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Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Reparieren von Pipelines, insbesondere zum Reparieren von defekten Bereichen und Schweißverbindungsdefekten von Pipelines, ohne einen Durchfluss (von Wasser, Öl, Erdgas oder anderen Flüssigkeiten und Gasen) zu stoppen, sowie zum Verstärken von Schweißverbindungen bei der Phase einer Pipelinekonstruktion.
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Unterschiedliche Vorrichtungen werden zum Reparieren von Pipelines verwendet, einschließlich jenen, die eine Seitenwand aufweisen, die aus zwei Teilen besteht, die miteinander verbunden werden und um den defekten Pipelinebereich herum mit einem Spalt zwischen der Innenoberfläche der Seitenwand und der Außenoberfläche eines Rohrs montiert werden, welcher mit einem nichtausgehärteten Verbundmaterial gefüllt wird (
RU 113811 U1 , 27.02.2012,
RU 129593 U1 , 27.06.2013,
RU 2191317 C2 , 20.10.2002,
RU 2378560 C1 , 10.01.2010,
SK 1995 A3 , 06.11.1996,
GB 2210134 A , 01.06.1989). Dieses Verfahren zum Reparieren wird als „Verbundhülsentechnologie“, kurz CST (Composite Sleeve Technology), bezeichnet.
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CST weist verschiedene Nachteile auf, von denen die größten folgende sind:
- 1) ein Risiko einer nichtgleichmäßigen Füllung des Raums zwischen einem Rohr und der Seitenwand mit dem Verbundmaterial, was keine sichergestellte Reparaturqualität liefert, aufgrund der Luftblasen, die während einer Injektion eines flüssigen Verbundmaterials, insbesondere über dem Defekt, gebildet werden können, die anschließend bewirken können, dass Metall in den erschienenen Hohlraum herausgepresst wird und die Abdichtung der Pipeline aufgehoben wird;
- 2) die Komplexität des Durchführens des Lichtbogenschweißens der äußeren Metallseitenwandhälften unter Wasser, was eine Anwendung des gegebenen Verfahrens zum Reparieren von Unterwasserpipelines einschränkt;
- 3) die Notwendigkeit, einen aktiven Schutz der Metallseitenwand vor Bodenkorrosion bereitzustellen;
- 4) während die Kosten für Materialien und Komponenten der Reparaturstruktur relativ gering sind, machen die hohen Kosten organisatorischer und technischer Maßnahmen für ihre Installation die Reparatur als Ganzes teuer.
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Eine Polymerhülse zum Reparieren von Rohren mit lokalisierten Korrosionsdefekten, welche diese Nachteile nicht aufweist, besteht aus einigen Schichten aus Glasband, die mittels einer Klebschicht miteinander verbunden sind und die Pipeline zirkumferenziell bedecken, wobei die Hülse aus zwei separaten vorgeformten Hälften, die mit Scharniereinheiten, die sich im Eingriff miteinander befinden, an den Enden versehen sind und mittels der Kopplungsschäfte, die in Bezug auf die Pipelineachse parallel orientiert sind, verknüpft sind (
RU 2219423 C2 , 20.12.2003). Jedoch weist diese Reparaturstruktur die anderen drastischen Nachteile auf. Dementsprechend ermöglicht diese Hülse aufgrund der Abwesenheit der Metallseitenwand es nicht, einen Bereich, der repariert wird, zu einem defektfreien Ausmaß zu bringen, da eine Vorspannung, die anfänglich durch Erwärmen der Fiberglashülse und dann durch Schrumpfen von dieser aufgrund des Abkühlens bereitgestellt wird, unzulänglich ist, damit eine Fiberglasfestigkeitsentwicklung eine Ausbreitung des Defekts unter der Hülse bis zu einem Durchgangsloch stoppt. Der Grund dafür ist, dass der Elastizitätsmodul von Fiberglas wenigstens siebenmal niedriger als der Elastizitätsmodul von Stahl ist. Des Weiteren ist das Erwärmen einer Volumenfiberglasstruktur auf eine Temperatur von etwa 160 °C in der Feldumgebung eher schwierig.
