Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УЗЕЛ НАНЕСЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НА НАРУЖНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлических поверхностей, предпочтительно, трубопроводного транспорта, а именно к области строительства и ремонта подземных коммуникаций, и может быть использовано для изоляции металлических поверхностей от комбинированного действия влаги и кислорода, предпочтительно, для изоляции поверхностей стальных трубопроводов.

Известен (Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозионная и тепловая изоляция. ВСН 008-88. - М.: Миннефтегазстрой, 1990, стр.10) способ нанесения изоляционной ленты на внешнюю поверхность трубопровода. Согласно известному способу проводят предварительную очистку изолируемой поверхности, нанесение грунтовки и изолирующей полимерной ленты на трубопровод, причем при температуре окружающего воздуха ниже 10°C поверхность трубопровода подогревают до температуры не ниже 15°C и не выше 50°C.

Недостатком известного способа следует признать необходимость частых и относительно длительных остановок процесса, обусловленных заменой рулона изолирующей ленты и соединения изолирующей ленты израсходованного рулона и изолирующей ленты нового рулона.

Известен способ нанесения изоляционной мастики на трубопровод (RU, патент 2174642, опубл. 2001), включающий нагрев изоляционной мастики на основе битума в камере экструдирования, емкостях, подводящих рукавах и насосах, экструзию изоляционной мастики формирующей выходной частью камеры. Способ обеспечивает нанесение покрытия с заполнением неровности поверхности, однако необходимы частые и относительно длительные остановки процесса, обусловленные заменой рулона изолирующей ленты и соединения изолирующей ленты израсходованного рулона и изолирующей ленты нового рулона.

Для нанесения изоляционных ленточных покрытий на протяженные участки трубопровода предназначены устройства, содержащие перемещающийся вдоль трубопровода по винтовой линии разборный поворотный ротор, при вращении которого лента сматывается с рулона, размещенного на обмоточной головке ротора, на поверхность трубопровода (см., например, RU, патент 2218515, опубл. 2003).

Известны (RU, патент 2303743, опубл. 2007) способ и устройство нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, включающий намотку по винтовой линии изоляционной ленты со сменного рулона на предварительно очищенную поверхность трубопровода, покрытую слоем праймера, причем в качестве изоляционной ленты используют термопластичную двухслойную ленту с полимерным адгезивом, в процессе намотки из предварительно отмотанной ленты формируют виток с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, при этом ленту разворачивают слоем адгезива от трубопровода, разогревают отмотанный участок ленты со стороны адгезива до температуры перехода адгезива в вязкотекучее состояние, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, распределяя адгезив до заполнения им неровностей на поверхности трубопровода и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки.

Для реализации способа предложено устройство для нанесения изоляционного покрытия на трубопровод, содержащее разъемный поворотный ротор, выполненный с возможностью опоры о поверхность трубопровода обрезиненными роликами и имеющий, по крайней мере, одну обмоточную головку, выполненную с возможностью установки на ней сменного рулона с исходной изоляционной лентой, а также приводную каретку с электроприводом, включающим электродвигатель, редуктор и зубчатые колеса, снабженную опорными роликами, предназначенными для взаимодействия с трубопроводом, причем приводная каретка связана с поворотным ротором посредством тяг. Известное устройство дополнительно содержит емкость для праймера, снабженную поршнем, дозатором и средством распределения праймера по поверхности трубопровода, выполненный с возможностью поступательного перемещения по трубопроводу узел нагрева изоляционного покрытия, опирающийся с одной стороны на поворотный ротор посредством пары колес, а с другой стороны имеющий возможность опоры на трубопровод с нанесенным на него изоляционным покрытием, поворотный ротор выполнен с возможностью подключения к источнику электрической энергии скользящими контактами, на поворотном роторе закреплены направляющие и разворачивающие ленту валики и направляющий ленту теплоизолирующий кожух, выполненный с возможностью формирования витка изоляционной ленты с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, и соединенный воздухопроводом с проточным нагревателем воздуха, обеспечивающим разогрев изоляционной ленты со стороны адгезива, средство для распределения разогретого адгезива изоляционной ленты по поверхности трубопровода, выполненное с возможностью фиксации кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложения растягивающих усилий, возрастающих от кромки ленты в месте нахлеста до противоположной кромки ленты.

