5 кольцевую канавку, способствующую формированию обратного валика сварного шва при осуществлении проплава кромок труб. Сваривают концы труб по традиционной технологии с предварительной прихваткой или без прихватки. Теплоизолирующий материал 5, обладающий необходимыми термическим сопротивлением и термостойкостью, исключает недопустимое воздействие тепла сварки на термочувствительное полимерное связующее и пропитанную им прокладку 6. Расчетная величина усилия прижатия лентой 1 прокладки 6 обеспечивает необходимую степень герметизации зоны сварного соединения трубопровода от перекачиваемого по нему продукта и препятствует излишнему выдавливанию полимерного связующего из прокладки 6.

Требуемое количество механической энергии, которое оставляют в ленте 1 после осуществления ею прижатия прокладки 6 к внутренней поверхности зоны стыка, зависит от диаметра трубопровода, ширины прокладки 6, ее физико-механических свойств и других характеристик, в соответствии с которыми расcитываются и подбираются требуемые физико-механические свойства ленты 1, осевой момент инерции ее поперечного сечения, развернутая рабочая длина и другие параметры. Полимерное связующее, частично выдавленное из прокладки 6, формирует защитные валики по всему периметру прокладки, что дополнительно повышает надежность противокоррозионной защиты зоны сварных стыков трубопровода. Полимеризация связующего, которым пропитана прокладка 6, может осуществляться с наружным нагревом стыка от внешнего источника, но может проходить и без специального нагрева с учетом свойств полимерного связующего. Кроме того, некоторое количество тепла, необходимого для ускорения полимеризации связующего, может быть предварительно аккумулировано в теле устройства.

Пример конкретного выполнения устройства.

Металлическая свернутая спирально лента выполнена из пружинной холоднокатаной нагартованной стальной ленты по ГОСТ 2283-79. Толщина ленты 0,5 мм. Ширина периферийных витков ленты 153 мм; ширина приосевых витков ленты 240 мм. Периферийные витки ленты по всей их ширине оснащены прикрепленным к ней теплоизолирующим материалом в виде высокотемпературостойкой стеклоткани толщиной 1 мм, имеющим на определенной длине продольный паз шириной 10 мм. Приосевые витки ленты имеют коррозионно-стойкое покрытие толщиной 0,5 мм на основе эпоксидной эмали. Приосевые витки ленты оснащены прокладкой из нетканого полиэфирного материала, пропитанного полимерным связующим на основе эпоксидной эмали. Стопорный элемент представляет собой отрезок стальной полосы из проката по ГОСТ 2284-79 сечением 10х2 мм. Трубопровод, сварной стык которого защищают, изготовлен из труб стальных электросварных ГОСТ 20295-85, имеющих внутреннее антикоррозионное покрытие на основе эпоксидной эмали толщиной 0,5 мм по всей длине, кроме концов труб. Наружный диаметр труб 219 мм, толщина стенки 7 мм. Наружный поперечный размер периферийных витков свернутой спирально ленты около 190 мм, максимальный наружный поперечный размер приосевых витков свернутой спирально ленты около 150 мм. Суммарная толщина стенки полученного защитного бандажа зависит от количества витков и слоев, свернутых спирально.

Формула изобретения

1. Способ внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, заключающийся в размещении в зоне сварного шва и прилегающих участках внутреннего защитного покрытия устройства, содержащего втулку, выполненную в виде металлической свернутой спирально ленты, а также спирально свернутую пропитанную полимерным связующим прокладку с возможностью ее прижатия лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием, отличающийся тем, что в устройстве металлическая свернутая спирально лента представляет собой пружину, в которой в расчетном количестве аккумулирована механическая энергия, оснащенную стопорным элементом, фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации, периферийные витки металлической свернутой спирально ленты имеют меньшую ширину, чем приосевые витки этой ленты, периферийные витки ленты выполнены в виде двух ветвей путем разделения периферийной части ленты на определенной длине продольным пазом, периферийные витки ленты пространственно разобщены с приосевыми витками ленты, периферийные витки ленты по всей их ширине оснащены теплоизолирующим материалом, прикрепленным к ленте и имеющим на определенной длине продольный паз, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен стопорный элемент, устройство размещают частью его длины до соединения труб сваркой во внутренней полости стыкуемого конца одной из труб, производят сборку стыка труб под сварку с надвиганием конца другой трубы на устройство, с обеспечением зазора между торцами труб и с размещением при этом концов стопорного элемента в зазоре и частично за пределами труб, осуществляют прижатие прокладки лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием путем извлечения стопорного элемента через зазор между торцами труб и происходящих вследствие этого дефиксации и саморазвертывания ленты за счет части аккумулированной в ней механической энергии, соединяют трубы сваркой.

2. Устройство для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, содержащее размещенную в зоне сварного соединения втулку, выполненную в виде металлической свернутой спирально ленты, а также спирально свернутую пропитанную полимерным связующим прокладку с возможностью ее прижатия к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием, отличающееся тем, что металлическая свернутая спирально лента представляет собой пружину, в которой в расчетном количестве аккумулирована механическая энергия, оснащенную стопорным элементом, фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации, периферийные витки металлической свернутой спирально ленты имеют меньшую ширину, чем приосевые витки этой ленты, периферийные витки ленты пространственно разобщены с приосевыми витками ленты, периферийные витки ленты по всей их ширине оснащены теплоизолирующим материалом, прикрепленным к ленте и имеющим на определенной длине продольный паз, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен стопорный элемент.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что металлическая спирально свернутая лента изготовлена в коррозионно-стойком исполнении.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что периферийные витки ленты по всей их ширине оснащены прикрепленным к ленте и имеющим на определенной длине продольный паз теплоизолирующим материалом в виде стеклоткани.

5. Устройство по п.2, или 3, или 4, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из нетканого полиэфирного материала.

6. Устройство по п.2, или 3, или 4, отличающееся тем, что спиралъно свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из стеклоткани.

7. Устройство по п.4 или 6, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка и теплоизолирующий материал выполнены из стеклоткани и соединены между собой.

8. Устройство по п.2, или 3, или 4, или 5, или п.6, или 7, отличающееся тем, что стопорный элемент представляет собой отрезок металлической полосы прямоугольного сечения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6