Гибкая магистраль и труба для её изготовления

Изобретение относится к производству гибких труб для транспортировки различных сред, например водорода, скважинного флюида и пластовой воды с газовым фактором и без него, а также природного и попутного газов, под водой и по суше с укладкой на поверхности суши, в траншею, в насыпь, на эстакаде или в гильзу. Предложена гибкая магистраль, состоящая из гибкой полимерной армированной трубы, оснащенной с двух сторон фитингами. Гибкая полимерная армированная труба содержит многослойный лайнер с флюидозащитным и газозащитным слоями, поперечноармирующий слой, разделительный слой, продольноармирующий слой, предохранительный слой и оболочку. Техническим результатом является расширение ассортимента гибких полимерных труб и магистралей на их основе для транспортировки различных сред, обеспечение газонепроницаемости и флюидонепроницаемости магистрали от транспортируемой среды в окружающую и наоборот, предотвращение повреждения магистрали от осевых нагрузок, увеличение срока службы магистрали и безопасности ее эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящая магистраль предназначена для транспортировки различных сред (например, водорода, скважинного флюида и пластовой воды с газовым фактором и без него, а также природного и попутного газов) под водой и по суше с укладкой на поверхности суши, в траншею, в насыпь, на эстакаде или в гильзу.

Известен гибкий армированный шланг [СА1192850] для использования при транспортировке жидкостей, имеющий барьер для предотвращения загрязнения жидкости, причем указанный шланг содержит трубку с гибкой сердцевиной, имеющую, по меньшей мере, один слой армирующего материала, расположенный вокруг нее, причем указанная трубка имеет композитную стенку, содержащую первый слой, изготовленный из экструдированного термопластичного полиэтиленового материала, на который нанесен дополнительный слой экструдированного термопластичного каучукового материала, причем указанный полиэтиленовый слой обеспечивает барьер против проникновения влаги через композитную сердцевину стенки трубки в жидкость. Арматура шланга плотно прикреплена к полиэтиленовому внутреннему слою путем соединения с наружным слоем, нанесенным на внутренний.

Известна несвязанная гибкая труба [WO2012092931] для транспортировки жидкостей, которая содержит внутреннюю оболочку, различные армировочные слои, внешнюю оболочку, а на двух концах этой трубы установлены фитинги.

Наиболее близкой к предлагаемой является гибкая магистраль для транспортировки различных сред [RU2745550], состоящая из гибкой полимерной армированной трубы, оснащенной с двух сторон фитингами. Гибкая полимерная армированная труба, содержит лайнер, армирующий слой, разделительный слой, надармировочную оболочку, причем разделительный слой и надармировочная оболочка выполнены полимерными, полимер разделительного слоя имеет температуру плавления выше температуры плавления надармировочной оболочки, а сам разделительный слой выполнен беззазорным. Армирующий слой может содержать металлические ленты, металлические проволоки, полимерные ленты и полимерные нити. При этом полимерные ленты могут быть выполнены армированными металлической проволокой, кевларовым волокном, стекловолокном или полимером, с пределом прочности выше, чем у материала полимерных лент. Сам материал полимерных лент может иметь усадку или расширяться под термическим воздействием, или же быть нейтральным нему. Лайнер может быть выполнен однослойным, а может -многослойным, и содержать внешний и внутренний полимерные слои, между которыми расположен барьерный слой, причем материал внешнего полимерного слоя лайнера может иметь усадку под термическим воздействием. Между внутренним и внешним полимерным слоем лайнера и барьерным слоем может быть расположен адгезионный слой. Надармировочная или защитная оболочка может быть выполнена из полимера с высокими показателями износостойкости и обладать защитой от ультрафиолетовых лучей. Фитинг в свою очередь может быть обыкновенным фланцевым, с вращающейся фланцевой частью или без фланцевой части.

Недостатком известной магистрали являются насыщение лайнера веществами, входящими в состав транспортируемой среды, что ведет к преждевременному снижению физико-механических характеристик полимера лайнера, что отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики и срок эксплуатации магистрали, также известная магистраль подвержена преждевременному разрушению из-за осевых нагрузок, которые могут возникнуть при эксплуатации и монтаже по следующим причинам:

- в процессе укладки из-за волочения по грунту или иной поверхности;

- из-за подвижек грунта;

- при наличии внутреннего давления;

- при спуске трубы в воду при ее укладке на дно водоема.

