RU2117205C1 - Multi-layer pipe for transportation of aggressive media under high pressure - Google Patents
Multi-layer pipe for transportation of aggressive media under high pressure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117205C1 RU2117205C1 RU97104428A RU97104428A RU2117205C1 RU 2117205 C1 RU2117205 C1 RU 2117205C1 RU 97104428 A RU97104428 A RU 97104428A RU 97104428 A RU97104428 A RU 97104428A RU 2117205 C1 RU2117205 C1 RU 2117205C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tubular element
- strength
- pipe
- main tubular
- main
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности магистральных нефте- и газопроводов, трубопроводов химических, металлургических и целлюлозно-бумажных производств, а также магистральных водопроводов городского водоснабжения. The invention relates to the field of pipeline transport, in particular trunk oil and gas pipelines, pipelines of chemical, metallurgical and pulp and paper industries, as well as main pipelines of urban water supply.
Распространенной конструкцией является многослойная труба из рулонной стали, собранная из обечаек по принципу плоской спирали Архимеда, сваренных между собой продольными двухсторонними многослойными швами [1]; а также многослойная труба большого диаметра, содержащая спиральные навитые и расположенные одна над другой и жестко связанные между собой металлические полосы с односторонним плакирующим антиадгезионным покрытием, образующим соединительную прослойку между спиральными витками полос и защитную наружную оболочку трубы [2]. A common design is a multilayer pipe made of rolled steel, assembled from shells on the principle of a flat Archimedes spiral, welded together by longitudinal two-sided multilayer seams [1]; as well as a multilayer pipe of large diameter, containing spiral wound and one above the other rigidly interconnected metal strips with a single-sided cladding release coating forming a connecting layer between spiral turns of strips and a protective outer shell of the pipe [2].
К недостаткам этих конструкций относится опасность скрытой межслоевой коррозии из-за проницаемости многослойной структуры стенки для атмосферной влаги и агрессивных газообразных сред, что обусловливает пониженную надежность и малые сроки службы трубопроводов. Такие трубы сложны и трудоемки в изготовлении и в эксплуатации. The disadvantages of these designs include the danger of hidden interlayer corrosion due to the permeability of the multilayer wall structure for atmospheric moisture and aggressive gaseous media, which leads to reduced reliability and short service life of pipelines. Such pipes are complex and time-consuming to manufacture and operate.
Известна конструкция многослойной трубы, выбранная в качестве прототипа, содержащая внутренний трубчатый элемент, состоящий из отдельных последовательно намотанных слоев стекло- или другого волокна, пропитанного смолой. Поверх внутреннего трубчатого элемента расположен основной трубчатый элемент, содержащий упругие, в частности стальные армирующие полосы толщиной от 0,25 мм до 0,75 мм, каждая из которых покрыта смолой. Стальные полосы намотаны одна поверх другой по спирали и склеены между собой. Поверх основного трубчатого элемента расположен наружный трубчатый элемент, состоящий из отдельных последовательно намотанных слоев стекла или другого волокна, пропитанных смолой [3]. A known construction of a multilayer pipe, selected as a prototype, containing an inner tubular element consisting of separate sequentially wound layers of glass or other fiber impregnated with resin. Above the inner tubular element is located the main tubular element containing elastic, in particular steel reinforcing strips with a thickness of 0.25 mm to 0.75 mm, each of which is coated with resin. Steel strips are wound one on top of the other in a spiral and glued together. On top of the main tubular element is an outer tubular element consisting of separate successively wound layers of glass or other fiber impregnated with resin [3].
Недостатком известной конструкции является образование микротрещин в структуре композиционно-волокнистого материала внутреннего трубчатого элемента под высоким давлением транспортируемой среды, по которым агрессивная среда проникает к виткам стальных полос основного трубчатого элемента, вызывая их коррозию. Малая толщина стальной полосы обусловливает быстрый выход ее вследствие коррозии из силовой системы трубы, снижая несущую способность основного трубчатого элемента существенно. Скрытый процесс коррозии и послойный ее характер являются причиной пониженной надежности и низких сроков безаварийной эксплуатации трубопровода при высоких давлениях транспортируемой агрессивной среды. Другим существенным недостатком является сложность создания надежных элементов соединения таких труб в трубопроводах, предназначенных для работы под высоким внутренним давлением транспортируемой среды. A disadvantage of the known construction is the formation of microcracks in the structure of the composite fiber material of the inner tubular element under high pressure of the transported medium, through which the aggressive medium penetrates the turns of steel strips of the main tubular element, causing them to corrode. The small thickness of the steel strip causes its quick exit due to corrosion from the power system of the pipe, reducing the bearing capacity of the main tubular element substantially. The latent corrosion process and its layer-by-layer nature are the cause of reduced reliability and low terms of trouble-free operation of the pipeline at high pressures of the transported aggressive environment. Another significant drawback is the difficulty of creating reliable elements for connecting such pipes in pipelines designed to operate under high internal pressure of the transported medium.
