Способ изготовления армированных труб из термопластов и устройство для его осуществления

 

Использование: изготовление и гидротермическое испытание армированных труб из термопластов для нефтяной, химической и др. областей промышленности. Сущность изобретения: в способе изготовления труб армирование осуществляют путем наложения на каждый из двух диаметрально противоположных участков термопластовой оболочки продольного грузонесущего элемента из стальных или синтетических материалов. По обе стороны от него расположены продольные элементы из пористого материала, пропитанного ингибированной смазкой. Затем навивают спиральный металлический каркас. Термопластовую оболочку подвергают действию внутреннего давления после наложения защитного покрытия путем непрерывного прокачивания жидкой рабочей среды определенного давления и температуры. Для этого устройство содержит линии слива и подачи, насос и напорный клапан, размещенный в линии подачи. Кроме того, в линии слива установлен регулируемый дроссель, линии слива напорного клапана и дросселя связаны с емкостью для рабочей среды. При подаче давления оболочка, деформируясь, выдавливает смазку из пористых элементов. Это снижает жесткость трубы, уменьшает трение между слоями каркаса, предотвращает коррозию. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области производства рукавных изделий и может быть использовано при изготовлении гибких армированных труб для транспортировки агрессивных жидкостей и газов в нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других областях промышленности.

Известен способ изготовления армированных труб из термопластов, при котором по наружной поверхности термопластовой оболочки параллельно ее оси выполняют пазы, в которые затем укладывают продольные грузонесущие элементы, навивают спиральный металлический каркас и накладывают внешнюю защитную оболочку [1] .

Известен также способ изготовления армированных труб из термопластов, согласно которому пазы для укладки продольных грузонесущих элементов расположены диаметрально противоположно по наружной поверхности термопластовой оболочки [2] .

Указанные способы достаточно сложны, а неточность при выполнении пазов на поверхности термопластовой оболочки приводит к снижению ее прочности. Кроме того, толщина оболочки должна быть в 1,5-2 раза больше толщины грузонесущих элементов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления армированных труб из темопластов, согласно которому на наружную поверхность термопластовой оболочки накладывают армирующие элементы и создают внутри оболочки давление нагретой рабочей среды, а после окончания процесса армирования термопластовой оболочки накладывают защитное покрытие [3] .

Указанный способ осуществляют с помощью устройства, содержащего емкость с рабочей средой, линии подачи и слива, насос и установленный в линии подачи напорный клапан с его линией слива.

Недостатки данного способа и устройства обусловлены тем, что не обеспечивается постоянство температуры рабочей среды по всей длине термопластовой оболочки и в связи с нарастанием потерь тепла по мере удаления от точки подачи нагретой рабочей среды возникают нарушения процесса внедрения арматуры в термопластовую оболочку, а использование повышенной температуры в точке подачи может привести к расплаву термопластовой оболочки.

Целью изобретения является повышение надежности и сокращение времени изготовления армированных труб из термопластов.

Цель достигается за счет того, что в предложенном способе изготовления армированных труб из термопластов, включающем армирование наружной поверхности термопластовой оболочки, создание внутри нее давления нагретой рабочей среды и нанесение защитного покрытия, в отличие от прототипа, армирование осуществляют путем наложения на каждый из двух диаметрально противоположных участков термопластовой оболочки закрепляемых за ее передний торец продольного грузонесущего элемента из стальных или синтетических материалов и расположенных по обе стороны от него продольных элементов из пористого материала, пропитанного ингибированной смазкой, и последующей навивки спирального металлического каркаса, а термопластовую оболочку подвергают действию внутреннего давления после наложения защитного покрытия путем непрерывного прокачивания жидкой рабочей среды, при этом давление и температуру циркулирующей рабочей среды поддерживают в пределах 1,25 Р_рт ≅ Р_с ≅ 2,0Р_рт, t_т ≅ t_с < t_д, где P_с - давление рабочей среды (Н) м²; P_рт - расчетное эксплуатационное рабочее давление готовой армированной трубы (Н) м²; t_с - температура рабочей среды; t_т - температура, соответствующая пределу ползучести материала термопластовой оболочки (К); t_д - температура термоокислительной деструкции материала оболочки (К); Кроме того, поставленная задача решается также за счет того, что устройство для изготовления армированных труб из термопластов, содержащее емкость для рабочей среды, линии подачи рабочей среды в армированную трубу и слива из нее насос и установленный в линии подачи напорный клапан, согласно изобретению, снабжено регулируемым дросселем, установленным в линии слива, причем линии слива напорного клапана и регулируемого дросселя связаны с емкостью для рабочей среды.

