Способ установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием и покрывающий кожух Российский патент 2023 года по МПК F16L13/00 F16L57/00 

Предлагаемое изобретение относится к области строительства трубопроводов методом протаскивания и бестраншейными методами укладки, а именно к защите стыков трубопроводов из проводящих труб с наружным бетонным покрытием, и может быть использовано как при строительстве нефте- и газопроводов, так и при сооружении иных трубопроводов для нужд ТЭК и ЖКХ.

При строительстве и прокладке трубопроводов методом протаскивания, укладка с баржи/судна, с бровки, бестраншейными (ННБ, ГНБ, Direct Pipe, Бурошнек и аналогичные) и траншейными методами укладки, должны выполняться несколько особо важных требований. Наиболее важным из требований является защита места стыкового соединения труб от механических воздействий. Другим важным требованием является минимизация времени проведения строительных или ремонтных работ, особенно при работе в трассовых и стесненных условиях.

Для выполнения этих требований при строительстве трубопроводов важным условием является отсутствие каких-либо выступов на внешней поверхности трубопровода, позволяющее эффективно осуществлять протаскивание или бестраншейную укладку плетей трубопровода. Наличие выступов на поверхности трубопровода приводит в лучшем случае к необходимости приложения дополнительных усилий при протаскивании, что вызывает необходимость использование более мощного технологического оборудования, при этом в отдельных случаях может привести к образованию серьёзных повреждений трубопровода. Местами образования выступов являются места стыков соседних труб трубопровода, что обуславливает необходимость после соединения проводящих соседних труб, производить соединение их защитных наружных бетонных покрытий, снабженных внешней оболочкой или свободных от нее, при этом обеспечить ровную поверхность всего трубопровода.

Известны решения соединения защитных наружных покрытий. Так, например известно решение, описанное в патенте РФ №113328 на полезную модель (приор. 18.05.2011, опубл. 10.02.2012), в котором описан узел стыка труб с балластным покрытием. Узел включает концы двух труб, соединенных сварным швом и закрытых изоляционным материалом. На трубах вплотную к торцевым поверхностям балластного покрытия стыкуемых труб установлены центрирующие пояса, выполненные из центраторов, соединенных между собой ленточным элементом. Внешняя оболочка узла стыка, закреплена на центрирующих поясах вплотную с внешними оболочками стыкуемых труб. Соединение внешней оболочки узла стыка с внешней оболочкой стыкуемой трубы выполнено с помощью двух крепежных скоб, снабженных резиновыми прокладками. Крепежные скобы установлены поверх мест соединения внешней оболочки узла стыка с внешними оболочками стыкуемых труб. Внешняя оболочка узла стыка выполнена разъемной, и разъем имеет вставку, с которой, по меньшей мере, один край разъема жестко соединен по всей длине узла стыка. Кольцевое пространство между поверхностью труб и внешней оболочкой узла стыка заполнено, по меньшей мере, одним слоем бетонного или изолирующего материала.

Недостатком решения, приведенном в патенте, являются выступы, образующиеся в результате применения крепежных скоб. При этом следует понимать, что применение скоб является необходимым конструкторским решением из-за невозможности в трассовых условиях обеспечить идеальное примыкание внешней оболочки узла стыка к внешними оболочками стыкуемых труб в местах их соединения.

Наиболее близким к заявляемому способу установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием является решение, описанное в патенте КНР CN214579433 (Приор. 15.01.2021, опубл. 02.11.2021), где описано стыковое соединение нефтепровода. При этом стык нефтепровода последовательно содержит проводящую трубу из армированного волокном композитного материала, высокопрочного бетона, покрытого внешними слоями низкоуглеродистой стали и нержавеющей стали. Армированный волокном композитный материал, из которого изготовлены проводящие трубы соединен. Две полуцилиндрические накладки, образующие внешнюю защиту узла стыка, соединяются и фиксируются с внешними слоями низкоуглеродистой стали, покрывающими бетонный слой защиты проводящей трубы.

В приведенном патенте отсутствуют выступающие скобы, однако это техническое решение обладает несколькими недостатками, в основном связанными с его практическим выполнением.

Так, например, существует необходимость удалять в трассовых условиях части слоя низкоуглеродистой стали внешнего покрытия высокопрочного бетона каждой трубы, примыкающих к торцам трубы, для установки на освобожденные поверхности полуцилиндрических накладок. Транспортировка трубы с незащищенной внешней бетонной поверхностью невозможна, так как может привести к сколу бетона и необходимостью ремонта в трассовых условиях.

