Футеровочный шланг, секция нагнетательного трубопровода с футеровочным шлангом, способ восстановления старого трубопровода текучей среды, а также способ дополнения нагнетательного трубопровода Российский патент 2023 года по МПК F16L11/00 F16L55/165 B32B5/02 D03D15/56 

Данное изобретение касается футеровочного шланга, сформированного минимум из трех слоев шланга, в частности, для восстановления или усиления/дополнения систем, проводящих текучую среду. Футеровочный шланг включает в себя по меньшей мере один внутренний слой шланга, по меньшей мере один средний слой шланга, имеющий бесшовную ткань, образованную из основных и уточных нитей, причем основные нити проходят в продольном направлении, а уточные нити - в окружном направлении футеровочного шланга, и по меньшей мере один внешний слой шланга. Далее, изобретение касается секции нагнетательного трубопровода с этим футеровочным шлангом, а также способа восстановления уже проложенного старого (изношенного) трубопровода для текучей среды и для дополнения (вновь проложенного) нагнетательного трубопровода с использованием футеровочного шланга.

В случае родовых шланговых систем, которые применяются, например, для восстановления старых трубопроводов для текучих сред, таких как существующие трубопроводы свежей воды или трубопроводы сточных вод, применяется так называемый способ замены футеровки тканевыми шлангами. При этом тканевый шланг - так называемый вкладыш (Inliner) - с пропитанным смолой внутренним слоем, вывернутым наружу, помещается в восстанавливаемый трубопровод, так что пропитанный смолой слой находится снаружи. Посредством воздействия давлением достигается, чтобы пропитанный смолой внешний слой приклеивался к внутренней стороне трубопровода для текучей среды. Таким образом восстанавливаются требующие восстановления трубопроводы.

В этой связи, например, DE 10 2016 109 843 A1 описывает футеровочный шланг для восстановления проводящих текучие среды систем с внутренним пленочным шлангом на основе термопластичного полимера, с внешним пленочным шлангом на основе термопластичного полимера и с по меньшей мере одним пропитанным отверждаемой смолой волоконным шлангом между внутренним и внешним пленочным шлангом на основе композитного материала из полученных промышленным путем неорганических волокон, природных волокон или минеральных волокон и химических волокон.

Эти известные, пропитанные отверждаемой смолой волоконные шланги имеют, однако, тот недостаток, что восстанавливающий шланг должен быть по всей поверхности приклеен с прочным прилеганием к старому трубопроводу текучей среды. Аккуратное и надежное приклеивание требует исключительно затратную предварительную обработку металлической поверхности на внутренней стороне старого трубопровода для текучей среды (очищение, пескоструйная обработка, удаление заусенцев), что связано с высокими расходами. Этот восстанавливающий шланг имеет обусловленную материалом малую газонепроницаемость. Из-за этого место плохого (отсутствующего) приклеивания приводит к образованию давления газа между трубой и шлангом, что может приводить к отделению восстанавливающего шланга. К тому же, помещение восстанавливающего шланга в старую трубу с помощью способа выворачивания посредством сжатого воздуха и реверсионной камеры ограничивает длину восстановления максимум 250 метрами.

Известны и другие тканевые шланги, как например, раскрывает DE 199 41 669 C2, которые могут использоваться для трубопроводов высокого давления для текучей среды с образованной из основных и уточных нитей тканью из высокопрочных волокон, причем эта ткань расположена между внутренним и внешним покрытием из термопластичного полимера.

Несмотря на то, что этими известными тканевыми шлангами надежно восстанавливаются нагнетательные трубопроводы, все же они имеют и другие недостатки. Известные футеровочные шланги лишь сравнительно ограниченно могут быть использованы в нагнетательных трубопроводах с более сильно изменяющимися диаметрами. В частности, при обусловленном коррозией или предшествующими работами по мелкому ремонту относительно сильно изменяющемся внутреннем диаметре старых трубопроводов для текучей среды необходимо, чтобы футеровочный шланг соответствовал этим изменениям диаметра без риска повреждения слоев, или, например, ткани, при нагружении давлением. Также в зоне соединителей, с помощью которых соединяются друг с другом два участка нагнетательного трубопровода, футеровочный шланг подвергается действию относительно высоких радиальных сил. Из-за этого необходимо часто предоставлять для различных диаметров восстанавливаемых систем соответственно различные футеровочные шланги с подогнанными диаметрами.

