Способ нанесения изоляционного покрытия на трубопровод и узел нанесения изоляционного покрытия
Изобретение относится к области строительства и ремонта подземных коммуникаций и может быть использовано для изоляции поверхностей стальных трубопроводов. Способ нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, включающий намотку по винтовой линии изоляционной ленты со сменного рулона, причем в качестве изоляционной ленты используют ленту с адгезивом, в процессе намотки разворачивают ленту слоем адгезива от трубопровода, разогревают участок ленты со стороны адгезива, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, при этом ленту, направленную слоем адгезива от трубопровода, пропускают с внешней относительно трубопровода стороны валков, размещенных по окружности вокруг изолируемого трубопровода, при этом сменный рулон расположен параллельно оси трубопровода. Изобретение также относится к узлу нанесения изоляционного покрытия, в котором система валков содержит шесть валков, ориентированных параллельно оси трубопровода и расположенных по окружности, а шпуледержатель ориентирован параллельно оси трубопровода. Технический результат изобретения - повышение адгезии изоляционного ленточного покрытия к металлической поверхности с усилением диффузионного барьера. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области защиты от коррозии металлических поверхностей, предпочтительно, трубопроводного транспорта, а именно к области строительства и ремонта подземных коммуникаций, и может быть использовано для изоляции металлических поверхностей от комбинированного действия влаги и кислорода, предпочтительно, для изоляции поверхностей стальных трубопроводов.
В настоящее время на территории Российской Федерации расположено большое количество трубопроводов, в том числе и магистральных, проложенных более 20 лет назад и требующих ремонта изолирующего покрытия.
Для замены изоляции трубопроводов разработаны способы и устройства, предназначенные для автоматизированной намотки ленточных изоляционных покрытий, отличающихся по видам используемых исходных материалов и технологии их нанесения.
Известен (RU, патент № 2188980) способ защиты подземных трубопроводов и металлоконструкций от коррозии. Согласно известному способу предварительно смешивают грунтовку с ингибитором коррозии, затем очищают металлическую поверхность от загрязнений, наносят подготовленную грунтовку на очищенную металлическую поверхность с последующим нанесением изоляционного покрытия.
Недостатком известного способа следует признать недостаточную адгезию адгезионного покрытия к грунтовке, что приводит к доступу влаги и воздуха к металлической поверхности с последующей коррозией покрытия.
Известен (Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозионная и тепловая изоляция. ВСН 008-88. - М.: Миннефтегазстрой, 1990, стр.10) способ нанесения изоляционной ленты на внешнюю поверхность трубопровода. Согласно известному способу проводят предварительную очистку изолируемой поверхности, нанесение грунтовки и изоляционного полимерного ленточного покрытия на трубопровод, причем при температуре окружающего воздуха ниже 10°С поверхность трубопровода подогревают до температуры не ниже 15°С и не выше 50°С.
Недостатком известного способа следует признать недостаточную адгезию адгезионного покрытия к грунтовке, что приводит к доступу влаги и воздуха к металлической поверхности с последующей коррозией покрытия.
Известен способ нанесения изоляционной мастики на трубопровод (RU, патент 2174642, 2001), включающий нагрев изоляционной мастики на основе битума в камере экструдирования, емкостях, подводящих рукавах и насосах, экструзию изоляционной мастики формирующей выходной частью камеры с последующей обмоткой по нанесенному слою мастики защитным ленточным материалом из рулона. Способ обеспечивает нанесение покрытия с заполнением неровности поверхности, однако защитные свойства мастичных покрытий на основе нефтебитума недостаточно эффективны из-за значительного поглощения битумом влаги и низких адгезионных свойств. Кроме того, известный способ является энергоемким и технологически сложным.
