СПОСОБ МОНТАЖА МАНЖЕТЫ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЕРЕХОДА ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2023 года по МПК F16L7/02 F16J15/32 

Изобретение относится к газонефтедобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации межтрубного пространства переходов газонефтепроводов диаметром 57 - 2250 мм, прокладываемых в защитной трубе-футляре диаметром 114 - 2550 мм, под дорогами, инженерными сооружениями, водными преградами, во влажных фунтах, болотах, в районах с суровыми условиями и вечной мерзлотой.

Газонефтепровод в дальнейшем (трубопровод), при строительстве перехода протаскивают на опорно-направляющих кольцах в защитной трубе-футляре. Межтрубное пространство перехода между защитной трубой-футляром и трубопроводом, по завершению монтажа, с обеих сторон герметизируют резиновыми манжетами (далее манжета), и закрепляют хомутами на трубопроводе и защитной трубе-футляре перехода. Из-за несовершенства конструкции манжет и хомутов, грунтовые воды проникают в межтрубное пространство перехода, между трубопроводом и цилиндрической частью манжеты, в результате чего возникает коррозия, которая разрушает изоляцию, опорные кольца, трубопровод, приборы контроля и сокращает срок эксплуатации трубопровода, особенно в районах с суровыми условиями, вечной мерзлотой и в болотистой местности.

Известно техническое решение, хомут для крепления манжеты, патент РФ №2229652 МПК С 17 F16L 33/08, 33/02. Сущность изобретения заключается в том, что хомут выполнен односекционным, двухсекционным, либо трехсекционным, в зависимости от диаметра труб, каждая секция выполнена из обжимного элемента и двух упоров, которые выполнены из металлических уголков. Один из упоров приварен на обжимном элементе, на расстоянии 50-300 мм от его конца, а второй упор приварен заподлицо к другому концу обжимного элемента и параллельно ему, по всей длине упора.

С нижней стороны упора приварен ограничитель из того же материала, что и обжимной элемент, при этом концы обжимного элемента и ограничителя, со стороны стягивания хомута, срезаны под углом 30-45°, а расстояние между ними выбрано величиной, достаточной для прохождения в нем свободного конца обжимного элемента.

Недостаток данного технического решения заключается в том, что сложно герметизировать на трубопроводе и защитной трубе-футляре торцевые части манжеты хомутами, в местах болтовых соединений упоров сегментов друг с другом. При затяжке болтового соединения упоров, которые выполнены из металлических уголков 40×40×4 мм, торцевая плоская нижняя часть уголка поднимается вверх за счет давления обжимного элемента, и открывается свободное пространство между манжетой толщиной стенки S-8-10 мм, трубопроводом и защитной трубой-футляром, в которое проникает влажная среда и грунтовые воды.

Известно также техническое решение патент РФ 2526137 МПК F16L 1/028, F16L 7/00, который принят за прототип, где устройство хомутов выполнено аналогично патенту РФ №2229652. Манжета выполнена с гофрой, под посадочные места манжеты нанесена самовулканизирующаяся резиновая лента для надежной герметизации межтрубного пространства перехода. Но полностью этот недостаток не устранен, т.к. для самовулканизирующейся резиновой ленты требуется сухая среда при вулканизации. Поэтому самовулканизирующуюся резиновую ленту необходимо сохранять в сухом виде, без влажной среды, до полной ее вулканизации. Либо применять резиновую ленту с минимальным сроком самовулканизации, что также является существенным недостатком манжеты.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и разработка способа монтажа манжеты для герметизации перехода трубопровода, позволяющем обеспечить надежную герметизацию межтрубного пространства перехода трубопровода от проникновения влаги.

Заявленный способ может быть использован при строительстве новых переходов трубопровода, а также при ремонте существующих переходов трубопровода.