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Gemäß
RU2224169 С2 , 20.02.2004, ist eine Hülse zum Reparieren einer Pipeline bekannt, wobei die Hülse ein Band, das aus dem vorgeformten Verbundmaterial in der Form von zwei Halbhülsen zirkumferenziell mit einem wellenartigen Profil gefertigt ist, und ein elastisches Pad, das dem Band zugewandt ist, und ein glattes Profil, das der Pipeline zugewandt ist, umfasst.
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Der Hauptnachteil einer solchen Hülse ist das Nutzen technischen Gummis mit einer Lebensdauer von 200000 Stunden, das ist etwa 23 Jahre, als elastisches Pad. Geltende russische Normen und Spezifikationen für die Konstruktion, Nutzung und Reparatur von Hauptpipelines erfordern, dass die Lebensdauer von Materialien, die für diese Zwecke verwendet werden, nicht weniger als 30 Jahre beträgt. Daher kann die Struktur gemäß
RU2224169 С2 , 20.02.2004, nicht als Mittel zur fortdauernden Reparatur von Hauptpipelines verwendet werden.
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Gemäß
US 2014048164 A1 , 20.02.2014, ist ein Verfahren zum Reparieren von Pipelines bereitgestellt, wobei ein oder mehrere Kompressionsgurte um die Außenumfangsoberfläche eines Rohrs in der Reparaturzone installiert werden, eine korrosionsbeständige Beschichtung über den installierten Kompressionsgurten und der Oberfläche des Rohrs in der Reparaturzone aufgebracht wird und eine Verbundaußenhülle um die korrosionsbeständige (Grund-)Beschichtung, die in der Reparaturzone aufgebracht ist, herum gewickelt wird.
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Dieses Verfahren zum Reparieren liefert keine gleichmäßige Vorspannung der gesamten Reparaturstruktur und straffes Zusammendrücken des Pipelinedefektbereichs, daher kann eine gleichmäßige Übertragung der radialen Belastung von dem Defektbereich zu der Außenhülsenhülle nicht garantiert wird, was ein drastischer Nachteil dieser Reparaturstruktur ist.
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Der Prototyp für die bereitgestellte Erfindung ist eine Hülse (
RU 148064 U1 , 14.07.2014), die umfasst, dass eine auf eine Pipeline montierte Hülse aus zwei Halbhülsen besteht, die aus einem ausgehärteten Verbundmaterial gefertigt sind, und eine zylindrische Innenoberfläche, die dem Pipelinedurchmesser entspricht, und eine konische Außenoberfläche, auf der eine metallische Seitenwand montiert ist, aufweist, wobei die metallische Seitenwand eine sich verjüngende Form aufweist, die der Außenoberfläche der Verbundhülse entspricht, und aus zwei Hälften besteht, die vorläufig mittels Lichtbogenschweißen verbunden werden. Die Verbundhülse wiedersteht einer Kompression und liefert eine volle Belastungsübertragung von dem Defektbereich zu der metallischen Seitenwand.
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Während der in dem Prototyp offenbarten Lösung für die bereitgestellte Erfindung zwei der wichtigsten oben beschriebenen CST-Nachteile (1 und 4) fehlen, weist sie aber immer noch zwei für CST besondere Nachteile auf, die folgende sind:
die Komplexität des Durchführens des Lichtbogenschweißens der äußeren Metallseitenwandhälften unter Wasser, was eine Anwendung des gegebenen Verfahrens zum Reparieren von Unterwasserpipelines einschränkt;
die Notwendigkeit, einen aktiven Schutz der Metallseitenwand vor Bodenkorrosion bereitzustellen.
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Die bereitgestellte Erfindung soll die oben beschriebenen Nachteile beseitigen.