Известен способ нанесения на трубопроводы защитных покрытий (RU, патент 2153620, 2000). Согласно известному способу используют многослойные защитные ленты с нанесенным мастичным слоем и антиадгезионным покрытием. Однако наматывание на ремонтируемый трубопровод натянутой ленты со сменного рулона не обеспечивает адгезию в месте нахлеста витков и вытеснение воздуха, а необходимость удаления при нанесении антиадгезионного покрытия с ленты усложняет конструкцию используемого устройства и увеличивает трудоемкость способа.
При изоляции стыков труб с заводским покрытием используют манжеты на основе термоусаживающихся лент с нанесенным слоем полимерного адгезива (RU, патент 2228940, 2004). Эксплуатационные свойства покрытий, получаемых на их основе, значительно превышают свойства перечисленных выше покрытий и практически не отличаются по своим свойствам от заводского экструзионного покрытия, однако способы их нанесения (RU, 2230878, 2004) не предназначены для изоляции протяженных участков трубопровода в трассовых условиях.
Для нанесения изоляционных ленточных покрытий на протяженные участки трубопровода предназначены устройства, содержащие перемещающийся вдоль трубопровода по винтовой линии разборный поворотный ротор, при вращении которого лента сматывается с рулона, размещенного на обмоточной головке ротора, на поверхность трубопровода (см., например, RU, патент 2218515, 2003).
Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент № 2303743) способ нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, включающий намотку по винтовой линии изоляционной ленты со сменного рулона на предварительно очищенную поверхность трубопровода, покрытую слоем праймера, причем в качестве изоляционной ленты используют термопластичную двухслойную ленту с полимерным адгезивом, в процессе намотки из предварительно отмотанной ленты формируют виток с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, при этом ленту разворачивают слоем адгезива от трубопровода, разогревают отмотанный участок ленты со стороны адгезива до температуры перехода адгезива в вязкотекучее состояние, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, распределяя адгезив до заполнения им неровностей на поверхности трубопровода и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки.
Для реализации способа предложено устройство для нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, содержащее разъемный поворотный ротор, выполненный с возможностью опоры о поверхность трубопровода обрезиненными роликами и имеющий, по крайней мере, одну обмоточную головку, выполненную с возможностью установки на ней сменного рулона с исходной изоляционной лентой, а также приводную каретку с электроприводом, включающим электродвигатель, редуктор и зубчатые колеса, снабженную опорными роликами, предназначенными для взаимодействия с трубопроводом, причем приводная каретка связана с поворотным ротором посредством тяг. Известное устройство дополнительно содержит емкость для праймера, снабженную поршнем, дозатором и средством распределения праймера по поверхности трубопровода, выполненный с возможностью поступательного перемещения по трубопроводу узел нагрева изоляционного покрытия, опирающийся с одной стороны на поворотный ротор посредством пары колес, а с другой стороны имеющий возможность опоры на трубопровод с нанесенным на него изоляционным покрытием, поворотный ротор выполнен с возможностью подключения к источнику электрической энергии скользящими контактами, на поворотном роторе закреплены направляющие и разворачивающие ленту валики и направляющий ленту теплоизолирующий кожух, выполненный с возможностью формирования витка изоляционной ленты с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, и соединенный воздухопроводом с проточным нагревателем воздуха, обеспечивающим разогрев изоляционной ленты со стороны адгезива, средство для распределения разогретого адгезива изоляционной ленты по поверхности трубопровода, выполненное с возможностью фиксации кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложения растягивающих усилий, возрастающих от кромки ленты в месте нахлеста до противоположной кромки ленты.
Недостатками известного технического решения можно признать необходимость перегиба ленты при ее нанесении, а также значительную силу трения скольжения, возникающую при движении ленты.
Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого способа, состоит в разработке способа нанесения изоляционного покрытия на металлические поверхности и отверждения с использованием малого нагрева и получением высокой адгезии при значительном улучшении антикоррозионных характеристик покрытия и, как следствие, уменьшении затрат на плановый капитальный ремонт металлической поверхности за счет увеличения его срока службы.
