Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов
Полезная модель относится к устройствам для ремонта трубопроводов как с остановкой, так и без остановки перекачки продукта. Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов, состоит из гибкого листового материала, содержащего слои ткани и композита, которым пропитана ткань, при этом гибкий листовой материал содержит как минимум два слоя гибридной ткани, а каждый последующий слой ткани прикреплен к предыдущему клеем, причем третий слой представляет собой слой полимера, нанесенного на гибридную ткань наплавлением, четвертый же слой представляет собой компаунд, при этом четвертый слой расположен на устройстве со стороны, противоположной слою полимера, кроме того, один конец гибкого листового материала выполнен в виде петель с одной и с другой стороны, а внутри каждой петли, а также по обеим наружным сторонам петель расположены продольные металлические пластины, закрепленные к петлям, кроме того, петли с металлическими пластинами снабжены натяжителями, которые представляют собой металлическую конструкцию П-образную в сечении с продольным пазом, в котором размешается петля с металлическими пластинами, а натяжители имеют также сквозное отверстие, параллельное основанию для обеспечения крепления натяжителей, расположенных друг против друга между собой при использовании устройства, причем натяжители установлены на противоположных петлях друг против друга вдоль устройства, а конец петли с одной стороны устройства выполнен выступающим за пределы натяжителей, то есть свободным, при этом с другой стороны конец петли не выступает за пределы основания натяжителей, при этом натяжители предварительно зафиксированы на петлях с металлическими пластинами. Гибридная ткань выполнена из карбоновых нитей и нитей кевлара. Слой полимера выполнен из полиэтилена. Компаунд выполнен на основе эпоксидной смолы. Натяжители зафиксированы на петлях заклепками.
Область техники
Полезная модель относится к устройствам для ремонта трубопроводов как с остановкой, так и без остановки перекачки продукта. Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано для трубопроводов, транспортирующих газ, нефть и/или нефтепродукты.
Предшествующий уровень техники
Известна «Муфта для ремонта трубопровода», патент РФ на ПМ 
113811. По данному решению муфта для ремонта трубопровода содержит две полуобечайки, соединенные между собой по продольным участкам сваркой или болтовыми соединениями с выпускными патрубками, резьбовыми отверстиями с установочными болтами, при этом верхняя полуобечайка выполнена формой в виде части цилиндра таким образом, что имеет в поперечном сечении часть кругового кольца с минимальным углом охвата 187° и максимальным углом охвата 189°. В патрубки заливается полимерный материал.
Недостатком данной конструкции является следующее:
- ремонт возможен только для участка небольшой протяженности, при необходимости ремонта протяженных участков трубопровода процесс становится очень трудоемким из-за использования большого количества дополнительного оборудования.
- при использовании данного устройства возможно недостаточное заполнение полимерным материалом образованной между трубой трубопровода и муфтой полостью, что приводит к образованию на поверхности трубопровода пустот, в которых будут развиваться коррозионные процессы.
- после завершения процесса полимеризации на краях отремонтированного участка появляются дополнительные концентраторы напряжений из-за использования формообразующего элемента (муфты, кожуха), которые в итоге могут привести к разрушению трубопровода.
Известно также решение «Способ ремонта трубы и отремонтированная труба» по патенту РФ 2380606. Данное решение принято авторами за прототип.
Отремонтированная труба или оболочка для ремонта трубопровода по данному изобретению содержит один или несколько слоев волокна, охватывающего трубу, и отвержденный полимерный материал, размещенный внутри компонента оболочки, при этом отвержденный полимерный материал, которым пропитано волокно, достигает наружной поверхности трубы.
Для ремонта трубы накладывают конструкцию из волокна, например углеродного, на подлежащий упрочнению или ремонту участок трубы, затем закрепляют ее специальными приспособлениями, после чего устанавливают на границах торцевые уплотнения, например, резиновые прокладки, металлические элементы и др., затем устанавливают наружную оболочку, например, муфту, кожух, корпус, контейнер и т.д. Дополнительная оболочка образует вместе с уплотнениями герметичную конструкцию с внутренней полостью. После этого полость заполняют полимерным материалом, которым пропитывается волокно, после чего полимерный материал отверждается. Наружные оболочки снабжены отверстиями для ввода полимерного материала. Пропитку полимером можно производить после размещения оболочки на трубе.
Полимерный материал насыщает армирующий материал, а именно, конструкцию из волокна и отверждается до получения упрочненного полимерного композита.
