Способ футерования металлической трубы

 

Использование: футеровка металлических труб оболочками и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности при сооружении трубопроводов. Сущность изобретения: трубу перед футерованием нагревают до температуры плавления наполнителя, а ввод наполнителя осуществляют при температуре его плавления. Материал наполнителя выбирают с температурой плавления, равной температуре плавления материала термопластичной оболочки. Скорость ввода термопластичной оболочки в трубу выбирают пропорциональной скорости прогрева материала термопластичной оболочки. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при сооружении трубопроводов.

Известен способ изготовления футерованных металлических труб путем совмещения деформированием оболочки из эластичного материала с металлической трубой.

Недостатком этого способа является ограниченная область применения из-за необходимости индивидуального подбора размеров футерующей оболочки к футеруемой трубе.

Известен способ футерования металлических труб полимерными оболочками, включающий деформирование полимерной оболочки, введение ее в металлическую трубу с одновременной закачкой в межтрубное пространство рабочего агента и восстановление размеров оболочки.

Недостаток этого способа заключается также в ограниченности области его применения. Способ осуществляют при введении в футеруемые трубы эластичной оболочки, что ограничивает его применение.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ прокладки гибкой металлической трубы (оболочки) внутри трубы большего диаметра, включающий одновременное введение оболочки в металлическую трубу и заполнение кольцевого промежутка между трубой и оболочкой наполнителем. При этом кольцевой промежуток между трубой и оболочкой при заполнении наполнителем герметизируют устанавливаемым в трубе поршнем.

Недостаток прототипа заключается в недостаточно широкой области его применения. Данный способ не обеспечивает заполнения межтрубного кольцевого промежутка расплавами наполнителя, например с целью обеспечения адгезионных связей оболочки и футеруемой трубы.

Задачей изобретения является расширение области применения способа футерования металлических труб.

Указанная задача решается тем, что в описываемом способе футерования металлической трубы, включающем одновременное введение оболочки в металлическую трубу и заполнение кольцевого промежутка между трубой и оболочкой наполнителем, трубу предварительно разогревают до температуры плавления наполнителя, а ввод наполнителя осуществляют при температуре его плавления. При использовании для футерования металлической трубы оболочки из термопластичного полимерного материала, материал наполнителя выбирают с температурой плавления, равной температуре плавления материала оболочки, а скорость ввода оболочки в футеруемую трубу устанавливают пропорционально скорости нагрева материала оболочки.

Предварительный нагрев футеруемой трубы и заполнение кольцевого промежутка между холодной оболочкой и нагретой трубой наполнителем при температуре его плавления позволяет увеличить протяженность заполняемого кольцевого промежутка, или длину футеруемой трубы, без изменения начального избыточного давления в нем. Так как оболочку предварительно не нагревают, расплавленный наполнитель при контакте с ней образует на ее поверхности тонкий затвердевающий слой материала наполнителя. Этот слой плотно обжимает перемещающуюся оболочку и скрепляется с ней за счет адгезионных сил или сил трения. Скрепленный с поверхностью оболочки слой затвердевшего расплава материала наполнителя теплоизолирует оболочку, перемещается с ней совместно и способствует перемещению основной массы расплавленного наполнителя в трубопроводе. Повышенная температура стенки трубы способствует относительному перемещению расплава материала наполнителя в трубопроводе, так как на горячей стенке трубы материал наполнителя не отверждается. Введение наполнителя при температуре плавления позволяет скрепить при последующем охлаждении оболочку с футеруемой трубой и наполнителем даже при отсутствии адгезионных связей между ними. Например, оболочка из термопластичного материала сплавляется с расплавленным наполнителем, имеющим адгезионную связь с футеруемой трубой. Возможны и другие сочетания свойств применяемых изделий и материалов. Металлическая оболочка или оболочка из реактопластов скрепляется с трубой и наполнителем механически при термической усадке охлаждаемого наполнителя. Скорость введения термопластичной оболочки в металлическую трубу отделяет общее время действия движущих сил (воздействия) на перемещаемую оболочку. Оно не должно превышать времени нагрева стенки оболочки до температуры размягчения материала этой оболочки. Оболочка при размягчении материала становится менее прочной и при протягивании в футеруемой трубе осевым усилием разрушается.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что при введении оболочки в футеруемые трубы ее дополнительно скрепляют с наполнителем механически, за счет образующихся при термоусадке наполнителя внутренних напряжений, или сплавляют с наполнителем. Скорость протяжки оболочки в футеруемых трубах устанавливают в зависимости от времени прогрева стенки этой оболочки, а зависимости от физико-механических свойств материала оболочки (теплопередачи, теплопроводности, и других свойств).

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет расширить область применения способа футерования труб за счет применения расплавов наполнителя и закрепления им оболочки в футеруемой трубе.

На фиг. 1 упрощенно изображен процесс футерования металлической трубы; на фиг. 2 - соосно расположенные футерованные трубы и их соединение.