Поставленная задача достигается тем, что для монтажа используют манжету, на торцевой части цилиндрических участков которой выполнены концевые участки с загибом вовнутрь, имеющие в свободном состоянии форму плоского кольца и составляющие единое целое с манжетой. Концевые участки манжеты выполнены шириной 30-100 мм, монтируются без крепления на трубопроводе и защитной трубе-футляре. Каждый концевой участок и часть смежного цилиндрического участка выполнены с возможностью одновременного заворачивания при монтаже манжеты на внешнюю поверхность другой части этого смежного цилиндрического участка. Указанное заворачивание открывает на трубопроводе или защитной трубе-футляре, соответственно, посадочное место для укладки самовулканизирующейся резиновой ленты заданной ширины. После укладки самовулканизирующейся резиновой ленты на посадочные места каждый концевой участок и часть смежного цилиндрического участка отворачивают поверх самовулканизирующейся резиновой ленты, расправляют их для плотного и равномерного обжатия самовулканизирующихся резиновых лент по всей ширине на трубопроводе и защитной трубе-футляре. При этом концевые участки плотно и равномерно обжимают посадочные места на трубопроводе и защитной трубе-футляре, а также в торцевой части самовулканизирующейся резиновой ленты, обеспечивая полную вулканизацию в сухом виде, без влажной среды, повышая надежность герметизации межтрубного пространства перехода трубопровода.

Сущность изобретения заключается в том, что герметизация перехода трубопровода, проложенного в защитной трубе-футляре, обеспечивается за счет монтажа манжеты, выполненной из эластичного материала, преимущественно из резины. Манжета включает два цилиндрических участка различных диаметров, соединяющий их переходный участок, а также два концевых участка, каждый из которых перед монтажом имеет форму плоского кольца с загибом внутрь соответствующего смежного цилиндрического участка. Перед монтажом манжеты каждый концевой участок и часть смежного цилиндрического участка наружной стороной заворачивают на другую часть смежного цилиндрического участка. При монтаже манжету перемещают по трубопроводу и одевают цилиндрическими участками на трубопровод и защитную трубу-футляр соответственно - цилиндрическим участком большего диаметра на защитную трубу-футляр. На посадочные места под цилиндрические участки на трубопроводе и защитной трубе-футляре наносят самовулканизирующуюся резиновую ленту заданной ширины. Затем отворачивают части цилиндрических участков и концевые участки поверх самовулканизирующейся резиновой ленты, расправляют их для плотного и равномерного обжатия самовулканизирующихся резиновых лент по всей ширине на трубопроводе и защитной трубе-футляре, а также для обжатия каждым концевым участком посадочного места на трубопроводе или защитной трубе-футляре, и торцевой части самовулканизирующейся резиновой ленты. Затем поверх цилиндрических участков устанавливают и обжимают хомуты-стяжки.

После монтажа манжеты ее концевые участки, препятствуют проникновению влаги к самовулканизирующейся резиновой ленте, за счет усилия обжатия, которое рассчитывается при изготовлении для различных диаметров манжеты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показана манжета в рабочем положении с отвернутыми концевыми участками, а на виде А показана манжета на трубопроводе и защитной трубе-футляре с завернутыми концевыми участками перед монтажом;

на фиг. 2 показана манжета в аксонометрии, с концевыми участками, выполненными в форме плоского кольца с загибом внутрь цилиндрических участков;

на фиг. 3 показана схема расчета напряжения растяжения концевых цилиндрических участков манжеты в свободном положении.

Изображенные на чертежах элементы обозначены следующими позициями:

1 - манжета для герметизации межтрубного пространства перехода;

2 - трубопровод;

3 - защитная труба-футляр;

4 - концевые участки манжеты;

5 - цилиндрические участки манжеты;

6 - самовулканизирующаяся резиновая лента;

7, 8 - хомуты стяжки для крепления манжеты на трубопроводе и защитной трубе-футляре;

9 - гофра манжеты;

10 - переходный участок, включающий гофру и вертикально-плоскую часть манжеты, соединяющие два цилиндрических участка различных диаметров;

11 - опорно-направляющие кольца.

Манжета 1 (фиг. 1, 2, 3) выполнена из эластичного материала, например резины, предназначена для герметизации межтрубного пространства перехода трубопровода 2, прокладываемого в защитной трубе-футляре 3 под автомобильными, железными дорогами, инженерными сооружениями, водными преградами, во влажных грунтах, болотах, в районах с суровыми условиями и вечной мерзлотой. Манжета содержит концевые участки 4, выполненные в свободном состоянии в форме плоского кольца (Фиг. 1, 2), с загибом во внутренние цилиндрические участки 5, и составляющие единое целое с манжетой.

Концевые участки манжеты 4 выполнены с толщиной стенки меньше по отношению к цилиндрическим участкам 5 с возможностью одновременного заворачивания концевых участков 4 и части смежных цилиндрических участков (см. вид А на фиг. 1) при монтаже на внешнюю поверхность другой части смежных цилиндрических участков 5. Заворачивание упомянутых участков необходимо для укладки на посадочные места на поверхности трубопровода 2 и защитной трубы-футляра 3 самовулканизирующейся резиновой ленты 6 заданной ширины.