Другим важным недостатком является значительные трудности при совмещении двух полуцилиндрических накладок для их крепления методом сварки. Даже незначительные отступления размеров полуцилиндрических накладок могут привести либо к тому, что между накладками образуется зазор, либо перехлест. Также следует учитывать, что собранный из двух накладок кожух требует плотного прилегания к внешней поверхности бетонного покрытия примыкающих к торцам трубы, которое само не может быть совершенно правильной формы, и тем более совпадать у двух стыкуемых труб. Отсутствие идеального прилегания, особенно на больших диаметрах, приводит к образованию выступов, а подгонка геометрических параметров такого устройства в реальных трассовых условиях весьма трудоемка и требует значительного времени.

Задачей, поставленной перед настоящим изобретением, является создание максимально технологичной конструкции защиты стыкового соединения трубопровода с ровной внешней поверхностью для использования метода протаскивания и бестраншейных методов укладки при строительстве нефте- и газопроводов из проводящих труб с наружным бетонным покрытием.

Заявляемый способ установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием и покрывающий кожух позволяет решить техническую проблему, состоящую в необходимости создания в трассовых условиях защитного покрытия без образования каких-либо выступов с минимальными временными и материальными затратами, а технический результат состоит в реализации этого назначения.

Задача решается, а технический результат достигается применением способа создания защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием, снабженных внешней оболочкой, при котором производят сварку торцов двух проводящих труб и покрытие изоляционным материалом участков труб, выступающих из бетонного покрытия. При этом, предварительно, из внешней оболочки, используемой для формирования защитного бетонного покрытия труб, в размер защищаемого стыкового соединения, изготавливают покрывающий кожух, который разрезается вдоль оболочки. На месте производства работ по строительству трубопровода, перед сваркой торцов стальных проводящих труб, разрезанный покрывающий кожух надевают на одну из свариваемых труб и сдвигают его на трубу для выполнения сварки. После завершения сварки торцов двух проводящих труб, покрывающий кожух надвигают на зону стыка, устанавливая разрезанный покрывающий кожух между внешними оболочками сплошного бетонного покрытия обеих стыкуемых труб. Разрезанный кожух крепят, соединяя встык по разрезу. Изолируют технологические зазоры между покрывающим кожухом и внешними оболочками сплошного бетонного покрытия стыкуемых труб, покрывая их ленточным материалом, и фиксируют покрывающий кожух с внешними оболочками обеих стыкуемых труб стяжными лентами, совмещая поверхность кожуха с поверхностями внешних оболочек сплошного бетонного покрытия обеих труб. Производят заливку изоляционного материала защитного покрытия, По окончании заливки и затвердевания защитной композиции снимают стяжные ленты и удаляют ленточный материал, изолирующий технологические зазоры покрывающего кожуха и внешних оболочек сплошного бетонного покрытия.

Также задача решается, а технический результат достигается использованием в способе покрывающего кожуха, представляющий собой цилиндр, разрезанный вдоль образующей. Разрез снабжен металлической пластиной соединения, предварительно закрепленной на одной стороне разреза покрывающего кожуха. В покрывающем кожухе выполнены по меньшей мере одно отверстие для заливки защитного материала и для выхода воздуха. Причем покрывающий кожух выполнен непосредственно из оболочки, которая использована как оболочка труб со сплошным бетонным покрытием сформированных методом закачки бетона под давлением. При этом длина покрывающего кожуха равна длине защищаемого стыкового соединения.

В частном случае ширина штрипса для изготовления оболочки, из которого изготовлен покрывающий кожух, может быть больше длины стыкового соединения трубопровода.

В частном случае закрепленная на одной стороне разреза покрывающего кожуха пластина соединения имеет выштамповки, в которые входят выступающие вовнутрь технологические элементы кожуха.

В предложенном в изобретении способе создания защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием, снабженных внешней оболочкой, производят такие необходимые операции как сварка торцов двух проводящих труб и покрытие изоляционным материалом участков труб, выступающих из бетонного покрытия. При этом под изоляционным материалом понимаются любые материалы, как для гидроизоляции, так и, например, теплоизоляционный изоляционный материал.

Предварительное изготовление разрезанного вдоль образующей покрывающего кожуха стыкового соединения из внешней оболочки, используемой для формирования защитного бетонного покрытия при производстве труб методом закачки бетона под давлением, позволяет выполнить защиту стыкового соединения абсолютно идентичным внешней оболочке бетонного покрытия, как по размерам, так и по форме, что в дальнейшем позволяет гарантировать их взаимное идеальное прилегание и, соответственно, отсутствие каких-либо выступов после окончания работ по стыковки деталей трубопровода, при этом толщина защитного бетонного покрытия основного трубопровода и стыкового соединения полностью идентичны.

