Система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием

Изобретение относится к области строительства и ремонта трубопроводов в трассовых условиях и предназначено для изоляции монтажных стыковых соединений смежных трубопроводов с изоляционным покрытием. Система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием содержит последовательно расположенные в полости, сформированной в зоне монтажного стыка на концевых участках смежных трубопроводов, слои изоляционных материалов. Первый слой выполнен из битумно-мастичных материалов, следующий из вспененного наполнителя, сформированного при вводе его компонентов через защитную охватывающую концевые участки смежных трубопроводов и фиксируемую на них композитную форму. Композитная форма образована пластиной, которая выполнена из последовательно соединенных между собой слоев, один из которых выполнен из полотна, образованного стекло- и/или полиэфирными нитями, или из нетканого полотна на основе полиэфира или полипропилена и формирует относительно монтажного стыка внутреннюю поверхность формы. Другой слой пластины образован экструдированным полимерным листом и формирует наружную поверхность формы. Толщина «h₁» экструдированного листа к толщине «h» полотна имеют соотношение h₁/h=1÷11 при общей толщине «Н» пластины, формирующей композитную форму, равной 1,8÷12 (мм). Система изоляции для монтажных стыков смежных трубопроводов имеет высокую эксплуатационную надежность в условиях повышенных влажности и температур. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и ремонта трубопроводов в трассовых условиях и предназначено для изоляции монтажных стыковых соединений смежных трубопроводов с изоляционным покрытием, например, тепловых сетей, водопроводов, газо- нефтепроводов предварительно изолированных (теплоизолированных, гидроизолированных), например, при использовании полимерной оболочки, обетонирования, вспененного материала, расположенного между трубопроводами и внешней защитной оболочкой и др. варианты предварительной изоляции трубопроводов, в том числе в условиях их заводской готовности.

Известны различные системы изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием, так, например:

- в техническом решении по патенту РФ N2277199, публ. 2005 предложена система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием путем использования для этих целей комбинированного изоляционного покрытия на основе грунтовки, мастики с температурой нанесения 140-150°С и с температурой отверждения 80-85°С, на которую установлена термоусаживающаяся муфта, выполненная в виде намотанного на трубопровод изоляционного полимерного ленточного покрытия, в качестве которого используют термоусаживающуюся многослойную адгезионную ленту с температурой предварительного разогрева ее адгезионного слоя 60-70°С и с температурой термоусаживания 100-120°С.

Однако использование горячей мастики при изоляции стыка приводит к неравномерности распределения мастики по сечению трубы и к ухудшению условий труда особенно при низких температурах окружающей среды;

- система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием (см. ЕР 0360028, публ. 28.03.1990 г.), содержит выполненную в зоне монтажного стыка на участках изоляционного покрытия смежных трубопроводов полость для размещения изоляции монтажного стыка в виде послойно расположенных относительного него изоляционных материалов, по меньшей мере, один из которых выполнен в виде вспененного наполнителя образованного при вводе его компонентов через фиксируемую на изоляционных покрытиях концевых участков смежных трубопроводов полимерную форму.

В данном техническом решении в образуемой полости для размещения изоляции монтажного стыка предварительно размещают алюминиевые пластины для поддержки полимерного листа при продольном сваривании его концов и приваривании к изоляционному покрытию смежных трубопроводов при формировании полимерной формы, что усложняет конструктивное исполнение системы изоляции в трассовых условиях, при этом используемый для целей фиксации процесс сваривания полимерного листа при формировании формы технологически нецелесообразен при монтажных работ в трассовых условиях.

Кроме того, в условиях попадания влаги в зону послойно расположенных относительного монтажного стыка изоляционных материалов значительно снижается адгезия между вспененным наполнителем и взаимодействующими с ним металлом и полимером, что снижает эксплуатационную надежность образуемой системы изоляции.

