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

 

Изобретение используется в строительстве при сооружении трубопроводов и позволяет защитить от коррозии внутренние поверхности зон сварных стыков труб, имеющих заводское внутреннее покрытие по всей длине, кроме концов труб. Устройство содержит втулку в виде металлической свернутой спирально ленты, представляющей собой пружину, оснащенную гибким стопорным элементом (ГСЭ), фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации. ГСЭ представляет собой отрезок проволоки типа струны. Периферийные витки ленты пространственно разобщены с приосевыми ее витками, имеют меньшую ширину и оснащены теплоизолирующим материалом. Более широкие приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой прокладкой, пропитанной полимерным связующим (ПС). Устройство предварительно размещают в полости одной из труб, производят сборку стыка под сварку с обеспечением зазора между торцами труб и с выведением концов ГСЭ через этот зазор наружу. Перемещают устройство на часть его длины в полость другой трубы, используя концы ГСЭ. Путем натяжения концов ГСЭ последний извлекают из устройства, используя зазор. Происходит дефиксация пружинной ленты, ликвидируется пространственное разобщение между ее периферийными и приосевыми витками и осуществляется саморазвертывание ленты за счет части аккумулированной в ней механической энергии. Оставшаяся часть механической энергии, аккумулированной в ленте, обеспечивает расчетное усилие прижатия лентой прокладки, пропитанной ПС, к защищаемой внутренней поверхности зоны стыка с частичным захватом внутреннего покрытия труб. Трубы соединяют сваркой. Теплоизолирующий материал исключает недопустимое воздействие тепла сварки на термочувствительное ПС и пропитанную им прокладку. Расширяет арсенал технических средств. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 7 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" (США), демонстрировавшийся на международной выставке "Нефтегаз-92" в Москве (см. рекламный материал фирмы "Tuboscope-Vetco", M., май 1992 г.). 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 наружную поверхность концов втулки 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, позволяющий при его использовании исключить операцию калибрования внутренних поверхностей концов труб и этим упростить способ и снизить затраты.

Известен способ и устройство для внутренней противокоррозионной защиты зоны сварного соединения труб, имеющих внутреннее антикоррозионное покрытие по всей длине, кроме концов труб, заключающийся 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 16.10.97 г., опубл. 27.07.99 г. 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 гибким 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 оснащены теплоизолирующим материалом, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен гибкий стопорный элемент, устройство размещают до соединения труб сваркой во внутренней полости стыкуемого конца одной из труб, производят сборку стыка труб под сварку с обеспечением при этом зазора между торцами труб и с выведением при этом концов гибкого стопорного элемента через этот зазор за пределы полостей труб, перемещают вдоль оси труб устройство на часть его длины во внутреннюю полость стыкуемого конца другой трубы с помощью выведенных концов гибкого стопорного элемента, осуществляют прижатие прокладки лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием путем извлечения гибкого 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, 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 гибким 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 оснащены теплоизолирующим материалом, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен гибкий стопорный элемент. Металлическая свернутая спирально лента может быть изготовлена в коррозионно-стойком исполнении. Периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом, имеющим кольцевую канавку для формирования обратного валика сварного шва при осуществлении проплава кромок труб. Теплоизолирующий материал может иметь различные исполнения и в частных случаях может быть в виде газотермического покрытия или в виде асбестовой ткани, или в виде асбестового картона, или 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, или виде асбестовой ткани. При исполнении теплоизолирующего слоя из того же материала, что и материал прокладки, пропитываемой полимерным связующим, например, из асбестовой ткани или из стеклоткани, теплоизолирующий материал и прокладка могут быть соединены между собой. Гибкий стопорный элемент может представлять собой проволоку.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 представлено устройство, размещенное 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 представлено промежуточное положение устройства во время его перемещения вдоль оси труб с помощью концов гибкого стопорного элемента (вид сверху на стык труб); на фиг. 6 показано положение устройства в полости стыка труб к моменту извлечения из устройства гибкого стопорного элемента; на фиг.7 представлен фрагмент стыка труб после извлечения гибкого 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 гибким стопорным элементом 2, фиксирующим ее от саморазвертывания с возможностью дефиксации путем извлечения гибкого стопорного элемента 2. Периферийные витки 3 ленты 1, ширина которых меньше, чем ширина приосевых витков 4 ленты 1, оснащены теплоизолирующим материалом 5. 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 гибкий стопорный элемент 2. Периферийные витки 3 ленты 1 пространственно разобщены с приосевыми витками 4 ленты 1 и такая форма ленты 1 сохраняется до извлечения гибкого 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 гибкий стопорный элемент 2 установлен в отверстиях 7 так, что он может быть извлечен из них путем натяжения в направлениях близких к радиальным с расчетным усилием каждого из концов гибкого стопорного элемента 2 поочередно или обоих концов одновременно. 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 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 перемещении устройства в полость трубы 10). Оба конца гибкого стопорного элемента 2 выводят за пределы трубы 8. Производят сборку стыка труб 8 и 10 под сварку с использованием традиционных приемов, оборудования и приспособлений, например, трубоукладчиков, наружного центратора и др. При этом обеспечивают зазор 12 между торцами труб и оба конца гибкого стопорного элемента 2 выводят наружу через зазор 12. Путем натяжения обоих концов гибкого стопорного элемента 2, взаимодействующего при этом с кромками труб, собранных с зазором 12, перемещают устройство на часть его длины в полость трубы 10 вплоть до положения, когда плоскость, в которой расположены отверстия 7, максимально приблизится или совместится с плоскостью зазора 12. При этом, как и ранее, на внутреннюю поверхность стыка устройство опирается лишь внешним периферийным витком. Извлекают через зазор 12 гибкий стопорный элемент 2 из отверстий 7 устройства путем натяжения в направлениях близких к радиальным с расчетным усилием каждого из концов гибкого стопорного элемента 2 поочередно или обоих концов гибкого стопорного элемента одновременно. Расчетное усилие натяжения каждого конца гибкого стопорного элемента 2, необходимое для его извлечения из отверстий 7 устройства, больше расчетного усилия натяжения каждого конца гибкого стопорного элемента 2, необходимого для перемещения устройства внутри стыка труб, поэтому при упомянутом выше перемещении извлечение стопорного элемента 2 из отверстий 7 не происходит.