Технический результат, получаемый при реализации способа, состоит в повышении адгезии изоляционного полимерного ленточного покрытия к металлической поверхности с усилением диффузионного барьера, обеспечивающего повышение антикоррозионных свойств указанного покрытия.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, включающий намотку по винтовой линии изоляционной ленты со сменного рулона, причем в качестве изоляционной ленты используют ленту с адгезивом, в процессе намотки разворачивают ленту слоем адгезива от трубопровода, разогревают участок ленты со стороны адгезива, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, причем ленту, направленную слоем адгезива от трубопровода, пропускают с внешней, относительно трубопровода, стороны валков, размещенных по окружности вокруг изолируемого трубопровода, при этом рулон, с которого сматывают ленту, расположен параллельно оси трубопровода. Предпочтительно в качестве изоляционной ленты используют ленту с термоусаживающейся основой. Обычно намотанные по винтовой линии витки ленты равномерно нагревают горячим воздухом. Для лучшей адгезии ленты к поверхности трубопровода на его поверхность предпочтительно предварительно наносят слой праймера. Для предотвращения перерывов в нанесении ленты на поверхность трубопровода обычно при смене рулона осуществляют соединение конца изоляционной ленты предыдущего рулона с началом ленты последующего рулона. Для лучшего качества изоляции преимущественно намотку изоляционной ленты осуществляют на предварительно очищенную поверхность трубопровода. Участок ленты, предпочтительно, разогревают, по меньшей мере, до температуры перехода адгезива в вязкотекучее состояние. Обычно адгезив распределяют до заполнения им неровностей на поверхности трубопровода и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки.
Для реализации указанного способа разработан узел нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, содержащий, по крайней мере, два шпуледержателя, каждый из которых выполнен с возможностью установки на нем сменного рулона с исходной изоляционной лентой, блок нагрева ленты со стороны адгезива изоляционного покрытия, систему направляющих и разворачивающих ленту валков, кожух, охватывающий указанную систему роликов, средство для распределения разогретого адгезива изоляционной ленты по поверхности трубопровода, причем указанная система валков содержит, по меньшей мере, шесть валков, ориентированных параллельно оси трубопровода и расположенных по окружности, при этом шпуледержатель используемого рулона в момент нанесения ленты ориентирован параллельно оси изолируемого трубопровода. Предпочтительно средство распределения разогретого адгезива содержит вал, снабженный прижимным роликом, предназначенным для фиксации кромки изоляционной ленты, при этом рабочая поверхность вала образована эластичными коническими шайбами, чередующимися с антифрикционными прокладками. Валки могут быть выполнены неподвижными, с возможностью вращения вокруг их продольной оси под действием проходящей ленты или с возможностью принудительного вращения.
Нагрев адгезива и изоляционной ленты может быть осуществлен любым известным в данной области техники способом.
Изоляционную ленту, сматываемую с рулона, разворачивают адгезивом от трубопровода в направляющем, предпочтительно, теплоизолирующем кожухе, протягивают ее по системе валков вокруг изолируемой поверхности, на одном из участков движения разогревают адгезив, разворачивают ленту разогретым слоем адгезива к поверхности изолируемого трубопровода с последующим созданием контакта с его поверхностью разогретым адгезивом.
Адгезив в вязкотекучем состоянии распределяют по поверхности трубопровода до заполнения им неровностей и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки изоляционной ленты в месте нахлеста ее на предыдущий виток и приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки. Средство для распределения адгезива в любом исполнении обеспечивает плотное прилегание изоляционной ленты к поверхности трубопровода в соответствии с ее рельефом, причем после прохождения обрабатываемого участка трубопровода размягченную основу изоляционной ленты в дальнейшем удерживает атмосферное давление.
