способ нанесения полимерного защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода

Формула изобретения

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ТРУБОПРОВОДА, включающий введение в полость трубопровода рукава из полимерного термопластичного материала, закрепление одного из концов рукава на конце трубопровода, последовательные нагрев и прижатие рукава к стенке трубы с перемещением зоны нагрева перед зоной прижатия, отличающийся тем, что используют рукав из полиэтилена или композиций на его основе, предварительно подвергнутый радиационной обработке с последующим продольным растяжением, а нагревание рукава в трубопроводе производят до 200 - 400^oС и скорости перемещения зоны нагрева 0,3 - 1,0 м/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нанесению защитных покрытий на внутреннюю поверхность труб и трубопроводов различного назначения при их изготовлении, монтаже или ремонте.

Известен способ футерования внутренней поверхности металлической трубы пластмассовой термопластичной трубой (оболочкой), наружный диаметр которой несколько больше внутреннего диаметра. Пластмассовую трубу облучают излучением, затем ее нагревают до 140^оС и растягивают, подвешивая груз, до удлинения на 25%, после чего производят медленное охлаждение. Затем пластмассовую трубу вводят в металлическую и пакет нагревают до температуры 140^оС, выдерживают в течение 100 мин и медленно охлаждают. При этом происходит восстановление исходного диаметра пластмассовой трубы - расширение за счет сокращения длины, т.е. происходит собственно футерование внутренней поверхности металлической трубы [1].

Данный способ требует использования громоздкого и энергоемкого оборудования для нагрева футеруемых труб до 140-150^оС и поэтому пригоден только для футерования труб в заводских условиях.

Известен являющийся наиболее близким к изобретению способ нанесения полимерного защитного покрытия, на внутреннюю поверхность трубопровода, включающий введение в полость трубопровода рукава из полимерного термопластичного материала, закрепление одного из концов рукава на конце трубопровода, последовательные нагрев и прижатие рукава к стенке трубы с перемещением зоны нагрева перед зоной прижатия [2].

В данном способе нагрев производят до оплавления поверхности рукава, соприкасающейся со стенкой трубы, при этом нагрев производят кольцевой индукционной печью изнутри рукава, а прижатие рукава к внутренней поверхности трубопровода производят сжатым воздухом, подаваемым внутрь рукава.

Данный способ также требует использования громоздкого оборудования для нагрева футеруемых труб до 140-150^оС. Кроме того, требуется система для прижатия рукава сжатым воздухом, необходима герметизация рукава.

Способ пригоден для получения футеровки из полимеров с температурой 150^оС полиэтилена, поливинилхлорида и других, имеющих температуру эксплуатации не выше 100^оС, требуется предварительная подготовка внутренней поверхности трубопровода-очистка и т.п. Способ непригоден для ремонта дефектных участков со сквозными повреждениями труб, не пригоден он также в принципе для футеровки подземных, подводных и т.п. трубопроводов.

Целью изобретения является упрощение технологии нанесения полимерного защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, снижение энергоемкости и повышение скорости процесса, расширение области применения полимерных покрытий из термопластов в трубопроводах с температурой транспортируемой среды до 150^оС, высокоагрессивных сред, для футеровки подземных участков трубопроводов без вскрытия грунта, подводных - без извлечения их на поверхность, установленных на различных сооружениях и оборудовании без демонтажа последних.

Достигается поставленная техническая задача тем, что используют рукав из полиэтилена или композиций на его основе, предварительно подвергнутый радиационной обработке с последующим продольным растяжением, а нагревание рукава в трубопроводе производят до температуры 200-400^оС и скорости перемещения зоны нагрева от 0,3 до 1 м/мин.

Способ нанесения полимерного защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода осуществляется согласно изобретению следующим образом.

Для футеровки предлагается использовать гибкий тонкостенный рукав из радиационно-модифицированного (сшитого) полиэтилена или композиций на его основе, изготовленный по известной технологии [3]. Изделия из сшитого полиэтилена имеют повышенную формоустойчивость при температурах эксплуатации до 150^оС, а также повышенную коррозионную стойкость.

В предлагаемом способе рукав-заготовку после облучения ориентируют по длине - растягивают при нагревании до размягчения, уменьшая соответственно ее диаметр до технологически необходимого. Операция может производиться как на заводе, так и непосредственно на участке футеровки, в том числе на участке ремонта или санации трубопровода. Для растяжения (ориентации) рукава может использоваться традиционное оборудование и оснастка для ремонтных работ трубопроводов, для нагрева рукава - газовые горелки, паяльные лампы, а для растяжения по длине - барабаны, лебедки для перемотки тросов и т.п.

В результате ориентации по длине рукаву придается "память формы", он становится "терморасширяющимся" по диаметру. Собственно процесс футерования внутренней поверхности с использованием предварительно подвергнутого радиационной обработке с последующим продольным растяжением рукава производится следующим образом.

Рукав с заранее введенным в него тяговым тросом протаскивают в трубу. Конец рукава нагревают и, пластически деформируя, отбортовывают - закрепляют на конце трубы. К тяговому тросу присоединяют прижимное устройство, с помощью которого при протягивании его внутри рукава, находящегося в трубе, производят нагрев рукава, что приводит к его терморасширению, в результате чего происходит прижатие и напряженная в процессе охлаждения термофиксация рукава на стенке трубы.

Прижимное устройство может представлять собой любой подходящий нагреватель - ТЭН или блок ТЭНов по ГОСТ 13236-83, выполненных в форме усеченного конуса с диаметром, близким к диаметру футеруемой трубы, или в случае футерования трубы некруглого сечения иметь форму проходного сечения футеруемой трубы - т.е. типа дорна. Нагреватель должен иметь температуру поверхности от 200 до 400^оС и может быть инфракрасным излучателем, или газовым нагревательным устройством (для труб диаметром (d) 350 мм и более).