- в техническом решении по патенту №2575533, публ. 27.09. 2016 г. предложена система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием, содержащая выполненную в зоне монтажного стыка на участках изоляционного покрытия смежных трубопроводов полость для размещения изоляции монтажного стыка в виде послойно расположенных относительного него изоляционных материалов, по меньшей мере, один из которых выполнен в виде скрепляемых стяжными металлическими лентами с замками скорлуп пеностекла, представляющих собой полуцилиндры или сегменты иной формы, геометрические размеры которых обеспечивают их размещение вплотную к смежным торцам изоляционного покрытия трубопроводов, термоплавкую адгезионную ленту, которую приклеивают в два слоя с нахлестом на изоляционное покрытие трубопроводов и на скорлупы из пеностекла, защитный металлический кожух, который оборачивают вокруг участка трубы из скорлуп пеностекла и стягивают с помощью крепежных элементов.

Однако данное техническое решение характеризуется значительной материалоемкостью и трудоемкостью при его реализации, а характерные для изолирующих материалов на основе пеностекла недостатки ограничивают технологические возможности использования изделий данного типа при изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов, вследствие: высокой стоимости производства данного типа изолирующих изделий, хрупкости, усложняющей как процесс транспортирования изделий в трассовые условия, так и проведение монтажных работ с ними, и характерной для данного типа изделий высокой массы.

Кроме того, используемый в данной системе изоляции защитный оцинкованный металлический кожух при физико-механических деформациях, характерных для эксплуатации трубопроводов в трассовых условиях, подвержен значительным коррозионным процессам под действием окружающей среды, экранирует радиосигналы при проведении работ по дефектоскопии трубопроводов.

Известно техническое решение (см. журнал «Газовая промышленность», №11(666), 2011 г., ст. «Слово в защиту газопровода», автор Ю. Данилов), в соответствии с которым предложенная система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием содержит последовательно расположенные в полости, сформированной в зоне монтажного стыка на концевых участках смежных трубопроводов, слои изоляционных материалов, первый из которых выполнен из мастичных материалов, следующий из вспененного наполнителя, сформированного при вводе его компонентов через защитную охватывающую концевые участки трубопровода и фиксируемую на них композитную форму, которая образована пластиной, изготовленной из армирующего компонента и полимера.

К основным преимуществам используемых в данной системе изоляционных материалов относятся их диэлектрические свойства, что позволяет не нарушать работу системы электрохимической защиты, неподверженность коррозии, малый вес. Эти факторы значительно увеличивают срок службы системы.

Вместе с тем, при реализации данного технического решения разработчиками его были выявлены следующие существенные недостатки:

защитная композитная форма используемая в системе изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием выполнялась в виде пластины (листа) изготовленной с использованием армирующего компонента на основе тканого материала, пропитанного на всю толщину полимерным связующим, например, в соответствии с технологическим процессом, представленным в патенте RU №2214553, публ. 20.10.2003 г. Изготовленная по данному процессу пластина позволяет производить обжатие концевых участков смежных трубопровода в трассовых условиях с образованием защитной композитной формы, имеющей высокую ударную прочность и стойкость к физико-механическим силовым нагрузкам, воздействующих на трубопровод.

Однако при использовании данной защитной композитной формы выявлена нецелесообразность ее применения в условиях прокладки трубопроводов при повышенной влажности, и особенно для условий подводной прокладки из-за разгерметизации системы изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов вследствие нарушения адгезионного взаимодействия между вспененным наполнителем и композитной формой, для конструкционного исполнения последней из которых характерно наличие водопроницаемости;

- при изготовлении системы изоляции на монтажный стык полученный при сварке концевых участков смежных трубопроводов предварительно наносят слой битумно-мастичной изоляции, которая при формировании продольного сварного шва на образуемой защитной композитной форме при ее фиксации на изоляционных покрытиях концевых участков смежных трубопроводов разрушается под температурным воздействием сварочных работ. Данное обстоятельство объясняется низкой термоустойчивостью композитной формы.

В целом указанные недостатки системы изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием представленные разработчиком в журнале «Газовая промышленность», №11(666), 2011 г., свидетельствуют о недостаточной ее эксплуатационной надежности.

Техническое решение, представленное в журнале «Газовая промышленность», №11(666), 2011 г.выбрано в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения.

Техническим результатом изобретения является создание эксплуатационно надежной в условиях повышенной влажности и температур системы изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием.

