ИЗОЛИРУЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ЗАЩИТЫ СВАРНОГО ШВА СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ КОРРОЗИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F16L58/00 

Изобретение относится к трубопроводной технике и может быть использовано в нефтяной промышленности в нефтепромысловых и магистральных трубопроводах в качестве изолирующей системы для внутренней защиты сварных швов стальных трубопроводов от коррозии.

К сварным швам стальных трубопроводов предъявляются высокие требования по обеспечению прочности и надежности стыковых соединений, высокой надежности защиты их от коррозии, вызываемой агрессивными свойствами транспортируемой жидкой средой, каковой является скважинная нефть. В связи с этим встает задача использования изолирующих средств, препятствующих контакту с такими средами и защиты от их воздействия.

Известна изолирующая система для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии, содержащая трубчатый корпус с наружной цилиндрической поверхностью, кольцевыми канавками по его концам, в которых установлены кольцевые уплотнители из резиноподобного материала, кольцевым пазом между ними, заполненным огнетеплостойким материалом, и ограничители аксиального перемещения в виде радиальных выступов, закрепленные на нем основаниями, равномерно установленные по окружности (патент ЕПВ N 0617220 A1, МПК F 16 L 13/02, 1994).

Основной недостаток указанной изолирующей системы - большие затраты на изготовление трубчатых корпусов из высоколегированных сталей, отсутствие заготовительного материала соответствующего сортамента под внутренние размеры разнообразных стальных трубопроводов.

Известны аналогичные изолирующие системы с использованием антикоррозионных и антиадгезионных материалов для заполнения полости между трубчатым корпусом и соединяемыми стальными трубами (заявка РФ N 94015756, МПК F 16 L 13/00, 1996, заявка РФ N 95108103, ИПК F 16 L 13/02, 1998), пригодные для транспортировки жидких сред при низких давлениях. Известны аналогичные изолирующие системы по патентам США: НКИ 285-286, патент N 2646995, 1953; НКИ 285-22; патенты NN: 4913465; 5346261; 5547228; 5566984, публ. 1990-1996 г.

Основной задачей является создание изолирующей системы для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии, в которых трубчатый корпус был бы выполнен из композиционного материала на основе армирующих волокон и полимерного связующего, изготовлен промышленным способом намотки на оправку.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении коррозионной стойкости изолирующей системы, придание ей свойств повышенной защиты сварного шва от коррозии, надежная изоляция его от воздействия транспортируемой среды, термостойкость при проведении сварочных работ, повышение герметичности.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции, применения композиционного материала в трубчатом корпусе изолирующей системы, совершенствования технологии его изготовления и введения специальной герметизирующей прослойки, выполненной с возможностью взаимодействия с кольцевыми уплотнителями, установленными в кольцевых канавках корпуса.

Для этого, в изолирующей системе для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии, содержащей трубчатый корпус с наружной цилиндрической поверхностью, кольцевыми канавками по его концам, в которых установлены кольцевые уплотнители из резиноподобного материала, кольцевым пазом между ними, заполненным огнетеплостойким материалом, и ограничители аксиального перемещения в виде радиальных выступов, закрепленные на нем основаниями, равномерно установленные по окружности, трубчатый корпус выполнен из слоистого композиционного материала на основе армирующих волокн и полимерного термоактивного связующего с размещенной между его коаксиальными слоями внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой из упругоэластичного или термопластичного материала, расположенной на всей его длине и проходящей по дну каждой кольцевой канавки, находящейся в постоянном контакте с установленными в них кольцевыми уплотнителями.

В другом варианте изолирующая система с аналогичным техническим решением имеет кольцевую прослойку, выполненную с кольцевой седловиной под кольцевым пазом, с конгруэнтно расположенными с ней слоями композиционного материала.

В первом и втором вариантах изолирующая система может быть выполнена с торцевыми кольцевыми выступами, образованными слоями композиционного материала, охваченными непрерывной геметизирующей кольцевой прослойкой.

В любом из вариантов трубчатый корпус изолирующей системы может быть выполнен из стекловолокон или базальтоволокон или комбинации из них на основе эпоксисодержащего связующего, например эпоксидиановой смолы, эпоксихлорсодержащей смолы, типа ЭДТ-20, ЭХДУ, ЭХД-МК. В трубчатом корпусе в качестве огнетеплостойкого материала, размещенного в кольцевом пазе, содержатся сухие слои стекло- или базальтоткани в виде охватывающих одного другим витков спирали, скрепленных жгутом из стекло- или базальтоволокон, или липкой лентой.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, явялется изолирующая система по патенту ЕПВ N 0617220.