Предварительная установка покрывающего кожуха со сдвигом на одну из стыкуемых труб позволяет в последующем, после выполнения сварочных работ на проводящих трубах, легко надвинуть покрывающий кожух на зону стыка и установить его между внешними оболочками сплошного бетонного покрытия обеих стыкуемых труб. Соединение встык по предварительно выполненному разрезу покрывающего кожуха и его крепление позволяет создать покрытие абсолютно идентичное внешней оболочке проводящих труб со сплошным бетонным покрытием.

Изолирование технологических зазоров между покрывающим кожухом и внешними оболочками сплошного бетонного покрытия стыкуемых труб за счет покрытия их ленточным материалом позволяет ограничить объем внутри кожуха для заливки отвердевающего материала. При этом взаимная фиксация покрывающего кожуха с внешними оболочками обеих стыкуемых труб стяжными лентами позволяет совместить поверхность кожуха с поверхностями внешних оболочек сплошного бетонного покрытия обеих труб, получая идеальное совпадение поверхностей покрывающего кожуха с внешними оболочками обеих стыкуемых труб.

Заливка изоляционного материала защитного покрытия и последующее удаление стяжных лент и ленточного материала, изолирующего технологические зазоры покрывающего кожуха и внешних оболочек сплошного бетонного покрытия, позволяет надежно закрепить покрывающий кожух на узле стыка труб без образования выступов.

Реализация предлагаемого в изобретении способа возможна за счет использования покрывающего кожуха, представляющего собой цилиндр, разрезанный вдоль образующей и выполненного непосредственно из оболочки, которая использована для формирования защитного бетонного покрытия при производстве труб со сплошным бетонным слоем. При этом длина покрывающего кожуха равна длине защищаемого стыкового соединения. Также кожух должен быть снабжен металлической пластиной соединения, закрепленной на одной стороне разреза покрывающего кожуха, а в нем выполнены по меньшей мере два отверстия, одно из которых предназначено для заливки защитного материала, а другое для выхода воздуха.

В дальнейшем при реализации способа в трассовых условиях указанный покрывающий кожух позволяет получить идеальное совпадение его поверхностей с внешними оболочками обеих стыкуемых труб со сплошным бетонным покрытием.

Для ускорения работ непосредственно в трассовых условиях закрепленная на одной стороне разреза покрывающего кожуха пластина соединения и свободная сторона разреза покрывающего кожуха могут быть снабжены отверстиями для крепления пластины соединения со свободной стороной разреза покрывающего кожуха.

Закрепленная на одной стороне разреза покрывающего кожуха пластина соединения может иметь выштамповки в которые входят выступающие вовнутрь технологические элементы кожуха для обеспечения плотного прилегания соединительной пластины к кожуху.

При этом в случае применения штрипса для изготовления оболочки, из которого изготовлен покрывающий кожух, с шириной больше длины стыкового соединения трубопровода пластина соединения может быть выполнена без выштамповок.

Таким образом, все указанные в формуле изобретения признаки направлены на достижение заявленного технического результата, а именно, создание в трассовых условиях защитного покрытия узла стыка труб со сплошным бетонным покрытием без образования каких-либо выступов.

В последующем заявляемое изобретение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 – вариант покрывающего кожуха, выполненного непосредственно из оболочки, которая использована для формирования защитного бетонного покрытия при производстве труб со сплошным бетонным слоем;

фиг. 2 – вариант покрывающего кожуха, выполненного из стального штрипса с шириной больше длины стыкового соединения трубопровода;

фиг. 3 – пластина соединения покрывающего кожуха чертеж стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием в процессе установки;

фиг. 4 – чертеж стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием в процессе установки;

фиг. 5 – чертеж стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием;

фиг. 6 – чертеж варианта со снятыми внешними покрытиями.

Для реализации предлагаемого в изобретении способа установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием изготавливают покрывающий кожух 1, изображенный на фиг.1 и фиг.2. Покрывающий кожух 1 изготавливают из оболочки, металлической или металлополимерной, полностью аналогичной той, в которую производят закачку бетона защитного бетонного покрытия при изготовлении труб.

От оболочки отрезают заготовку длиной, равной размеру защищаемого стыкового соединения. Затем заготовку покрывающего кожуха 1 разрезают вдоль по верхней образующей. После чего на заготовку вдоль линии разреза устанавливают специальную металлическую пластину 2 соединения, которую приклёпывают к одной из сторон разреза.