Поэтому задача данного изобретения - предоставить футеровочный шланг, который при обеспечении максимально незначительных затратах на монтаж сформирован более стойким в отношении изменяющихся диаметров в подлежащих дополнению системах, проводящих текучие среды.

Согласно изобретению это решается тем, что уточные нити имеют большую эластичность, чем основные нити.

Таким образом, предоставляется футеровочный шланг, гибкость которого в радиальном направлении значительно увеличивается. Тем самым могут быть восстановлены или дополнены также и нагнетательные трубопроводы, имеющие большие отклонения в диаметре относительно номинального диаметра. Ткань футеровочного шланга не повреждается даже после возобновленного нагружения давлением нагнетательного трубопровода, оснащенного футеровочным шлангом, и, следовательно, выполнена максимально долговечно. К тому же основные нити могут быть выполнены насколько возможно слаборастяжимыми/жесткими, чтобы позволить втягивание футеровочного шланга в существующий нагнетательный трубопровод.

Последующие предпочтительные исполнения заявлены в зависимых пунктах и далее пояснены более подробно.

Соответственно, также предпочтительно, если уточные нити имеют от двукратно до двадцатикратно, предпочтительно, от семикратно до двенадцатикратно большую эластичность, чем основные нити. За счет этого еще более повышается радиальная гибкость всего футеровочного шланга.

К тому же является предпочтительном, если упомянутые по меньшей мере три слоя шланга сформированы таким образом, чтобы футеровочный шланг между свободным от давления состоянием и нагруженным давлением состоянием своего внутреннего пространства совершал расширение диаметра между 5% и 50%, предпочтительно между 10% и 20%, особо предпочтительно на 15%. Вследствие этого, максимально ловко выравниваются обычно возникающие колебания диаметра. Под нагруженным давлением состоянием следует понимать состояние, в котором во внутреннем пространстве футеровочного шланга (в зависимости от выбранного внешнего диаметра) прикладывается определенное давление, так что футеровочный шланг плотно прилегает к внутренним стенками восстанавливаемой трубы («tight fit» - плотная посадка).

Если футеровочный шланг (в нагруженном давлением/расширенном состоянии) имеет внешний диаметр между 100 мм и 1000 мм, то он может быть вставлен максимально разнообразно в имеющиеся нагнетательные трубопроводы.

К тому же оказалось особо предпочтительным, если уточные нити и/или основные нити (и/или все остальные компоненты футеровочного шланга) являются стойкими по отношению к (добытым/встречающимся, в частности, при нефтедобыче) текучим средам, предпочтительно к сырой нефти и/или полученному из сырой нефти топливу/горючему, такому как бензин или дизель, и/или другим продуктам переработки сырой нефти, и/или к агрессивным промышленным стокам. Благодаря этому футеровочный шланг является применяемым максимально разнообразно.

К тому же, является предпочтительным, если уточные нити содержат волокна из полифениленсульфида (PPS) или полностью состоят из полифениленсульфида (PPS). Благодаря этому образуется максимально разнообразно используемый футеровочный шланг.

Если уточные нити и/или основные нити (и/или все остальные компоненты футеровочного шланга) являются стойкими по отношению к температурам до 80°С, далее предпочтительно по отношению к температурам до 120°C, то область использования футеровочного шланга, в частности, в нефтяной и газовой промышленности, еще более расширяется. В целом, за счет этого предоставляется для использования стойкий к старению футеровочный шланг.

Альтернативно описанной ранее предпочтительной области применения футеровочного шланга для транспортировки сырой нефти и проч., футеровочный шланг согласно одному другого предпочтительному исполнению используется для транспортировки (холодной) свежей воды/в трубопроводах питьевой воды. При этом, в частности, предпочтительно, если уточные нити состоят из PBT, PET, PA и/или PES. В этом случае далее является предпочтительным, если уточные нити имеют способность к растяжению на 40%.

