Результат интеллектуальной деятельности: СТАЛЬНАЯ ТРУБА С ВНУТРЕННЕЙ ПЛАСТМАССОВОЙ ОБЛИЦОВКОЙ

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при производстве труб и строительстве трубопроводов с внутренней пластмассовой облицовкой.

Известна труба с внутренней пластмассовой оболочкой, содержащая концентрично расположенные на конце трубы и скрепленные между собой и с трубой перфорированные протекторную и защитную втулки, причем между трубой и внешней поверхностью протекторной втулки и между внутренней поверхностью последней и внешней поверхностью защитной втулки выполнены кольцевые зазоры, заполненные электропроводным композиционным материалом (пат. РФ №2095675, кл. F 16 L 9/02, опубл. 10.11.97. Бюл. №31).

Недостатком этой трубы является низкий срок службы при транспортировке нефтепромысловых жидкостей, обусловленный тем, что перфорационные отверстия защитной втулки забиваются тяжелыми компонентами нефти и механическими примесями, блокирующими защитное действие протекторной втулки. При этом происходит интенсивное коррозионное разрушение концевых зон трубы (защитной втулки, сварного шва и околошовной зоны трубы).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является труба с внутренней пластмассовой оболочкой, содержащая концентрично расположенные в каждом из концов трубы и скрепленные с ней наружное и внутреннее кольца, причем внутреннее кольцо выполнено из коррозионно-стойкого металла, наружное кольцо выполнено из того же металла, что и труба, с толщиной стенки, не превышающей толщину оболочки. Между внутренней поверхностью конца оболочки и наружной поверхностью внутреннего кольца может быть размещен герметик из упругоэластичного материала. На наружной поверхности внутреннего кольца могут быть выполнены выступы, высота которых не превышает толщину стенки оболочки (пат. РФ №2141598, кл. F 16 L 9/02).

Недостатком этой трубы является низкая работоспособность, обусловленная тем, что внутреннее кольцо из-за малой толщины стенки (толщина ограничена по соображениям экономии нержавеющей стали) не обеспечивает надежное прижатие конца пластмассовой оболочки к внутренней поверхности трубы, вследствие чего при низких температурах оболочка, сокращаясь сильнее стальной трубы (коэффициенты теплового расширения пластмасс многократно превышают коэффициент для стали), выходит из зоны защемления, оголяя поверхность трубы. Размещение герметика из упругоэластичного материала между внутренней поверхностью конца оболочки и наружной поверхностью внутреннего кольца, повышая герметичность зоны защемления, только ухудшает механическую фиксацию конца оболочки (снижается трение). Выполнение внутреннего кольца с наружными выступами в зоне защемления конца оболочки, направленное на усиление этой фиксации, полностью проблему не решает, так как выступы выполняют свою функцию в необходимой степени только тогда, когда они опираются на жесткое кольцо. К тому же выступы обычно получают токарной обработкой кольца с большой начальной толщиной стенки, что противоречит экономии дорогостоящей нержавеющей стали.

Задачей изобретения является повышение работоспособности стальной трубы с внутренней пластмассовой облицовкой.

Поставленная задача решается тем, что в стальной трубе с внутренней пластмассовой облицовкой, содержащей концентрично расположенные в каждом из концов трубы наружное и внутреннее защемляющее кольца, причем наружное кольцо размещено между торцами облицовки и трубы и выполнено из металла трубы, а внутреннее защемляющее кольцо прижимает конец облицовки к трубе и выполнено из коррозионно-стойкой стали, и герметизирующее кольцо из упругоэластичного материала, внутренний диаметр концов трубы в интервале размещения защемляющих колец превышает внутренний диаметр самой трубы, а герметизирующее кольцо расположено между торцами облицовки и наружного кольца и выполнено из более термостойкого материала, чем облицовка.

Кроме того, толщина защемляющего кольца в интервале расположения наружного кольца уменьшена до 2-4 мм, а толщина наружного кольца соответственно увеличена.

На чертеже изображены продольные разрезы (верхние половины) одного из концов трубы (другой конец аналогичен) с гладким внутренним кольцом (фиг.1) и с внутренним кольцом, толщина которого в интервале расположения наружного кольца уменьшена (фиг.2).

Стальная труба 1 (фиг.1) изнутри облицована полиэтиленовой трубой 2, концы которой на удалении термического воздействия сварки отрезаны и закреплены путем прижатия к внутренней поверхности трубы посредством защемляющего кольца 3 из коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали (защемление производят известным способом дорнирования кольца 3). На участке термического воздействия сварки размещено наружное кольцо 4 из обычной стали. Между торцами полиэтиленовой трубы и наружного кольца установлено герметизирующее кольцо 5 из упругоэластичного материала, более термостойкого, чем материал облицовки.

