ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ СЕКЦИИ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1994 года по МПК F16L59/00 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации трубопровода. Одежда для защиты трубопроводов от механических повреждений, коррозии и их теплоизоляции, впредь именуемой защитной, может быть использована как для возведения новых, так и для реконструкции существующих трубопроводов, преимущественно наружных, подземных, водяных тепловых сетей и горячего теплоснабжения, в т.ч. и проложенных в водонасыщенных и заболоченных грунтах.

Известны различные решения этих задач. В зависимости от назначения трубопроводов и способов их прокладки для этих целей применяются различные защитные конструкции: железобетонные и бетонные проходные и непроходные каналы (короба), железобетонные, металлические, полимерные и др. защитно-механические, тепло-гидроизоляционные оболочки и антикоррозийные покрытия.

Наиболее близким решением этих задач являются устройства для защиты подземных, двухтрубных стальных трубопроводов водяных тепловых сетей. Для их защиты в настоящее время, в частности, в нашей стране наиболее широкое распространение получили комбинированные конструкции, включающие защитно-механические, теплоизоляционные, гидроизоляционные и антикоррозийные устройства. В качестве защитно-механических устройств подземных трубопроводов в основном использованы и продолжают использоваться непроходные каналы прямоугольного сечения из сборного железобетона и бетона, в полости которых и проложены трубопроводы защищенные тепло-гидроизоляционными оболочками и антикорозийными покрытиями.

К их недостаткам относятся:
каждая из вышеупомянутых конструкций в системе трубопровода выполняет строго определенную защитную функцию. Так четыре стенки каналов надежно защищают трубопроводы от механических повреждений, но абсолютно не защищают их от потери тепла, тепло- и гидроизоляционным оболочкам не присуща механическая прочность;
значительный расход дефицитных и дорогостоящих материалов и прежде всего ж/бетона и бетона: так например, их расход на один погонный метр непроходного канала составляет 0,24-1,2 м³. При необходимости устройства дренажной системы их расход увеличивается;
ненадежность тепло- и гидроизоляции, о чем свидетельствует преждевременное таяние снежного покрова над трассами тепловых сетей, приводит к излишней потери тепла в системе трубопроводов и, что особо недопустимо, - к преждевременному выходу из строя и даже к крупным авариям стальных трубопроводов из-за активной наружной коррозии труб в теплой и влажной среде;
работы как на устройство защитных конструкций по месту возведения трубопроводов, так и на изготовление материалов и сборных элементов для них требуют значительных материальных и трудовых затрат.

Все эти недостатки вызваны тем, что каналы в целях обеспечения их механической прочности выполнены в виде материалоемких конструкций, не обладающих необходимой теплопроводностью. Кроме этого при прокладке трубопроводов в увлажненных и переувлажненных грунтах рядом с каналами требуется устраивать дренаж для отвода от них грунтовых вод, а это дополнительные материальные и трудовые затраты. И еще, при монтаже каналов из сборных конструкций не представляется возможным обеспечить надежную герметизацию швов в местах стыков их элементов, так как при обваловании их грунтом и в процессе их эксплуатации в этих местах образуются трещины, через которые в канал поступает внешняя вода и влага. Из-за ненадежности гидроизоля она впитывается теплоизоляционными оболочками, снижает их эффективность и преждевременно выводит из строя трубопроводы.

Целью данного изобретения является сокращение расхода материальных и трудовых затрат на строительство и эксплуатацию трубопроводов при повышении надежности их антикоррозийной устойчивости и теплоизоляции.

Достижение поставленных целей осуществляется следующими средствами.

Использованием в качестве основного строительного материала данного устройства не традиционного, а нового - списанных, отработавших свой эксплуатационный срок, покрышек (шин) автомобильной и др. колесной техники. Это позволило в изобретении заменить раздельные защитно-механические и гидроизоляционные конструкции одной и общей конструкцией, к тому же и выполняющей основную долю задачи теплоизоляции трубопроводов. Покрышки, резиновое тело которых армировано прочным кордом, при сохранении их кольцеообразной формы являются почти идеальными, полностью готовыми, при этом почти бесплатными конструктивными элементами (изделиями). Они обладают необходимой прочностью, упругостью и теплопроводностью, сохраняющихся при температурах +50-70^оС, достаточной долговечностью, превышающей эксплуатационный срок службы самих трубопроводов.