Термофиксация покрытия на стенке трубы при охлаждении рукава (в основном за счет теплообмена со стенкой) может производиться эластичным гибким элементом с низким коэффициентом трения по поверхности рукава, который может быть отрезком гофрированного фторопластового шланга, отрезком фторопластового рукава, заполненного жидкостью; пружинным элементом с антифрикционным покрытием и т.п. Для определенных условий, например для труб с d 350 мм, могут применяться прикатывающие или пневматические конструкции.

Скорость перемещения устройства подбирается опытным путем на отрезке трубы, но она должна быть не менее 0,3 м/мин и не более 1,0 м/мин.

Скорость охлаждения тонкостенного рукава при прижатии его к стенке трубы высокая и значительно превышает скорость нагрева рукава нагревателем с температурой поверхности 200-400^оС, вследствие большой теплоемкости трубы и возникающего большого температурного градиента, особенно при ремонте или санации трубопровода, находящегося в грунте или воде.

Скорость перемещения прижимного устройства зависит практически только от его удельной мощности и температуры его поверхности.

Толщина покрытия и, соответственно, толщина рукава определяется назначением покрытия, его функцией.

Для футеровки трубопроводов, не имеющих сквозных повреждений - новых или безнапорных, достаточно, как показывает практика, покрытие толщиной 1 мм. Такой слой обеспечивает надежную защиту от коррозии в течение всего проектного срока эксплуатации трубопровода.

Для труб со сквозными повреждениями особенно при ремонте или санации напорных трубопроводов, расчет толщины покрытия проводится по обычным методикам расчета прочности, так как в этом случае футеровка должна выполнять кроме защитной еще и силовую функцию. При расчете следует учитывать, что основную нагрузку при механических воздействиях несут сами ремонтируемые или санируемые трубы, а не рукав.

Силы при терморасширении и остаточное напряжение в гибком тонкостенном (1-3 мм) радиационно-модифицированном рукаве составляют 10-30 кгс/см² и могут достигать 1/3 прочности исходного полимерного материала. Поэтому при футеровке по предлагаемому способу практически отпадает необходимость в расплавлении полимерного рукава, как в известном способе (2) и нагреве трубы для обеспечения его адгезии к стенке.

При использовании тонкостенного терморасширяющегося рукава практически не требуется подготовки внутренней поверхности трубопровода, достаточно проверки и обеспечения минимально необходимого сечения на всей длине трубы для беспрепятственного протаскивания рукава и протяжного устройства.

С помощью гибкого рукава можно футеровать изогнутые до 90^о переменного по форме и величине сечения трубы (цилиндры) - прямоугольные, овальные и другие.

Упругость тонкостенного рукава при футеровке металлических труб облегчает проблему компенсации большого различия в линейном расширении металлов и пластмасс, по крайней мере в диапазоне температур (-60)-(+150)^оС.

Примеры осуществления способа.

В примерах футерованию подвергается внутренняя поверхность стальной неоцинкованной (черной) сварной трубы, применяемой для водо- и газопроводов, систем отопления, изготовленной по ГОСТ 3262-75, с условным проходом 50 мм, внутренним диаметром 54 мм, толщиной стенки 3 мм. Длина трубы - 12 м. Труба предназначена для монтажа трубопровода распределительной тепловой сети категории 4 ("Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды Госгортехнадзора СССР"). Транспортируемая среда - перегретый и насыщенный пар, горячая вода с температурой до 105^оС.

П р и м е р 1. Футеровку стальной трубы производят радиационнообработанным рукавом из полиэтилена.

На заводе-изготовителе рукава из полиэтилена высокого давления марки 15303-003 ГОСТ 16336-77 на экструдере изготавливают рукав (трубу) с наружным диаметром 54-56 мм, толщиной стенки 1,5 мм; на ускорителе электронов ИЛУ-6 рукав облучают до поглощенной дозы 0,1-0,2 МГр. На участке футеровки отрезок рукава длиной 12,1 м последовательно нагревают до температуры 250^оС (размягчения) и растягивают в длине до 13,3 м, при которой наружный диаметр рукава становится равным 50 мм (периметр - 157 мм). Этот диаметр на 10% меньше внутреннего диаметра футеруемой трубы и позволяет без затруднений ввести рукав в трубу, т.е. обеспечивает технологичность установки его в трубе.

Внутри рукава пропускают тросик, конец рукава вместе с тросиком прикрепляют к концу другого тросика, заранее введенного в трубу, и с его помощью вводят рукав в трубу. Затем второй тросик отсоединяют, а к концу первого тросика присоединяют любым подходящим способом прижимное устройство для нагрева и прижатия рукава к стенке (термофиксации). Со стороны ввода прижимного устройства конец рукава длиной 0,7 м выводят за пределы трубы, нагревают теплоэлектровентилятором или газовой горелкой и вручную или с помощью подходящих приспособлений развальцовывают (отбортовывают) на наружной поверхности трубы. Затем прижимное устройство с помощью введенного внутрь рукава тросика протягивают внутри рукава со скоростью 0,3 м/мин, осуществляя нагрев рукава до 300^оС, терморасширение и прижатие его на внутренней поверхности трубы (термофиксацию).

В таблице приведены примеры 2 и 3 реализации способа.

Полученная таким способом футеровка обеспечивает защиту трубы от воздействия транспортируемых пара или горячей воды с температурой до 135^оС в течение не менее 30 лет. При коррозии трубы снаружи до сквозных повреждений размером до 10 мм футерованная труба сохраняет работоспособность при давлении среды до 6 ати.