Вследствие извлечения гибкого 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. 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 расчитываются 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 0,35 мм. Ширина периферийных витков ленты - 180 мм; ширина приосевых витков ленты - 250 мм. Периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом в виде пористого газотермического покрытия на основе двуокиси циркония толщиной 0,5 мм. Приосевые витки ленты имеют коррозионно-стойкое покрытие толщиной 0,4 мм на основе эпоксидной эмали. Приосевые витки ленты оснащены прокладкой из нетканого полиэфирного материала, пропитанной полимерным связующим на основе эпоксидной эмали. Гибкий стопорный элемент представляет собой отрезок пружинной стальной углеродистой проволоки по ГОСТ 9389-60 диаметром 0,3 мм (типа струны). Диаметр отверстий, в которых установлен гибкий стопорный элемент, - 0,8 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 - 530 мм, толщина стенки - 10 мм. Наружный поперечный размер периферийных витков ленты около 500 мм, наружный поперечный размер приосевых витков ленты около 450 мм. Суммарная толщина стенки полученного защитного бандажа составляет 2-4 мм.

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 спиралью 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 гибким 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 оснащены теплоизолирующим материалом, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен гибкий стопорный элемент, устройство размещают до соединения труб сваркой во внутренней полости стыкуемого конца одной из труб, производят сборку стыка труб под сварку с обеспечением при этом зазора между торцами труб и с выведением при этом концов гибкого стопорного элемента через этот зазор за пределы труб, перемещают вдоль оси труб устройство на часть его длины во внутреннюю полость другой трубы с помощью концов гибкого стопорного элемента, осуществляют прижатие прокладки лентой к внутренней поверхности зоны стыка труб с расчетным усилием путем извлечения гибкого 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 лентой 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 гибким 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 оснащены теплоизолирующим материалом, а приосевые витки ленты оснащены спирально свернутой пропитанной полимерным связующим прокладкой, лента, теплоизолирующий материал и прокладка имеют отверстия, в которых установлен гибкий стопорный элемент.

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

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом, имеющим кольцевую канавку для формирования обратного валика сварного шва при осуществлении проплава кромок труб.

5. Устройство по пп. 2-4, отличающееся тем, что периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом в виде газотермического покрытия.

6. Устройство по пп. 2-4, отличающееся тем, что периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом в виде асбестовой ткани.

7. Устройство по пп. 2-4, отличающееся тем, что периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом в виде асбестового картона.

8. Устройство по пп. 2-4, отличающееся тем, что периферийные витки ленты оснащены теплоизолирующим материалом в виде стеклоткани.

9. Устройство по пп. 2-8, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из нетканого полиэфирного материала.

10. Устройство по пп. 2-8, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из стеклоткани.

11. Устройство по пп. 2-8, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из асбестовой ткани.

12. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из асбестовой ткани и соединена с теплоизолирующим материалом.

13. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что спирально свернутая пропитанная полимерным связующим прокладка выполнена из стеклоткани и соединена с теплоизолирующим материалом.

14. Устройство по пп. 2-13, отличающееся тем, что гибкий стопорный элемент представляет собой проволоку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7