Особенностью конструкции защитной одежды, отличающейся тем, что она выполнена по всей длине трубопровода, за исключением участков, занятых его угловыми и разветвленными соединениями, в виде внешней цилиндрической оболочки (цилиндра), набранной из плотно прижатых друг к другу покрышек, без какого-либо их крепления между собой, а одетой на трубопровод с некоторым кольцеобразным зазором между ее внутренними стенками и трубами и в таком состоянии жестко закрепленной на трубах с помощью отдельных диафрагм. И еще ее отличие в том, что в системе трубопровода она выполняет одновременно почти все его защитные функции: полностью от механических повреждений и воздействия на трубы внешней воды и влаги, и от потери им значительной части тепла. При этом цилиндр-оболочка одет раздельно на каждую нить трубопровода большего диаметра и общим, на оба трубопровода, при меньшем их диаметре. Особенностью конструкцией одежды состоящей в том, что она на большей части трубопровода смонтирована из готовых сборочных узлов, компакт-звеньев, состоящих из цилиндра - оболочки из покрышек и труб, с одетым на них теплоизоляционными оболочками и жестко соединенных между собой с помощью нескольких, например двух-трех, промежуточных диафрагм, установленных в средней части труб и двух концевых диафрагм, установленных по их концам. Последние совместно со стенками цилиндра-оболочки и трубами образуют в его полости полый кольцеобразный канал необходимой герметичности. И последним отличием состоящем в том, что компакт-звенья до полной готовности изготовляются индустриальным способом на специализированном предприятии, а ее монтаж в линию трубопровода по месту его строительства осуществлен за счет монтажа только самих труб. Образовавшиеся на стыках труб монтажные участки защищены аналогичной одеждой из тех же покрышек, но разрезанных пополам.

На фиг. 1 изображен общий вид компакт-звена типа 1 с частичной вырезкой защитной одежды; на фиг. 2 - компакт-звено типа 2; фиг. 3, 4 - разрезы; на фиг. 5 - общий вид и поперечный разрез концевой диафрагмы; фиг. 6 - то же, промежуточной диафрагмы; на фиг. 7 - общий вид сверху части тепловой сети в предложенной защитной одежде, проложенной по дну траншей до ее обвалования грунтом с открытыми и закрытыми камерами (колодцами); фиг. 8 - вид сбоку одного из участков тепловой сети в защитной одежде, в обвалованном и готовом к эксплуатации состоянии; фиг. 9 - продольный разрез защитной одежды монтажного участка; фиг. 10 - разрез А-А.