Изобретение направлено на увеличение сроков безаварийной эксплуатации многослойных труб большого диаметра в трубопроводах, транспортирующих агрессивные среды под высоким давлением, и на снижение трудоемкости их изготовления. The invention is aimed at increasing the time of trouble-free operation of large-diameter multilayer pipes in pipelines transporting aggressive media under high pressure, and at reducing the complexity of their manufacture.
Указанные недостатки устраняются тем, что упругие полосы из высокопрочного в продольном и в поперечном направлениях материала уложены плотно друг к другу в стенке основного трубчатого элемента вдоль его оси по плоским спиралям так, что одни их кромки образуют наружную поверхность основного трубчатого элемента, а противоположные кромки образуют внутреннюю его поверхность и внедрены в стенку внутреннего трубчатого элемента, выполненного из непроницаемого для транспортируемой агрессивной среды эластичного полимерного материала. При этом толщина стенки основного трубчатого элемента плоскоспиральной структуры принимается из расчета обеспечения продольной прочности многослойной трубы, а толщина наружного трубчатого элемента из высокопрочного композиционно-волокнистого материала - из расчета обеспечения совместно с плоскоспиральными пластинами основного трубчатого элемента тангенциальной прочности трубы. These disadvantages are eliminated by the fact that elastic strips of high-strength material in the longitudinal and transverse directions are laid tightly to each other in the wall of the main tubular element along its axis along flat spirals so that some of their edges form the outer surface of the main tubular element, and the opposite edges form its inner surface and embedded in the wall of the inner tubular element made of impervious to the transported aggressive environment elastic polymer material. In this case, the wall thickness of the main tubular element of the plane-helical structure is taken from the calculation of ensuring the longitudinal strength of the multilayer pipe, and the thickness of the outer tubular element of high-strength composite fiber material is taken from the calculation of ensuring the tangential strength of the pipe together with the flat spiral plates of the main tubular element.
Оптимальным для высокой надежности многослойной трубы является вариант, когда упругие полосы основного трубчатого элемента имеют ширину, при которой прочность каждой полосы на разрыв в поперечном направлении при тангенциальной нагрузке стенки трубы ниже прочности клеевого соединения ее с соседними полосами на сдвиг. В случае трубы с металлическими законцовками упругие полосы, образующие основной трубчатый элемент, имеют на концах нижней кромки по крайней мере по одному поперечному пазу, в которые входят кольцевые утолщения трубчатых хвостовиков металлических законцовок. Для повышения тангенциальной прочности основного трубчатого элемента упругие полосы могут иметь сердечник из высокопрочного ленточного материала, заключенного в оплетку из высокопрочного композиционно-волокнистого материала. А для повышения прочности и надежности скрепления внутреннего непроницаемого стойкого к транспортируемой агрессивной среде внутреннего трубчатого элемента с основным трубчатым элементом трубы упругие полосы могут иметь сердечник из высокопрочного ленточного материала, заключенного в оплетку из высокопрочного композиционно-волокнистого материала, а на нижней стороне они имеют продольную отбортовку под острым углом к плоскости полосы, причем на отбортовке или по линии изгиба полосы могут быть предусмотрены дополнительно отверстия или выштамповки, заполненные материалом внутреннего трубчатого элемента, в который эти отбортовки внедрены. Optimum for high reliability of a multilayer pipe is the option when the elastic strips of the main tubular element have a width at which the tensile strength of each strip in the transverse direction with a tangential load of the pipe wall is lower than the shear strength of the adhesive joint with adjacent strips. In the case of a pipe with metal ends, the elastic bands forming the main tubular element have at least one transverse groove at the ends of the lower edge, which includes annular thickenings of the tubular shanks of the metal ends. To increase the tangential strength of the main tubular element, the elastic strips may have a core of high strength tape material, braided from high strength composite fiber material. And to increase the strength and reliability of fastening the inner impermeable inner tube element resistant to the transported aggressive environment to the main tube element, the elastic strips can have a core of high-strength tape material encased in a braid of high-strength composite fiber material, and on the lower side they have a longitudinal flanging at an acute angle to the plane of the strip, moreover, holes can be provided on the flange or along the curve of the strip Do vyshtampovki filled with material of the inner tubular element, in which the flange in place.