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Das technische Ergebnis, das durch die bereitgestellte Erfindung erzielt wird, besteht aus einer Verbesserung der Leistungsfähigkeitszuverlässigkeit der Pipeline, die mittels einer Vorrichtung zum Reparieren von Pipelines repariert wird, welche eine an der Pipeline angehaftete Hülse, wobei die Hülse aus einem ausgehärteten Verbundmaterial in der Form eines Kegelstumpfs mit einem zylindrischen Durchgang gefertigt ist, der entlang der Achse hindurchgeht, wobei der Durchmesser des Durchgangs gleich dem Außendurchmesser der Pipeline, die repariert wird, ist, und eine Seitenwand umfasst, wobei die Innenoberfläche der Seitenwand der Außenoberfläche der Hülse entspricht, wobei die Seitenwand aus einem ausgehärteten Verbundmaterial gefertigt ist.
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Das Verbundmaterial, aus dem die Hülse und die Seitenwand gefertigt sind, wird aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Folgendem besteht: Fiberglas, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, Basaltkunststoffen.
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Die Hülse ist aus einem Verbundmaterial mit einer Druckfestigkeit gleich wenigstens 70 MPa gefertigt, was JSC-“Transneft“-Anforderungen für Verbundmaterialien in dem ausgehärteten Zustand entspricht, die zum Reparieren von Hauptölpipelines gemäß der Verbundhülsentechnologie verwendet werden.
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Die Seitenwand ist aus dem Verbundmaterial mit einem Elastizitätsmodul gleich wenigstens 130 GPa gefertigt, der dem Wert eines Elastizitätsmoduls von Rohrstahl äußerst ähnlich ist.
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Die Länge der Seitenwand ist um den Wert, der in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Pipeline, die repariert wird, in dem Bereich von 50–200 mm gewählt wird, geringer als die Länge der Hülse.
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Im Betriebszustand ragen Enden der Hülse mit Bezug auf Enden der Seitenwand heraus.
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Die Hülse und die Seitenwand bestehen aus wenigstens zwei Teilen, die während der Montage auf der Pipeline miteinander verbunden werden.
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Die Teile der Seitenwand umfassen Scharnierkörper an den Rändern von diesen, durch welche sie miteinander verbunden werden, wobei die Scharnierkörper mit Nuten für die jeweiligen Scharnierkörper alternieren, wobei die Scharnierkörper mit Innenbuchsen versehen sind, die Teile der Seitenwand so konfiguriert sind, dass sie mittels Kopplungsschäften, die durch die Innenbuchsen geführt werden, miteinander verbunden werden, wenn die Teile der Seitenwand so zusammentreffen, dass die Scharnierkörper in die jeweiligen Nuten eindringen, wobei die Kopplungsschäfte einen glatten zylindrischen Teil, gleich der Länge der Seitenwand, mit einem Durchmesser, der den Innendurchmesser der Buchsen nicht überschreitet, und einen Gewindeteil aufweisen, der in dem Betriebszustand aus der Seitenwand um nicht weniger als 50–100 mm herausragt, wobei die Kopplungsschäfte mit einem Stoppelement an einem Ende und einer Schraubenmutter an dem anderen versehen sind, welche mit einer kalibrierten Kraft durch eine Unterlegscheibe, die gegen das Anstoßende der Hülse anstößt, auf den Gewindeteil des Schafts geschraubt wird.
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Das Stoppelement kann als ein Bolzenkopf mit einer Unterlegscheibe implementiert sein.
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In Abhängigkeit von dem Material, dem Typ, den Betriebsbedingungen und der Lebensdauer der Pipeline, die repariert wird, sind die Innenbüchens, Kopplungsschäfte, Unterlegscheiben und Schraubenmuttern aus Metall oder einem Verbundmaterial gefertigt, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: Fiberglas, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, Basaltkunststoffen.
