ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ СТЫК ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И СПОСОБ ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства трубопроводов и предназначено для изоляции неразъемных стыковых соединений предварительно теплоизолированных трубопроводов в полимерной оболочке для тепловых сетей, водопроводов, нефтяных трубопроводов диаметром 57-1020 мм.

Известен теплоизоляционный стык предварительно теплоизолированных трубопроводов, включающий полимерную муфту, присоединенную с охватом к концам полимерных оболочек изолированных теплоизоляционным материалом и соединенных между собой трубопроводов, теплоизоляционный материал, заполняющий пространство между внутренней поверхностью упомянутой муфты, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляционного материала этих трубопроводов (см. патент Великобритании N2319316, 1998 г.).

Недостатком известного теплоизоляционного стыка является наличие продольного сварного шва на полимерной муфте, что снижает ее прочностные характеристики из-за неравномерности распределения нагрузок по периметру муфты, увеличивает вероятность возникновения протечек.

Известен способ выполнения теплоизоляционного стыка предварительно теплоизолированных трубопроводов, включающий соединение концов трубопроводов друг с другом, установку полимерной муфты на стык с охватом ее концами концов полимерных оболочек трубопроводов, заваривание продольного шва муфты, соединение муфты с концами оболочек соединяемых трубопроводов, проверку герметичности соединения муфты и оболочек и заполнение пространства между внутренней поверхностью муфты, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляции трубопроводов теплоизоляционным материалом (см. патент Великобритании N2319316).

Недостатком известного способа является то, что он предполагает осуществление операции по завариванию продольного шва, что приводит к перераспределению нагрузок по периметру муфты, в том числе и при осуществлении операции по соединению муфты с концами оболочек соединяемых трубопроводов. Выполнение стыка занимает более длительное время и снижает эксплуатационную надежность трубопроводов.

Наиболее близким из известных (ближайшим аналогом) является теплоизоляционный стык предварительно теплоизолированных трубопроводов и способ его выполнения, раскрытые в заявке WO 97/37167 A1, 09.10.97.

Известный теплоизоляционный стык предварительно теплоизолированных трубопроводов включает полимерную муфту, присоединенную с охватом к концам полимерных оболочек изолированных теплоизоляционным материалом и соединенных между собой трубопроводов, теплоизоляционный материал, заполняющий пространство между внутренней поверхностью упомянутой муфты, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляционного материала этих трубопроводов, и электронагревательные элементы, расположенные по периметру концов оболочек между их наружными поверхностями и внутренней поверхностью муфты.

Известный способ выполнения теплоизоляционного стыка предварительно теплоизолированных трубопроводов включает соединение концов трубопроводов друг с другом, установку электронагревательных элементов по периметру поверхности оболочки из полимерной трубы каждого из соединяемых концов трубопроводов, установку полимерной муфты на стык с охватом ее концами электронагревательных элементов, установку и затяжку обжимных лент снаружи муфты в зоне расположения электронагревательных элементов, подключение токоподводящих выводов электронагревательных элементов к источнику тока, электросварку муфты с оболочками соединяемых трубопроводов, проверку герметичности соединения муфты и оболочек и заполнение пространства между внутренней поверхностью муфты, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляции трубопроводов теплоизоляционным материалом.

Известные теплоизоляционный стык предварительно теплоизолированных трубопроводов и способ его выполнения обладают недостатком, выражающимся в том, что наличие продольного шва на муфте приводит к перераспределению нагрузок по периметру муфты, в том числе и при осуществлении операции по соединению муфты с концами оболочек соединяемых трубопроводов. Выполнение продольного шва предполагает наличие деталей, усложняющих конструкцию, и увеличивает затраты времени на выполнение стыка.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в исключении недостатков ближайшего аналога и получении простого по конструкции и надежного в эксплуатации теплоизоляционного стыка предварительно теплоизолированных трубопроводов.

Поставленная задача решается тем, что в теплоизоляционном стыке предварительно теплоизолированных трубопроводов, включающем полимерную муфту, присоединенную с охватом к концам полимерных оболочек изолированных теплоизоляционным материалом и соединенных между собой трубопроводов, теплоизоляционный материал, заполняющий пространство между внутренней поверхностью упомянутой муфты, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляционного материала этих трубопроводов, и электронагревательные элементы, расположенные по периметру концов оболочек между их наружными поверхностями и внутренней поверхностью муфты, каждый из электронагревательных элементов выполнен в виде перфорированной медной полосы с токоподводящими выводами и с площадью перфорации не менее 50% от площади полосы, а полимерная муфта выполнена термоусадочной.