В то время, как для труб с наличием продольной армировки для восприятия осевой нагрузки недостатком является высокая жесткость трубы из-за постоянного контакта между проволоками продольноармирующего слоя.

Технической задачей является защита лайнера от насыщения веществами, входящими в состав транспортируемой среды (такими как бензолы и легкие эфиры), обеспечение восприятия осевых нагрузок без значительного увеличения продольной жесткости магистрали.

Для достижения технического результата предлагается гибкая магистраль, состоящая из гибкой полимерной армированной трубы, оснащенной с двух сторон фитингами. Гибкая полимерная армированная труба содержит многослойный лайнер с флюидозащитным и газозащитным слоями, поперчноармирующий слой, разделительный слой, продольноармирующий слой, предохранительный слой и оболочку.

Конкретно предлагается гибкая полимерная армированная труба, содержащая многослойный лайнер, состоящий из внешнего и внутреннего полимерных слоев с газозащитным слоем, расположенным между ними, поперечноармирующий слой, разделительный слой, оболочку, причем лайнер содержит флюидозащитный слой, а поверх разделительного слоя расположены предохранительный слой и продольноармирующий слой. При этом продольноармирующий слой может быть выполнен из проволок, а предохранительный слой нанесен таким образом, чтобы обеспечить заполнение всех зазоров между проволоками продольноармирующего слоя и их покрытие сверху. А гибкая магистраль, состоит из такой гибкой полимерной армированной трубы, оснащенной с двух сторон фитингами.

На фиг.1 представлена гибкая магистраль.

На фиг.2 представлена гибкая полимерная армированная труба с многослойным лайнером, поперечноармированная полимерными лентами с армировкой, уложенными без зазоров, между слоями лайнера расположен адгезионный слой, разделительный слой выполнен в виде лент.

На фиг.3 представлена гибкая полимерная армированная труба с многослойным лайнером, поперечноармированная металлическими лентами, уложенными с зазорами, между слоями лайнера расположен адгезионный слой, разделительный слой выполнен в виде лент.

На фиг.4 представлена гибкая полимерная армированная труба с многослойным лайнером, поперечноармированная металлическими лентами и проволоками, уложенными без зазоров, между слоями лайнера расположен адгезионный слой, разделительный слой выполнен в виде цельной оболочки.

На фиг.5 представлена гибкая полимерная армированная труба с многослойным лайнером, поперечноармированная полимерными нитями, между слоями лайнера расположен адгезионный слой, разделительный слой выполнен в виде цельной оболочки.

На фиг.6-8 представлены различные варианты армировки полимерных армировочных лент.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается гибкая магистраль, состоящая из гибкой полимерной армированной трубы 1, оснащенной с двух сторон фитингами 2.

Гибкая полимерная армированная труба 1 содержит многослойный лайнер 3, поперечноармирующий слой 4, разделительный слой 5, продольноармирующий слой 6, предохранительный слой 7 и оболочку 8.

Лайнер 3 предназначен для первичного восприятия нагрузки от транспортируемого флюида и содержит внешний 9 и внутренний 10 полимерные слои, выполненные из полимерного материала (например, полиэтилена, сополимера пропилена, полифениленсульфида и т.п.), между которыми расположен газозащитный слой 11. Он предназначен для, по крайней мере, частичного либо полного предотвращения проникновения газа или газов (например, водорода, сероводорода, метана) от транспортируемой среды через лайнер 3 к другим слоям трубы 1 и наружу.

Для этого газозащитный слой 11 выполнен из однородного или композитного материала, способного обеспечить такие функции. Он расположен внутри лайнера 3 и прикреплен к его слоям за счет диффузии, термоусадки или эктрудируемого адгезива, основной задачей которого является предотвращение эффекта кессона.

В связи с тем, что толщина газозащитного слоя 11 в большинстве случаев не превышает 0,2 мм, а его целостность является определяющим фактором для газонепроницаемости, газозашитный слой 11 должен образовывать единую конструкцию со слоями лайнера 3. Это может достигаться, например, за счет диффузии материала слоев лайнера 3 и газозащитного слоя 11, или за счет применения материала внешнего полимерного слоя 9 лайнера 3 с усадкой под термическим воздействием, или нанесением адгезионного слоя (предпочтительно, экструдируемого) между газозащитным слоем 11 и обоими полимерными слоями лайнера 9 и 10. Это дополнительно предотвратит возникновение эффекта кессона в слоях лайнера 3.