Отворачивание завернутых элементов (концевых участков 4 и части смежных им цилиндрических участков 5) при монтаже обеспечивает обжатие концевыми участками 4 посадочных мест на поверхности трубопровода 2 и защитной трубы-футляра 3, а также торцевой части самовулканизирующейся резиновой ленты 6, за счет выполнения концевых участков 4 в форме плоского кольца в свободном состоянии манжеты.

Цилиндрические участки манжеты при эксплуатации воспринимают нагрузки, как на растяжение, так и на сжатие. И, несмотря на то, что манжета закрепляется хомутами стяжками на трубопроводе и защитной трубе-футляре, в конструкции манжеты, не имеющей концевых частей, влажная среда проникает в межтрубное пространство перехода в местах болтовых соединений хомутов и между трубопроводом, защитной трубой-футляром и манжетой при перемещении трубопровода в осевом направлении в период эксплуатации перехода.

Согласно предложенному изобретению для монтажа используют манжету с концевыми участками, имеющими в свободном состоянии форму плоского кольца с заданным диаметром, которые после монтажа обеспечивают необходимые усилия обжатия трубопровода и защитной трубы-футляра перед цилиндрическими участками и на всем протяжении концевых участков манжеты, тем самым достигая герметичности манжеты.

Расчетные величины напряжения растяжения концевого участка могут быть определены, например, следующим образом (см. фиг. 3).

Определим величину растяжения λ кромки концевого участка 4 манжеты на трубопроводе 2:

- наружный диаметр трубы (трубопровода 2);

D_o - внутренней диаметр концевой части 4 в виде плоского кольца.

Степень растяжения составит:

ε=1-λ

Модуль упругости Е резины манжеты при твердости Н=55-60 усл. ед. Шор А составляет ~ 2,5 МПа.

Тогда напряжение растяжения на кромке концевого участка при монтаже манжеты на трубе составит:

Аналогично производятся расчеты для концевого участка 4 манжеты на защитной трубе-футляре.

Пример расчета приведен в таблице:

Таким образом, при диаметре трубопровода 1420 мм напряжение растяжения на кромке концевого участка 4 составит 1,6…3,75 кг/см², а при диаметре трубы-футляра 1720 мм напряжение растяжения на кромке концевого участка составит 1,3…3,03 кг/см².

Монтаж манжеты на трубопроводе и защитной трубе-футляре осуществляют следующим образом.

По окончании протаскивания трубопровода 2 на опорно-направляющих кольцах в защитную трубу-футляр 3, осуществляют монтаж манжеты 1. Монтаж осуществляют путем одновременного заворачивания концевого участка 4 и части смежного цилиндрического участка 5 для трубопровода 2 (см. Фиг. 1 и вид. А) наружной их стороной сверху на другую часть смежного цилиндрического участка 5 манжеты, для свободного продвижения концевого участка 4 манжеты по трубопроводу 2 к защитной трубе-футляру 3, т.к. концевой участок 4 выполнен диаметром меньше, по отношению к диаметру смежного цилиндрического участка 5 и при движении манжеты 1 по трубопроводу 2 к защитной трубе-футляру 3 он мешает продвижению манжеты. Аналогичным образом одновременно заворачивают концевой участок 4 и часть смежного ему цилиндрического участка 5 манжеты для защитной трубы-футляра. Затем на посадочное место под манжету на трубопроводе 2 укладывают самовулканизирующуюся резиновую ленту 6 заданной ширины. Аналогичным образом при установке манжеты на защитной трубе-футляре укладывают самовулканизирующуюся резиновую ленту на посадочное место под манжету.

После чего, также одновременно, отворачивают концевой участок 4 и часть смежного ему цилиндрического участка 5 поверх самовулканизирующейся резиновой ленты 6, расправляют их на всю длину, путем растягивания и опускают на трубопровод 2, для его обжатия. Концевой участок и часть смежного ему цилиндрического участка на защитной трубе-футляре 3 отворачивают аналогичным образом. Герметизация манжеты осуществляется за счет плотного обжатия концевыми участками 4 трубопровода 2 и защитной трубы-футляра 3 соответственно, а также торцевой части каждой самовулканизирующейся резиновой ленты. Такой способ монтажа манжеты позволил решить одну из важных задач - остановить проникновение влажной среды через торцевые неплотности самовулканизирующейся резиновой ленты 6, а также через торцевые неплотности цилиндрических участков 5 и в местах болтовых соединений хомутов стяжек 7, 8, для крепления резиновой манжеты на трубопроводе и защитной трубе-футляре.

