EA001409B1 - Коррозионно-стойкий и огнестойкий трубопровод - Google Patents

Abstract

В заявке описан коррозионностойкий и огнестойкий трубопровод, предназначенный для использования в системах пожаротушения при работе в открытом море и в системах пожаротушения на военных и гражданских судах или платформах, а также в системах пожаротушения, смонтированных в учреждениях и промышленных зданиях. Трубопровод отличается тем, что он состоит из жестких деформируемых в холодном состоянии секций или труб (10), которые состоят из одного или нескольких имеющих форму трубы слоев (11, 13, 15) резины и армирующих слоев (12, 14), которые окружают или охватывают один или несколько слоев (11, 13, 15) резины. Армирующие слои состоят из намотанных, связанных, переплетенных или иным способом соединенных друг с другом и пересекающих друг друга проволок или лент, каждая из которых образует с продольной осью трубы угол намотки или угол спирали, обеспечивающий получение максимально возможной высокой прочности армированных такой проволокой или лентой слоев (11, 13, 15) резины. Предлагаемый трубопровод имеет также соединительные устройства (18), которые используются при монтаже разветвленных трубопроводов для присоединения к одной трубе (10) других таких же труб, образующих боковые отводы трубопровода.

Description

Настоящее изобретение относится к коррозионностойкому и огнестойкому трубопроводу, предназначенному для использования в системах пожаротушения и других аналогичных системах при работе в открытом море и на военных и гражданских судах, а также в системах пожаротушения в общественных и промышленных зданиях.

Обычные стальные трубопроводы не пригодны для перекачки агрессивных жидкостей, таких как морская вода, промышленные сточные растворы и сточные воды. В последние годы для работы в открытом море вместо обычных стальных труб в системах охлаждения и системах пожаротушения, через которые прокачивается морская вода, стали использовать трубы, изготовленные из других более пригодных для работы в таких условиях материалов. К таким материалам в первую очередь следует отнести такие сравнительно дорогие материалы, как сталь марки ЗМО, которая представляет собой кислотостойкую хромоникелевую сталь, содержащую около 6% Мо, или специальные металлы и сплавы, например титан и другие хромоникелиевые сплавы.

Известны также попытки использовать для изготовления трубопроводов для перекачки морской воды пластмассовые трубы, в частности армированные стекловолокном трубы из эпоксидной смолы. Несмотря на то, что по сравнению со стальными трубами трубы из пластмассы с точки зрения их коррозионной стойкости обладают существенным преимуществом, тем не менее по целому ряду других причин во многих случаях и главным образом при создании трубопроводов для перекачки морской воды и других используемых на морском транспорте трубопроводов замена обычных стальных труб на трубы из пластмассы оказалась практически невозможной. Связано это, в частности, с тем, что трубы из пластмассы не только не обладают необходимой огнестойкостью, но даже наоборот, легко воспламеняются и горят с выделением дыма и токсичных газов и поэтому даже в самых простых случаях требуют специальной защиты от воздействия пламени. Существенным проявляющимся в самых различных случаях недостатком трубопроводов, изготовленных из пластмассовых труб, является их ограниченная механическая прочность и низкая сопротивляемость к воздействию внешних толчков и ударов, в частности, к воздействию так называемого гидравлического удара, который возникает в трубопроводе, например, при закрытии и открытии клапанов и проявляется в резком изменении давления протекающей через трубопровод воды. Металлические трубы, которые не обладают способностью к быстрому расширению, также плохо выдерживают гидравлические удары.