Кроме того лайнер 3 содержит флюидозащитный слой 12, который расположен на внутренней поверхности внутреннего полимерного слоя 10 и выполнен из полимера, препятствующего насыщению лайнера веществами, входящими в состав транспортируемой среды, обладающий высокой стойкостью к истиранию и абразивному износу. В качестве такого полимера может выступать, например, полиамид-12, который обладает относительно длинной углеводородной цепью, что обеспечивает хорошую размерную стабильность при работе, высокую стойкость к растрескиванию под нагрузкой, истиранию и абразивному износу, а также высокую усталостную прочность. Флюидозащитный слой 12 крепится к внутренней поверхности полимерного слоя 10 за счет эктрудируемого адгезива, основной задачей которого является предотвращение эффекта кессона.

Поверх лайнера 3 расположен поперчноармирующий слой 4, предназначенный для восприятия радиальных нагрузок и предотвращения механического повреждения трубы 1 от давления транспортируемой среды, может содержать такие армирующие элементы 13 как металлические ленты 14, металлические проволоки 15, полимерные ленты 16 и полимерные нити 17 в любом сочетании или состоять только из одного такого армирующего элемента 13. Вид, количество, состав и сечение армирующих элементов 13 зависит от давления транспортируемой среды и прочности самих элементов, и определяется на основе расчета по исходным данным конкретных условий эксплуатации магистрали. При этом полимерные ленты 16 могут быть выполнены армированными металлической проволокой, кевларовым волокном, стекловолокном или полимером, с пределом прочности выше, чем у материала полимерных лент 16. Примером может служить выполнение полимерной ленты 16 из полиэтилена низкого давления, армированного нитями из кевлара. Сам материал полимерных лент 16 может иметь усадку под термическим воздействием (например, полиолефин, поливинилиден, полиэтилентерефталат, полиэстер, политетрафлуорэтилен, поливинилхлорид, фторкаучук и др.), а может расширяться под термическим воздействием (например, полиэтилен, полипропилен, полистирол), что позволяет регулировать гибкость трубы и прочность армировки на стадии изготовления. Нагрев армированных полимерных лент 16 и их последующая деформация способствует созданию требуемых внутренних напряжений. Направления навивки различных армирующих элементов 13 могут отличаться друг от друга. Угол повива армирующих элементов 13 в основном составляет около 53°±2° к оси трубы 1.

Поверх поперечноармирующего слоя 4 расположен разделительный слой 5, предназначенный для предотвращения его взаимодействия с выше расположенным слоем. Материалом разделительного слоя 5 может быть полиэтилентерефталат или иной высокоплавкий полимер с высокой стойкостью к истиранию. Этот слой может быть выполнен в виде ленты или лент, намотанных беззазорно, а также может являться цельной экструдируемой оболочкой.

Поверх разделительного слоя 5 расположен продольноармирующий слой 6, предназначенный для восприятия осевых нагрузок и предотвращения механического повреждения трубы 1 от удлинения, выполненный из металлических проволок 18 (например, высокопрочная оцинкованная стальная проволока). Количество проволок 18, их диаметр и число их повивов выбирается исходя из возможной осевой нагрузки на трубу 1. Угол повива проволок 18 в основном составляет около 30°±2° к оси трубы 1. Проволоки 18 навиты на разделительный слой 5 с обязательным образованием зазоров между соседними проволоками, что обеспечивается их числом и углом повива. Так например, при расположении проволок 18 диаметром 1,5 мм в количестве 24 штук на диаметре 60,2 мм минимальный зазор между ними составит около 5,5 мм, что образует весьма крупные ячейки.

На продольноармирующий слой 6 нанесен предохранительный слой 7, предназначенный для минимизации взаимодействия проволок 18 продольноармирующего слоя 6 между собой при возникновении осевой нагрузки и с расположенным выше слоем. Предохранительный слой 7 выполнен из полимера, обладающего высокой текучестью расплава, сопротивлением истиранию, сопротивлением растрескиванию, такого как, например, соответствующие марки полипропилена, полиэтилена, полиэтилентерефталата, поливинилхлорида и другие, при необходимости, модифицированные веществами, увеличивающими текучесть (например, Millad NX 8000Е, KOMPPLEN Μ РР 5Х и другие). Предохранительный слой 7 нанесен таким образом, чтобы обеспечить заполнение всех зазоров между проволоками 18 продольноармирующего слоя 6 и их покрытие сверху. Такое нанесение обеспечивается, например, при помощи экструзии с избыточным внешним давлением или угловой экструзионной вакуумной головкой.