При осуществлении изобретения за счет непрерывной циркуляции нагретой жидкой рабочей среды, температуру которой поддерживают в заданных пределах, температура термопластовой оболочки по всей ее длине остается постоянной и тем самым обеспечивается одновременное внедрение продольных элементов в оболочку. Кроме того, сочетание температуры и давления жидкой рабочей среды в указанных пределах с учетом того, что внутреннее давление в термопластовой оболочке создают после завершения процесса нанесения защитного покрытия, позволяет одновременно осуществлять процесс формования и гидротермического испытания готовых труб, а это приводит к значительному сокращению времени изготовления подобных труб. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, проведение гидроиспытаний гибких трубопроводов в интервале давлений 1,25-2,0 Р_рт обеспечивает необходимую надежность таких трубопроводов. Причем большее значение испытательного давления соответствует гибким трубопроводам, к которым предъявляются повышенные требования по надежности (в частности, гибкие трубопроводы глушения скважины), а меньшее значение - для трубопроводов менее ответственного назначения.

Нагрев рабочей среды выше температуры термоокислительной деструкции t_д материала оболочки может привести к снижению прочностных характеристик термопластовой оболочки и выделению вредных веществ в атмосферу, а при нагреве рабочей среды ниже температуры, соответствующей пределу ползучести материала, невозможно осуществить качественное внедрение арматуры в термопластовую оболочку.

На фиг. 1 представлено устройство для формования армированных труб из термопластов; на фиг. 2 - разрез армированной трубы из термопласта до формования; на фиг. 3 - то же после формования и испытания.

Устройство для формования армированных труб из термопластов содержит насос 1 переменной производительности, напорный клапан 2, линию 3 подачи рабочей среды в армированную трубу, сливную линию 4 напорного клапана 2, регулируемый дроссель 5, линию слива 6, емкость 7 для жидкой рабочей среды 8. Труба 9 содержит термопластовую оболочку 10, расположенные на ее диаметрально противоположных участках продольные грузонесущие элементы 11 и продольные элементы 12 из пористого пропитанного ингибированной смазкой материала, спиральный металлический каркас 13 и защитное покрытие 14. Труба 9 намотана на барабан 15.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

В трубу 9, намотанную на барабан 15 и присоединенную нижним концом к линии 3 подачи рабочей среды, а верхним концом через регулируемый дроссель 5 - к сливной линии 6, насосом 1 подается жидкая рабочая среда 8, которая вначале вытесняет воздух из полости трубы 9 через дроссель 5 практически без давления. С момента начала протекания рабочей среды через регулируемый дроссель 5 начинается подъем давления в трубе 9 до срабатывания напорного клапана 2, настроенного на давление Р_с. Например, при изготовлении армированной трубы на расчетное эксплуатационное рабочее давление Р_рт = 40 кГс/см² и рабочую температуру, равную 60^оС, давление Р_с должно находиться в пределах 50-80 кГс/см². Если при этом в качестве внутренней оболочки используется труба из полиэтилена высокой плотности, то температура рабочей среды должна быть ниже температуры деструкции этого материала, т. е. 150^оС, но равна или выше температуры, соответствующей пределу ползучести этого материала σ_п = 40 кГс/см², равной 60^оС.

Устанавливая давление рабочей среды Р_с = 1,5, Р_рт = 60 кГс/см², будем иметь в стенке трубы диаметром D = 90 мм и толщиной δ = 5 мм напряжение σ = ≈ 540кГс/см² (в зонах, где наружная стенка термопластовой оболочки не опирается на металлический спиральный каркас). Следовательно, будет обеспечена деформация этой оболочки, поскольку σ >> σ_п .