Сматывание изоляционной ленты с рулона, ось которого параллельна оси трубопровода, и пропускание ее через систему валков, расположенных вокруг изолируемого трубопровода, даже с последующим разворотом адгезным слоем в сторону поверхности изолируемого трубопровода, позволяет, во-первых, исключить трение скольжения, уменьшить натяжение ленты в тракте подачи ленты от рулона к изолируемой поверхности, что позволяет снизить вероятность ее деформирования и разрыва, а во-вторых, обеспечить соединение концов лент со сматываемого и последующего рулонов.
Вышеприведенная технология позволяет использовать термопластичную изоляционную ленту для автоматизированного нанесения изоляционных покрытий при намотке термопластичной изоляционной ленты со сменных рулонов по винтовой линии по всей длине протяженного изолируемого участка трубопровода.
В дальнейшем при подробном рассмотрении разработанного технического решения будет использован чертеж, на котором использованы следующие обозначения: изолируемый трубопровод 1, термопластичная лента 2, валки 3, узел 4 нагрева ленты, шпуледержатель 5, рулон 6, кожух 7.
При реализации разработанного способа нанесения изоляционного покрытия на предварительно очищенную поверхность трубопровода 1 наматывают по винтовой линии термопластичную двухслойную ленту 2, обращенную слоем полимерного адгезива от поверхности трубопровода 1.
В процессе намотки изоляционной ленты 2 от сменного рулона 6, установленного на ориентированном параллельно оси трубопровода шпуледержателе 5, ленту 2 ориентируют адгезивным слоем от поверхности изолируемого трубопровода 1, пропуская ее внутри кожуха 7 по внешней поверхности валков 3, установленных вокруг изолируемой поверхности трубопровода 1. При выходе на поверхность последнего валка двухслойную ленту 2 разворачивают адгезивным слоем к изолируемой поверхности трубопровода 1. На одном из участков траектории движения ленты действием узла 4 разогревают, предпочтительно потоком горячего воздуха, адгезивный слой. Затем разогретым слоем адгезива прижимают ленту к предварительно очищенной поверхности трубопровода 1 внахлест с предыдущим витком и прижимают ленту 2 к трубопроводу 1 с целью удаления пузырей воздуха, оставшихся между лентой 2 и поверхностью трубопровода 1. Затем ленту подвергают термоусадке предпочтительно действием потока горячего воздуха.
При этом обычно используют в качестве термопластичной двухслойной изоляционной ленты с полимерным адгезивом двухслойную ленту с термоусаживающейся основой «НРЛ-СТ60» 450×2.0 ТУ 2293-001-29200582-02 и ТУ 2245-002-29200582-2007. При смене рулона осуществляют механическое соединение конца изоляционной ленты предыдущего рулона с началом изоляционной ленты следующего рулона, что обеспечивает непрерывность процесса намотки. В частности, конец ленты одного рулона и начало другого рулона склеивают быстросохнущим клеем.
Узел нанесения изоляционного покрытия монтируют на трубопроводе 1 любым известным способом, причем способ монтажа в основном зависит от дополнительно используемого оборудования.
Разработанное устройство для нанесения изоляционного покрытия на протяженный участок трубопровода может быть использовано следующим образом.
Перед началом движения узла нанесения изоляционного покрытия край ленты 2, предварительно отмотанный со сменного рулона 6, пропускают, адгезивным слоем наружу, с внешней стороны системы валков, на последнем валке разворачивают адгезивным слоем в сторону изолируемого трубопровода, протягивают к поверхности изолируемого трубопровода 1 и закрепляют на трубопроводе 1. Включают подачу теплого воздуха от узла 4 для разогрева слоя адгезива. Перемещая узел нанесения изоляции вдоль трубопровода, разматывают ленту с рулона, наматывая ее одновременно на поверхность трубопровода 1. На ленту 2, повернутую слоем разогретого адгезива к поверхности трубопровода 1, в момент контакта с указанной поверхностью воздействуют средством распределения адгезива со стороны наружной поверхности. При этом адгезив распределяют по поверхности трубопровода 1 до заполнения ее неровностей и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты 2 в месте нахлеста ее на предыдущий виток с приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки. Фиксацию кромки ленты 2 в месте нахлеста на предыдущий виток предпочтительно обеспечивают прижатием ее эластичными коническими втулками, ось вращения ориентирована перпендикулярно кромке ленты 2. При приложении давления к наружной поверхности ленты 2 происходит ее растягивание в стороны от вершин конусов втулок. Затем действием горячего воздуха или радиационным способом производят термоусаживание ленты.