Недостатком известного технического решения следует признать необходимость частых и относительно длительных остановок процесса, обусловленных заменой рулона изолирующей ленты и соединения изолирующей ленты израсходованного рулона и изолирующей ленты нового рулона.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2360178, опубл. 2009) способ и узел нанесения изоляционного покрытия на трубопровод. Известный способ включает намотку по винтовой линии изоляционной ленты со сменного рулона, причем в качестве изоляционной ленты используют ленту с адгезивом, в процессе намотки разворачивают ленту слоем адгезива от трубопровода, разогревают участок ленты со стороны адгезива, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, причем ленту, направленную слоем адгезива от трубопровода, пропускают с внешней относительно трубопровода стороны валков, размещенных по окружности вокруг изолируемого трубопровода, при этом сменный рулон расположен параллельно оси трубопровода. Известный узел нанесения изоляционного покрытия на трубопровод содержит, по крайней мере, два шпуледержателя, каждый из которых выполнен с возможностью установки на нем сменного рулона с исходной изоляционной лентой, блок нагрева ленты со стороны адгезива изоляционного покрытия, систему направляющих и разворачивающих ленту валков, кожух, охватывающий указанную систему роликов, средство для распределения разогретого адгезива изоляционной ленты по поверхности трубопровода, причем указанная система валков содержит, по меньшей мере, шесть валков, ориентированных параллельно оси трубопровода и расположенных по окружности, при этом шпуледержатель используемого рулона в момент нанесения ленты ориентирован параллельно оси изолируемого трубопровода.

Недостатком известного технического решения следует признать затрату времени на остановку процесса при замене рулона изоляционного материала.

Техническая задача, решаемая с использованием разработанного изобретения, состоит в оптимизации процесса нанесения на поверхность трубопровода изоляционного материала, как при прокладывании трубопровода, так и при его ремонте.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в уменьшении времени на остановку процесса при замене рулона изоляционного материала вплоть до полного отказа от остановки процесса.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ нанесения изоляции на наружную поверхность трубопровода. Согласно разработанному способу проводят сматывание изоляционной ленты с рулона, закрепленного на шпуледержателе, протягивают смотанную ленту через накопитель, наматывают ее на трубопровод по винтовой линии с закреплением ленты на трубопроводе с последующим наращиванием ленты по окончанию ленты используемого рулона, причем располагают накопитель ленты между шпуледержателем и трубопроводом, в качестве изоляционной ленты используют ленту с адгезивом, в процессе намотки после прохождения лентой накопителя, представляющего собой систему валов, установленных параллельно шпуледержателю и способных перемещаться относительно друг друга с обеспечением запаса ленты, который обеспечивает нанесение ее на поверхность трубопровода, при замене рулона разворачивают ленту слоем адгезива от трубопровода, разогревают участок ленты со стороны адгезива, разворачивают ленту слоем адгезива к трубопроводу, а в момент контакта слоя адгезива с поверхностью трубопровода воздействуют на основу ленты рассредоточенной нагрузкой, ленту, направленную слоем адгезива от трубопровода, пропускают с внешней относительно трубопровода стороны валков накопителя, размещенных по окружности вокруг изолируемого трубопровода, при этом сменный рулон расположен параллельно оси трубопровода.

Предпочтительно при реализации способа в качестве изоляционной ленты использовать ленту с термоусаживающейся основой. В частности, это может быть лента на основе из радиационно-модернизированной полимерной основы на основе полиолефинов (полиэтилен или полипропилен) и адгезионного слоя на основе сополимера этилена и винилацетата.

Для повышения адгезии нанесенной ленты к поверхности трубопровода предпочтительно намотанные по винтовой линии ленту равномерно нагревают.

На поверхность трубопровода предварительно может быть нанесен слой праймера.

При смене рулона осуществляют соединение конца изоляционной ленты предыдущего рулона с началом ленты последующего рулона любым известным путем (склеивают внахлест, механическое соединение заклепками и т.д.).