В одном из частных случаев реализации объекта изобретения - устройства:
- трубопроводы выполнены стальными и соединены между собой при помощи электросварки;
- в качестве материала термоусадочной полимерной муфты и полимерных оболочек использован полиэтилен низкого давления, а в качестве теплоизоляционного материала - пенополиуретан;
- перфорация медной ленты представляет собой ряды просечек, выполненные таким образом, что не затронутые просечками участки полосы имеют одинаковые размеры;
- просечки имеют форму квадратов, стороны которых параллельны сторонам полосы;
- просечки в смежных рядах смещены друг относительно друга;
- смещение просечек равно половине их размера;
- медная полоса имеет, преимущественно, ширину 32,0±0,2 мм, толщину от 0,3±0,1 мм до 0,4±0,1 мм и сторону квадрата просечки 6,0±0,1 мм;
- токоподводящие выводы медной полосы имеют площадь сечения 6,0±0,5 мм² круглой или прямоугольной формы;
- муфта имеет, по крайней мере, одно отверстие и заглушку в нем конической формы;
- концы медной полосы и токоподводящие выводы изолированы друг от друга тефлоновыми прокладками.

Для решения поставленной задачи в способе выполнения теплоизоляционного стыка предварительно теплоизолированных трубопроводов, включающем соединение концов трубопроводов друг с другом, установку электронагревательных элементов по периметру поверхности оболочки из полимерной трубы каждого из соединяемых концов трубопроводов, установку полимерной муфты на стык с охватом ее концами электронагревательных элементов, установку и затяжку обжимных лент снаружи муфты в зоне расположения электронагревательных элементов, подключение токоподводящих выводов электронагревательных элементов к источнику тока, электросварку муфты с оболочками соединяемых трубопроводов, проверку герметичности соединения муфты и оболочек и заполнение пространства между внутренней поверхностью муфты, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляции трубопроводов теплоизоляционным материалом, согласно изобретению используют термоусадочную полимерную муфту, изготовленную из отрезка полимерной трубы, не прошедшей обработку коронным разрядом, при этом муфту подвергают механическому увеличению внутреннего диаметра до величины, превышающей наружный диаметр оболочки, и перед соединением концов трубопроводов ее надвигают на один из них поверх оболочки, а перед установкой обжимных лент осуществляют усадку муфты путем нагрева обоих ее концов, например, газовой (пропановой) горелкой.

В предпочтительном варианте реализации объекта изобретения - способа:
- надвигание муфты на один из концов трубопровода осуществляют на сухую и очищенную поверхность оболочки без снятия упаковочной полиэтиленовой пленки, охватывающей внутреннюю и наружную поверхности муфты;
- после снятия упаковочной полиэтиленовой пленки производят зачистку и обезжиривание внутренней поверхности муфты не менее чем на 150 мм с каждого ее края;
- установку электронагревательных элементов осуществляют с фиксацией их на поверхности оболочки таким образом, чтобы был обеспечен гарантированный зазор между их концами и токоподводящими выводами, расположенными, преимущественно, в области верхней части стыка при горизонтальном расположении трубопроводов;
- усадку муфты производят при отогнутых токоподводящих выводах электронагревательных элементов в положение, исключающее их соприкосновение с оболочкой;
- установку обжимных лент осуществляют снаружи муфты таким образом, чтобы они и тефлоновые прокладки под их концами выходили за края муфты на 5-10 мм;
- затяжку обжимных лент осуществляют стягивающими лентами таким образом, чтобы концы обжимных лент и замки стягивающих лент были расположены оппозитно в горизонтальной плоскости и на максимально возможном удалении от токоподводящих выводов электронагревательных элементов;
- электросварку муфты с оболочками ведут при отогнутых, преимущественно, на угол 60^o токоподводящих выводах электронагревательных элементов и подложенных между ними и оболочками изолирующих прокладках, например тефлоновых;
- не менее чем за 10 мин до начала электросварки муфты с оболочками стык защищают от прямого солнечного света, например, зонтом, обеспечивая тем самым равномерную температуру по периметру поверхности муфты и оболочек в местах сварки;
- в случае охлаждения стыка после сварки до температуры ниже 0^oC, обжимные ленты перед снятием прогревают, например, газовой горелкой;
- при высокой температуре окружающего воздуха стык после сварки охлаждают водой или влажной ветошью, а обжимные ленты снимают после завершения охлаждения и выдержки в течение 5 мин;
- проверку герметичности соединения муфты и оболочек проводят опрессовкой путем закачки воздуха в отверстие, выполненное в муфте, при этом выявление утечек осуществляют с использованием мыльного раствора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1-4 показаны этапы выполнения теплоизоляционного стыка; на фиг. 5 показано положение монтируемого стыка перед надвиганием на него муфты; на фиг. 6 показан стык в законченном виде; на фиг. 7 показан укрупненно электронагревательный элемент в виде перфорированной медной полосы (узел А на фиг. 5).

