Способ защиты внутренней поверхности трубопровода

Изобретение относится к строительству и используется при защите от отложений и коррозии внутренней поверхности трубопроводов. Предварительно изготавливают тонкостенную облицовочную оболочку трубчатой формы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, путем намотки непрерывного волокнистого наполнителя на цилиндрическую вращающуюся оправку в два или три слоя с углом намотки, составляющим 120-125 градусов. Волокнистый наполнитель пропитывают эпоксидным связующим с отвердителем при соотношении массы наполнителя и связующего от 30:70 до 50:50% соответственно, с последующим термоотверждением и охлаждением готового изделия. Оболочку в деформированном виде, имеющую поперечное сечение V-образной формы или формы трехлистника, вводят в защищаемую часть трубопровода и прижимают к его внутренней поверхности подачей теплоносителя. В качестве связующего используют состав, содержащий мас.%: 50-70 эпоксидиановой смолы, 30-50 олигоэфируретандиэпоксида и стехиометрическое количество отвердителя аминного или ангидридного типа. Повышает надежность трубопровода.

 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации трубопроводов, а именно к способам защиты внутренней поверхности трубопроводов с помощью полимерных материалов, и может быть использовано для защиты внутренней поверхности сооружаемых, в том числе прокладываемых в грунте, и действующих трубопроводов от коррозии и нежелательных налетов при транспортировке агрессивных газов и жидких сред, а также при ремонте трубопроводов.

Известен способ защиты внутренней поверхности металлических труб (А.с. №1350442, F16 L 58/10, Б.И. №41, 1987 г.), заключающийся в установке в защищаемую трубу заготовки из заполненного воздухом герметически закрытого полимерного рукава и прижатии се к внутренней поверхности трубы посредством создания избыточного давления в полости заготовки, удалении воздуха из межтрубного пространства постепенным нагревом трубы с помощью кольцевой печи путем ее перемещения. В результате термопластический материал перexoдит в вязкотекучее состояние и под воздействием избыточного давления воздуха в заготовке на внутренней поверхности трубы формируется защитное покрытие.

Известный способ позволяет защитить внутреннюю поверхность трубопровода от коррозии, однако он достаточно сложен и в ряде случаев трудновыполним, например, в северных районах, а также не может быть применен при проведении на трубопроводе ремонтных работ и при прокладке трубопровода в грунте. Кроме того, получаемое покрытие имеет нестабильные показатели свойств материала - плотности, прочности и водопоглощения и небольшую протяженность (в пределах нескольких метров).

Известен способ покрытия внутренней поверхности трубопровода, который может быть использован как при строительстве трубопроводов, в том числе и при прокладке их в грунте, так и при ремонте трубопроводов (Патент РФ №2037734, F 16 L 58/10, опубл. 19.06.95), заключающийся в размещении в полости трубопровода гибкого комплексного рукава, наружный слой которого выполнен из герметичного пленочного материала с относительным удлинением 0,5-15%, а средний волокнистый армирующий слой пропитан термореактивным полимерным связующим. В процессе формования трубчатого изделия либо ремонтного покрытия трубопровода в комплексный рукав подается горячий теплоноситель, который раздувая пропитанный жидким связующим рукав, прижимает его к внутренней стенке трубы в течение времени, необходимого для полимеризации (отверждения) связующего, то есть до образования в полости ремонтируемой трубы твердого н сплошного покрытия прочной новой трубы (внутренней оболочки).

Покрытие по известному способу имеет достаточно стабильные показатели геометрических размеров (внешнего диаметра) и свойств материала - плотности, прочности и водопоглощения, однако указанный способ имеет и недостатки, к которым относятся:

- невозможность контролирования полноты завершения химического процесса полимеризации (отверждения) при формовании внутренней оболочки;

- в результате того, что связующее в начальной стадии отверждения представляет собой вязкую жидкость, которая неминуемо стекает под действием силы тяжести к нижней части комплексного рукава, снижаются прочностные свойства получаемой оболочки и происходит нарушение монолитности по периметру оболочки или по ее длине в зависимости от положения геометрической оси защищаемой трубы.