За исключением плохого сопротивления гидравлическому удару, трубопроводы, изго товленные из упомянутых выше сравнительно дорогих материалов, более пригодны для использования в указанных выше целях, чем трубопроводы из пластмассы. Однако из-за высокой стоимости каждого погонного метра трубы, изготовленной из таких достаточно дорогих материалов, они в настоящее время применяются весьма и весьма ограниченно и только в самых современных системах специального назначения. Широкому применению металлических труб препятствует целый ряд достаточно серьезных проблем. Во-первых, ни в одном из испытанных трубопроводов, изготовленных из металлических труб, не удается полностью решить все проблемы, связанные с коррозией, а воздействие на них температур, даже незначительно превышающих обычные комнатные температуры, может привести к самым серьезным последствиям. Во-вторых, и изготовление, и монтаж, и обслуживание трубопроводов требует выполнения дорогостоящих сварочных или других так называемых горячих работ, проведение которых крайне нежелательно по соображениям безопасности, особенно при их проведении в открытом море или в корабельных условиях. При выполнении таких работ при добыче нефти и газа помимо решения обычных проблем, связанных с выделением тепла, всегда приходится учитывать и реально существующую опасность, связанную с возможной утечкой газа. Поэтому на время проведения на море тех или иных монтажных работ, которые могут привести к появлению открытого пламени, процесс добычи нефти или газа обычно прекращают. Все это, как очевидно, приводит к дополнительным затратам и серьезно нарушает нормальный ход процесса добычи.

Возникновение пожара сопровождается не только значительным повышением температуры в зоне возгорания, но и возникновением различных тепловых потоков с высокой тепловой плотностью, которая зависит от характера пожара. При медленно развивающемся пожаре, возникающем при воспламенении твердых топлив, или при так называемом целлюлозном пожаре температура в зоне огня увеличивается постепенно и через 60 мин достигает 900°С, а после 120 мин возрастает до 1050°С и после 240 мин с начала пожара увеличивается до 1150°С. Плотность теплового потока при этом в среднем составляет 60 кВт/м² и может достигать 100 кВт/м². При пожаре на нефтехранилищах или подобных объектах, когда происходит воспламенение углеводородов, температура в зоне пожара растет значительно быстро и достигает 1150°С через 20 мин. Плотность теплового потока при таком пожаре намного выше, чем при целлюлозном пожаре, и составляет в среднем 200 кВт/м² при пиковом значении около 225 кВт/м². Самым сложным считается так называемый факельный пожар, который возникает при воспламенении природного газа и различ ных конденсатов в условиях повышенного давления, в частности пожар, возникающий на суше или на море при воспламенении находящегося в природных коллекторах газа. Такого рода пожар, который может возникнуть и на морских платформах, и на наземных сооружениях, используемых для добычи нефти и газа, может привести к самым катастрофическим последствиям и гибели большого количества людей. При таком факельном пожаре температура растет очень быстро и в течение 10-15 с достигает 1300-1400°С, а плотность теплового потока составляет обычно 360 кВт/м² и может достигать 500 кВт/м².

При проведении различных работ, связанных с добычей нефти и газа на море и на суше, необходимо соблюдать очень высокие требования по пожаробезопасности и пожарозащищенности, и поэтому морские платформы обычно оборудуются самыми совершенными системами пожаротушения, которые работают с большими объемами морской воды и имеют разветвленную сеть трубопроводов, охватывающую самые различные места платформы.

При добыче нефти и газа на море и на судостроительных верфях давно существует необходимость в использовании коррозионно- и огнестойких трубопроводов, причем в большей степени это относится к нефтедобывающим платформам, военным кораблям и нефтеналивным танкерам, к трубопроводам которых предъявляются очень жесткие требования по огнестойкости и коррозионной стойкости и на которых во избежание возможного пожара необходимо либо вообще, либо в максимально возможной степени отказаться от выполнения сварочных или других горячих работ.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача создать коррозионно- и огнестойкий трубопровод, который мог бы найти применение в самых современных и имеющих важное значение областях техники. Предлагаемый трубопровод позволяет либо существенно, либо в отдельных случаях полностью решить все упомянутые выше проблемы, связанные с использованием дорогостоящих материалов, и обладает рядом существенных преимуществ в части монтажа и переналадки, обусловленных специфическими свойствами материала, из которого изготовлены образующие его трубы, в частности лучшей, чем у известных труб, способностью предлагаемых труб к формоизменению в холодном состоянии.