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Die Innenbuchsen, die Kopplungsschäfte, die Unterlegscheiben und die Schraubenmuttern, die aus Metall oder einem Verbundmaterial gefertigt sind, werden in einer Reparaturstruktur in Kombination verwendet.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Vorderansicht mit einem Ausschnitt in dem Gebiet eines Defekts der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf das Gebiet der Pipeline mit dem Defekt montiert ist;
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2 zeigt eine Schnittseitenansicht der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ohne einen der Kopplungsschäfte.
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Eine Vorrichtung zum Reparieren von Pipelines umfasst eine Hülse 2, die auf eine Pipeline 1 montiert ist, mit einer zylindrischen Innenoberfläche, die dem Durchmesser der Pipeline entspricht, und einer Seitenwand 3, die dazu konfiguriert ist, mit ihrer Innenoberfläche auf die jeweilige Außenoberfläche der Hülse montiert zu werden. Die Hülse ist aus einem ausgehärteten Verbundmaterial gefertigt, das einer Kompression widersteht und eine Übertragung einer radialen Belastung von dem Defektbereich zu der Seitenwand liefert, die aus einem Verbundmaterial gefertigt ist, das einen Elastizitätsmodul mit einem Wert ähnlich jenem von Stahl aufweist, d. h. eine schlechte Dehnbarkeit aufweist. Während des Herstellungsprozesses werden Hohlräume 11 in der Seitenwand mit einem Material gefüllt, aus dem die Hülse gefertigt ist (zum Beispiel Fiberglas).
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Die Außenoberfläche der Hülse 2 und die Innenoberfläche der Seitenwand 3 sind in der Form eines Kegels gebildet. Die Außenoberfläche der Seitenwand kann von beliebiger Form, insbesondere konisch, sein. Die Hülse 2 (siehe 1) besteht aus wenigstens zwei Komponententeilen, die während der Montage auf der Pipeline 1 mit einem Defekt 4 miteinander verbunden werden. Bei der gezeigten Ausführungsform besteht die Hülse aus zwei Komponententeilen 2-a und 2-b (siehe 2). Wenn Pipelines mit großem Durchmesser repariert werden, werden die Teile der Reparaturstruktur leichter gemacht, um die Montagearbeit zu optimieren. Zu diesem Zweck können die Hülse und die Seitenwand aus drei und mehr Teilen bestehen.
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Die Seitenwand 3 ist aus wenigstens zwei Komponententeilen gefertigt. Bei der gezeigten Ausführungsform besteht die Seitenwand aus zwei Teilen 3-a und 3-b, die mittels Schäften 5 mit Stoppelementen, zum Beispiel in der Form eines Bolzenkopfs, der an einem Ende der Schäfte angeordnet ist, miteinander verbunden sind. Die Schäfte 5 gehen durch die Scharnierkörper 9 hindurch, innerhalb von welchen die Buchsen 10 angeordnet sind. Die Buchsen sollen Lücken zwischen der Innenoberfläche der Scharnierkörper und den Schäften beseitigen, welche zu einer Erzeugung von Biegebelastungen innerhalb der Scharnierkörper und zu der Bildung von Rissen in diesen führen können. Das Stoppelement ist durch eine Unterlegscheibe 6 von der Seitenwand getrennt. Die Unterlegscheibe 7 und eine Schraubenmutter 8, die auf das andere Ende des Schafts 5 gesetzt ist, wirken zusammen mit dem Schaft 5 als, abgesehen von der Fixierungsfunktion, eine Anordnung 12 zum Festziehen der Seitenwand auf die Hülse und zum kalibrierten Zusammendrücken der Reparaturstruktur um den Defektbereich der Pipeline herum. Zu diesem Zweck ist die Unterlegscheibe 7 zum Beispiel mit einer verstärkten quadratischen Form mit abgerundeten Ecken versehen.
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Die Schäfte 5, die Unterlegscheiben 6 und 7 sowie die Schraubenmuttern 8 und die Buchsen 10 können aus Metall und/oder Verbund- und Polymermaterialien gefertigt sein, insbesondere in Abhängigkeit von den Bedingungen und einer verbleibenden Zeit der Pipelinebereiche, die repariert werden.
