ТРУБОПРОВОД И СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F16L1/28 

Группа изобретений относится к области строительства трубопроводов для транспортировки различных сред.

В настоящее время при сооружении трубопроводов широко используют гидрофобные материалы, расположенные вокруг труб, и засыпку грунтом (см. патент США N 3655564, 1972 г.). Наиболее близким к заявленному изобретению является трубопровод, содержащий гидрофобный материал в виде гранул с гидрофобизирующим покрытием, в котором расположена труба, и способ его формирования путем насыпки указанного материала, укладки на него трубы и засыпки трубы указанным материалом (SU 513161, 1975).

Недостатком известного технического решения является недостаточная степень гидрофобности используемых в них материалов и ее недостаточная стабильность в зависимости от температуры прогрева и длительности прогрева, а также высокая стоимость засыпной гидроизоляции.

Технический результат, на достижение которого направлены предлагаемые изобретения, заключается в повышении степени гидрофобности используемых материалов и стабильности гидрофобности, а также снижении стоимости.

Указанный результат достигается тем, что в трубопроводе, содержащем гидрофобный материал, в котором расположена труба, в качестве гидрофобного материала использован гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный тальк-хлорит.

В способе формирования трубопровода, заключающемся в том, что насыпают гидрофобный материал, укладывают на него трубу, засыпают ее гидрофобным материалом, в качестве гидрофобного материала используют гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный тальк-хлорит.

Сущность изобретений поясняется чертежами.

На фиг. 1 показаны этапы формирования трубопровода; на фиг. 2 - теплопровод бесканальной прокладки; на фиг. 3 - трубопровод в траншее без основания; на фиг. 4 - трубопровод с иным вариантом основания.

Трубопровод (фиг. 1) содержит подготовку 1 из щебня, размещенное на ней песчаное основание 2 и засыпку 3 гидрофобным материалом поверх них. Труба 4 (подающая и обратная трубы) размещена в засыпке 3 внутри опалубки 5 (металлические боковые стенки), снаружи которой имеется засыпка 6 грунтом и рулонная гидроизоляция 7.

Способ формирования трубопровода осуществляется следующим образом.

На дно траншеи засыпают подготовку 1 из щебня. Поверх нее засыпают песчаное основание 2 и устанавливают опалубку 5. Внутрь опалубки насыпают слой гидрофобного материала и укладывают на него трубу 4. Делают засыпку гидрофобным материалом внутри опалубки 5 и засыпку 6 грунтом за опалубкой 5. Укладывают поверх засыпки 3 гидроизоляцию 7 и засыпают траншею грунтом. Возможны варианты отсутствия опалубки (фиг. 2) размещения засыпки 3 непосредственно в траншее (фиг. 3) или в специальном корпусе 8 в случае надземной прокладки трубопровода (фиг. 4).

В качестве гидрофобного материала используют гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный тальксодержащий минерал, такой как тальк-хлорит. Тальк-хлорит Кольского месторождения имеет следующий минералогический состав (масс.%):
тальк - 46
хлориты - 32-35
карбонаты - 18-27
рудные карбонаты - 1,4-3,5.

В качестве гидрофобизатора используют известные гидрофобизаторы минеральных порошков - синтетические жирные кислоты с числом атомов углерода от 15 до 18 или их соли (Na, K, Mg, Ca, Zn, Al). Такими кислотами являются, например стеариновая (C₁₇H₃₅COOH), пальмитиновая (C₁₅H₃₁COOH), а также их смеси с примесями других высших жирных кислот, таких как линолевая (C₁₇H₃₁COOH). Гидрофобизатор составляет 0,24 масс.% засыпки.

Анализ и предварительные экспериментальные проработки показывают значительные преимущества талька перед используемыми в настоящее время материалами для теплогидроизоляции тепловых сетей, особенно для бесканальной прокладки:
а) хорошие показатели свойств гидрофобизированных тальксодержащих минералов. Например, показатели тальк-хлорита: насыпная плотность - 830-900 кг/м³, дисперсность 380-620 м²/кг, гидрофобность (методом кали на порошке) - 29^o, сорбционное увлажнение 3,1%, расход гидрофобизатора (синтетические жирные кислоты с C_16-18 или их соли) - 0,24%, рабочая температура применения - до 320^oC.

