ЗАБОЙНАЯ ТРУБА И СПОСОБ МОНТАЖА ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1997 года по МПК F16L9/00 

Изобретение относится к конструкции забойного элемента трубопровода и способу его монтажа и может быть использовано в судостроении, машиностроении, нефтегазостроении и во всех областях промышленности, где изготовляют как магистральные, так и модульно-агрегатные участки трубопроводов.

В настоящее время в отечественной промышленности [1] и за рубежом (обзор особенностей проектирования, изготовления и монтажа судовых трубопроводов см. [2]) традиционно применяются забойные трубы, изготовляемые с достаточно высокой степенью точности (0,10-0,15 мм). Эти трубы (фиг. 1) на концах имеют приварные фланцы или кольца. Способ изготовления таких труб крайне сложен, трудоемок и влечет значительные затраты энергетических и материальных ресурсов. Так, например, для изготовления забойной трубы, устанавливаемой между двумя жестко фиксированными плоскостями плоскостями фланцев смежных труб, вначале изготавливают жесткий макет (фиг. 2,а) (для труб больших диаметров) и жесткий шаблон (для труб небольших диаметров до 57 мм), состоящий из промежуточных связей (угольников, отрезков труб, прутков и т.п.), соединенных между собой. К концам такой металлоконструкции приваривают технологические фланцы. Затем макет устанавливают на технологических болтах, присоединяя их к штатным фланцам смежных труб, между которыми его размещают. После чего снимают гибочный шаблон (фиг. 3), по которому затем гнут штатную трубу необходимой конфигурации. Прямые забойные трубы встречаются крайне редко по причине сложности выхода с разных сторон двух веток магистрального трубопровода в заданные точки (плоскости). После этого на макетировочной плите (фиг. 4) производят пригонку штатных фланцев к концам забойной трубы, предварительно согнутой на трубогибочном станке по шаблону, при этом расстояние между позиционерами должно быть равно фактическому расстоянию между базовыми плоскостями трубопровода. Однако одноразовой подгонкой такого соответствия размеров достичь практически не удается. Поэтому при помощи "прихваток" фланцы приваривают к металлоконструкции макета и вновь транспортируют к основному трубопроводу (на судно) для повторной пригонки. Потом выверяют совпадения отверстий во фланцах на макете с отверстиями во фланцах смежных труб. Одними из последних операций являются окончательная приварка фланцев к макетируемой трубе, ее установка в цепочку основного трубопровода и окончательная подгонка. В процессе подгонки может возникнуть необходимость обработки уплотнительных поверхностей фланцев с целью обеспечения требуемого зазора между соединяемыми фланцами забойной трубы и фланцами смежных труб по причине возникшего перекоса фланца в процессе его приварки к трубе.

Данный способ и конструкция забойной трубы имеют существенные недостатки. Во-первых, способ уплотнения соединения, определяемый конструкцией соединительных элементов и крайне жесткими предельными отклонениями (0,10-0,15 мм), резко увеличивает трудоемкость изготовления и монтажа забойных труб. Во-вторых, жесткость самого трубопровода (забойные и магистральные трубы) не дает возможность компенсировать линейные (осевые) смещения в результате сложности достижения требуемых конечных длин забойных труб. В-третьих, как правило, после окончательного монтажа таких забойных труб весь трубопровод находится в предварительно напряженном состоянии, что приводит к снижению его надежности и преждевременным отказам в процессе эксплуатации. В-четвертых, расходуется много материальных, энергетических ресурсов, что делает процесс энерго- и металлоемким. Следует отметить и тот факт, что на отдельных судах количество забойных труб доходит до 25-30% от общего количества. Немаловажным является и то, что жесткие макеты после их использования поступают в металлолом.

Избежать вышеперечисленные недостатки, исключив при этом использование сварки, а следовательно, создать значительную экономию материалов и энергоресурсов, а также сократить затраты и трудоемкость изготовления и монтажа трубопровода в целом возможно, применив совершенно новую конструкцию забойной трубы, которая в корне меняет способ монтажа.