В интервале расположения защемляющего внутреннего кольца 3 конец трубы 1 расширен по внутреннему диаметру до размера, превышающего наибольший предельный диаметр для данного типоразмера труб, определяемый допусками, указанными в ГОСТах. Такое расширение гарантирует для всех труб применяемого типоразмера одинаковый и расширенный внутренний диаметр концов труб и, следовательно, одинаковое усилие защемления концов облицовки при довольно большом разбросе внутренних диаметров труб одного и того же типоразмера. Обычно в технике для устранения разброса внутренних диаметров труб производят калибровку концов труб до наибольшего внутреннего диаметра, определяемого допусками. В этом случае внутренние диаметры концов всех труб будут одинаковыми. В предложенном же техническом решении концы труб расширены до размера, превышающего наибольший внутренний диаметр труб (на 2-8 мм). При этом даже у трубы, имеющей наибольший внутренний диаметр, диаметр концов будет больше диаметра остальной части трубы. Необходимо отметить, что в соответствии с данным техническим решением расширение концов трубы может быть осуществлено не только раздачей концов калибром (дорном), но и снятием изнутри части толщины стенки трубы без изменения наружного диаметра. В последнем случае обеспечивается более высокая точность как диаметра, так и длины расширенной части концов трубы, что повышает надежность защемления и герметизации. Однако при этом уменьшается толщина стенки трубы, что не всегда допустимо (например, для труб, испытывающих большие продольные напряжения; радиальные напряжения не опасны, т.к. часть радиальной нагрузки воспринимают в зоне уменьшения толщины стенки трубы наружное и внутреннее кольца).

В интервале наружного кольца 4 (фиг.2) толщина защемляющего кольца 3 может быть уменьшена до минимально возможной величины, определяемой только надежностью качественной сварки двух защемляющих колец между собой при соединении труб сваркой. Эта толщина должна быть не менее 1 мм (оптимально 1-4 мм). Толщина же защемляющего кольца 3 в зоне защемления конца облицовки 2 больше и определяется необходимой жесткостью кольца в этой зоне. Иными словами, внутреннее защемляющее кольцо имеет оптимальную толщину в каждой из зон в соответствии с выполняемой в них функцией.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Концы стальной трубы по ГОСТ 8732-78 номинальным наружным диаметром 273 мм и толщиной стенки 9 мм (номинальный внутренний диаметр 255 мм) на длину 400 мм расширили калибром до диаметра 263 мм (на 1,9 мм больше, чем максимальный внутренний диаметр этих труб по этому ГОСТу, составляющий 261,1 мм). Далее стальную трубу облицевали футерованием полиэтиленовой трубой наружным диаметром 257 мм и толщиной стенки 6 мм с предварительным волочением через обжимающую фильеру диаметром 253 мм. Концы полиэтиленовой трубы отрезали на удалении термического воздействия сварки, которое составляет для полиэтилена 200 мм. В концы стальной трубы вставили сборку из наружного кольца наружным диаметром 256 мм, толщиной стенки 6 мм и длиной 190 мм, выполненного из Ст.20, внутреннего кольца из нержавеющей стали марки Х18Н10Т наружным диаметром 244 мм, толщиной стенки 4 мм и длиной 400 мм и герметизирующего кольца из теплостойкой резины марки ИРП-1354НТА по ГОСТ 9067-76 (кратковременно выдерживает температуру до 250°С, а полиэтилен - не более 150°С) внутренним диаметром (в свободном состоянии) 240 мм, толщиной стенки 7 мм и шириной 10 мм. Произвели раздачу колец с помощью дорна диаметром 244 мм.

Пример 2. Этот пример аналогичен предыдущему, за исключением того, что наружное кольцо имеет толщину стенки 8 мм при том же наружном диаметре, а внутреннее защемляющее кольцо внутренним диаметром 236 мм выполнено двухступенчатым: внутренняя часть длиной 200 мм имеет наружный диаметр 244 мм (толщина стенки 4 мм), а остальная - 240 мм (толщина стенки 2 мм), герметизирующее кольцо имеет внутренний диаметр 236 мм, толщину стенки 9 мм. Необходимо отметить, что с целью исключения токарной обработки, переводящей нержавеющую сталь при изготовлении двухступенчатого внутреннего кольца в стружку, оно может быть выполнено составным путем насаживания на кольцо наружным диаметром 240 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 400 мм кольца наружным диаметром 244 мм, внутренним диаметром 240,5 мм и длиной 200 мм. Такое составное кольцо не требует специальной герметизации контакта между его составляющими, поскольку герметизирующее кольцо 5 при предложенном месте его размещения решает и эту задачу.

Увеличение внутреннего диаметра концов трубы в интервале расположения защемляющих колец приводит к увеличению диаметра концов пластмассовой облицовки после защемления, вследствие чего резко возрастает надежность закрепления (фиксации) концов облицовки. Это позволяет использовать защемляющее кольцо из нержавеющей стали меньшей толщины. Однако уменьшение толщины этого кольца может привести (в случаях нарушения технологии сварки, вероятность которого при малой толщине возрастает) к снижению герметичности сварного шва при сварке колец двух труб между собой. При этом агрессивная среда может попасть в пространство между облицовкой и трубой, вызывая коррозию последней. Поэтому герметизирующее кольцо располагается между торцами облицовки и наружного кольца. В этом месте герметизирующее кольцо препятствует также возможному проникновению среды по контакту между защемляющим кольцом и облицовкой.

Уменьшение толщины стенки защемляющего внутреннего кольца в зоне расположения наружного кольца еще более экономит расход нержавеющей стали без снижения надежности защемления концов облицовки.