Недостатком данной конструкции является следующее:
- ремонт возможен только для участка небольшой протяженности, при необходимости ремонта протяженных участков трубопровода процесс становится очень трудоемким из-за использования большого количества дополнительного оборудования.
- при использовании данного устройства возможно недостаточное прилегание пропитанного полимером волокна, что приводит к образованию на поверхности трубопровода пустот, в которых будут развиваться коррозионные процессы.
- после завершения процесса полимеризации на краях отремонтированного участка появляются дополнительные концентраторы напряжений из-за использования формообразующего элемента (муфты, кожуха), которые в итоге могут привести к разрушению трубопровода.
невозможно получить качественно пропитанную полимерным материалом структуру из-за того, что полимерный материал проходит через конструкцию из волокна к поверхности объекта под действием силы тяжести или капиллярных сил или их комбинированного воздействия, а пропитывание волокон под действием силы тяжести и/или за счет капиллярного действия возможно только в верхней части трубы. В нижней же ее части сила тяжести будет действовать в противоположную сторону и создание дополнительного давления при подаче смолы, также не сможет решить проблему качественной пропитки без создания специальных систем удаления воздуха из под волокнистой структуры, что не предусмотрено данным патентом.
Раскрытие полезной модели
Задачей данной полезной модели является создание устройства, обеспечивающего надежное прилегание покрытия упрочняющего листового к поверхности трубы трубопровода, и компенсацию деформации краев отремонтированного участка трубы.
Указанная задача решается за счет того, что, покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов, состоит из гибкого листового материала, содержащего слои ткани и композита, которым пропитана ткань, при этом гибкий листовой материал содержит как минимум два слоя гибридной ткани, состоящей, например, из карбоновых нитей и нитей кевлара, а каждый последующий слой ткани прикреплен к предыдущему, например, клеем, причем третий слой представляет собой слой полимера, например, полиэтилена, нанесенного на гибридную ткань, например, наплавлением, четвертый же слой представляет собой компаунд на основе, например, эпоксидной смолы, при этом четвертый слой расположен на устройстве со стороны, противоположной слою полимера, кроме того, один конец гибкого листового материала выполнен в виде петель с одной и с другой стороны, а внутри каждой петли, а также по обеим наружным сторонам петель расположены продольные металлические пластины, закрепленные к петлям, кроме того, петли с металлическими пластинами снабжены натяжителями, которые представляют собой металлическую конструкцию П-образную в сечении с продольным пазом, в котором размешается петля с металлическими пластинами, а натяжители имеют также сквозное отверстие параллельное основанию для обеспечения крепления натяжителей, расположенных друг против друга между собой при использовании устройства, причем натяжители установлены на противоположных петлях друг против друга вдоль устройства на заранее расчетных расстояниях, а конец петли с одной стороны устройства выполнен выступающим за пределы натяжителей на заданную длину, то есть свободным, при этом с другой стороны конец петли не выступает за пределы основания натяжителей, при этом натяжители предварительно зафиксированы на петлях с металлическими пластинами, например, заклепками.
Трубопроводы, находящиеся в земле, подвергаются разрушению под воздействием почвенной коррозии, которая в свою очередь подразделяется на химическую и электрохимическую, а также электрической коррозии, внешних воздействий и дефектов труб, сварных швов и монтажа.
Статистика аварий показывает, что вышеперечисленные факторы могут стать причиной появления коррозионных язв и трещин в трубе. Поэтому для протяженных в осевом направлении конструкций, характеризующихся наличием внутренней силы, направленной радиально наружу, точнее для трубопроводов, по которым под давлением перемещается газ, нефть или нефтепродукты особо важно создать конструкцию, направленную на упрочнение корродированного или иным образом поврежденного участка трубопровода как с остановкой, так и без остановки транспорта продукта.
Покрытие упрочняющее листовое предназначено для пере изоляции и выборочного ремонта линейных участков магистральных трубопроводов, с возможностью ремонтировать за критические дефекты (в том числе и сквозные) на короткий период для организации проведения последующего капитального ремонта.
Краткое описание фигур
На фиг.1 - изображено покрытие упрочняющее листовое в сечении.
На фиг.2. - изображены натяжители с болтовым соединением их между собой в сечении.
На фиг.3. - изображена труба трубопровода с закрепленным на ней покрытием упрочняющим листовым в сечении.
На фиг.4. - изображено сечение 
-A по фиг.3.
На фиг.5. - изображено продольное сечение по В-В фиг.3.
Изображения на фигурах выполнены не в соответствии с масштабами каждая фигура по отношению к другой, что сделано для максимального понимания заявленной конструкции.