Преимущественно намотку изоляционной ленты осуществляют на предварительно очищенную поверхность трубопровода. Необходимость данной операции зависит от типа используемого адгезива. Кроме того, в некоторых вариантах реализации способа предварительно перед нанесением ленты на поверхность трубопровода участок ленты разогревают до температуры перехода адгезива в вязкотекучее состояние.

Для получения максимальных защитных характеристик формируемого покрытия предпочтительно адгезив распределяют до заполнения им неровностей на поверхности трубопровода и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток и приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки.

Также для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный узел нанесения изоляции на наружную поверхность трубопровода. Разработанный узел нанесения изоляционного покрытия на трубопровод содержит корпус, по меньшей мере, два шпуледержателя для размещения рулонов изолирующей ленты, средство прижима ленты к поверхности трубопровода, систему направляющих и разворачивающих ленту валков, блок нагрева и накопитель, причем узел выполнен с возможностью использования изоляционной ленты, на одну из сторон которой нанесен адгезив, накопитель установлен между корпусом узла и шпуледержателями и представляет собой систему валов, установленных параллельно шпуледержателям и способных перемещаться относительно друг друга с обеспечением запаса ленты, который обеспечивает нанесение ленты на поверхность трубопровода при замене рулона, причем валки расположены внутри корпуса узла, также узел содержит средство распределения разогретого адгезива изоляционной ленты по поверхности трубопровода, причем указанная система валков содержит не менее шести валков, расположенных по окружности, при этом шпуледержатель используемого рулона в момент нанесения ленты ориентирован параллельно оси изолируемого трубопровода.

В некоторых вариантах реализации средство распределения разогретого адгезива содержит вал, снабженный прижимным роликом, предназначенным для фиксации кромки изоляционной ленты, при этом рабочая поверхность вала образована эластичными коническими шайбами, чередующимися с антифрикционными прокладками.

Валки, предназначенные для перемещения ленты, могут быть выполнены неподвижными, установленными с возможностью вращения вокруг их продольной оси под действием проходящей ленты или выполнены с возможностью принудительного вращения.

В наиболее предпочтительном варианте реализации накопитель и шпуледержатели установлены на кронштейне, закрепленном на корпусе используемого устройства, сбоку от трубопровода. Это облегчает совмещение по скоростям перемещения установки нанесения ленты на трубопровод и рулонов с накопителем. Однако не исключен вариант реализации, когда накопитель и шпуледержатели помещают на платформу самоходного транспортного средства, движущегося параллельно трубопроводу.

Как отмечено ранее, накопитель представляет собой систему валов, установленных параллельно шпуледержателям и способным перемещаться относительно друг друга с обеспечением запаса ленты, который обеспечивает нанесение ее на поверхность трубопровода при замене рулона. Указанное действие обусловлено действием валов, входящих в конструкцию накопителя. На первом этапе сматывания рулона валы расходятся относительно друг друга, создавая запас ленты, на этапе полного сматывания рулона валы сближаются, передавая накопленный запас ленты на трубопровод, при этом конец ленты израсходованного рулона остается неподвижным, облегчая процесс соединения лент израсходованного и нового рулона. Привод накопителя может быть независимым или в качестве привода накопителя может быть использован привод используемого устройства нанесения ленты на трубопровод. Однако возможно использование накопителей и другого типа.

Разработанное техническое решение может быть реализовано следующим образом.

На предварительно очищенную поверхность трубопровода наматывают по винтовой линии термопластичную двухслойную ленту, обращенную слоем полимерного адгезива от поверхности трубопровода. В процессе намотки изоляционной ленты от сменного рулона, установленного на ориентированном параллельно оси трубопровода шпуледержателе, ленту, ориентированную адгезивным слоем от поверхности изолируемого трубопровода, пропускают через накопитель, содержащий набор перемещаемых валов, ориентированных параллельно друг другу. Первоначально при сматывании первых витков рулона валы накопителя удаляются друг от друга, создавая запас смотанной с рулона ленты. После накопителя ленту пропускают внутри кожуха по внешней поверхности валков, установленных вокруг изолируемой поверхности трубопровода. При выходе на поверхность последнего валка двухслойную ленту разворачивают адгезивным слоем к изолируемой поверхности трубопровода. На одном из участков траектории движения ленты разогревают, предпочтительно потоком горячего воздуха, адгезивный слой. Затем разогретым слоем адгезива прижимают ленту к предварительно очищенной поверхности трубопровода внахлест с предыдущим витком и прижимают ленту к трубопроводу с целью удаления пузырей воздуха, оставшихся между лентой и поверхностью трубопровода. Затем ленту подвергают термоусадке предпочтительно действием потока горячего воздуха. При сматывании последнего витка с рулона валы накопителя начинают перемещать друг другу, освобождая ленту для намотки на поверхность трубопровода. В это время соединяют любым технологически приемлемым способом конец ленты закончившегося рулона с лентой сменного рулона. Процесс соединения проходит или без остановки процесса нанесения ленты на поверхность трубопровода, либо с остановкой на 12-15 секунд.