Отличительными особенностями предложенного технического решения изолирующей системы являются следующие признаки:
- выполнение трубчатого корпуса из слоистого композиционного материала, на основе армирующих волокон и полимерного термоактивного связующего,
- выполнение трубчатого корпуса с внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой, размещенной между коаксиальными слоями композиционного материала,
- выполнение кольцевой прослойки из упругоэластичного или термопластичного материала,
- расположение кольцевой прослойки на всей длине трубчатого корпуса,
- размещение герметизирующей кольцевой прослойки между слоями композиционного материала с прохождением по дну каждой кольцевой канавки трубчатого корпуса,
- наличие постоянного контакта герметизирующей кольцевой прослойки с кольцевыми уплотнителями, установленными в кольцевых канавках.

В другом варианте изолирующей системы кроме этих признаков имеются и другие признаки:
- выполнение герметизирующей кольцевой прослойки с кольцевой седловиной, расположенной под кольцевым пазом в трубчатом корпусе,
- конгруэнтное расположение слоев композиционного материала трубчатого корпуса с кольцевой седловиной и герметизирующей кольцевой прослойкой в целом.

Другими особенностями указанных вариантов технических решений изолирующей системы являются признаки:
- выполнение трубчатого корпуса с торцевыми кольцевыми выступами, образованными слоями композиционного материала,
- охват герметизирующей кольцевой прослойкой торцевых кольцевых выступов,
- выполнение трубчатого корпуса из стекловолокон или базальтоволокон или комбинации из них на основе эпоксисодержащего связующего, например эпоксидиановой, эпоксихлорсодержащей смолы типа ЭДТ-20, ЭХДУ, ЭХД-МК,
- наличие в кольцевом пазе трубчатого корпуса в качестве огнетеплостойкого материала слоев сухой стекло- или базальтоткани,
- выполнение огнетеплостойких слоев в виде охватывающих одного другим витков спирали,
- скрепление огнетеплостойких слоев жгутом из стекло- или базальтоволокон, или липкой лентой.

Указанные отличительные признаки изолирующей системы в вариантных решениях являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Исключение из трубчатого корпуса непрерывной герметизирующей кольцевой прослойки, размещенной между слоями композиционного материала, не позволяет решить поставленную задачу, так как она необходима на дне каждой кольцевой канавки, находилась в постоянном контакте с кольцевыми уплотнителями, размещенными в кольцевых канавках. При отсутствии такого контакта и при наличии размещенной между слоями композиционного материала герметизирующей кольцевой прослойки транспортируемая среда под давлением будет просачиваться через наружные слои композиционного материала и коррозионно воздействовать на сварной шов стальных трубопроводов изнутри, что недопустимо. Трубчатый корпус может быть выполнен из стекловолокон или базальтоволокон намоткой жтутами, нитями, псевдолентой или тканью из этих волокон или их комбинации, что позволяет широко варьировать возможстями производства при изготовлении изолирующих систем для сварных стальных трубопроводов. Наличие в герметизирующей кольцевой прослойке кольцевой седловины под кольцевым пазом трубчатого корпуса расширяет выполнение вариантов изолирующей системы с разнообразными трубчатыми корпусами. Выполнение на трубчатом корпусе торцевых кольцевых выступов под герметизирующей кольцевой прослойкой позволяет установку их в соединяемые стальные трубы без повреждения слоев композиционного материала, расположенных над герметизирующей кольцевой прослойкой. Слои стеклоткани или базальтоткани в виде охватывающих одного другим витков спирали, размещенной в кольцевом пазе трубчатого корпуса в качестве огнетеплостойкого материала в сухом виде без связующего, повышают надежность защиты при проведении сварочных работ.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипа, не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенную изолирующую систему соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение по изолирующей системе для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии изнутри является результатом опытно-экспериментальных работ и творческого вклада без использования стандартных разработок, рекомендаций или каких-либо указаний в данной области техники, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами и кратким их описанием.