В отношении внутренних и внешних слоев шланга также оказалось полезным для эффективного изготовления, если материал внутреннего слоя шланга и/или материал внешнего слоя шланга является полимерным, предпочтительно термопластичным материалом.

В отношении материала внутреннего слоя шланга также оказалось предпочтительным для экономичного изготовления, если термопластичный полимер внутреннего слоя шланга выбран из группы, состоящей из полиолефина, полиамида, простого полиэфира, сложного полиэфира, полиуретана, фторполимеров, таких как, например, поливинилиденфторид, или их смесей.

В отношении материала внешнего слоя шланга также оказалось предпочтительным для экономичного изготовления, если термопластичный полимер выбран из группы, состоящей из полиолефина, полиамида, простого полиэфира, сложного полиэфира, полиуретана, фторполимеров, таких как, например, поливинилиденфторид, или их смесей.

Если основные нити содержат волокна из арамида, арамид-сополимера, базальта, карбона и/или стекловолокна или полностью состоят из арамида, арамид-сополимера, базальта, карбона и/или стекловолокна, то и эти основные нити могут быть изготовлены максимально эффективно.

При этом соответствующие слои шланга (внутренний слой шланга, средний слой шланга и внешний слой шланга) находятся предпочтительно в контакте друг с другом. В частности, при этом слои шланга находятся в контакте друг с другом через их оболочковые поверхности (внутренняя оболочковая поверхность и/или внешняя оболочковая поверхность).

Оказалось предпочтительным, если внутренний слой шланга и/или внешний слой шланга имеют толщину между 1 мм и 4 мм, предпочтительно толщину в 2 мм.

Если футеровочный шланг имеет длину между 1000 м и 4000 м, то могут быть закончены за один ход (без прерывания и без промежуточных соединений) максимально длинные участки нагнетательных трубопроводов или старых трубопроводов текучих сред.

Предпочтительно линейная плотность основных нитей ткани составляет, по меньшей мере, 4000 дтекс и самое большее 15000 дтекс.Наиболее предпочтительно линейная плотность основных нитей футеровочного шланга составляет, по меньшей мере, 6000 дтекс и самое большее 12000 дтекс.

Предпочтительно линейная плотность уточных нитей ткани составляет, по меньшей мере, 15000 дтекс и самое большее 25000 дтекс.

Далее, изобретение касается секции нагнетательного трубопровода для транспортировки текучей среды, с состоящей предпочтительно из металла, такого как сталь, внешней трубой и прилегающим изнутри к внешней трубе, соответствующим изобретению футеровочным шлангом согласно, по меньшей мере, одному из ранее описанных исполнений.

Кроме того, изобретение касается способа восстановления уже проложенного старого трубопровода для текучей среды, при этой сначала соответствующий изобретению футеровочный шланг согласно по меньшей мере одному из ранее описанных исполнений втягивается в старый трубопровод для текучей среды, и затем футеровочный шланг нагружают внутренним давлением таким образом, чтобы футеровочный шланг изнутри прилегал к старому трубопроводу для текучей среды.

Также изобретение касается способа дополнения (вновь проложенного) нагнетательного трубопровода, включающего в себя следующие этапы:

a) предоставление нагнетательного трубопровода, и

b) втягивание соответствующего изобретению футеровочного шланга согласно, по меньшей мере, одному из ранее описанных исполнений в нагнетательный трубопровод.

В качестве текучей среды конкретно, в общем, обозначается среда, которая не оказывает сопротивления сколь угодно медленному сдвигу. Стоящее выше понятие «текучая среда» обозначает газы и жидкости, поскольку большинство физических законов в равной степени действуют для обоих агрегатных состояний, а многие из свойств отличаются лишь количественно, но не качественно.

Под тканями понимаются, в общем, имеющие плоскую форму текстильные изделия, по меньшей мере, из двух перекрещенных под прямым углом систем нитей, при этом так называемая основная нить проходит в продольном направлении, а так называемая уточная нить перпендикулярно к ней.

Остальные подробности, аспекты и преимущества данного изобретения вытекают из последующего описания исполнений на основе чертежей.