Эти недостатки существенно ограничивают технологические и эксплуатационные возможности известного способа.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ покрытия внутренней поверхности трубопровода (Патент РФ №2037733, F 16 L 58/10, опубл. 19.06.95), заключающийся в предварительном изготовлении облицовочной оболочки из внутреннего и наружного пленочных рукавов с размещенным между ними армирующим, пропитанным термореактивным связующим волокнистым рукавом-наполнителем, герметизации оболочки и установлении продолжительности временной выдержки от 1 до 30 суток, при этом выбирают соотношение наполнитель: связующее от 30:70 до 50:50 мас.%. После временной выдержки оболочку вводят в трубопровод, прижимают к внутренней поверхности трубопровода подачей рабочего агента и отверждают оболочку путем полимеризации связующего.

Указанный способ-прототип может быть использован для защиты от коррозии сооружаемых трубопроводов, в том числе и при прокладке в грунте, или при их ремонте, однако способ имеет ряд недостатков, заключающихся в следующем:

- по известному способу пропитку армирующего стеклотрикотажа или стеклоткани осуществляют в объеме между двумя полиэтиленовыми рукавами с последующей выдержкой не менее суток без сдавливания армирующей ткани, следовательно ткань пропитывается за счет капиллярного эффекта, зависящего, как известно, от вязкости жидкости и наличия пор, величины которых в известном способе не контролируются, что неизбежно ухудшает качество пропитки и тем самым снижает физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых оболочек;

- полнота отверждения не контролируется, и следовательно, прочность и качество поверхности получаемых известным способом оболочек не регламентируется;

- сборка облицовочной или ремонтной оболочки производится непосредственно перед ее установкой в ремонтируемую трубу без использования приспособлений, гарантирующих качество оболочки;

- временная выдержка оболочки перед ее введением в трубопровод достаточно велика (от 1 до 30 суток), что удлинняет процесс установки оболочки в трубопроводе;

- использование заранее изготовленной известным способом оболочки с наружным диаметром, близким к внутреннему диаметру ремонтируемой трубы, практически невозможно вследствие механических трудностей введения такой оболочки внутрь трубопровода.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и технологичности способа защиты внутренней поверхности трубопровода за счет создания тонкостенной трубчатой оболочки, способной к деформативности с последующим восстановлением формы и обладающей высокой механической прочностью, химической стойкостью и низким водопоглощением.

Поставленная задача решается тем, что в способе защиты внутренней поверхности трубопровода, заключающемся в предварительном изготовлении облицовочной оболочки путем пропитки волокнистого наполнителя эпоксидным связующим с отвердителем при соотношении массы наполнителя и связующего от 30:70 до 50:50% соответственно, с последующим термоотверждением и охлаждением готового изделия, в введении оболочки в защищаемую часть трубопровода и прижатии к его внутренней поверхности подачей теплоносителя, изготавливают тонкостенную оболочку трубчатой формы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, путем намотки на цилиндрическую вращающуюся оправку в два или три слоя с углом намотки, составляющим 120-125 градусов, предварительно пропитанного связующим непрерывного неорганического волокна и съема готовой оболочки с оправки после oтвqзждeния и охлаждения, причем в качестве связующего используют состав, содержащий, мас.%: 50-70 эпоксидиановой смолы, 30-50 олигоэфируретандиэпоксида и стехиометрическое количество отвердителя аминного или ангидридного типа, в трубопровод вводят готовую оболочку в деформированном виде, имеющую поперечное сечение V-образной формы или формы трехлистника, а затем расправляют ее под действием теплоносителя до исходной трубчатой формы.

В настоящее время для решения многих практических задач применяются полимерные материалы, армированные различными волокнами, в том числе и неорганическими, так как они характеризуются высокой механической прочностью и химической стойкостью, однако армированные пластики имеют довольно жесткую структуру, поэтому, чтобы использовать их, например, для введения в трубопровод с целью защиты его поверхности, необходимо решить ряд технических задач, одной из которых является придание изделию из пластика способности к деформативности с последующим восстановлением формы.