Предпочтительно, чтобы пластина 2 была выполнена с поверхностью, повторяющей внутреннюю поверхность заготовки (см. фиг.3), то есть были учтены все выступы 3, такие как замок и ребра жесткости. Такое выполнение позволяет избежать дополнительные мероприятия по герметизации в процессе установки покрывающего кожуха 1 на месте строительства в трассовых условиях.

Также возможен вариант покрывающего кожуха, выполненного из стального штрипса оболочки с шириной больше длины стыкового соединения трубопровода представленный на фиг.2. В таком случае пластина должна быть выполнена плоской.

В покрывающем кожухе 1 изготавливают два отверстия 4 (фиг. 4 и фиг. 5) для заливки стыка отвердевающим материалом 5, например компаундом или бетоном, и выхода воздуха, показаны на фиг. 3. Причем для обеспечения оперативной заливки стыка отвердевающим материалом 5 одно из отверстий 4 выполняется с большим диаметром и используется для заливки, а другое отверстие 4 возможно выполнять с меньшим диаметром и использовать для выхода воздуха.

Все процессы изготовления оболочки и материалов стыкового соединения выполняют в заводских условиях, а покрывающий кожух 1 поставляют на место строительства трубопровода в комплекте со стыкуемыми трубами.

На месте строительства трубопровода в трассовых условиях, перед сваркой стыка проводящих труб 6, на одну из них одевают покрывающий кожух 1 и сдвигают вдоль трубы на расстояние, обеспечивающее беспрепятственное проведения сварочных работ проводящих труб 6.

После завершения сварки проводящих труб 6 и проведения необходимых контрольных мероприятий, разрезанный покрывающий кожух 1 надвигают на зону стыка и проверяют ее соответствие размеру L_стыка получившегося стыкового соединения. Длина покрывающего кожуха 1 должна быть на 5–15 мм. меньше длины L_стыка стыкового соединения между оболочками 7 бетонных покрытий 8 соседних труб, поэтому, при необходимости длину покрывающего кожуха 1 корректируют.

На стороне покрывающего кожуха 1, свободной от пластины 2 соединения, и в самой пластине 2 соединения выполняют отверстия, например сверлением с использованием деревянной проставки, для осуществления соединения, например методом клепки. Данный метод соединения покрывающего кожуха 1 наиболее предпочтителен, так как исключает термическое воздействие, способное повредить антикоррозионное покрытие трубопровода и может быть качественно выполнено в трассовых условиях при любой температуре окружающего воздуха, обеспечивая заданные параметры прочности соединения.

После проверки соответствия длины покрывающего кожуха 1, к пластине 2 соединения приклёпывают вторую сторону покрывающего кожуха 1 и проверяют соответствие собранного покрывающего кожуха 1 размеру длины L_стыка стыкового соединения между оболочками 7 бетонных покрытий 8 соседних труб.

После этого поверхность собранного покрывающего кожуха 1 совмещают с поверхностью оболочек 7 сплошного бетонного покрытия 8 стыкуемых труб.

Места 9 стыковых соединений покрывающего кожуха 1 и оболочек 7 сплошного бетонного покрытия 8 соседних труб защищаемого стыка герметизируют ленточным материалом, на фигурах не показан, например несколькими слоями стрейдж пленки или иным эластичным материалом, для исключения протекания отвердевающего материала 5 в процессе заливки стыкового соединения, и прилипание его к стяжным лентам 10.

На места стыкового соединения покрывающего кожуха 1 и оболочек 7 сплошного бетонного покрытия 8 защищаемого стыка одевают специальные стяжные ленты 10. Ленты 10 должны быть достаточно широкими, чтобы после зажатия лентой 10 были совмещены покрывающий кожух 1 с поверхностью оболочек 7 сплошного бетонного покрытия 8 труб, нанесенного методом закачки бетона под давлением, позволяя получить геометрически одинаковую форму всего трубопровода в целом, включая и стыковые соединения.

После завершения процедуры установки покрывающего кожуха 1 на стыковое соединение, производят заливку стыка заранее подготовленным отвердевающим материалом 5, например перемешанным двухкомпонентным заливочным компаундом, таким как АДВ 4501 производства НПО «Адгезив» или аналогичного по техническим характеристикам.

Заливку производят до тех пор, пока из отверстия 4 для выхода воздуха не появится отвердевающий материал 5. После его появления заливку прекращают, снимают стяжные ленты 10 и герметизирующий ленточный материал, установка стыка завершена. В зависимости от отвердевающего материала 5, например от марки используемого компаунда, через 3–12 часов стык готов к использованию трубопровода для укладки.