В металлической трубе 1 расположена внутренняя оболочка 2. На концах металлической трубы 1 установлены уплотнительные устройства 3 с патрубками 4. Кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2 заполнен наполнителем 5. Кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2 отделен от внутренней полости 6 трубы 1 уплотнительными элементами 7. К концу оболочки 2 прикреплен канат 8. Концы соосно расположенных труб 1 с внутренней оболочкой 2 соединены ниппелем 9, сварным швом 10 и подкладным кольцом 11.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

На концы металлической трубы 1 устанавливают уплотнительные устройства 3 с патрубками 4 и скрепляют их между собой. Трубу 1 с устройствами 3 нагревают в проходной печи (на чертеже не показана) до температуры плавления наполнителя. Через трубу 1 пропускают с помощью штанги (на чертеже не показана) канат 8. Соосно с трубой 1 располагают оболочку 2 и прикрепляют ее к канату 8. Натяжением каната 8 оболочку 2 вводят в трубу 1 через у плотнительное устройство 3. Уплотнительным элементом 7 отделяют кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2 от внутренней полости 6 трубы 1. При этом, через патрубок 4 в кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2 подают расплавленный наполнитель 5. Расплавленный наполнитель 5 охватывает холодную оболочку 2, скрепляется с ней и перемещается в трубе 1. Скорость перемещения оболочки 2 с наполнителем 5 устанавливают в зависимости от времени нагрева стенки оболочки 2 до критической температуры. После введения оболочки 2 в трубу 1 через уплотнительные устройства 3, е е отцепляют от каната 8. Трубу 1 и наполнитель 5 охлаждают, а оболочка 2 нагревается до температуры размягчения. Устройства 3 снимают с концов трубы 1, а концы оболочки 2 (на чертеже не показано) расширяют в раструб и устанавливают в них ниппели 9. Подготовленные таким образом футерованные трубы устанавливают соосно, стыкуют на подкладном кольце 11 и соединяют сварным швом 10.

Пример конкретного исполнения.

На концы металлической трубы 1 диаметром 273 мм с толщиной стенки 7 мм устанавливали уплотнительные устройства 3 с патрубками 4 и скрепляли их между собой осевым усилием (на чертеже не показано). Трубу 1 с устройствами 3 нагревали в проходной газопламенной печи до температуры 250^оС. Через трубу 1 пропускали канат 8 диаметром 12 мм. Соосно с трубой 1 располагали оболочку 2 диаметром 225 мм с толщиной стенки 10 мм из полиэтилена. Длина футеруемой трубы 1 составляла 10 м, а оболочки 2-10,5 м. Оболочку 2 прикрепляли к канату 8 с помощью специального захвата (на чертеже не показан). Натяжением каната 8 с помощью лебедки (на чертеже не показана) оболочку 2 вводили в трубу 1 через уплотнительное устройство 3 . На конце оболочки 2 предварительно формовали уплотнительный элемент 7 и отделяли им кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2 от внутренней полости 6 трубы 1. Кольцевой элемент выполняли в форме кольцевого буртика высотой 17 мм и он полностью перекрывал кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2, который равнялся 17 мм. При этом, через патрубок 4 насосом (на чертеже не показано) при избыточном давлении 0,003 МПа в кольцевой промежуток между трубой 1 и оболочкой 2 подавали расплавленную смесь битума с полиэтиленом при 200^оС. Он заполнял кольцевой промежуток и перемещался вместе с оболочкой 2. Экспериментально было установлено, что стенка полиэтиленовой оболочки нагревалась до 60^оС за 8 мин. Исходя из этого времени скорость протягивания полиэтиленовой оболочки 2 устанавливали равной 5 м/мин и время футерования трубы 10 м составляло 2 мин. За это время оболочка 2 прогревалась не больше чем на 30^оС и не теряла первоначальной прочности. Усилие протяжки не превышало 800 кг. В процессе протягивания оболочки 2 в трубе 1 наполнитель, смесь битума с полиэтиленом сплавлялся с оболочкой 2. После введения оболочки 2 в трубу 1 через уплотнительные устройства 3 ее отцепляли от каната 8. Трубу 1 и наполнитель 5 охлаждали водой до 50-60^оС, а оболочка 2 за это время нагревалась до 120-130^оС. Устройства 3 снимали с концов трубы 1, а концы оболочки 2 расширяли до диаметра 245 мм. В раструб оболочки 2 вставляли металлический ниппель 9 и он закреплялся в оболочке 2 при охлаждении и термоусадке ее концов. Диаметр ниппеля равнялся 243 мм, толщина стенки составляла 3 мм, а длина 100 мм.

Подготовленные таким образом футерованные трубы устанавливали соосно, стыковали на подкладном кольце 11 и сваривали электродуговой сваркой, соединяли сварным швом 10. Подкладное кольцо выполняли в виде разрезного металлического цилиндра диаметром 250 мм с толщиной стенки 3 мм и длиной 70 мм. (56) Авторское свидетельство СССР N 177832, кл. В 23 К 20/22, 1962.

Авторское свидетельство СССР N 1711424, кл. В 29 С 63/12, 1992.

Заявка Японии N 1-25964, кл. F 16 L 1/00, 1989.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ФУТЕРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ТРУБЫ внутренней оболочкой, включающий одновременное введение оболочки в металлическую трубу и заполнение кольцевого промежутка между трубой и оболочкой наполнителем, отличающийся тем, что трубу предварительно разогревают до температуры плавления наполнителя, а ввод наполнителя осуществляют при температуре его плавления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что материал наполнителя выбирают с температурой плавления, равной температуре плавления материала термопластичной оболочки.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что скорость ввода термопластичной оболочки в трубу выбирают пропорциональной скорости прогрева материала термопластичной оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2