Показано:

Фиг. 1 - изображение в перспективе местного разреза соответствующего изобретению футеровочного шланга, сформированного согласно одному предпочтительному примеру исполнения, при этом хорошо различима трехслойная структура футеровочного шланга,

Фиг. 2 - подробный вид предпочтительно использованной на фиг. 1 ткани с изображением различных основных и уточных нитей,

Фиг. 3 - подробный вид альтернативно фиг. 2 примененной ткани с изображением различных основных и уточных нитей,

Фиг. 4 - схематичное изображение трехслойной структуры, использованной в футеровочном шланге по Фиг. 1, а также

Фиг. 5 - схематичное изображение последовательности этапов способа изготовления секции нагнетательного трубопровода с применением соответствующего изобретению футеровочного шланга.

Фигуры имеют лишь схематичную природу и, следовательно, служат исключительно для понимания изобретения. Одинаковые элементы снабжены одними и теми же ссылочными позициями.

Соответствующий изобретению футеровочный шланг 2 имеет согласно фиг. 1 и 4 трехслойную структуру, состоящую из внутреннего слоя 4 шланга, среднего слоя 6 шланга, включающего в себя ткань 16, и внешнего слоя 8 шланга. Футеровочный шланг 2 используется согласно изобретению, как поясняется далее в сочетании с фиг. 5, либо для внутреннего покрытия новых секций 18 нагнетательного трубопровода, для дополнения/усиления уже проложенных новых нагнетательных трубопроводов или альтернативно для восстановления (реконструкции) уже проложенных старых трубопроводов для текучих сред, которые, например, из-за коррозии потеряли прочность.

Футеровочный шланг 2 имеет в целом гибкую структуру. Предпочтительно футеровочный шланг 2 перед помещением в нагнетательный трубопровод намотан на транспортировочную катушку. При этом футеровочный шланг 2 сформирован гибким таким образом, чтобы он в этом состоянии транспортировки был сложен, т.е. чтобы, касались по меньшей мере две противоположные друг другу области внутреннего периметра футеровочного шланга 2. Обычно футеровочный шланг 2 сложен в U-форму с двойной стенкой.

Внутренний слой 4 шланга обычно имеет высокую степень непроницаемости и стойкости по отношению к транспортируемой текучей среде. Далее, он защищает средний слой 6 шланга с внутренней стороны шланга.

В одной предпочтительной области применения футеровочного шланга 2 в проводящих сырую нефть нагнетательных трубопроводах материалом внутреннего слоя 4 шланга является гибкий термопластичный полимер, здесь термопластичный полиуретан. В других исполнениях использованы также другие материалы, такие как полиолефин, полиамид, простой полиэфир, сложный полиэфир, фторполимеры, такие как, например, поливинилиденфторид, или их смеси в качестве материала для внутреннего слоя 4 шланга.

В случае водопроводов используется предпочтительно гибкий полиэтилен для материала внутреннего слоя 4 шланга.

Внешний слой 8 шланга имеет функцию защиты среднего слоя 6 шланга от воздействий извне. Сюда попадает, в частности, механическая нагрузка при втягивании шланга и влияние погодных условий, например, влажности и микроорганизмов. В качестве материала для внешнего слоя 8 шланга предпочтительно используется гибкий термопластичный полимер. В зависимости от цели использования и характеристик поверхности внутренней окружной стенки восстанавливаемой трубы для этого применимы, например, полиэтилен (m-LLD-PE, LLD-PE, LD-PE и MD-PE), полипропилен, термопластичный полиуретан или мягкий-PVC. Также полиолефин, полиамид, простой полиэфир, сложный полиэфир, полиуретан, фторполимеры, такие как, например, поливинилиденфторид, или их смеси также применимы для материала внешнего слоя 8 шланга.

Содержащуюся в среднем слое 6 шланга ткань 16 футеровочного шланга 2 ткут на круглом ткацком станке из уточных нитей 10 и основных нитей 12, более подробно изображенных на фиг. 2. Уточные нити 10 проходят в окружном направлении футеровочного шланга 2, а основные нити 12 проходят в продольном направлении футеровочного шланга 2. Для основных нитей 12 использованы высокопрочные и высокомодульные волокна с высокой линейной плотностью нити и высокой плотностью ткачества из арамида. В других исполнениях варьируется материал основных нитей 12, причем альтернативно использованы волокна из арамид-сополимера, базальта, карбона и/или стекловолокна, или основные нити 12, полностью изготовленные из этих волокон.