В отдельных случаях, когда существуют повышенные требования к диагностике трубопроводов, которая осуществляется с внешней стороны трубопровода, а металлическая оболочка основного покрытия трубы и стыкового соединения создает помехи для такой диагностики металлическое покрытие со стыков и трубы может быть демонтировано, как это показано на фиг.6.

Таким образом предлагаемый в изобретении способ установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием, нанесенным методом закачки бетона под давлением, позволяет обеспечить необходимую прочность стыка, технологичность его установки, а также обеспечить отсутствие изменения геометрии, в том числе выступов, в местах соединения основного покрытия труб и установленным комплектом защиты стыка. Это позволяет использовать при строительстве и прокладке трубопроводов методом протаскивания, укладка с баржи/судна, с бровки, бестраншейными (ННБ, ГНБ, Direct Pipe, Бурошнек и аналогичные) и траншейными методами укладки.

Группа изобретений относится к защите стыков трубопроводов из проводящих труб с наружным бетонным покрытием. Для реализации предлагаемого в изобретении способа установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием изготавливают покрывающий кожух 1 из оболочки, в которую производят закачку бетона защитного бетонного покрытия при изготовлении труб. На месте строительства трубопровода перед сваркой стыка проводящих труб 6, на одну из них одевают покрывающий кожух 1 и сдвигают вдоль трубы. После завершения сварки проводящих труб 6 покрывающий кожух 1 надвигают на зону стыка. На стороне покрывающего кожуха 1, свободной от пластины 3 соединения, и в самой пластине 3 соединения выполняют отверстия, приклёпывают вторую сторону покрывающего кожуха 1. После этого поверхность собранного покрывающего кожуха 1 совмещают с поверхностью оболочек 7 сплошного бетонного покрытия 8 стыкуемых труб. Места 9 стыковых соединений герметизируют ленточным материалом, и на них одевают специальные стяжные ленты 10. После производят заливку стыка заранее подготовленным отвердевающим материалом 5. Заливку производят до тех пор, пока из отверстия 4 для выхода воздуха не появится отвердевающий материал 5, установка стыка завершена. Группа изобретений позволяет создать в трассовых условиях защитное покрытие без образования каких-либо выступов с минимальными временными и материальными затратами. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ установки защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием, снабженных внешней оболочкой, при котором производят сварку торцов двух проводящих труб, покрытие изоляционным материалом участков труб, выступающих из бетонного покрытия, отличающийся тем, что предварительно из внешней оболочки, используемой для формирования защитного бетонного покрытия при производстве труб методом закачки бетона под давлением, изготавливают покрывающий кожух, разрезанный вдоль образующей, а на месте производства стыковых работ перед сваркой торцов труб разрезанный покрывающий кожух надевают на одну из труб и сдвигают его для выполнения сварки, затем производят сварку торцов двух проводящих труб, надвигают покрывающий кожух на зону стыка, устанавливая покрывающий кожух между внешними оболочками сплошного бетонного покрытия обеих стыкуемых труб, разрезанный покрывающий кожух крепят, соединяя встык по разрезу, изолируют технологические зазоры между покрывающим кожухом и внешними оболочками сплошного бетонного покрытия стыкуемых труб, покрывая их ленточным материалом, взаимно фиксируют покрывающий кожух с внешними оболочками обеих стыкуемых труб стяжными лентами, совмещая поверхность кожуха с поверхностями внешних оболочек сплошного бетонного покрытия обеих труб, производят заливку изоляционного материала защитного покрытия, по окончании которой снимают стяжные ленты и ленточный материал, изолирующий технологические зазоры покрывающего кожуха и внешних оболочек сплошного бетонного покрытия.

2. Покрывающий кожух для реализации способа создания защитного покрытия стыкового соединения труб со сплошным бетонным покрытием, представляющий собой цилиндр, разрезанный вдоль образующей, причем разрез снабжен металлической пластиной соединения, закрепленной на одной стороне разреза покрывающего кожуха, при этом в покрывающем кожухе выполнено по меньшей мере одно отверстие для заливки защитного материала и для выхода воздуха, отличающийся тем, что покрывающий кожух выполнен непосредственно из оболочки, которая использована для закачки бетона защитного бетонного покрытия при производстве труб со сплошным бетонным слоем, а длина покрывающего кожуха равна длине защищаемого стыкового соединения.

3. Покрывающий кожух по п. 2, отличающийся тем, что выполнен из штрипса, ширина которого больше длины защищаемого стыкового соединения.

4. Покрывающий кожух по п. 2, отличающийся тем, что закрепленная на одной стороне разреза покрывающего кожуха пластина соединения имеет выштамповки в которые входят выступающие вовнутрь технологические элементы кожуха выполненного, как спиральновитая оболочка.