Изобретение осуществляется следующим образом. Готовят термоусадочную полимерную муфту. В качестве полимера используют полиэтилен низкого давления черного цвета марок по ГОСТ 16338-65. Муфту изготавливают из отрезка полимерной трубы с толщиной стенки 3-10 мм, которую предварительно разрезают на заготовки (отрезки) длиной порядка 0,8 м. Используют полимерную трубу, не прошедшую обработку коронным разрядом. Муфту после предварительного нагрева подвергают механическому увеличению внутреннего диаметра до величины, превышающей наружный диаметр оболочки. Готовую муфту упаковывают герметично полиэтиленовой пленкой молочного цвета (не пропускающей ультрафиолетовые лучи) таким образом, чтобы она охватывала наружную и внутреннюю поверхности муфты и позволяла бы осуществить надвигание муфты поверх оболочки на один из концов трубопровода без снятия пленки.

Перед соединением концов 1, 2 трубопроводов (например, стальных) надвигают на один из них поверх оболочки 3 без снятия упаковочной пленки (не показана) муфту 4 (см. фиг. 1). Очищают торцы теплоизоляции 5 трубопроводов и их оболочки 3 для того, чтобы муфту 4 можно было перемещать по чистой поверхности. Мокрые оболочки 3 следует высушить газовой (пропановой) горелкой и сохранять сухими. При температуре окружающего воздуха ниже 0^oC оболочки 3 необходимо прогреть на расстояние 300 мм от края, чтобы они стали горячими на ощупь. После соединения концов 1, 2 трубопроводов (стальных - электросваркой) удаляют с муфты 4 упаковочную полиэтиленовую пленку (см. фиг. 2). Сдвигают муфту 4 до половины неизолированного стыка и производят зачистку и обезжиривание ее внутренней поверхности как минимум на 150 мм от края. Затем сдвигают муфту 4 и подобным образом производят зачистку и обезжиривание ее внутренней поверхности с другого конца. Измеряют расстояние между оболочками 3 и надвигают муфту 4 на центр стыка. Помечают на оболочках 3 положение муфты 4 с обеих сторон, т. е. делают габаритные отметки муфты 4. Снова сдвигают муфту 4. Зачищают сначала с одной стороны стыка, а затем с другой, после очередного перемещения муфты 4, поверхности оболочек 3 вплотную к габаритным отметкам муфты 4. Производят обезжиривание зачищенных поверхностей. Зачистку производят, например, наждачной лентой, а обезжиривание - ацетоном.

Установку электронагревательных элементов 6 по периметру концов оболочек 3 (см. фиг. 3) осуществляют таким образом, чтобы был обеспечен гарантированный зазор между концами электронагревательных элементов 6 и их токоподводящими выводами 7. Для этого используют электронагревательные элементы 6, каждый из которых выполнен в виде перфорированной медной полосы с площадью перфорации не менее 50% от площади полосы (обычно эта величина составляет 56,25%). Перфорация медной полосы (см. фиг. 7) представляет собой ряды просечек, выполненные таким образом, что не затронутые просечками участки полосы имеют одинаковые размеры. При этом просечки могут иметь форму квадратов, стороны которых параллельны сторонам полосы. Предпочтительно, чтобы в смежных рядах просечки были смещены друг относительно друга, а величина смещения просечек равнялась бы половине их размера. Используют медную полосу, преимущественно, шириной 32,0±0,2 мм, толщиной от 0,3±0,1 мм до 0,4±0,1 мм и имеющую размер просечки со стороной квадрата 6,0+0,1 мм.

Для определения длины перфорированной медной ленты используют формулу:
C = π•D_об•K₁•K₂-A,
где C - длина перфорированной медной полосы, мм;
π - const (π =3,14);
D_об - наружный диаметр оболочки, мм;
K₁ - коэффициент, учитывающий температурный режим выполнения стыка;
K₂ - коэффициент, учитывающий точность изготовления оболочки с учетом допуска на изготовление (K₂ = 0,99);
A - гарантированный зазор, величина которого для оболочек диаметром до 315 мм составляет 15 мм, для оболочек диаметром больше 315 мм соответственно 25 мм,
K₁ = π•D_об•16,8•10^-6•Δt,
где Δt =t₁-t₂ - перепад температуры, ^oC.

t₁ - дежурная температура на складе хранения продукции, ^oC;
t₂ - температура монтажа, ^oC.