Согласно изобретению уточные нити 10 изготовлены из другого материала, чем основные нити 12, причем уточные нити 10 имеют большую эластичность, т.е. повышенную способность к растяжению без разрушения, чем основные нити 12. Таким образом получается возможность подгонки футеровочного шланга 2 в диаметре под изменяющиеся соотношения диаметра нагнетательного трубопровода или старого трубопровода текучей среды.

В примере исполнения, изображенного с помощью фиг. 1 и 2, уточные нити 10 полностью состоят из полифениленсульфида. Таким образом получается эффективный и стойкий к старению футеровочный шланг 2, который сформирован стойким как по отношению к транспортируемым при нефтедобыче текучим средам, в частности, сырой нефти, так и стойким по отношению к температурам до 120°C без повреждения или разрыва уточных нитей 10.

Полноты ради следует указать на то, что футеровочный шланг 2 альтернативно является используемым для транспортировки холодной свежей воды/питьевой воды. Для этого особо предпочтительными оказались полимеры в форме PBT, PET, PA или PES для уточных нитей 10.

Кроме того, возможно, согласно фиг. 3 ткать ткань 16 среднего слоя 6 шланга альтернативно первому примеру исполнения с двойными уточными нитями 10 и/или согласно другим вариантам исполнения - с двойными основными нитями 12. В этой связи следует сослаться на публикацию EP 0 535 203 B1, в которой раскрыт круглый ткацкий станок с постоянным ходом галева, что ведет к особенно высокому качеству среднего слоя 6 шланга, включающего в себя ткань 16.

Слои 4, 6, 8 шланга также могут быть принципиально предусмотрены соответственно многократно. Поэтому в других, из-за краткости не изображенных подробнее, вариантах исполнения имеют место также более чем один внутренний слой 4 шланга и/или более чем один внешний слой 8 шланга, и/или более чем один средний слой 6 шланга.

С помощью фиг. 5 схематично представлен способ изготовления секции 18 нагнетательного трубопровода. При этом на первом этапе предоставляется в распоряжение внешняя труба 14, предпочтительно в форме стальной трубы. Также предоставляется в распоряжение футеровочный шланг 2. Это можно видеть на верхней части изображения фиг. 5.

Следом за этим на втором этапе футеровочный шланг 2 втягивается во внешнюю трубу 14, что можно видеть на средней части изображения фиг. 5. Для этого футеровочный шланг 2 сложен предпочтительно в своей форме поперечного сечения.

Наконец, на третьем этапе футеровочный шланг 2 изнутри нагружают давлением, так что футеровочный шланг 2 раскладывается и (своим внешним слоем 8 шланга) по всему периметру изнутри прикладывается к внешней трубе 14 с образованием готовой секции 18 нагнетательного трубопровода.

В этой связи следует указать на то, что при отдельно не изображенном для наглядности способе для усиления/дополнения (нового) нагнетательного трубопровода или для восстановления старого трубопровода для текучей среды поступают таким же образом. Тогда на первом этапе нагнетательный трубопровод или старый трубопровод текучей среды уже имеются как XYZ-система; дополнительно предоставляется в распоряжение футеровочный шланг 2 такой же длины или большей длины, чем нагнетательный трубопровод или старый трубопровод для текучей среды.

На втором этапе футеровочный шланг 2 снова пропускают в уже проложенный под землей нагнетательный трубопровод или уже имеющийся старый трубопровод для текучей среды. На третьем этапе футеровочный шланг 2 нагружают давлением и, тем самым, прикладывают изнутри к нагнетательному трубопроводу или к старому трубопроводу для текучей среды.

В следующей ниже Таблице 1 сведены существенные данные предпочтительных вариантов исполнения соответствующего изобретению футеровочного шланга 2 согласно фигурам.