Детальное описание начнем с базового элемента - компакт-звена. Компакт-звено типа 1 или типа 2 состоит из одной или двух газоводопроводных стальных труб 3, расчетного диаметра стандартной или необходимой длины, с надетой на них теплоизоляционной оболочкой 4, внешнего цилиндра-оболочки 5, опорных концевых диафрагм 6 со стопорными кольцами 7, промежуточных диафрагм 8 с муфтами 9, кольцеобразного полого канала 10. Внешний диаметр труб 3 совместно с оболочкой 4 не превышает внутренний диаметр покрышек 11. Теплоизоляционная оболочка 4 из традиционных теплоизоляционных материалов. Ее отличие в том, что ее толщина рассчитана с учетом теплоизоляционных свойств цилиндра-оболочки и в основном предназначена для защиты покрышек 11 от вредного воздействия на их тело тепла. Цилиндр-оболочка 5 набран из покрышек 11, плотно прижатых друг к другу в процессе его сборки и жестко закреплен на трубе (трубах) 3 с помощью концевых диафрагм 6 и стопорных колец 7, промежуточных диафрагм 8 и муфт 9. Диафрагмы 6 установлены по концам труб 3 на расстоянии не более 250 мм от их обрезов с таким расчетом, что длина Х монтажного участка 12 позволяла выполнить работы по сварке между собой компакт-звеньев и закреплены с помощью стопорных колец 7, например герметичным сварным швом, на трубах 3. Назначение диафрагмы 6 и колец 7 - удержание покрышек 11 в сжатом состоянии. Диафрагмы 8 установлены между покрышками 11 на равном расстоянии друг от друга и диафрагм 6. Их назначение - удерживать цилиндр-оболочку от искривления в поперечном отношении. Муфты 9 кольцеобразные, толщиной на 2-3 мм больше толщины теплоизоляционной оболочки 4, длиной до 100 мм, внутренним диаметром равным наружному диаметру труб. Их назначение - уравнять наружный диаметр теплоизоляционной оболочки 4 по месту установки диафрагмы 8 из более твердого материала, чем оболочка 4 с целью передачи действия поперечных сил от диафрагмы 8 на трубы 3. Диафрагмы 6 и 8 дискообразные, незначительной толщины, рассчитанной на прочность, необходимой для выполнения ими задачи по предназначению, одинакового наружного диаметра, равного наружному диаметру использованных покрышек 11. Внутренний диаметр диафрагмы 6 равен наружному диаметру труб 3, а диафрагмы 8 - наружном диаметру муфты 9 с допуском не более 0,5 мм. Но конструктивно они различны. Диафрагма 6 герметичная, тарелкообразная, вогнуто-выпуклой формы, одетая выпуклой стороной к концам обрезов труб 3. Диафрагма 8 плоская, с утолщенной наружной кромкой 13 трапецевидной формы, в сечении равном форме угла образованного угловыми наружными срезами двух смежных покрышек 11. Диафрагмы 6 и 8, а также муфты 9 изготовлены из асбестоцемента, но не исключено применение и др. материалов. Асбестоцемент позволяет изготовить их на том же предприятии, где изготовляют и компакт-звенья. Стопорные кольца 7 - стальные, плоские небольшой толщины и наружного диаметра, с внутренним диаметром равным наружному диаметру труб 3. Кольцеообразный полый канал 10 образован внутренними стенками цилиндра-оболочки 5, трубами 3 и диафрагмами 6. Достаточная герметичность канала 10 обеспечена за счет плотного сжатия между собой покрышек 11, диафрагм 6, 8 и колец 7, что исключает возможность проникновения в его объем наружной влаги, воды и воздуха, и тем самым повышает эффективность теплоизоляционных оболочек 4 и антикоррозийную устойчивость труб 3. Часть подземной, двухтрубной тепловой сети от теплоэнергетического пункта 14 до одного из потребителей тепла 15 в готовой к эксплуатации предложенной защитной одежде приведена на фиг. 7, 8. Она смонтирована на всех участках трубопровода между камерами (колодцами) 16 из компакт-звеньев: на магистральном 17 - типа 1, на остальных 18 - типах 2. Компакт-звенья 1 и 2 уложены на подстилающий слой 19, например, из песка или разрыхленного местного мягкого грунта, по одну траншеи 20 и соединены по длине трубопровода за счет соединения между собой труб 3, например, сварным швом 21 (фиг. 9). При этом трубопроводы магистрального участка 17 в персональной одежде проложены с некоторым промежутком 22, порядком 100-150 мм. Этот промежуток необходим для обеспечения равномерного обжатия одежды каждого трубопровода грунтом. Естественно, по длине трубопровода между компакт-звеньями образуются монтажные участки 12. Они защищены той же одеждой с использование одной широкопрофильной 23 или двух узкопрофильных 24 покрышек, разрезанных пополам, одетых на асбестоцементную оболочку 25, упрочняющую теплоизоляционную оболочку 4 и зажатых между концевыми диафрагмами 6, оболочкой 25 и вкладышами 26 весом насыпного грунта 27. Вкладыши 26 асбестоцементные полнотелые или пустотелые, в сечении и по длине имеют форму внутренней полости покрышек 23 или 24, но несколько меньше их внутренних диаметров с учетом возможности сжатия покрышек. Их длина - около 200 мм. Стыки покрышек 23, 24 по месту их разреза 28 осуществлены с обеих боков трубопровода, т.е. одна половина покрышки установлена снизу, вторая - сверху, с помощью вкладышей 26, установленных по месту их разреза. Камеры 16 и теплоизоляционные оболочки 29 на трубах, проложенных в них, - традиционные. Компакт-звенья обеих типов изготовляются на специализированном предприятии. Для этого создается технологическое оборудование, например, монтажный стан, обеспечивающий строгую фиксацию положения всех элементов и деталей изделия относительно друг друга и труб, на которых они монтируются, одевание теплоизоляционных оболочек 4, диафрагм 6, 8, муфт 9, покрышек 11, сжатие их вдоль продольной оси с силой, исключающей какое-либо перемещение покрышек, формирования из них цилиндра-оболочки 5 и крепление его к трубам с помощью стопорных колец 7. В зависимости от назначения трубопроводов и их диаметров используют покрышки 11 того или другого типа, размера, ГОСТа, предпочтительно безкамерные, но обязательно целые и без дефектов, снижающих их целостность и прочность. Асбестоцементные детали 6, 8, 9, 26 изготовляются на этом же предприятии. Готовые компакт-звенья доставляются на место прокладки трубопровода, прямо с транспортных средств монтируются в линию трубопровода по заранее подготовленному ложу. После испытания трубопровода на герметичность на его монтажных участках 12 монтируется защитная одежда и трубопровод обваловывается грунтом. При такой технологии строительно-монтажных работ обеспечивается высокая поточность всех операций и позволяет значительно сократить срок производства работ на трассе возводимого трубопровода. Участки трубопроводов в предложенной одежде, проложенные под дорогами и проезжей частью улиц, требуют дополнительной защиты от вибрации, но не самого трубопровода, а дорожного покрытия. Для этого возможно использовать традиционные туннельные или др. переходы.