В настоящее время известно [3] что магистральные трубы легче соединить при помощи промежуточных раструбных соединений, в конструкции которых изначально отсутствует сварка. Кроме того, конструкция этих промежуточных соединений вводит в практику новый принцип уплотнения по длине окружности конца трубы. Это позволяет соединить промежуточные магистральные трубы друг с другом с достаточно большими осевыми (линейными) предельными отклонениями 5 25 мм в зависимости от диаметра соединяемых труб. Помимо этого, конструкция таких труб позволяет в случае неточного их изготовления производить монтаж с предварительной несоосностью (изломом) соединяемых труб до 5-8^o в зависимости от их размеров. Однако для подсоединения к трубам с приварными фланцами к фланцевым клапанам, патрубкам механизмов, у которых имеются также неподвижные фланцы, раструбные соединения использовать невозможно, т.е. для концевых (забойных) участков они не пригодны.

Задачей изобретения является обеспечение возможности подсоединения к трубам с приварными фланцами, например к фланцам клапанов, фланцам патрубков механизмов и фланцевым приварышам.

Для достижения указанной задачи один конец забойной трубы не обрабатывается, а второй либо отбортован, либо имеет раструб.

На фиг. 5 представлена забойная труба с раструбом на одном ее конце и свободным вторым концом, а на фиг. 6 забойная труба с одним отбортованным концом и вторым свободным, где: 1 магистральная труба, 2 фланец магистральной трубы, 3 раструб, 4 уплотнительная прокладка, 5, 7 фланцы забойной трубы, 6 забойная труба, 8 отбортованный конец, 9 прокладка, 10 фланец клапана, 11 клапан (фланец магистральной трубы), 12 фланец магистральной трубы, 13 магистральная труба.

В случае размещения забойной трубы между двумя трубами с раструбными соединениями (фиг. 5) ее конструкция достаточно проста. Один конец забойной трубы подвергают раздаче, а второй конец обработке не подвергают, поскольку он должен входить в раструб одной из смежных труб. Монтаж такой забойной трубы не вызывает особых затруднений. Вначале в конец смежной трубы 1 с раструбом вставляют необработанный конец забойной трубы, после чего второй ее конец с раструбом 8 устанавливают на необработанный конец второй смежной трубы 10. Свободный фланец 11 отводят вправо и устанавливают эластичную прокладку 9, поджимая ее этим же фланцем после перемещения влево. Фланец 7 перемещают к фланцу 11, заводят крепежные детали (гайки и болты) и производят сборку соединения. После этого между фланцем 5 и раструбом 3 устанавливают эластичную прокладку 4, а фланцы 2 и 5 соединяют болтами и гайками. При этом компенсация неточностей в осевом (5-25 мм) и угловом (5-8^o) измерении компенсируется конструкцией соединения.

Зачастую при монтаже трубопроводов забойные участки выпадают на жестко закрепленные базовые конструкции клапаны, патрубки механизмов, аппаратов, устройств, приварыши, наварыши. Все они имеют приварные фланцы, поэтому ранее описанную конструкцию забойной трубы применить в этом случае невозможно, а следовательно, невозможно применить и способ монтажа.

На этом основании конструкция забойной трубы в этом случае более совершенна (фиг. 6). Один конец забойной трубы 6 имеет вышеописанные конструкции, т. е. имеет либо раструб 8, либо прямой участок в зависимости от конструкции концевого участка одной из смежных магистральных труб, у которой он соответственно может иметь либо прямой участок, либо раструб. Второй конец забойной трубы подвергают раздаче на 90^o (отбортовке), при этом фланец 7 свободно перемещается по концу трубы. (Возможен вариант использования и приварного кольца со свободным фланцем, при этом не требуется соблюдать особой точности приварки.)
При получении таких труб отпадает необходимость изготовления жестких макетов и жестких шаблонов, поскольку не требуется соблюдения высокой точности строительного размера L_з.т., которая компенсируется большими предельными отклонениями в осевом (5-25 мм) и угловом (5-8^o) измерении, что значительно упрощает процесс изготовления забойных труб.