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Die Hülse 2 weist eine Länge auf, die länger als eine Länge der Seitenwand 3 ist, um provisorische Mittel, zum Beispiel Kompressionsgurte mit Ratschen und/oder Streifenklammern, zum Pressen und Fixieren der Hülse während einer Klebstoffanbringung an der Pipeline an den Rändern der Hülse zu platzieren. Mit dem Festziehen der Seitenwand auf der Hülse werden Kompressionsgurte mit Ratschen und/oder Streifenklammern abwechselnd entfernt.
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Wenn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird das Reparieren der Pipeline mit Defekten wie folgt implementiert.
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Bei dem Bereich der Pipeline 1 mit dem Defekt 4 wird die Isolationsbeschichtung zu einer Ausdehnung entfernt, die die Länge der Hülse 2 überschreitet. Die Oberfläche der Pipeline 1 wird von Resten von Isolation und Korrosion gereinigt. Der Hohlraum des Defekts 4 wird mit einem Ausgleichsmaterial, wie etwa Etal-Knetmasse, gefüllt. Eine Klebstoffmasse, wie etwa Etal 45, wird auf die gereinigte Oberfläche der Pipeline 1 aufgebracht und die Hülse 2 wird montiert. Die Komponententeile der Hülse 2 werden während der Montage durch Seitenränder auf der Pipeline 1 haftend angebracht. Zwei Teile 2-a und 2-b der Hülse werden durch eine beliebige Anordnung, wie etwa einen Kompressionsgurt mit einer Ratsche, zusammengezogen, werden an den Enden durch Streifenklammern, wie etwa „Scotch“, fixiert und dann werden die Gurte entfernt. Die Komponententeile 3-a und 3-b der Seitenwand werden mittels der Schäfte 5 durch die Unterlegscheiben 6 und 7 verbunden, so dass eine solide Seitenwand 3 gebildet wird, und die Schraubenmuttern 8 werden auf die Enden der Schäfte 5 geschraubt. Dabei wird eine Klebstoffmasse auf die Außenoberfläche der Hülse 2 aufgebracht und wird die Seitenwand 3 entlang der Achse der Pipeline 1 auf die Hülse 2 geschoben, so dass sich die Unterlegscheiben 7 jenseits des Randes der Hülse 2 bewegen, und dann wird ein weiteres Festziehen der Seitenwand 3 auf die Hülse 2 mittels Schrauben der Schraubenmuttern 8 ausgeführt, bis die Innenoberfläche der Seitenwand 3 vollständig mit der Außenoberfläche der Hülse 2 übereinstimmt und der Wert der Nennanziehkraft der Fixierschraubenmuttern erreicht wird, der durch eine Herstellerfirma in einer Spezifikation angegeben ist, die für die Reparaturstruktur, die montiert wird, formuliert ist, was von einem Material der Seitenwand 3 und einem Typ und Betriebsbedingungen der Pipeline 1, die repariert wird, abhängt. Die kalibrierte Kraft zum Festziehen wird mittels eines dynamometrischen Schraubenschlüssels einer vordefinierten Länge erzielt. Zusammenziehen von Komponententeilen der Seitenwand 3 mit einer kalibrierten Kraft wird für eine Vorspannung der zusammengebauten Reparaturstruktur und ein bemessenes Zusammendrücken der Reparaturfläche mit ihr durchgeführt, um eine dichte Versiegelung und eine effektive Übertragung der radialen Belastung von dem geschwächten Defektbereich durch die Hülse 2 auf die Verbundseitenwand 3 bereitzustellen, die den Festigkeitscharakteristiken eines defektfreien Stahlrohrs während der gesamten Lebensdauer der Pipeline nicht unterlegen ist.
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Dementsprechend wird die Seitenwand 3 mittels der Schäfte 5 auf der Hülse 2 fixiert, die durch die Scharnierelemente 9, die mit eingebetteten Buchsen 10 versehen sind, auf den Seitenrändern der Komponententeile der Seitenwand unter Verwendung der Stoppelemente 5, der Unterlegscheiben 6, 7 und der Schraubenmuttern 8 hindurchgeführt sind.