На фиг. 1 представлен продольный разрез стенки многослойной трубы в районе металлической законцовки; на фиг. 2 - упругая полоса основного трубчатого элемента с двумя поперечными пазами и ступенчатым вырезом для установки на трубчатом хвостовике металлической законцовки; на фиг. 3 - варианты упругих полос из различных высокопрочных материалов; на фиг. 4 - поперечное сечение многослойной трубы; на фиг. 5 - поперечное сечение трубы с отбортовками упругих полос основного трубчатого элемента, внедренными в стенку внутреннего трубчатого элемента под острым углом к его радиусу; на фиг. 6 - отбортовки упругих полос внедрены в стенку внутреннего трубчатого элемента по нормали к его поверхности; на фиг. 7 - продольное сечение фиг. 6 с перфорированной отбортовкой упругой полосы; на фиг. 8 - типы перфораций и выштамповок на отбортовках упругих лент для усиления прочности и надежности скрепления внутреннего и основного трубчатых элементов многослойной трубы. In FIG. 1 shows a longitudinal section through the wall of a multilayer pipe in the region of a metal tip; in FIG. 2 - an elastic strip of the main tubular element with two transverse grooves and a stepped cut for installation on the tubular shank of a metal tip; in FIG. 3 - options for elastic bands of various high-strength materials; in FIG. 4 is a cross section of a multilayer pipe; in FIG. 5 is a cross section of a pipe with flanges of elastic bands of the main tubular element embedded in the wall of the inner tubular element at an acute angle to its radius; in FIG. 6 - flanging of elastic bands embedded in the wall of the inner tubular element normal to its surface; in FIG. 7 is a longitudinal section of FIG. 6 with perforated flanging of the elastic strip; in FIG. 8 - types of perforations and stampings on the flanges of elastic tapes to enhance the strength and reliability of the fastening of the inner and main tubular elements of the multilayer pipe.
Позиции на чертеже обозначают: основной трубчатый элемент 1, металлическая законцовка трубы 2, наружный трубчатый элемент 3, внутренний трубчатый элемент 4, упругая полоса 5, клеевое соединение 6. The positions in the drawing indicate: the main
Многослойная труба для транспортирования агрессивной среды под высоким давлением (фиг. 1) состоит из основного трубчатого элемента 1, скрепленного с металлическими законцовками 2, наружного трубчатого элемента 3, упрочняющего трубу в тангенциальном направлении и защищающего основной трубчатый элемент ее от разрушающего воздействия внешней среды, и внутреннего трубчатого элемента 4, обеспечивающего защиту основного трубчатого элемента от агрессивного воздействия транспортируемой среды под высоким давлением. Основной трубчатый элемент 1 выполнен из набора продольных упругих полос 5, имеющих высокую прочность как в продольном, так и в поперечном направлениях, уложенных плотно друг на друга по плоским спиралям и скрепленных между собой клеевыми соединениями по всем поверхностям контакта. A multilayer pipe for transporting aggressive media under high pressure (Fig. 1) consists of a main
Упругие полосы 5 изготовлены из тонколистового высокопрочного материала, имеющего высокую прочность в продольном и поперечном направлениях на растяжение-сжатие и на сдвиг (срез), например из высокопрочной стали, или титанового сплава, или стеклотекстолита, или гибридного композитного материала, имеющего сердечник из высокопрочной металлической или неметаллической ленты и оплетку из высокопрочного волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим (фиг. 3). Длина упругих полос 5 равна длине основного трубчатого элемента и длине многослойной трубы. Толщина, ширина упругих полос и их количество для формирования основного трубчатого элемента 1 принимаются из расчета обеспечения продольной прочности и изгибной жесткости (устойчивости) многослойной трубы, т.е. из расчета сопротивления осевым напряжениям, возникающим в стенке трубы под действием внутреннего давления транспортируемой среды, с учетом коэффициентов безопасности и запаса прочности. С другой стороны, ширина упругих полос 5 должна быть такой, чтобы при контрольно-выборочных испытаниях трубы на разрыв внутренним гидростатическим давлением жидкости разрушение основного трубчатого элемента происходило в результате тангенциального разрыва его упругих полос, а не в результате расслоения, вызванного разрушением клеевого соединения полос между собой. The