Давление Р_с поддерживается работающим насосом 1, при этом большая часть жидкой рабочей среды стравливается в емкость 1 через напорный клапан 2, а меньшая - через дроссель 5, нагреваясь за счет дросселирования до необходимой температуры t_c = 60^оС.

Время нагрева рабочей среды до указанной температуры будет зависеть от количества тепла, выделяемого при ее дросселировании, общей теплоемкости устройства с испытываемой трубой, объема рабочей среды в емкости и теплоотдачи всей системы. При мощности насоса 20 кВт время подъема температуры до 60^оС составляет не более 10 мин. Время выдержки трубы под заданными давлением Р_с и температурой t_с рекомендуется не менее одного часа, что соответствует, например, нормативно-техническим требованиям стандарта АР1 (США). При этом постоянство температуры в течение установленного времени поддерживается изменением производительности насоса 1.

Таким образом, режимы проведения испытаний приближаются к условиям эксплуатации трубы у потребителя.

В результате одновременного воздействия давления Р_с и температуры t_c в течение времени формования в термопластовой оболочке появляется напряжение выше предела ползучести σ_п, что облегчает деформацию оболочки, которая начинает опираться на спиральный каркас и, обтекая продольные грузонесущие элементы 11, деформирует пористые элементы 12. Выдавленная из этих элементов 12 ингибированная смазка по зазорам между элементами спирального каркаса распространяется по периметру силовых элементов, в результате чего снижается изгибная жесткость трубы за счет уменьшения трения между слоями каркаса, а металлические элементы каркаса дополнительно защищаются смазкой от коррозии при случаях повреждения защитного покрытия. Время изготовления армированной трубы сокращается за счет совмещения операций формования и гидротермического испытания готовой армированной трубы.

По истечении предусмотренного технологическим регламентом времени насос 1 отключается, рабочая среда сливается, труба 9 отсоединяется от устройства, а готовая труба на барабане 15 отправляется на склад или потребителю. Операция повторяется на следующей трубе с барабаном. Таким образом, предложенная конструкция устройства обеспечивает одновременное проведение указанных операций без использования при этом в отличие от известных решений специальных нагревательных устройств.

Формула изобретения

1. Способ изготовления армированных труб из термопластов, включающий армирование наружной поверхности термопластовой оболочки, создание внутри нее давления нагретой рабочей среды и наложение защитного покрытия, отличающийся тем, что армирование осуществляют путем наложения на каждый из двух диаметрально противоположных участков термопластовой оболочки закрепляемых за ее передний торец продольного грузонесущего элемента из стальных или синтетических материалов и расположенных по обе стороны от него продольных элементов из пористого материала, пропитанного ингибированной смазкой, и последующей навивки спирального металлического каркаса, а термопластовую оболочку подвергают действию внутреннего давления после наложения защитного покрытия путем непрерывного прокачивания жидкой рабочей среды, давление и температуру которой поддерживают в пределах 1,25 P_pт≅ P_c ≅ 2,0 P_pт
t_т ≅ t_c < t_g,
где P_с - давление рабочей среды, н/м*992;
P_рт - расчетное эксплуатационное рабочее давление готовой армированной трубы, Н/м²;
t_с - температура рабочей среды, соответствующая максимальной эксплуатационной, К;
t_т - температура, соответствующая пределу ползучести материала термопластовой оболочки, К;
t_д - температура термоокислительной деструкции материала термопластовой оболочки, К.

2. Устройство для изготовления армированных труб из термопластов, содержащее емкость для жидкой рабочей среды, линии подачи рабочей среды в армированную трубу и слива из нее, насос и установленный в линии подачи напорный клапан с линией слива, отличающееся тем, что оно снабжено регулируемым дросселем, установленным в линии слива, при этом линия слива напорного клапана и регулируемого дросселя связаны с емкостью для рабочей среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3