На фиг. 1 и на фиг. 2 представлены общие виды (аксиальное сечение) изолирующей системы для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии (варианты), на фиг. 3 - поперечное сечение, показывающее расположение ограничителей аксиального перемещения вокруг трубчатого корпуса и его слоев из композиционного материала, на фиг.4 - соединение стальных трубопроводов с изолирующей системой по месту расположения сварного шва.

Более подробное описание изолирующей системы для внутренней защиты сварного шва с указанием позиций на чертежах состоит в следующем.

Изолирующая система для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии (фиг. 1 и фиг. 2) содержит трубчатый корпус 1 с наружной цилиндрической поверхностью 2, кольцевыми канавками 3, 4 и 5, 6 по его концам, в которых установлены кольцевые уплотнители соответственно 7, 8 и 9, 10 из резиноподобного материала, кольцевым пазом 11 между ними, заполненным огнетеплостойким материалом 12, и ограничители 13 аксиального перемещения в виде радиальных выступов, закрепленных на нем основаниями 14, равномерно установленные по окружности. Трубчатый корпус 1 выполнен из слоистого композиционного материала на основе армирующих волокон и полимерного термореактивного связующего с размещенными между его коаксиальными слоями 15, 16 внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой 17 из упругоэластичного или термопластичного материала, расположенной на всей его длине и проходящей по дну 18 каждой кольцевой канавки 3, 4 и 5, 6, находящейся в постоянном контакте с установленными в них кольцевыми уплотнителями 7, 8 и 9, 10. В кольцевой прослойке 17 (фиг. 2) выполнена кольцевая седловина 19, расположенная под кольцевым пазом 11 трубчатого корпуса с конгруэнтным расположением с ней слоев 15, 16 композиционного материала. На трубчатом корпусе 1 выполнены торцевые кольцевые выступы 20, 21, образованные слоями 16 композиционного материала. Трубчатый корпус 1 изолирующей системы может быть выполнен из стекловолокон или базальтоволокон, или комбинации из них на основе эпоксисодержащего связующего, например эпоксидиановой, эпоксихлорсодержащей смолы типа ЭДТ-20, ЭХДУ, ЭХД-МК. Трубчатый корпус 1 содержит в кольцевом пазе 11 в качестве огнетеплостойкого материала 12 сухие слои 22 стекло- или базальтоткани в виде охватывающих одного другим витков спирали, скрепленных жгутом из стекло- или базальтоволокон, или липкой лентой.

Использование изолирующей системы для внутренней защиты сварного шва 23 стальных трубопроводов 24, 25 от коррозии состоит в следующем. Трубчатый корпус 1 изолирующей системы устанавливают одним из его концов в концевую часть стального трубопровода 24 или 25, при этом внутренняя поверхность трубопроводов 24 и 25 перед установкой системы зачищается на длину, соответствующую ее установке. Трубчатый корпус 1 устанавливается с приложением толкающего усилия к торцевому выступу 20 или 21, под воздействием которого начинает продвигаться по каналу трубопровода 24 или 25, внутренняя поверхность которых является одновременно и направляющей и ограничительной, в результате чего соответственно кольцевые уплотнители 7, 8 или 9, 10 начинают упруго сжиматься до соответствующего внутреннего диаметра трубопровода 24 или 25, взаимодействуя непосредственно с герметизирующей кольцевой прослойкой 17, находящейся на дне 18 кольцевых канавок 3, 4 и 5, 6. Заканчивается установка трубчатого корпуса 1 в один из трубопровдов 24 или 25 до полного упора в их торец ограничителей 13 аксиального перемещения, затем на свободный конец трубчатого корпуса 1 устанавливается другой из оставшихся трубопроводов 24 или 25 до полного упора в ограничители 13. При достаточно тонких и прочных ограничителях 13 образуется узкий зазор между трубопродами 24, 25. При проверке сварного шва 23 ограничители 13 последовательно могут быть извлечены из изолирующей системы, огнетеплозащитные слои 22 из сухой стекло- или базальтоткани обеспечивают надежную защиту и изоляцию трубчатого корпуса 1 от высокой температуры, расплавленного металла, выгорания связующего композиционного материала корпуса 1.

Изолирующие системы с использованием нового технического решения были опробованы в условиях промышленного производства и всесторонне испытаны, результаты испытаний положительные.

Таким образом, новое техническое решение при реализации в изолирующих системах для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии в предложенной совокупности существенных признаков дает новый технический результат - повышенную надежную защиту и герметичность, соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения. Следует отметить, что могут быть различные варианты выполнения изолирующей системы для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии, в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема, заключенных в формуле изобретения.