Использование в качестве основного строительного материала старых покрышек придают конструкции защитной одежды не только новые функциональные свойства, но обеспечивают значительную экономию материальных и трудовых затрат при повышении ее теплоизоляционных и антикоррозийных свойств. Действительно, использование покрышек обеспечивает при строительстве тепловых сетей экономию бетона, арматурной стали, относящиеся к группе дефицитных и дорогостоящих, а также не менее дефицитных тепло и гидроизоляционных и др. материалов. Списанные же покрышки практически не имеют никакой ценности, кроме отрицательной - их еще необходимо утилизировать, а затраты на их изготовление уже окупились. Кроме этого решается и проблема их утилизации, хотя и временно, но на довольно длительный срок. Сокращение трудовых затрат и времени на устройство защитной одежды достигается тем, что выполнение основных работ по ее изготовлению перенесено в промышленные условия, а ее монтаж по месту строительства сведен в основном к монтажу самого трубопровода и устройству защитной одежды на монтажных участках. Устройство одежды на монтажных участках при применении сборных конструкций по сравнению с общим объемом строительно-монтажных работ составляет незначительную часть. Повышение антикоррозийных свойств одежды повышает срок службы стальных труб, а это приводит и к сокращению эксплуатационных затрат. Кроме этого, в случае какой-либо аварии или повреждения трубопровода обеспечена возможность быстрого их устранения за счет замены неисправных компакт-звеньев новыми из запаса, постоянно хpанящего в эксплуатирующей организации.

Сущность изобретения: защитный слой выполнен из изношенных автопокрышек и снабжен промежуточными и опорными диафрагмами. Промежуточные диафрагмы по длине секции равномерно расположены между автопокрышками, плотно сжаты вдоль оси секции и герметично закреплены на ее концах опорными диафрагмами. 10 ил.

ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ СЕКЦИИ ТРУБОПРОВОДА, содержащая теплоизоляционный слой и выполненный из изношенных автопокрышек защитный слой, отличающаяся тем, что защитный слой снабжен промежуточными и опорными диафрагмами, причем промежуточные диафрагмы по длине секции равномерно расположены между автопокрышками, а последние плотно сжаты вдоль оси секции и герметично закреплены на ее концах посредством опорных диафрагм.