б) малая влагоемкость тальксодержащих минералов позволяет отказаться от сушки материала перед помолом, обеспечивает упрощенную круглогодичную эксплуатацию линии по производству гиброфобизированного талька, упрощает и удешевляет транспортировку талькового камня к заводам по его переработке в порошок для засыпки.

в) природная гидрофобность тальксодержащих минералов позволит снизить расход гидрофобизатора без ухудшения свойств конечного продукта. В опытных работах дозировка гидрофобизатора снижена до 0,24 масс.% против 0,9 масс.% для мела.

г) тальксодержащие минералы характеризуются меньшей коррозионной активностью к стали, чем карбонат кальция (мел), кроме того, они отличаются высоким омическим сопротивлением, что очень важно для надежной защиты тепловых сетей от разрушения блуждающими токами. Совокупно это обеспечит большую экономию на защите труб от коррозии.

д) тальксодержащие минералы в сравнении с мелом имеют меньшее сорбционное увлажнение водными парами и общее увлажнение при постепенном снижении гидрофобности при длительной эксплутации.

е) тальксодержащие минералы стойки в слабокислых и поэтому могут надежно эксплуатироваться при бесканальной прокладке в кислых почвах.

Тальк и тальксодержащие минералы способны образовывать с гидрофобизаторами физико-химические связи за счет свободных гидроксильных групп, имеющихся в кристаллической структуре талька и склонных к взаимодействию с молекулами гидрофобизатора. Это приводит к улучшению со временем гидрофобности засыпки и ее стабильности.

Такой технический результат объясняется следующим.

Гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный мел в условиях засыпки ведут себя по-разному, что обусловлено различной химической природой талька и мела.

Формула талька выражается следующим образом:
Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂
Каждый элементарный пакет молекулярной кристаллической структуры образован двумя бесконечными плоскими сетками из 6-членных колец [SiO₄]-тетраэдров, между которыми расположены октаэдры Mg(O,OH)₆ (см. Горная энциклопедия, т. 5, М.: Советская энциклопедия, 1991, с. 116). В каждом октаэдре имеются две свободные гидроксильные группы, склонные к замещению.

При гидрофобизации мела (CaCO₃), не имеющего свободных гидроксильных групп, молекулы гидрофобизатора не образуют химических связей с частицами мела, а просто физически адсорбируются на ее поверхности. В то время как при гидрофобизации талька молекулы гидрофобизатора адсорбируются на поверхности частиц талька с прочными химическими связями, замещая в указанных октаэдрах группы OH и образуя связи с магнием по следующей схеме:
2(C_nH_mCOOH) + Mg(OH)₂ = (C_nH_mCOO)₂Mg + 2H₂O
или
2(C_nH_mCOONa) + Mg(OH)₂ = (C_nH_mCOO)₂Mg + 2NaOH
Если с частиц мела гидрофобизатор в процессе эксплуатации при высоких температурах приобретает тенденцию к испарению, то с частиц талька гидрофобизатор, как показали исследования, не испаряется за счет наличия прочных связей его с магнием.

Приведенные схемы взаимодействия присущи и тальк-хлориту, представляющему собой тальк с примесью минералов группы хлорита.

Таким образом, свойство гидрофобизированного талька, а также гидрофобизированного тальк-хлорита сохранять свои гидрофобные свойства со временем является новым, не вытекает с очевидностью из известных свойств талька. А при использовании гидрофобизатора солей жирных кислот гидрофобные свойства гидрофобизирующего талька могут улучшаться за счет растворения в воде новых молекул соли и вступления их в химическую реакцию с тальком.

По химическому и минералогическому составу тальксодержащие минералы полностью удовлетворяют требованиям к порошкам для бесканальной прокладки, поэтому вся их переработка сводится к дроблению и помолу.

Изобретение относится к строительству и используется при сооружении подземных трубопроводов. Трубопровод укладывают на основание из гидрофобного материала и засыпают гидрофобным материалом. В качестве последнего используют гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный тальк-хлорит, которые сохраняют свои гидрофобные свойства с течением времени, повышают надежность трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трубопровод, содержащий гидрофобный материал, в котором расположена труба, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного материала использован гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный тальк-хлорит. 2. Способ формирования трубопровода, заключающийся в том, что насыпают гидрофобный материал, укладывают на него трубу и засыпают ее гидрофобным материалом, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного материала используют гидрофобизированный тальк или гидрофобизированный тальк-хлорит.