Монтаж забойной трубы в этом случае производится в следующей последовательности (фиг. 6). В смежную трубу 1, имеющую раструб 3, вставляют конец забойной трубы 6. (При этом ее можно разворачивать в любых направлениях, что позволяет изготовлять забойные трубы сложной конфигурации.) Затем к фланцу 10 клапана 11 (патрубку механизма приварыша) подводят отбортованный конец забойной трубы. Между фланцем 10 и отбортовкой устанавливают прокладку 9, после чего фланцы соединяют болтами и гайками и производят окончательную сборку соединения. К сборке второго соединения приступают после установки между раструбом 3 второй смежной трубы 1 и концом забойной трубы 6 эластичной прокладки 4. Обжатие этой прокладки осуществляют за счет болтов и гаек, соединяющих фланцы 2 и 5, свободно перемещаемые по трубам. Эластичность прокладки и способность ее к перераспределению своей массы обеспечивает сборку соединения с предварительной несоосностью (до 5-8^o) монтируемых труб. Цилиндрическая часть раструба позволяет компенсировать линейные погрешности длины трубы после ее изготовления от 5 до 25 мм, что несопоставимо со значениями предельных отклонений при сборке труб с приварными фланцами, равными 0,10-0,15 мм.

В связи с тем, что конструкция забойной трубы позволяет осуществлять линейную компенсацию размеров, в соединении с отбортованным концом отсутствует предварительно напряженное состояние, а в процессе эксплуатации компенсация линейных отклонений осуществляется за счет возможности линейного перемещения второго конца трубы в раструбе смежной трубы. Также ведет себя забойная труба, у которой один конец отбортован, а второй имеет раструб и устанавливается на прямой конец смежной трубы.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы:
конструкция забойной трубы является простой и несложной в изготовлении и монтаже;
конструкция забойной трубы не имеет приварных элементов в районе соединений, что резко упрощает и удешевляет процесс ее изготовления и монтажа;
при изготовлении забойной трубы не требуется изготовлять жестких макетов и жестких шаблонов;
монтаж забойных труб сводится к монтажу промежуточных труб, т.е. он стал более прост, экономичен и менее трудоемок;
в связи с более широкими предельными отклонениями при изготовлении забойной трубы резко снизилась трудоемкость и ее выполнение возможно рабочими более низкой квалификации;
поскольку отпала необходимость в применении сварки, изготовлении жестких макетов и жестких шаблонов, возросла экономия материалов и энергоресурсов;
процесс изготовления и монтажа трубопроводов с такими конструкциями забойных труб стал практически безотходным, энерго- и ресурсосберегающим и экологически чистым;
профессия трубопроводчика (особенно судового) стала менее трудоемкой и более привлекательной;
по причине более совершенного способа монтажа трубопровода, исключающего нахождение его в предварительно напряженном состоянии, повысилась надежность, долговечность и эксплуатационная работоспособность;
в связи с отсутствием сварки повысился срок службы трубопроводов, улучшилась его ремонтопригодность.

Использование: в области машиностроения и судостроения. Сущность: в части устройства фланцы свободно размещены на концах трубы, один из которых имеет отбортовку на 90^o, а второй конец либо не обработан, либо имеет раструб, при этом оба фланца имеют возможность свободного вращения вокруг оси трубы; в части способа один из концов забойной трубы предварительно вставляют до упора в одну из труб, после чего забойную трубу перемещают в противоположную сторону и производят сборку второго отбортованного конца трубы с жестким фланцем, а после этого производят сборку другого соединения забойной трубы. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

1. Забойная труба, на концах которой находятся детали соединения - фланцы, отличающаяся тем, что фланцы свободно размещены на ее концах, первый из которых имеет отбортовку на 90^o, а второй конец либо не обработан, либо имеет раструб, при этом оба фланца имеют возможность свободного вращения вокруг оси трубы. 2. Способ сборки трубопровода с использованием забойной трубы, заключающийся в установке ее между ранее жестко смонтированными уплотнительными поверхностями смежных труб, соединении ее при помощи фланцев и прокладок с последующим закреплением болтами и гайками, отличающийся тем, что за счет увеличения предельных отклонений при сборке в осевом и угловом направлениях, вначале один из концов (розданный или прямой) забойной трубы предварительно вставляют до упора в одну из труб, после чего забойную трубу перемещают в противоположную сторону и производят сборку второго отбортованного или розданного конца трубы с жестким фланцем (клапана, патрубка и т.п.) или со свободным фланцем смежной трубы, а после этого производят сборку другого соединения забойной трубы, при этом обеспечивается нормальное ненапряженное состояние смонтированных труб и возможность их сборки с предварительной несоосностью.