Для достижения поставленного технического результата предложена система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием, содержащая последовательно расположенные в полости, сформированной в зоне монтажного стыка на концевых участках смежных трубопроводов, слои изоляционных материалов, первый из которых выполнен из битумно-мастичных материалов, следующий из вспененного наполнителя, сформированного при вводе его компонентов через защитную охватывающую концевые участки смежных трубопроводов и фиксируемую на них композитную форму, которая образована пластиной, изготовленной из армирующего компонента и полимера, согласно изобретения, пластина для формирования композитной формы выполнена из последовательно соединенных между собой слоев, один которых выполнен из полотна, образованного стекло- и/или полиэфирными нитями или из нетканого полотна на основе полиэфира или полипропилена и формирует относительно монтажного стыка внутреннюю поверхность формы, другой слой пластины образован экструдированным полимерным листом и формирует наружную поверхность формы, при этом толщина «h₁» экструдированного листа к толщине «h» полотна имеют соотношение h₁/h=1÷11 при общей толщине «Н» пластины формирующей композитную форму равной 1,8÷12 (мм).

Согласно изобретения, для получения экструдированного полимерного листа используют полиолефины на основе полипропилена или полиэтилена при плотности 0,8-1,15 г/см³

Согласно изобретения, при соединении полотна или нетканого полотна с экструдированным полимерным листом используют клей.

Согласно изобретения, в качестве вспененного наполнителя используют пенополиуретан плотностью 1,1-1,24 г/см³.

Согласно изобретения, монтажный стык между концевыми участками смежных трубопроводов образован при сварке.

При реализации изобретения обеспечивается:

создание эксплуатационно надежной в условиях повышенной влажности и температур системы изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием, что объясняется выполнением пластины для формирования композитной формы из соединенных между собой послойно расположенных относительно монтажного стыка армирующего компонента на основе термоустойчивых материалов и водонепроницаемого, коррозионно устойчивого, высокой прочности к физико-механическим силовым нагрузкам полимерного листа.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность признаков для решения заявленного технического результата, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения: «новизна», «изобретательский уровень».

При реализации изобретения используют традиционно известные материалы и технологическое оборудование для изготовления композитов, что свидетельствует о соответствии его критерию «промышленная применимость».

Изобретение подтверждается нижеприведенным его описанием и поясняющим рисунками, где на:

рис. 1 показан общий вид системы изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием.

рис. 2 - общий вид композитной формы.

Система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием содержит последовательно расположенные в полости 1, сформированной в зоне монтажного стыка на концевых участках смежных трубопроводов 2 и 3, слои изоляционных материалов, первый из которых выполнен из битумно-мастичных материалов 4, следующий слой 5 из вспененного наполнителя, сформированного при вводе его компонентов через защитную охватывающую концевые участки смежных трубопроводов и фиксируемую бандажной лентой 6 композитную форму 7. Систему изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов используют при наличии на последних изоляционного покрытия, которое может быть выполнено, например, из вспененного материала, расположенного между трубопроводами и внешней защитной оболочкой, как это предусмотрено в техническом решении ЕР 0360028, или, например, в виде обетонирования наружной поверхности трубопроводов, как это предусмотрено в настоящем изобретении, а также в технической информации см. журнал «Газовая промышленность», №11(666), 2011 г. Формирование в зоне монтажного стыка на концевых участках смежных трубопроводов 2 и 3 полости 1 осуществляют в указанной зоне путем съема части изоляционного покрытия с концевых участков смежных трубопроводов.

Формируемая композитная форма 7 выполнена из пластины (фиг. 2), для изготовления которой используют армирующий и полимерный материал в виде послойно последовательного расположения их. Один слой образован из полотна 8 или из нетканого полотна 8 на основе полиэфира или полипропилена и формирует относительно монтажного стыка концевых участков смежных трубопроводов 2 и 3 внутреннюю поверхность формы, другой слой пластины 7 образован экструдированным полимерным листом 9 и формирует наружную поверхность формы, при этом толщина «h₁» экструдированного листа 9 к толщине «h» стеклоткани 8 или нетканого полотна 8 имеют соотношение h₁/h=1÷11 при общей толщине «Н» пластины 7 формирующей композитную форму равной 1,8÷12 (мм).

При реализации изобретения используют:

1. Битумно-мастичные материалы для формирования слоя гидроизоляционного покрытия на монтажном стыке, например, при выполнении его сваркой, предпочтительно, для этих целей используют материалы, представленные в патенте RU №2325585, публ. 27.05.2008 г.