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Dann wird der reparierte Bereich isoliert, zum Beispiel mittels eines Wärmeschrumpfbandes, das über die alte Isolation überlappt.
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Eine Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeitscharakteristiken, Dichtungs- und dielektrische Eigenschaften der in dieser Vorrichtung verwendeten Materialien, die konische Außenoberfläche der Hülse und der Innenoberflächenseitenwand zusammen mit der Klebstoffmasse stellen die Beseitigung von Lücken zwischen der Hülse und der Seitenwand und zwischen der Pipeline und der Hülse sicher, was die Leistungsfähigkeitszuverlässigkeit der Pipeline, die repariert wird, erhöht und sie zu dem Niveau von Defektfreiheit bringt.
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Die Vorrichtung zum Reparieren von Pipelines gemäß der Erfindung benötigt keine weiteren Anordnungen zum Festziehen der Seitenwand auf der Verbundhülse und zum Schutz der Seitenwand davor, dass sie im Betrieb von der Hülse kriecht. Diese Funktionen werden durch Kopplungsschäfte mit Gewinden auf ihren Enden zusammen mit entsprechenden Unterlegscheiben und Schraubenmuttern durchgeführt. Mit dem Festziehen mit einer kalibrierten Kraft auf der Außenoberfläche der Kegelverbundhülse, die mit der Klebstoffmasse vorab eingeschmiert ist, nimmt die Seitenwand, die aus zwei oder mehr Teilen zusammengebaut ist, ihre strukturelle Position an und überträgt eine resultierende radiale Kraft auf die konische Hülse, die ihrerseits haftend an dem Defektbereich der Pipeline angebracht, die Kraft auf sie überträgt, wodurch die Reparaturstruktur vorgespannt wird und die Pipeline mit der Kraft zusammengedrückt wird, die durch die Berechnung bestimmt wurde und die zusammen mit der Korrosionsbeständigkeit den hohen Festigkeitscharakteristiken, den Abdichtungs- und dielektrischen Eigenschaften der in dieser Vorrichtung verwendeten Materialen den reparierten Bereich zu dem Zustand eines defektfreien Rohres für die gesamte verbleibende Lebensdauer der Pipeline führt.
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Die Erfindung ermöglicht die Reparatur von Pipelines auf dem Boden und unter Wasser. Die Anwendung der Hülse gemäß der Erfindung optimiert Zeit und Kosten der Reparaturvorgänge, weil Schweißen sowie Heben und andere Mechanismen nicht notwendig sind, da sowohl die Hülse als auch die Seitenwand aus zwei oder mehr Teilen bestehen und unter Werkstattbedingungen aus den ausgehärteten Verbundmaterialien gefertigt sind, die um ein Vielfaches leichter als ähnliche aus Stahl gefertigte Teile sind. Des Weiteren benötigt die bereitgestellte Vorrichtung keine Verwendung eines aktiven Schutzes vor Bodenkorrosion, wie etwa eine elektrische Verbindung zu der Pipeline, eine Kathodenschutzstation oder einen Protektor, der notwendig ist, wenn die äußere metallische Seitenwand verwendet wird, wie in dem Prototyp, oder während der Verbundhülsenreparatur.
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Eine Lebensdauer der Verbundstoffe, die verwendet werden, wenn die bereitgestellte konische Verbundhülse hergestellt wird, beträgt nach Herstellerangabe nicht weniger als 30 Jahre.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- RU 113811 U1 [0002]
- RU 129593 U1 [0002]
- RU 2191317 C2 [0002]
- RU 2378560 C1 [0002]
- SK 1995 A3 [0002]
- GB 2210134 A [0002]
- RU 2219423 C2 [0004]
- RU 2224169 C2 [0005, 0006]
- US 2014048164 A1 [0007]
- RU 148064 U1 [0009]