Трубчатый корпус изолирующей системы может быть выполнен из стеклопластика или базальтопластика, полученного намоткой или прессованием.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении трубопроводов. Изолирующая система содержит трубчатый корпус 1 из слоистого композиционного материала, внутреннюю герметизирующую кольцевую прослойку 17 из упругоэластичного или термопластичного материала, проходящую по дну 18 каждой кольцевой канавки 3, 4 и 5, 6, находящуюся в постоянном контакте с находящимися в них кольцевыми уплотнителями 7, 8 и 9, 10. В кольцевом пазу 11 находятся сухие слои стекло- или базальтоткани в качестве огнетеплозащитного материала. Прослойка 17 размещена между конгруэнтными слоями 15, 16 композиционного материала. Повышает надежность сварного шва стальных трубопроводов. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Изолирующая система для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии, содержащая трубчатый корпус с наружной цилиндрической поверхностью, кольцевыми канавками по его концам, в которых установлены кольцевые уплотнители из резиноподобного материала, кольцевым пазом между ними, заполненным огнетеплостойким материалом, и ограничители аксиального перемещения в виде радиальных выступов, закрепленные на нем основаниями, равномерно установленные по окружности, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен из слоистого композиционного материала на основе армирующих волокон и полимерного термореактивного связующего с размещенной между его коаксиальными слоями внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой из упругоэластичного или термопластичного материала, расположенной на всей его длине и проходящей по дну каждой кольцевой канавки, находящейся в постоянном контакте с установленными в них кольцевыми уплотнителями. 2. Изолирующая система по п. 1, отличающаяся тем, что на корпусе выполнены торцевые кольцевые выступы, образованные слоями композиционного материала, охваченными внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой. 3. Изолирующая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен из стекловолокон или базальтоволокон или комбинации из них на основе эпоксисодержащего связующего, например, эпоксидиановой, эпоксихлорсодержащей смолы типа ЭДТ-20, ЭХДУ, ЭХД-МК. 4. Изолирующая система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что трубчатый корпус содержит в кольцевом пазе в качестве огнетеплостойкого материала сухие слои стекло- или базальтоткани в виде охватывающих одного другим витков спирали, скрепленных жгутом из стекло- или базальтоволокон или липкой лентой. 5. Изолирующая система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен из стеклопластика или базальтопластика, полученного намоткой или прессованием. 6. Изолирующая система для внутренней защиты сварного шва стальных трубопроводов от коррозии, содержащая трубчатый корпус с наружной цилиндрической поверхностью, кольцевыми канавками по его концам, в которых установлены кольцевые уплотнители из резиноподобного материала, кольцевым пазом между ними, заполненным огнетеплостойким материалом, и ограничители аксиального перемещения в виде радиальных выступов, закрепленные на нем основаниями, равномерно установленные по окружности, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен из слоистого композиционного материала на основе армирующих волокон и полимерного термореактивного связующего с размещенной между его коаксиальными слоями внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой из упругоэластичного или термопластичного материала, расположенной на всей его длине и проходящей по дну каждой кольцевой канавки, находящейся в постоянном контакте с установленными в них кольцевыми уплотнителями, причем в кольцевой прослойке под кольцевым пазом выполнена кольцевая седловина с конгруэнтным расположением с ней слоев композиционного материала корпуса. 7. Изолирующая система по п.6, отличающаяся тем, что на корпусе выполнены торцевые кольцевые выступы, образованные слоями композиционного материала, охваченными внутренней непрерывной герметизирующей кольцевой прослойкой. 8. Изолирующая система по п.6 или 7, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен из стекловолокон или базальтоволокон или комбинации из них на основе эпоксисодержащего связующего, например, эпоксидиановой, эпоксихлорсодержащей смолы типа ЭДТ-20, ЭХДУ, ЭХД-МК. 9. Изолирующая система по любому из пп. 6-8, отличающаяся тем, что трубчатый корпус содержит в кольцевом пазе в качестве огнетеплостойкого материала сухие слои стекло- или базальтоткани в виде охватывающих одного другим витков спирали, скрепленных жгутом из стекло- или базальтоволокон или липкой лентой. 10. Изолирующая система по любому из пп.6-9, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен из стеклопластика или базальтопластика, полученного намоткой или прессованием.