2. Полотно-стеклоткань, предпочтительно, при реализации изобретения используют ткань конструкционную ровинговую при плотности 450-550 г/м² по ТУ 6-48-00205009-97-96, торговая марка ТЗ-0,47 или Ortex 470 (ТУ 5952-006-52788109-2005 г.), плотностью 450-490 г/м². Использование названной стеклоткани наиболее оптимально по затратной части изготовления пластин, формирующих композитную форму в системе изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием.

При реализации изобретения возможно также использование нетканого полотна на основе волокнистой массы из полиэфира или полипропилена.

Наиболее, предпочтительно, для целей реализации изобретения нетканое полотно из непрерывных нитей (филаментов) полученных из расплава полимера на основе полиэфира при плотности 100-500 г/м² с ворсистой фактурой. Нетканые полотна данного типа имеют высокую прочность, устойчивы к истиранию, эластичны.

Заданная по изобретению поверхностная плотность ткани (полотна) на основе стекло- нитей наиболее оптимальна. Уменьшение поверхностной плотности используемых полотен приведет к снижению адгезии между взаимодействующими слоями изоляционных материалов в конструкционной системе изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов. Увеличение поверхностной плотности используемых полотен приведет к повышению материалозатрат на их изготовление и к увеличению массы пластины, формирующей композитную форму в системе изоляции монтажных стыков, что усложнит технологический процесс ее монтажа.

3. Полимерный лист из полиолефинов на основе полипропилена или полиэтилена низкого или высокого давления, которые производятся методом экструзии в соответствии ТУ 2246-006-33513246-2008. Предпочтительно, для целей настоящего изобретения используют экструдированные гомогенные (монолитные) полимерные листы на основе указанных полиолефинов, имеющих толщину 0,9÷10,4 (мм). Предпочтительно, при реализации изобретения использовали экструдированный лист из полипропилена 3, который изготовлен в соответствии с ТУ 2246-006-33513246-2008, имеет толщину: (h₁=5 (мм).

При изготовлении полимерного листа из полиолефинов на основе полипропилена или полиэтилена низкого или высокого давления используют экструзионное оборудование, обеспечивающее производство полимерного листа с шириной «S» необходимой для перекрытия полости 1 и фиксации на изоляционных покрытиях концевых участков смежных трубопроводов 2 и 3 (фиг. 1). Так, например, при номинальном наружном диаметре обетонированных трубопроводов от 680-1450 (мм) ширина полимерного листа (размер вдоль продольной оси трубопроводов) оптимальна от 1000 до 1600 (мм).

4. Представленные в п.п. 2 и 3 материалы, соответственно, на основе, например, стеклоткани Ortex 470 и экструдированного листа из полипропилена толщиной 5 (мм) соединяют между собой, предпочтительно, путем склеивания. Вследствие использования стеклоткани повышается адгезионное взаимодействие склеиваемых поверхностей при незначительных материалозатратах на используемый для этих целей клеевой состав.

Для соединения представленных в п.п. 2 и 3 материалов, соответственно, стеклоткани Ortex 470 и экструдированного листа из полипропилена толщиной 5 (мм) возможно также использование метода каландрирования. Использование данного метода зависит от технологической оснащенности производства.

Для системы изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием в трассовых условиях для номинального наружного диаметра трубопроводов с изоляционным покрытием на основе обетонирования от 680-1450 (мм) изготавливают пластины 7 для формирования композитной формы, длина (размер по окружности трубопровода) которых от 2200-5000 (мм), ширина (размер вдоль продольной оси трубопродовов) от 1000 до 1600 (мм) при общей толщине «Н» пластины 7 равной 6,5 (мм), при этом соотношение h₁/h=3,33 (величина клеевого слоя при оценке общей толщины «Н» не учитывается).