Было обнаружено, что отвержденное связующее, содержащее, мас.%: 50-70 эпоксидиановой смолы, 30-50 олигоэфируретандиэпоксида и стехиометрическое количество отвердителя аминного или ангидридного типа, способно к глубокой (до 35%) относительной деформации при температуре 100-120°С и последующей ее фиксации охлаждением до 50°С, благодаря чему предлагаемый способ изготовления тонкостенной трубчатой оболочки путем намотки на оправку в два или три слоя с углом намотки 120-125 градусов пропитанного указанным связующим неорганического волокна обеспечивает способность готовой оболочки к деформации и последующему восстановлению первоначальной формы при нагревании.

При содержании в заявляемом связующем менее 50 мас.% эпоксидиановой смолы и более 50 мас.% олигоэфируретандиэпоксида происходит снижение прочностных свойств изготавливаемой оболочки. При содержании эпоксидиановой смолы более 70 мас.%, а олигоэфируретандиэпоксида менее 30 мас.% резко снижается величина относительной деформации. При использовании в предлагаемом способе угла намотки волокна вне заявляемых пределов конструкция оболочки не обладает в достаточной мере требуемыми свойствами.

Полученная заявляемым способом оболочка имеет толщину 0,8-1,2 мм, обладает прочностью при растяжении 800-1000 МПа и водопоглощением за 24 часа, равным 0,2%, а химическая стойкость оболочки соответствует 1 баллу по ГОСТ 12020.

Заявляемое техническое решение является новым, так как не известно из уровня техники, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо, поскольку может быть использовано в промышленных условиях, а именно при строительстве и эксплуатации трубопроводов.

Предлагаемый способ защиты внутренней поверхности трубопровода поясняется примерами его осуществления.

Пример 1.

Сначала готовят эпоксидное связующее, вводя в 100 мас.ч. (50 мас.%) эпоксидиановой смолы марки ЭД-20 (ГОСТ 10587) 100 мас.ч. (50 мас.%) олигоэфирурегандиэпоксида марки ППГ-3А (ТУ 38-03-001-89), перемешивая их при температуре 20°С в течение 10 мин и добавляя в полимерную смесь 15 мас.ч. м-фенилендиамина (ГОСТ 5826) в качестве отвердителя и снова перемешивая в течение 10 мин. Полученный состав загружают в пропиточную ванну и пропускают через нее непрерывное стекловолокно марки РБН (ТУ 648-00204984-22-96), после чего наматывают пропитанное стекловолокно в два слоя с углом намотки 120 градусов на вращающуюся оправку намоточной машины, при этом соотношение массы волокна и связующего составляет 50:50% соответственно. После намотки волокна оправку помещают в гермокамеру и подвергают горячему отверждению, выдерживая по режиму: 4 часа при 100°С и 8 часов при 140°С, обеспечивающему полное отверждение связующего и формирование оболочки, затем оправку с оболочкой охлаждают при комнатной температуре и снимают готовую тонкостенную трубчатую оболочку с оправки. Для облегчения введения готовой оболочки в трубопровод ее деформируют с временной фиксацией деформации, придавая оболочке в поперечном сечении V-образную форму. С этой целью оболочку нагревают до температуры 100-120°С, обжимают специальным приспособлением и в обжатом виде охлаждают до 50°С, что позволяет зафиксировать новую форму. После установки в трубопровод оболочку расправляют подачей теплоносителя, нагретого до 120°С (например, горячего воздуха или воды).

Пример 2.

Все технологические операции соответствуют приведенным в примере 1, при этом в качестве отвердителя используют полиэтиленполиамин сорт А (ТУ 2413-357-00203447), взятый в количестве 15 мас.ч., и отверждают намотанную оболочку по режиму: 24 часа при 20°С и 6 часов при 80°С.

Пример 3.

Все технологические операции соответствуют приведенным в примере 1, при этом выбирают соотношение массы наполнителя и связующего равным 30:70% соответственно, в качестве наполнителя используют базальтовое волокно (поизводитель Украина), а в качестве отвердителя берут изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 6-09-3321) в количестве 80 мас.ч. с добавкой 0,5 мас.ч. катализатора отверждения УП606/2 (ТУ 6-09-6101) и отверждают намотанную оболочку по режиму: 2 часа при 100°С и 6 часов при 140°С.

Пример 4.