При этом применение в качестве материала разделительного слоя 5 полимера с температурой плавления выше температуры плавления полимера предохранительного слоя 7, а также отсутствие зазоров в разделительном слое 5, препятствует соединению разделительного слоя 5 и предохранительного слоя 7 с поперечноармирующим слоем 4, что обеспечивает сохранение частичной подвижности его армирующих элементов 13.

Оболочка 8 предназначена для защиты внутренних слоев трубы 1 от внешних механических воздействий, обеспечения простоты перемещения и укладки, а также приданию магистрали товарного вида. Она может быть выполнена из полимерного материала, например, полиэтилена, сополимера пропилена, полифениленсульфида и т.п.

Фитинги 2 в составе магистрали могут быть фланцевыми, с вращающейся или не вращающейся фланцевой частью или без фланцевой части. Каждый фитинг 2 жестко устанавливается на трубу 1, например за счет их контакта с лайнером 3, продольноармирующим слоем 6 и оболочкой 8.

В процессе работы магистрали фитинг 2 обеспечивает надежное герметичное соединение магистралей между собой и их подключение к подающему и принимающему оборудованию, а гибкая полимерная армированная труба 1 обеспечивает перемещение транспортируемой среды в требуемом состоянии.

Флюидозащитный слой 12 предотвращает проникновение жидкой фракции (при наличии таковой) транспортируемой среды в полимер лайнера 3 и обеспечивает беспрепятственное перемещение транспортируемой среды.

Газозащитный слой 11 предотвращает проникновение газа или газов (например, водорода, сероводорода, метана) от транспортируемой среды через лайнер 3 к другим слоям трубы 1 и наружу, что может привести к разрушению армирующих элементов 13, проволок 18 и, соответственно, к значительному сокращению срока эксплуатации трубы 1.

В целом лайнер 3 воспринимает давление от транспортируемой среды и распределяет его на армирующие элементы 13 поперечноармирующего слоя 4, который обеспечивает целостность трубы 1 при высоком давлении транспортируемой среды.

Разделительный слой 5 препятствует заполнению материалом предохранительного слоя 7 возможных зазоров между армирующими элементами 13.

Продольноармирующий слой 6 воспринимает осевые нагрузки и предотвращает от механических повреждений и разрушения трубу 1, в том числе из-за удлинения в любом из следующих (или аналогичных) случаев: в процессе укладки из-за волочения или из-за подвижек грунта в процессе укладки, эксплуатации или при возникновении внутреннего давления от транспортируемой среды или при спуске трубы в воду при ее укладке на дно водоема.

Предохранительный слой 7 уменьшает взаимодействие проволок 18 продольноармирующего слоя 6 между собой и с оболочкой, что позволяет обеспечить значительную продольную гибкость трубы за счет сохранения частичной подвижности продольноармирующего слоя 6 относительно оболочки 8.

Оболочка 8 защищает все внутренние слои трубы 1 от внешних механических воздействий, а за счет применяемого материала и качества наружной поверхности обеспечивает простоту перемещения и укладки магистрали.

Техническим результатом является:

- расширение ассортимента гибких полимерных труб и магистралей на их основе для транспортировки различных сред;

- обеспечение газонепроницаемости и флюидонепроницаемости магистрали от транспортируемой среды в окружающую и наоборот;

- предотвращение повреждения магистрали от осевых нагрузок;

- увеличение срока службы магистрали и безопасности ее эксплуатации.

1. Гибкая полимерная армированная труба, содержащая многослойный лайнер, состоящий из внешнего и внутреннего полимерных слоев с газозащитным слоем, расположенным между ними, поперечноармирующий слой, разделительный слой, оболочку, отличающаяся тем, что лайнер содержит флюидозащитный слой, закрепленный на внутренней поверхности полимерного слоя за счет экструдируемого адгезива, между газозащитным слоем и обоими полимерными слоями лайнера нанесен экструдируемый адгезионный слой, а поверх разделительного слоя расположены предохранительный слой и продольноармирующий слой, выполненный из проволок, а предохранительный слой нанесен таким образом, чтобы обеспечить заполнение всех зазоров между проволоками продольноармирующего слоя и их покрытие сверху.

2. Гибкая магистраль, состоящая из гибкой полимерной армированной трубы, оснащенной с двух сторон фитингами, отличающаяся тем, что в качестве гибкой полимерной армированной трубы применена труба по п. 1.