Отличительные признаки предлагаемого в настоящем изобретении трубопровода указаны в приведенной ниже формуле изобретения. Предлагаемый трубопровод собирается из жестких обладающих способностью к формоизменению в холодном состоянии секций или отдельных труб, состоящих из одного или нескольких имеющих форму трубы слоев резины и арми рующих слоев, которые расположены вокруг или охватывают один или несколько имеющих форму трубы слоев из резины и состоят из намотанных по спирали, переплетенных, связанных друг с другом и пересекающих друг друга проволок или лент, угол намотки или угол спирали которых, т.е. угол, под которым они расположены к продольной оси соответствующей секции или трубы, обеспечивает получение максимально возможной прочности состоящей из армированных слоев резины трубу, которая в разветвленных трубопроводах с помощью соединительных устройств соединяется с такими же трубами, образующими боковые отводы трубопровода. Жесткой обладающей способностью к формоизменению в холодном состоянии секцией трубопровода называется труба, изгиб которой возможен только при ее пластической деформации. В отличие от этого трубы, которые можно гнуть без пластической деформации, обычно называются гибкими шлангами или рукавами.

Проволочную арматуру труб можно выполнить в виде проволок, расположенных в слое резины или в виде одного или нескольких отдельных слоев проволоки, расположенных между слоями резины. Каких-либо особых требований к материалу, из которого изготовлены проволоки или ленты, армирующие трубы, не предъявляется, за исключением того, что этот материал должен обладать высокой изгибной жесткостью или высокой прочностью на изгиб, допускающей возможность пластических деформаций трубы, которая этим отличается от обычного гибкого шланга или рукава, как это пояснено выше. При изготовлении армированных металлорукавов было установлено, что когда угол намотки или как его иногда называют угол спирали, т. е. острый угол между армирующей проволокой или лентой и продольной осью трубы, ограничен узкими пределами и составляет приблизительно 54°, то полученное изделие при всей его высокой прочности, устойчивости и изгибной жесткости нельзя в общепринятом смысле считать рукавом или гибким шлангом, поскольку оно не поддается изгибу без пластической деформации и тем самым теряет одно из характерных свойств рукава или гибкого шланга. Поэтому в обычных армированных рукавах угол намотки не составляет 54°.

Арматура предлагаемой в изобретении трубы выполняется в виде первого слоя проволок или лент, расположенных наклонно друг к другу и под определенным углом к продольной оси трубы, и расположенного на нем второго слоя проволок или лент, которые расположены под углом к проволокам или лентам первого слоя и под тем же самым углом к продольной оси трубы. Переплетение проволок в предлагаемой трубе выполняется так же, как и в обычном рукаве, за исключением того, что в точках взаимного пересечения проволоки переплета ются, но не соединяются прочно друг с другом. В ряде случаев армирование трубы можно выполнить более просто, использовав для этого готовую сетку из проволоки с определенным углом между взаимно пересекающимися проволоками, после укладывания которой на имеющий форму трубы слой резины проволоки оказываются расположенными к продольной оси трубы под указанным выше углом (приблизительно 54°).

В качестве материала, которым армируются трубы предлагаемого в изобретении трубопровода, предпочтительно с точки зрения их свойств использовать металл или композитный материал на основе углеродного волокна типа Кеу1аг. Использование в качестве арматуры такого композитного материала наиболее предпочтительно, поскольку он придает трубе не только необходимую прочность, устойчивость и соответствующую жесткость на изгиб и другие ценные качества, но и позволяет изготавливать трубы, имеющие небольшой вес. Такой материал предпочтительно изготовить с внешним покрытием из материала на основе резины или из резины различного вида с определенными свойствами, которые зависят от конкретного применения трубы. Резина или материал на ее основе не только не должны воспламеняться, что является их обязательным качеством, но и не должны выделять при нагреве до высокой температуры токсичных веществ или дыма или должны иметь низкую теплопроводность. С учетом этого наиболее пригодным для этих целей материалом является резина марки ΥΙΚΙΝΟ N0БЬАМЕ 815 или 915.