Все технологические операции соответствуют приведенным в примере 1, при этом наматывают пропитанное связующим волокно на оправку в три слоя с углом намотки, составлялющим 125 градусов.

Пример 5.

Все технологические операции соответствуют приведенным в примере 1, при этом связующее готовят следующего состава: на 100 мас.ч. (70 мас.%) эпоксидиановой смолы марки ЭД-16 (ГОСТ 10587) берут 80 мас.ч. (30 мас.%) олигоэфируретандиэпоксида марки ППГ-3А (ТУ 38-03-001-89) и 50 мас.ч. отвердителя, в качестве которого используют изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 6-09-3321).

Для установки оболочки в трубопровод ее деформируют так же, как в примере 1, но придают форму оболочке в поперечном сечении в виде трехлистника.

Пример 6.

Все технологические операции соответствуют приведенным в примере 1, при этом в качестве наполнителя используют углеволокно марки УКН-П-5000 и готовят связующее следующего состава: на 100 мас.ч. (48 мас.%) эпоксидиановой смолы марки ЭД-22 (ГОСТ 10587) берут 110 мас.ч. (52 мас.%) олигоэфируретандиэпоксида марки ППГ-3А (ТУ 38-03-001-89) и 80 мас.ч. отвердителя, в качестве которого используют изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 6-09-3321).

Полученные по примерам 1-6 трубчатые оболочки имеют толщину стенки 0,8-1,2 мм; прочность при растяжениии 800-1000 МПа, измеренную в соответствии с ГОСТ 11262; водопоглощение за 24 часа, равное 0,2% и определенное по ГОСТ 4650; химическую стойкость, соответствующую 1 баллу по ГОСТ 12020.

Указанные физико-механические свойства полученных по заявляемому способу тонкостенных оболочек, их способность к деформативности с последующим восстановлением формы и то, что диаметр оболочки соответствует диаметру трубопровода, позволяют с большей эффективностью использовать оболочки для защиты внутренней поверхности трубопровода, чем в способе-прототипе, так как заявляемая оболочка в деформированном виде легко вводится в трубопровод, а в расправленном виде плотно прилегает к его внутренней поверхности. Кроме того, водопоглощение полученных оболочек в 3 раза ниже, чем у оболочек способа-прототипа, а прочность выше.

Следует также добавить, что заявляемая оболочка является более качественной, так как изготавливается заранее, в условиях предприятия-изготовителя, в отличие от оболочки по способу-прототипу, и поэтому процесс ее изготовления, в том числе полноту отверждения связующего, прочность, деформативность, можно проконтролировать. Кроме того, доставляться заявляемая оболочка к трубопроводу может и в деформированном виде, что упрощает процесс ее транспортировки, а устанавливаться в любом трубопроводе, в том числе и проложенном в грунте, с минимальными затратами времени.

Таким образом, заявляемый способ защиты внутренней поверхности трубопровода является более эффективным и технологичным по сравнению с известным способом-прототипом.

Способ защиты внутренней поверхности трубопровода, заключающийся в предварительном изготовлении облицовочной оболочки путем пропитки волокнистого наполнителя эпоксидным связующим с отвердителем при соотношении массы наполнителя и связующего от 30:70 до 50:50% соответственно с последующим термоотверждением и охлаждением готового изделия, в введении оболочки в защищаемую часть трубопровода и прижатии к его внутренней поверхности подачей теплоносителя, отличающийся тем, что изготавливают тонкостенную оболочку трубчатой формы с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода, путем намотки на цилиндрическую вращающуюся оправку в два или три слоя с углом намотки, составляющим 120-125 градусов, предварительно пропитанного связующим непрерывного неорганического волокна и съема готовой оболочки с оправки после отверждения и охлаждения, причем в качестве связующего используют состав, содержащий 50-70 мас.%: эпоксидиановой смолы, 30-50 мас.% олигоэфируретандиэпоксида и стехиометрическое количество отвердителя аминного или ангидридного типа, в трубопровод вводят готовую оболочку в деформированном виде, имеющую поперечное сечение V-образной формы или формы трехлистника, а затем расправляют ее под действием теплоносителя до исходной трубчатой формы.