При смене рулона осуществляют механическое соединение конца изоляционной ленты 2 предыдущего рулона с началом изоляционной ленты последующего рулона, чем можно обеспечить, в том числе, и непрерывность процесса намотки ленты. При реализации полного рабочего цикла разработанного устройства для нанесения изоляционного покрытия получают гарантированное вытеснение воздуха из неровностей на поверхности трубопровода с одновременным заполнением их адгезивом и плотным облеганием рельефа поверхности трубопровода, что повышает качество изоляции трубопровода.
В частности, при использовании разработанного устройства и термопластичной двухслойной ленты «НРЛ-СТ60» 225×1,8 ТУ 2293-001-29200582-02 на отрезке трубопровода получено однородное качественное изоляционное покрытие с когезионным отрывом от полимерного покрытия в месте нахлеста Aког.=60-65 Н/см и с когезионным отрывом по металлической поверхности с предварительным праймированием Аког.=70-75Н/см.
1. Способ нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, включающий намотку по винтовой линии изоляционной ленты со сменного рулона, причем в качестве изоляционной ленты используют ленту с адгезивом, в процессе намотки разворачивают ленту слоем адгезива от трубопровода, разогревают участок ленты со стороны адгезива, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, отличающийся тем, что ленту, направленную слоем адгезива от трубопровода, пропускают с внешней относительно трубопровода стороны валков, размещенных по окружности вокруг изолируемого трубопровода, при этом сменный рулон расположен параллельно оси трубопровода.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве изоляционной ленты используют ленту с термоусаживающейся основой.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что намотанные по винтовой линии витки ленты равномерно нагревают.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхность трубопровода предварительно наносят слой праймера.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при смене рулона осуществляют соединение конца изоляционной ленты предыдущего рулона с началом ленты последующего рулона.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку изоляционной ленты осуществляют на предварительно очищенную поверхность трубопровода.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что участок ленты разогревают до температуры перехода адгезива в вязкотекучее состояние.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что адгезив распределяют до заполнения им неровностей на поверхности трубопровода и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки.
9. Узел нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, содержащий, по крайней мере, два шпуледержателя, каждый из которых выполнен с возможностью установки на нем сменного рулона с исходной изоляционной лентой, блок нагрева ленты со стороны адгезива изоляционного покрытия, систему направляющих и разворачивающих ленту валков, кожух, охватывающий указанную систему роликов, средство для распределения разогретого адгезива изоляционной ленты по поверхности трубопровода, отличающийся тем, что указанная система валков содержит, по меньшей мере, шесть валков, ориентированных параллельно оси трубопровода и расположенных по окружности, при этом шпуледержатель используемого рулона в момент нанесения ленты ориентирован параллельно оси изолируемого трубопровода.
10. Узел по п.9, отличающийся тем, что средство распределения разогретого адгезива содержит вал, снабженный прижимным роликом, предназначенным для фиксации кромки изоляционной ленты, при этом рабочая поверхность вала образована эластичными коническими шайбами, чередующимися с антифрикционными прокладками.
11. Узел по п.9, отличающийся тем, что валки выполнены неподвижными.
12. Узел по п.9, отличающийся тем, что валки установлены с возможностью вращения вокруг их продольной оси под действием проходящей ленты.
13. Узел по п.9, отличающийся тем, что валки выполнены с возможностью принудительного вращения.