При этом обычно используют двухслойную ленту с термоусаживающейся основой «НРЛ-СТ60» 450×2.0 ТУ 2293-001-29200582-02 и ТУ 2245-002-29200582-2007. При смене рулона осуществляют механическое соединение конца изоляционной ленты предыдущего рулона с началом изоляционной ленты следующего рулона путем склеивания, что обеспечивает практически непрерывность процесса намотки.

Узел нанесения изоляционного покрытия монтируют на трубопроводе любым известным способом, причем способ монтажа в основном зависит от дополнительно используемого оборудования.

Разработанный узел для нанесения изоляционного покрытия на протяженный участок трубопровода может быть использован следующим образом.

Перед началом движения узла нанесения изоляционного покрытия край ленты, предварительно отмотанный со сменного рулона, пропускают, адгезивным слоем наружу, через валы накопителя, а затем с внешней стороны системы валков, на последнем валке разворачивают адгезивным слоем в сторону изолируемого трубопровода, протягивают к поверхности изолируемого трубопровода и закрепляют на трубопроводе. Включают подачу теплого воздуха от узла для разогрева слоя адгезива. Перемещая узел нанесения изоляции вдоль трубопровода, разматывают ленту с рулона, наматывая ее одновременно на поверхность трубопровода. При этом валы накопителя перемещаются с удалением друг от друга, создавая запас ленты. На ленту, повернутую слоем разогретого адгезива к поверхности трубопровода, в момент контакта с указанной поверхностью, воздействуют средством распределения адгезива со стороны наружной поверхности. При этом адгезив распределяют по поверхности трубопровода до заполнения ее неровностей и вытеснения воздуха с одновременной фиксацией кромки ленты в месте нахлеста ее на предыдущий виток с приложением растягивающих усилий, возрастающих от кромки в месте нахлеста до противоположной кромки. Фиксацию кромки ленты в месте нахлеста на предыдущий виток предпочтительно обеспечивают прижатием ее эластичными коническими втулками, ось вращения ориентирована перпендикулярно кромке ленты. При приложении давления к наружной поверхности ленты происходит ее растягивание в стороны от вершин конусов втулок. Затем действием горячего воздуха или радиационным способом производят термоусаживание ленты. При сматывании последнего витка рулона валы накопителя начинают перемещаться навстречу друг друга, высвобождая запас ленты и обеспечивая непрерывность процесса термоизоляции.

При смене рулона осуществляют механическое соединение конца изоляционной ленты предыдущего рулона с началом изоляционной ленты последующего рулона. При реализации полного рабочего цикла разработанного устройства для нанесения изоляционного покрытия получают гарантированное вытеснение воздуха из неровностей на поверхности трубопровода с одновременным заполнением их адгезивом и плотным облеганием рельефа поверхности трубопровода, что повышает качество изоляции трубопровода.

В частности, при использовании разработанного технического решения и термопластичной двухслойной ленты «НРЛ-СТ60» 225×1,8 ТУ 2293-001-29200582-02 на отрезке трубопровода диаметром 1420 мм получено без остановок технологического процесса более чем на 15 секунд однородное качественное изоляционное покрытие с когезионным отрывом от полимерного покрытия в месте нахлеста А_ког.=60-65 Н/см и с когезионным отрывом по металлической поверхности с предварительным праймированием А_ког.=70-75 Н/см.