Таблица 1 Тканевый шланг на основе полифениленсульфида Внутренний слой шланга Термопластичный полиуретан (TPU)
2 мм Внешний слой шланга TPU
2 мм Волокно ткани основные нити: арамид; уточные нити: PPS Линейная плотность основной нити 8000 дтекс Линейная плотность уточной нити 18000 дтекс Тип ткани саржа Разрывное давление 5-30 бар Длина шланга 4000 м

Список ссылочных позиций

2 футеровочный шланг

4 внутренний слой шланга

6 средний слой шланга

8 внешний слой шланга

10 уточная нить

12 основная нить

14 внешняя труба

16 ткань

18 секция нагнетательного трубопровода

Изобретение касается футеровочного шланга (2), образованного из по меньшей мере трех слоев (4, 6, 8) шланга, в частности, для восстановления систем, проводящих текучие среды, включающего в себя a) по меньшей мере один внутренний слой (4) шланга, b) по меньшей мере один средний слой (6) шланга, который имеет образованную из основных нитей (12) и уточных нитей (10) бесшовную ткань (16), причем основные нити (12) проходят в продольном направлении, а уточные нити (10) в окружном направлении футеровочного шланга (2), и c) по меньшей мере один внешний слой (8) шланга, причем уточные нити (10) имеют большую эластичность, чем основные нити (12). К тому же изобретение касается секции (18) нагнетательного трубопровода с этим футеровочным шлангом (2), а также способа восстановления уже проложенного старого трубопровода для текучей среды и для дополнения нагнетательного трубопровода с помощью этого футеровочного шланга (2). 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Футеровочный шланг (2), образованный из по меньшей мере трех слоев (4, 6, 8) шланга, в частности, для восстановления проводящих текучую среду систем, включающий в себя

a) по меньшей мере один внутренний слой (4) шланга,

b) по меньшей мере один средний слой (6) шланга, имеющий сформированную из основных нитей (12) и уточных нитей (10) бесшовную ткань (16), причем основные нити (12) проходят в продольном направлении, а уточные нити (10) в окружном направлении футеровочного шланга (2), и

c) по меньшей мере один внешний слой (8) шланга,

отличающийся тем, что

уточные нити (10) имеют большую эластичность, чем основные нити (12).

2. Футеровочный шланг (2) по п.1, отличающийся тем, что уточные нити (10) имеют от двукратно до двадцатикратно более высокую эластичность, чем основные нити (12).

3. Футеровочный шланг (2) по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутые по меньшей мере три слоя (4, 6, 8) шланга сформированы таким образом, что футеровочный шланг (2) между свободным от давления состоянием и нагруженным давлением состоянием совершает расширение диаметра между 5% и 50%.

4. Футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что футеровочный шланг (2) имеет внешний диаметр между 100 мм и 1000 мм.

5. Футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что уточные нити (10) и/или основные нити (12) являются стойкими по отношению к сырой нефти и/или полученному из сырой нефти топливу.

6. Футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что уточные нити (10) содержат волокна из полифениленсульфида или полностью состоят из полифениленсульфида.

7. Футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что уточные нити (10) и/или основные нити (12) являются стойкими по отношению к температурам до 120°C.

8. Футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что материалом внутреннего слоя (4) шланга и/или внешнего слоя (8) шланга является полимерный материал.

9. Футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что основные нити (12) содержат волокна из арамида, арамид-сополимера, базальта, карбона и/или стекловолокна или полностью состоят из арамида, арамид-сополимера, базальта, карбона и/или стекловолокна.

10. Секция (18) нагнетательного трубопровода для транспортировки текучей среды с внешней трубой (14) и с прилегающим изнутри к внешней трубе (14) футеровочным шлангом (2) по одному из пп.1-9.

11. Способ восстановления уже проложенного старого трубопровода для текучей среды, причем сначала футеровочный шланг (2) по одному из пп.1-9 втягивают в старый трубопровод для текучей среды, и затем футеровочный шланг (2) нагружают внутренним давлением таким образом, что футеровочный шланг (2) изнутри прилегает к старому трубопроводу для текучей среды.

12. Способ дополнения нагнетательного трубопровода, включающий следующие этапы:

a) предоставление нагнетательного трубопровода, и

b) втягивание футеровочного шланга (2) по одному из пп.1-9 в нагнетательный трубопровод.