Предлагаемый в изобретении материал для изготовления труб предлагаемого в изобретении трубопровода обладает очень хорошей огнестойкостью и способен выдерживать в течение двух часов воздействие факела пламени с температурой около 1400°С при плотности теплового потока порядка 500 кВт/м². Еще более высокой огнестойкостью и лучшими качествами с точки зрения самоуплотняемости и самозащиты при очень высоких плотностях теплового потока, характерных для факелов пламени, обладает материал, из которого предлагается изготавливать трубы и рукава, предложенные в соответствии с заявкой 8Е А 9703110-8 А ТиЬе ог Ноке СараЫе οί \Уй1181апбйщ Ех1гете Неа! Б1их Эепмйек (Труба или рукав, способный выдерживать тепловую нагрузку с очень высокой плотностью теплового потока). В этой трубе или рукаве имеется внутренний слой резины, который заключен в перфорированную оболочку. В качестве такой оболочки может служить внутренний слой многослойной армированной трубы, или же ее можно выполнить в виде отдельного слоя, который не должен обладать такими же армирующими свойствами, как и те слои, которые в предлагаемой в изобретении трубе используются в качестве армирующих слоев для повышения ее прочности. Отверстия или ячейки в такой оболочке, которые должны быть расположены очень близко друг от друга и должны иметь очень небольшую площадь поперечного сечения, создают так называемый эффект сопла и обеспечивают возможность истечения через них жидкости, протекающей под избыточным давлением через трубопровод. Отверстия в перфорированной оболочке имеют строго определенный размер, который зависит от давления протекающей через трубу жидкости. Более подробно о различных особенностях такой конструкции сказано в упомянутой выше заявке.

Отличительной особенностью конструктивного выполнения соединения одной трубы с другой, образующей ответвление в предлагаемом в изобретении трубопроводе, является то, что оно выполняется с помощью металлического или пластмассового штуцера с наружным фланцем и первого полукруглого хомута с отверстием для прохода штуцера и выступающим наружу гнездом для фланца штуцера, через стенку которого этот хомут упирается во фланец штуцера, и второго полукруглого хомута, который вместе с первым хомутом и соответствующими соединяющими их деталями образует вокруг трубы соединительное кольцо, с помощью которого вставленный в отверстие трубы штуцер герметично крепится к трубе. На наружной поверхности нижнего, расположенного под фланцем конца штуцера целесообразно выполнить уплотняющее покрытие, при этом сам фланец предпочтительно выполнить в виде навернутой на штуцер гайки, положение которой по длине штуцера можно регулировать. Однако штуцер упомянутого соединения можно выполнить без отдельно расположенного на его наружной поверхности уплотнения.

Материал, используемый для изготовления труб предлагаемого в изобретении трубопровода, обладает всеми положительными свойствами металлической или композитной трубы, в частности способностью к изменению формы в холодном состоянии, и поэтому его можно гнуть, не нагревая и не используя для этого специальный гибочный инструмент. Предлагаемые в изобретении трубы можно стыковать и соединять друг с другом, не используя для этого сварку или какие-либо другие методы, связанные с нагреванием соединяемых деталей. Трубы, из которых изготавливают предлагаемый в изобретении трубопровод, является абсолютно коррозионностойкими, даже при воздействии на них агрессивных жидкостей и при температурах, превышающих обычную комнатную температуру, и этим они принципиально отличаются от обычных металлических труб. Высокая коррозионная стойкость предлагаемых труб обусловлена наличием на внутренней поверхности трубы слоя резины. При этом тип резины, образующий внутренний слой трубы, выбирается в зависимости от свойств перекачиваемой по трубопроводу жидкости.

Как уже было отмечено выше, при изготовлении предлагаемых в изобретении труб была использована одна обнаруженная ранее при изготовлении рукавов особенность, состоящая в том, что для получения максимально возможной прочности армированного изделия из резины угол намотки (угол спирали) арматуры должен составляет около 54°, хотя получаемое изделие теряет при этом одно из характерных присущих рукавам свойств, заключающееся в возможности изгиба рукава без пластической деформации. Насколько известно, этот факт до сих пор никем практически не использовался для изготовления не обладающих упругой податливостью рукавов, а использовался лишь для изготовления жестких обладающих способностью к пластической деформации в холодном состоянии гибких труб с максимально возможной для армированных проволокой изделий прочностью и устойчивостью. Предлагаемые в изобретении отдельные секции трубопровода или отдельные трубы обладают такой устойчивостью и такими прочностными и изгибными свойствами, которые позволяют во избежание чрезмерного провисания труб использовать для их крепления кронштейны, предназначенные для крепления обычных труб, и обеспечивают возможность изгиба или округления трубы в холодном состоянии без применения для этого специального инструмента и придания ей необходимой сохраняемой впоследствии геометрической формы, например, при огибании углов или при обходе других труб или магистралей.