Примеры конкретного исполнения
Покрытие упрочняющее листовое состоит из гибкого листового материала 1 заданного расчетного размера по длине и ширине. Основой листового материала 1 является гибридная ткань 2 состоящей, например, из карбоновых нитей и нитей кевлара, при этом карбоновые нити имеют большой предел прочности при растяжении, а нити кевлара дополнительно позволяют воспринимать нагрузки в радиальном направлении. Покрытие листовое упрочняющее содержит как минимум два слоя гибридной ткани 2. Каждый последующий слой ткани 2 прикрепляется к предыдущему, например, специальным клеем. Третий слой представляет собой слой полимера 3, например, полиэтилена, который наносится на гибридную ткань, например, наплавлением. Четвертый слой 4 представляет собой компаунд на основе эпоксидной смолы, при этом четвертый слой 4 наносят на устройство со стороны, противоположной слою полимера 3, перед использованием устройства. Один конец гибкого листового материала 1 выполнен в виде петли 5 с одной стороны и петли 6 с другой стороны. Внутри каждой петли 5 и петли 6, а также по обеим наружным сторонам петли 5 и петли 6 расположены продольные металлические пластины 7, закрепленные к петле 5 и петле 6 посредством, например, клепки 8, произведенной через заданное расстояние, при этом для более надежного соединения петли 5 с пластинами 7 и петли 6 с пластинами 7 листовой материал перед формированием петель 6 и 7 смазывают компаундом 4. Петля 5 с металлическими пластинами 7 снабжена натяжителями 9. Петля 6 с металлическими пластинами 7 снабжена натяжителями 10. Натяжители 9 представляют собой металлическую конструкцию П-образную в сечении с продольным пазом 11 и фаской 12 со стороны основания 13. На заданном расстоянии от основания 13 выполнено сквозное отверстие 14, параллельное основанию 13. Натяжители 10 представляют собой металлическую конструкцию П-образную в сечении с продольным пазом 15 и скосом 16 со стороны основания 17. На заданном расстоянии от основания 17 выполнено сквозное отверстие 18, параллельное основанию 17. Натяжители 9 и 10 устанавливаются на петлях 5 и 6 соответственно вдоль устройства на заранее расчетных расстояниях. Особенностью петли 5, расположенной в продольном пазе 11 натяжителя 9 является то, что конец петли выполнен на одном уровне с пластиной 7. Особенностью петли 6, расположенной в продольном пазе 15 натяжителя 10 является то, что конец петли выполнен выступающим за пределы пластины 7 на заданную длину, то есть свободным. Для обеспечения удобства работ, производимых при фиксации покрытия упрочняющего листового на трубопроводе натяжители 9 и 10 предварительно фиксируются на петле 5 с пластинами 7 и петле 6 с пластинами 7 заклепками 19. Готовое к использованию покрытие упрочняющее листовое перед установкой его на трубе 20 ремонтируемого трубопровода, порывается слоем компаунда 4 со стороны, противоположной, слою полимера 3. Для фиксации на трубе 19 ремонтируемого трубопровода натяжители 9 и 10 стягивают между собой, используя болтовое соединение 21. Натяжители 9 и 10 рассчитаны на нагрузку до 25 МПа.
Устройство работает следующим образом.
Покрытие упрочняющее листовое предназначено для переизоляции и выборочного ремонта линейных участков магистральных трубопроводов, с возможностью ремонтировать за критические дефекты, в том числе и сквозные, на короткий период для организации проведения последующего капитального ремонта.
Предварительно очищенную поверхность части трубы 20, которая будет подвержена ремонту, обрабатывается ингибитором для устранения имеющихся очагов коррозии и покрытия поверхности части трубы 20 защитной пленкой. Ингибитор выбирается таким образом, чтобы на обработанную им поверхность хорошо мог наноситься слой композита 4 и после завершения процесса полимеризации которого была обеспечена высокая адгезия гибкого листового материала 1 к трубе 20. На гибкий листовой материал 1 наносится слой композита 4, и после пропитки композитом 4 в течение определенного времени слоев ткани 2 и растворения в композите слоя клея, используемого для фиксации одного слоя ткани 2 по отношению к другому, что зависит от состава композита 4 и его свойств по текучести. При этом происходит частичное отверждение композита 4, а, следовательно, увеличение его вязко-текучих свойств. После этого покрытие упрочняющее листовое устанавливают на предварительно обработанном ингибитором участке трубы 20 трубопровода и стягивают посредством болтового соединения 21 расположенные друг против друга натяжители 9 и 10. Причем, при установке покрытия упрочняющего листового на трубе 20, выступающий конец листового материала 1 петли 6 заводят под основание 17 натяжителя 10. Именно это обеспечивает герметичность установленной на трубе 20 конструкции после стягивания болтовыми соединениями 21 натяжителей 9 и 10 попарно. Стягивание производят с заранее рассчитанным усилием, причем оно разное по величине в центральной части по длине покрытия упрочняющего листового и на концах его. Это выполняется для того, чтобы разгрузить после завершения процесса полимеризации возникающие на краях отремонтированного участка дополнительные концентраторы напряжений, из-за которых может произойти разрушение трубопровода. После завершения процесса полимеризации композита 4 получается монолитная упрочняющая конструкция на поверхности трубопровода с армирующим слоем из гибридной ткани 2. Композит 4 подобран таким образом, чтобы он полностью пропитывал волокна гибридной ткани 2 и при отверждении позволял конструкции компенсировать возникающие в трубопроводе напряжения.
