Результат интеллектуальной деятельности: Способ предотвращения разрушения газопроводных труб в защитных футлярах

Изобретение относится к строительству подземных газопроводов в сезонно промерзающих-протаивающих грунтах и предназначено для исключения аварийных ситуаций, связанных с деформированием или разрушением газопроводных труб в защитных футлярах при замерзании грунтовых вод, получивших возможность проникновения в них вследствие разгерметизации торцевых уплотнений.

Известен способ предотвращения замерзания грунтовых вод в защитных футлярах газопроводов, прокладываемых в слоях сезоннопротаивающих и промерзающих грунтах [1. Способ предотвращения замерзания грунтовых вод в защитных футлярах газопроводов. Патент на полезную модель РФ №2730754 U1, опубл. Бюл. №24, 25.08.2020]. В указанном способе предлагается размещать в нижней части футляра хлористый кальций в количестве, определяемом с учетом объема межтрубного пространства, чтобы его концентрация в грунтовой воде обеспечивала невозможность замерзания раствора при минимально возможных температурах окружающего грунта.

Недостатком предложенного способа является возможность снижения концентрации хлористого кальция в грунтовой воде при ее миграциях из межтрубной полости защитного футляра в окружающий грунт при негерметичности торцевых уплотнений. Снижение концентрации хлористого кальция приводит к повышению температуры замерзания воды и возврату риска разрушения газопроводной трубы.

Известно также техническое решение [2. Устройство для защиты газопроводов от механических повреждений. Патент на полезную модель РФ 202636 U1 опубл. Бюл. №7, 01.03.2021], в котором для исключения деформирования или разрушения газопроводной трубы при замерзании грунтовых вод предложено обматывать ее между центрирующими кольцами рулонным полиэтиленом, минимизируя при этом объем грунтовой воды в межтрубном пространстве.

Недостатком такого технического решения является сложность монтажа газопроводной трубы в защитный футляр из-за зацепов наружной поверхности пенополиэтиленовой обмотки с внутренней поверхностью защитной трубы, особенно при наличии сварных швов. Кроме того, для заполнения межтрубной полости пенополиэтиленом требуется значительное количество дорогостоящего материала. Особенно усложняется монтаж при использовании не центрирующих, а направляющих колец, в которых газопроводная труба размещается в защитном футляре с достаточно большим эксцентриситетом.

Целью настоящего изобретения является повышение удобства монтажа защитного футляра и снижение затрат на его изготовление за счет уменьшения необходимого объема рулонного пенополиэтилена.

На фиг.1 показаны графики изменения водопоглощения образцов вспененных полимерных материалов от циклов замораживания-оттаивания: 1 - nopaplank; 2 - ethafoam220; 3 - arctic65; 4 - arctic100; 5 - tekhnoplex; 6 - penofol.

Для достижения поставленной цели была исследована стойкость пенополиэтиленов с различной плотностью к многократному замораживанию в воде. Исследовалось шесть типов пенополиэтилена с плотностью от 27 кг/м³ до 100 кг/м³. Испытываемые образцы пенополиэтилена подвергались пятидесятикратному циклическому замораживанию-оттаиванию

соответственно при температурах минус 20°С и 20°С. Образцы выполнялись в виде кубиков со сторонами 50±1 мм. Емкость герметичных стальных бюксов, в которых проводились эксперименты составляла около одного литра.

Эксперименты проводились со следующими типами пенополиэтиленов:

1. Arctic100 - «сшитый» пенополиэтилен плотностью 100 кг/м³;

2. Arctic65 - «сшитый» пенополиэтилен плотностью 65 кг/м³;

3. Ethafoam220 - «сшитый» пенополиэтилен плотностью 38 кг/м³;

4. Nopaplank - «сшитый» пенополиэтилен плотностью 35 кг/м³;

5. Tekhnoplex - пенополистирол плотностью 30 кг/м³;

6. Penofol - «несшитый» пенополиэтилен плотностью 27 кг/м³.

Результаты проведенных экспериментов представлены на Фиг. 1, на котором показаны графики изменения водопоглощения различных типов пенополиэтиленов. В качестве наиболее стойкого к многократному циклическому замораживанию определен материал с наименьшей плотностью - «несшитый» пенополиэтилен типа penofol. Водопоглощение penofol после пятидесяти замораживаний увеличивается на 9%, что позволяет сделать вывод о снижении объема замкнутых пор на эту величину.

При замораживании воды ее объем увеличивается примерно на 9% [3. Войтовский К.Ф. Механические свойства льда. М.: Изд-во АН СССР, 1960 - 100 с.] и это является причиной деформирования и разрушения газопроводных труб. Внешняя труба защитного футляра при этом никогда не деформируется, в связи с ее размещением в мерзлом грунте достаточно высокой прочности. Пенополиэтиленовая обмотка газопроводной трубы при деформировании льда подвергается объемному сжатию на указанные выше 9% и этот процесс повторяется ежегодно. При каждом деформировании пенополиэтилена часть замкнутых пор разрушается, и соответствующий объем его пор открывается, увеличивая его водопоглощение.

Таким образом, для эффективного функционирования пенополиэтиленового слоя компенсирующего расширение воды при замерзании его минимальный объем должен быть не меньше 9% объема межтрубного пространства, который могут заполнить грунтовые воды. Указанная величина для обеспечения необходимой долговечности должна увеличиться на величину возможных потерь замкнутых пор при многократных деформациях сжатия пенополиэтилена. Поскольку замораживание воды в футляре происходит один раз в год, то для обеспечения работоспособности футляра в течении пятидесяти лет даже при полной потере герметичности торцевых уплотнений, исходя из результатов проведенных экспериментов, необходимый минимальный объем пенополиэтиленового компенсирующего слоя составит 18%. С учетом необходимости обеспечения достаточного запаса по объему из-за возможностей непредвиденных случайных разрушений материала при транспортировке и проведении монтажных работ целесообразно обеспечивать объем используемого пенополиэтилена до 35-40%.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе исходя из размеров футляра и газопроводной трубы рассчитывают объем межтрубного пространства и необходимый объем пенополиэтиленового слоя и его толщину. Самоклеящийся рулонный пенополиэтилен «penofol» наносят на поверхность газопроводной трубы в промежутках между центрирующими или направляющими кольцами. Затем газопроводную трубу помещают в защитный футляр и продолжают монтаж по обычной технологической схеме.

Применение предлагаемого способа позволит повысить безопасность газоснабжения потребителей, ускорит проведение монтажных работ и практически исключит затраты на проведение ремонтно-восстановительных работ для ликвидации последствий аварийных ситуаций, связанных с разрушением газопроводных труб в защитных футлярах.