Предлагаемая в изобретении труба благодаря наличию арматуры постоянно сохраняет свою устойчивость даже в тех случаях, когда в ней выполняются отверстия для присоединения к ней различных боковых отводов.

Предлагаемый в изобретении трубопровод по сравнению с трубопроводами, изготовленными из обычных металлов или других материалов, которые используются для изготовления труб, обладает целым рядом преимуществ. К наиболее существенным из них относятся существенное по сравнению с трубами из металла снижение веса;

снижение веса по сравнению со стальными трубами приблизительно на одну треть;

существенное снижение стоимости трубопровода;

высокая безопасность при эксплуатации, обусловленная отсутствием коррозии или образования отложений;

взрывобезопасность;

возможность выдерживать внешние механические ударные нагрузки и внутренние механические ударные нагрузки, возникающие при так называемом гидравлическом ударе;

более дешевый и более простой по сравнению с металлическими трубами монтаж;

более легкая транспортировка, обусловленная возможностью намотки на барабаны;

безопасная транспортировка, обусловленная нечувствительностью к ударам;

отсутствие необходимости в использовании для монтажа и сборки сварки, нагрева или других аналогичных методов;

отсутствие опасности повреждения из-за обмерзания или выпадения инея, при этом процесс оттаивания не сопровождается каким-то нежелательным изменением свойств материалов;

возможность легкой установки различной арматуры;

отсутствие необходимости в тепловой изоляции горячих и холодных труб, и высокий срок службы, составляющий как минимум 30 лет.

Ниже изобретение более подробно поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано на фиг. 1 - общий вид одного из вариантов выполнения трубы предлагаемого в изобретении трубопровода и на фиг. 2 - та же труба, что и на фиг. 1, в поперечном сечении вместе с соединительным устройством, используемым при монтаже трубопровода.

На фиг. 1 изображена часть трубопровода или труба 1 0, выполненная по одному из вариантов и состоящая из отдельных слоев резины и арматуры. Труба 10 имеет внутренний слой 11 резины, тип которой зависит от вида перекачиваемой по трубопроводу жидкости. Внутренний слой 11 резины заключен в первый армирующий трубу слой 1 2, который в данном случае выполнен в виде тканой проволочной сетки, у которой угол между проволоками и продольной осью трубы (угол намотки) в обоих направлениях равен приблизительно 54°. Первый армирующий слой 1 2 заключен в промежуточный слой 1 3 резины, толщина которого обычно превышает толщину внутреннего слоя 11 резины. Промежуточный слой 1 3 резины заключен во второй армирующий слой 14. В показанном на чертеже варианте второй армирующий слой выполнен аналогично первому армирующему слою 1 2, однако, фактически в соответствии с изобретением эти слои можно выполнить поразному и из разных материалов. Второй армирующий слой 14 заключен в наружный слой 15 резины, выполненный аналогично промежуточному слою 1 3 резины из резинового материала, соответствующего предъявляемым к трубопроводу требованиям и обладающего, например, высокой огнестойкостью и хорошими теплоизоляционными свойствами при воздействии на него, например, факелов пламени.