В связи с тем, что ПУЛ устанавливается на трубопровод гибридной тканью к трубе 20, то поверхность трубы 20 снаружи получается покрыта слоем полиэтилена 3, что исключает из технологии ремонта трубопровода последующее нанесение изоляционных материалов.
Для проведения капитального и других видов ремонта трубопроводов ремонтная конструкция должна принимать на себя нагрузку и разгружать дефектную область как в радиальном, так и в осевом направлении, тем самым не давая развиваться далее имеющемуся дефекту. Предлагаемая конструкция решает эту задачу за счет двух слоев высокопрочной ткани, при помощи которой производится стягивание действующего трубопровода с обеспечением возможности регулирования степени натяжения при проведении ремонта под давлением. А также после проведения ремонта трубопровода методом переизоляции (при сброшенном давлении внутри трубопровода) они будут воспринимать возникающие нагрузки после поднятия давления в трубопроводе и начала транспортировки продукта.
Гибридная ткань с предварительно нанесенным на поверхность композитом 4 при стягивании вдавливается в трубу 20 трубопровода, не оставляя на поверхности трубопровода пустот, что в комплексе с нанесенной на поверхность газопровода пленкой ингибитора предохраняет поверхность от дальнейшего появления коррозии и развития имеющихся дефектов.
Промышленная применимость
Устройство промышленно применимо, т.к. создано из доступных материалов. Устройство может найти широкий потребительский спрос из-за простоты использования и высокой технологичности при решении особо важных задач при ремонте трубопроводов.
Таким образом, техническая задача, а именно, создание устройства, обеспечивающего надежное прилегание покрытия упрочняющего листового к поверхности трубы трубопровода, обеспечивающего отсутствие на краях отремонтированного участка концентраторов напряжений, а также обеспечение возможности ремонта протяженных участков трубопровода при небольшой трудоемкости процесса решена в данной полезной модели.
1. Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов, состоящее из гибкого листового материала, содержащего слои ткани и композита, которым пропитана ткань, отличающееся тем, что гибкий листовой материал содержит, как минимум, два слоя гибридной ткани, а каждый последующий слой ткани прикреплен к предыдущему клеем, причем третий слой представляет собой слой полимера, нанесенного на гибридную ткань наплавлением, четвертый же слой представляет собой компаунд, при этом четвертый слой расположен на устройстве со стороны, противоположной слою полимера, кроме того, один конец гибкого листового материала выполнен в виде петель с одной и с другой стороны, а внутри каждой петли, а также по обеим наружным сторонам петель расположены продольные металлические пластины, закрепленные к петлям, кроме того, петли с металлическими пластинами снабжены натяжителями, которые представляют собой металлическую конструкцию П-образную в сечении с продольным пазом, в котором размешается петля с металлическими пластинами, а натяжители имеют также сквозное отверстие, параллельное основанию для обеспечения крепления натяжителей, расположенных друг против друга между собой при использовании устройства, причем натяжители установлены на противоположных петлях друг против друга вдоль устройства, а конец петли с одной стороны устройства выполнен выступающим за пределы натяжителей, то есть свободным, при этом с другой стороны конец петли не выступает за пределы основания натяжителей, при этом натяжители предварительно зафиксированы на петлях с металлическими пластинами.
2. Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что гибридная ткань выполнена из карбоновых нитей и нитей кевлара.
3. Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что слой полимера выполнен из полиэтилена.
4. Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что компаунд выполнен на основе эпоксидной смолы.
5. Покрытие упрочняющее листовое для ремонта трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что натяжители зафиксированы на петлях заклепками.