Проведенные испытания показали ряд преимуществ изобретения: надежная герметизация межтрубного пространства перехода, низкая себестоимость предложенного решения. Незначительные затраты по времени при монтаже манжеты на трубопроводе и защитной трубе-футляре. Возможность применения самовулканизирующейся резиновой ленты с различными сроками вулканизации, вплоть до трех лет, т.к. концевые цилиндрические участки манжеты еще долго будут сохранять свои растягивающие напряжения с обеспечением герметичности манжеты.

По истечению от одного года со дня монтажа резиновых манжет, самовулканизирующаяся резиновая лента, под давлением хомутов стяжек для крепления резиновых манжет привулканизовывается к трубопроводу, защитной трубе-футляру и сохраняет способность герметизации межтрубного пространства в течение всего срока эксплуатации перехода, более 30 лет.

Изобретение может быть использовано для герметизации межтрубного пространства переходов газонефтепроводов, прокладываемых в защитной трубе-футляре. Герметизация обеспечивается за счет монтажа манжеты, выполненной из эластичного материала, преимущественно из резины, включающей два цилиндрических участка различных диаметров и соединяющий их переходный участок. Манжета содержит два концевых участка, каждый из которых перед монтажом имеет форму плоского кольца с загибом внутрь соответствующего смежного цилиндрического участка. Перед монтажом манжеты каждый концевой участок и часть смежного цилиндрического участка наружной стороной заворачивают на другую часть смежного цилиндрического участка. При монтаже манжету перемещают по трубопроводу и одевают цилиндрическими участками на трубопровод и защитную трубу-футляр соответственно. На посадочные места под цилиндрические участки на трубопроводе и защитной трубе-футляре наносят самовулканизирующуюся резиновую ленту заданной ширины. Затем отворачивают части цилиндрических участков и концевые участки поверх самовулканизирующейся резиновой ленты, расправляют их для плотного и равномерного обжатия самовулканизирующихся резиновых лент по всей ширине на трубопроводе и защитной трубе-футляре, а также для обжатия каждым концевым участком посадочного места на трубопроводе или защитной трубе-футляре, и торцевой части самовулканизирующейся резиновой ленты. Затем поверх цилиндрических участков устанавливают и обжимают хомуты-стяжки. Изобретение позволяет повысить герметичность межтрубного пространства перехода и обеспечить возможность применения самовулканизирующейся резиновой ленты с различными сроками вулканизации. 4 ил.

Способ монтажа манжеты для герметизации перехода трубопровода, проложенного в защитной трубе-футляре, характеризующийся тем, что манжету, выполненную из эластичного материала, преимущественно из резины, включающую два цилиндрических участка различных диаметров и соединяющий их переходный участок, одевают цилиндрическими участками на трубопровод и защитную трубу-футляр соответственно, на посадочные места под цилиндрическими участками наносят самовулканизирующуюся резиновую ленту заданной ширины, поверх цилиндрических участков устанавливают и обжимают хомуты-стяжки, отличающийся тем, что манжета содержит два концевых участка, каждый из которых перед монтажом имеет форму плоского кольца с загибом внутрь соответствующего смежного цилиндрического участка, перед установкой манжеты каждый концевой участок и часть смежного цилиндрического участка наружной стороной заворачивают на другую часть смежного цилиндрического участка, затем манжету перемещают по трубопроводу и цилиндрическим участком большего диаметра одевают на защитную трубу-футляр, на посадочные места на трубопроводе и защитной трубе-футляре наносят самовулканизирующуюся резиновую ленту заданной ширины, после чего отворачивают части цилиндрических участков и концевые участки поверх самовулканизирующейся резиновой ленты, расправляют их для плотного и равномерного обжатия самовулканизирующихся резиновых лент по всей ширине на трубопроводе, защитной трубе-футляре для обжатия каждым концевым участком посадочного места на трубопроводе и защитной трубе-футляре, а также на торцевой части самовулканизирующейся резиновой ленты.