На фиг. 2 показано поперечное сечение трубы 1 0 с одним слоем 11 резины и двумя расположенными в этом слое резины армирующими слоями 1 2, 1 4. В трубе 1 0 имеется отверстие под штуцер 17 соединительного устройства 18. Кроме штуцера 17 соединительное устройство 18 содержит верхний полукруглый хомут 19 с выступающим наружу гнездом 20, в котором предусмотрено отверстие 21 для прохода штуцера 17. Возможность перемещения штуцера 17 относительно хомута 19 ограничена имеющимся на штуцере фланцем 22, который входит в выступающее наружу гнездо 20. В рассматриваемом варианте фланец 22 выполнен в виде гайки. Соединительное устройство 18 имеет также второй или нижний хомут 23, который соединяется с верхним хомутом 1 9 крепежными деталями 24, которые можно выполнить в виде болтов с гайками или в виде защелок. На наружной поверхности нижнего конца 17А штуцера 17 имеется покрытие 25, которое при установке штуцера в отверстие 16 и его креплении к трубе 1 0 с помощью хомутов 1 9 и 23 и крепежных деталей 24 прижимается к стенке 26 этого отверстия и уплотняет его.

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Коррозионностойкий и огнестойкий трубопровод, предназначенный для использования в системах пожаротушения при работе в открытом море и в системах пожаротушения на военных и гражданских судах или платформах, а также в системах пожаротушения, смонтированных в учреждениях и промышленных зданиях, отличающийся тем, что он состоит из жестких деформируемых в холодном состоянии секций или труб (10), которые состоят из одного или нескольких имеющих форму трубы слоев (11, 13, 15) резины и армирующих слоев (12, 1 4), которые окружают или охватывают один или несколько слоев (11, 13, 15) резины и которые состоят из намотанных, связанных, переплетенных или иным способом соединенных друг с другом и пересекающих друг друга проволок или лент, каждая из которых образует с продольной осью трубы (10) угол намотки или угол спирали, обеспечивающий получение максимально возможной высокой прочности армированных такой проволокой или лентой слоев (11, 13, 15) резины, и имеет соединительные устройства (18), которые используются при монтаже разветвленных трубопроводов для присоединения к одной трубе (1 0) других таких же труб, образующих боковые отводы трубопровода.
2. 2. Трубопровод по п. 1 , отличающийся тем, что арматура (1 2, 1 4) расположена внутри одного или нескольких слоев (11, 13, 15) резины.
3. 3. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что арматура (12, 14) выполнена в виде одного или нескольких отдельных слоев, расположенных между слоями (11, 13, 15) резины.
4. 4. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что арматура состоит из металлической проволоки или из композитной проволоки на основе углеродного волокна.
5. 5. Трубопровод по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что, по крайней мере, один внешний слой (13, 15) резины состоит из резинового материала или резины, свойства которой соответствуют конкретным условиям применения трубы.
6. 6. Трубопровод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в нем имеется перфорированная оболочка, которая охватывает примыкающий к ней внутренний слой (11) резины и в качестве которой можно использовать один из армирующих слоев (12) или выполнить ее в виде отдельного слоя с небольшими по площади поперечного сечения перфорирующими отверстиями, которые создают эффект сопла и обеспечивают возможность истечения через них протекающей через трубу (10) под избыточным давлением жидкости и даже при очень высокой плотности теплового потока придают материалу трубы самоуплотняющие свойства.
7. 7. Устройство (18) для присоединения в трубопроводе по любому из пп. 1-6 к трубе (10) в качестве бокового отвода другой такой же трубы, отличающееся тем, что оно содержит металлический или пластиковый штуцер (17) с расположенным на его наружной поверхности фланцем (12), первый полукруглый хомут (19) с отверстием (21 ) для прохода штуцера и выступающим наружу гнездом (20), в стенку которого упирается расположенный в нем фланец (22), и противоположный второй полукруглый хомут (23), который вместе с первым хомутом и соединяющими их крепежными деталями (24) образует на трубе (10) соединительное кольцо, которым к трубе (10) герметично крепится установленный в ее отверстие (1 6) штуцер (1 7).
8. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что на внешней поверхности расположенного под фланцем (22) конца штуцера (17) имеется уплотняющее покрытие (25).
9. 9. Устройство по пп.7 и 8, отличающееся тем, что фланец (22) выполнен в виде навернутой на штуцер гайки, которая препятствует вращению штуцера (17) и положение которой по длине штуцера (1 7) можно регулировать.