Заданное по изобретению соотношение h₁/h=1÷11 для пластины 7 при толщине ее Н=1,8÷12 (мм) оптимально по условиям формирования композитной формы, листовое (пластинчатое) исполнение которой характеризуется:

высокой прочностью используемых в ней материалов с одновременной гибкостью их для охвата поверхностей смежных трубопроводов и с фиксацией на них;

эффективным адгезионным взаимодействием используемых в пластине армирующих и полимерных материалов, как при конструктивном ее построении, так и при конструктивном построении системы изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов, имеющей послойно последовательное расположение в ней изоляционных материалов, в том числе в виде вспененного наполнителя, компоненты которого вводят в сформированную полость 1 через спецотверстия в композитной форме. Уменьшение соотношения h₁/h приводит к усложнению технологического процесса изготовления полимерного листа при экструдировании, к снижению жесткости и прочности изготавливаемой пластины при заданной ее толщине, минимальные параметры которой определены с учетом производственного процесса изготовления экструдированных полимерных листов.

Увеличение соотношения h₁/h приводит к снижению толщины слоя армирующего материала (образованного стеклотканью или нетканым полотном) и соответственно к уменьшению прочности адгезионного взаимодействия соответствующих материалов в пластине и в системе изоляции в целом.

Адгезия слоев по изобретению контролируется по ASTM D4541 (2002) Стандартный метод испытаний прочности покрытий на отрыв с применением портативных адгезиометров и ASTM D5179-02 Стандартный метод испытаний для измерения адгезии органических покрытий к подложкам из пластмассы непосредственной проверкой на растяжение.

Увеличение общей толщины пластины 7, формирующей композитную форму, в целом повышает материалозатраты на ее изготовление, увеличивает жесткость, что ухудшает технологичность процесса по созданию системы изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов в трассовых условиях.

5. При создании слоя вспененного наполнителя в системе изоляции монтажных стыков смежных трубопроводов используют наиболее технологичный и оптимальный в трассовых условиях процесс получения данного слоя на основе пенополиуретанов, которые получают при реакционном взаимодействии полиэфиров и изоцианатов в присутствии катализаторов и др. технологических добавок. С учетом действующих силовых нагрузок на трубопроводы тепловых сетей, водопроводы, газонефтепроводы, в том числе при прокладке их в водной среде, предпочтительно, используют компонентный состав для получения пенополиуретанов высокой плотности, соответственно 1,1-1,24 г /см3. Предпочтительно, использовать компонентный состав для получения пенополиуретанов высокой плотности торговых марок Cellafoam 161/10, Дальтофоам ТЕ 44241. Данные пенополиуретаны имеют высокую плотность, разработаны для применения в морских и береговых работах, особенно при монтаже подводных трубопроводов.

Созданная система изоляции для монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием имеет высокую эксплуатационную надежность в условиях повышенной влажности и температур, что объясняется использованием в системе изоляции композитной формы из послойно расположенных относительно монтажного стыка армирующего компонента на основе термоустойчивых материалов и водонепроницаемого, коррозионно устойчивого, высокой прочности к физико-механическим силовым нагрузкам экструдированного полимерного листа.

1. Система изоляции в трассовых условиях монтажных стыков смежных трубопроводов с изоляционным покрытием, содержащая последовательно расположенные в полости, сформированной в зоне монтажного стыка на концевых участках смежных трубопроводов, слои изоляционных материалов, первый из которых выполнен из битумно-мастичных материалов, следующий из вспененного наполнителя, сформированного при вводе его компонентов через защитную охватывающую концевые участки смежных трубопроводов и фиксируемую на них композитную форму, которая образована пластиной, изготовленной из армирующего компонента и полимера, отличающаяся тем, что пластина для формирования композитной формы выполнена из последовательно соединенных между собой слоев, один из которых выполнен из полотна, образованного стекло- и/или полиэфирными нитями, или из нетканого полотна на основе полиэфира или полипропилена и формирует относительно монтажного стыка внутреннюю поверхность формы, другой слой пластины образован экструдированным полимерным листом и формирует наружную поверхность формы, при этом толщина «h₁» экструдированного листа к толщине «h» полотна имеют соотношение h₁/h=1÷11 при общей толщине «Н» пластины, формирующей композитную форму, равной 1,8÷12 (мм).

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что для получения экструдированного полимерного листа используют полиолефины на основе полипропилена или полиэтилена при плотности 0,8-1,15 г/см³.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что при соединении полотна или нетканого полотна с экструдированным полимерным листом используют клей.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве вспененного наполнителя используют пенополиуретан плотностью 1,1-1,24 г/см³.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что монтажный стык между концевыми участками смежных трубопроводов образован при сварке.