Токоподводящие выводы 7 выполнены медными и имеют площадь сечения 6,0±0,5 мм² круглой или прямоугольной формы. В процессе установки электронагревательных элементов 6 один конец медной полосы на расстоянии 10 мм от габаритной отметки муфты 4 фиксируют на оболочке 3, используя гвозди и молоток. Так как в трубопроводе имеется провод ОДК, то полосу следует сдвинуть таким образом, чтобы расстояние между проводом ОДК и местом, в которое забиваются гвозди, было не менее 5,0 мм. Плотно охватывают медной полосой по периметру оболочку 3 и фиксируют второй конец медной полосы аналогичным образом. При этом концы медной полосы и токоподводящие выводы 7 изолируют друг от друга тефлоновыми или фторопластовыми прокладками 8. После установки второго электронагревательного элемента 6 на конец оболочки 3 второго трубопровода осуществляют установку полимерной термоусадочной муфты 4, надвигая ее на стык. Осуществляют усадку муфты 4 путем нагрева обоих ее концов, например, газовой горелкой. При этом токоподводящие выводы 7 должны быть отогнуты в положение, исключающее их соприкосновение с оболочкой 3 во избежание оплавления оболочки 3 во время усаживания муфты 4. После усадки муфты 4 осуществляют установку и затяжку обжимных лент 9, как правило, из нержавеющей стали снаружи муфты 4 в зоне расположения электронагревательных элементов 6. При этом установку обжимных лент 9 осуществляют снаружи муфты 4 таким образом, чтобы они и располагаемые под их концами тефлоновые прокладки выходили за края муфты 4 на 5-10 мм. Затяжку обжимных лент 9 осуществляют стягивающими лентами 10, при этом концы обжимных лент 9 и замки стягивающих лент 10, как правило, оцинкованных, располагают оппозитно в горизонтальной плоскости и на максимально возможном удалении от токоподводящих выводов 7 электронагревательных элементов 6.

Производят регулировку сварочного аппарата на требуемое напряжение. Отгибают токоподводящие выводы 7 друг от друга, как правило, на угол 60^o и подключают их к источнику тока (сварочному аппарату), который на фигурах не показан. Соединение проводов сварочного аппарата с токоподводящими выводами 7 располагают на расстоянии 30 мм от края муфты, предварительно положив изолирующие (например, тефлоновые) прокладки (не показаны) между выводами 7 и оболочкой 3. Не менее чем за 10 мин до начала электросварки муфты 4 с оболочками 3 стык защищают от прямого солнечного света, например, зонтом, обеспечивая тем самым равномерную температуру по периметру поверхности муфты 4 и оболочек 3 в местах сварки.

Проводят сварку в установленном режиме. После сварки осуществляют дополнительный прогрев. Если после сварки стык охлаждается до температуры ниже 0^oC, то обжимные ленты 9 перед снятием прогревают, например, газовой горелкой. При высокой температуре окружающего воздуха стык после сварки охлаждают водой или влажной ветошью, а обжимные ленты 9 снимают после завершения охлаждения и выдержки в течение 5 мин. После сварки осуществляют проверку герметичности соединения муфты 4 и оболочек 3. Для этого через просверленное в муфте 4 отверстие 11, например, диаметром 25 мм закачивают воздух и проводят опрессовку при минимальном давлении 0,5 бар (0,05 МПа). Выявление утечек осуществляют с использованием мыльного раствора. После этого заполняют пространство между внутренней поверхностью муфты 4, наружной поверхностью соединенных между собой трубопроводов и торцами теплоизоляции 5 трубопроводов теплоизоляционным материалом (пенополиуретаном). После затвердевания пенополиуретана заливочное отверстие 11 обрабатывают конической фрезой и закрывают заглушкой 12 конической формы. Для этого на инструменте для вваривания заглушек устанавливают температуру +240^oC. Вдавливают конусную часть инструмента в отверстие муфты 4, нажимая на заглушку 12, вставленную во внутренний конус на противоположной стороне инструмента. Когда основание конуса достигнет поверхности муфты 4, а заглушка 12 утопится на 1 мм, необходимо ослабить давление приблизительно на 10 секунд. После этого вынимают инструмент из отверстия 11 и вдавливают в него заглушку 12 под давлением в течение приблизительно 20 секунд. Материал заглушки 12 соответствует материалу муфты 4, т.е. в данном случае используется полиэтилен.

На базе изобретения разработан электросварной теплоизоляционный стык "МосФлоулайн-1000", являющийся представителем принципиально новой конструкции стыков, сочетающей в себе лучшие свойства электросварных стыков и термоусаживающихся материалов. Конструкция стыка выдержала испытания в Датском технологическом институте на перемещения в песчаном ящике на 1000 циклов по методике Европейского стандарта EN 489.