Кромки упругих полос 5, выходящие на наружную поверхность основного трубчатого элемента, образуют рифленую цилиндрическую поверхность. Применяя упругие ленты со скошенной кромкой, можно избежать образования рифлей и иметь гладкую цилиндрическую поверхность. Однако заполнение углублений рифленой поверхности полимерным связующим или клеем обеспечивает более эффективную защиту торцов и соединений упругих полос в основном трубчатом элементе от разрушающего воздействия внешней среды, в частности атмосферной влаги, способствуя повышению эксплуатационной надежности и долговечности труб в составе трубопроводного транспорта. The edges of the
Наружный трубчатый элемент 3, выполненный спиральной намоткой однонаправленных жгутов или лент из высокопрочных волокон, например стеклянных, пропитанных полимерным связующим, стойким к воздействию внешней среды и атмосферной влаги, выполняет одновременно несколько функций: обеспечение тангенциальной прочности многослойной трубы совместно с основным трубчатым элементом; антикоррозионная защита основного трубчатого слоя; бандажирующее действие, повышающее прочность и надежность клеевых соединений в многослойной структуре стенки и особенно в металлических законцовках трубы; повышают диаметральную жесткость трубы, уменьшая ее овализицию в ненагруженном состоянии. The outer
Внутренний трубчатый элемент 4, выполненный из непроницаемого, эластичного, стойкого к воздействию транспортируемой под высоким давлением агрессивной среды, выполняет функцию защиты основного трубчатого элемента, его упругих высокопрочных полос 5 и их клеевых соединений 6 от воздействия агрессивной среды на всех этапах жизненного цикла трубы. От непроницаемости и от надежности скрепления внутреннего трубчатого элемента 4 с основным трубчатым элементом 1 зависит и долговечность функционирования трубы, и количество периодических ремонтов трубопровода. Для обеспечения высокой прочности и надежности скрепления внутреннего и основного трубчатых элементов трубы упругие элементы 5 имеют отбортовку внутренних кромок, причем эти отбортовки внедрены в стенку внутреннего трубчатого элемента 4. И в случае косовнедренных отбортовок (фиг. 5), и в случае радиального их внедрения (фиг. 6) материал стенки внутреннего трубчатого элемента 4 оказывается заклиненным между соседними отбортовками упругих лент 5, что исключает возможность отслоения защитной стенки элемента 4 от основного трубчатого элемента 5. Для повышения прочности и надежности их соединения в отбортовках упругих лент могут быть дополнительно предусмотрены отверстия или выштамповки (фиг. 7 и фиг. 8), заполняя которые материал стенки внутреннего трубчатого элемента 4 исключает всякую возможность его отслоения. The inner
При наличии металлических, например, фланцевых законцовок, прочное и надежное соединение их со стенкой многослойной трубы обеспечивается посредством упругих полос 5 основного трубчатого элемента 1 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Упругие полосы 5 своими поперечными пазами нанизываются на кольцевые выступы трубчатого хвостовика металлической законцовки 2 и приматываются спиральными витками высокопрочных волокон, пропитанных полимерным клеевым составом (связующим), образующими наружный трубчатый элемент 3 трубы. Упругие полосы 5 скреплены между собой и с поверхностью трубчатого хвостовика законцовки высокопрочными клеевыми прослойками. In the presence of metal, for example, flanged tips, their strong and reliable connection with the wall of the multilayer pipe is ensured by
Функционирует многослойная труба следующим образом. The multilayer pipe operates as follows.
Под действием высокого давления транспортируемой среды непроницаемый эластичный внутренний трубчатый элемент 4 передает давление на стенку основного трубчатого элемента 1, а тот далее на наружной трубчатый элемент 3. Воспринимая внутреннее давление, трубчатые элементы 1 и 3 упруго деформируются, увеличиваясь в диаметре. Благодаря развитию сдвиговых деформаций в клеевых прослойках между плоскоспиральными полосами высокомодульного материала основного трубчатого элемента, обеспечивается одновременность и одинаковость тангенциальной (и радиальной) деформации обоих силовых трубчатых элементов многослойной стенки - основного и наружного. При этом внутренний трубчатый элемент, выполненный из эластичного материала, адаптивно отслеживает радиальную и тангенциальную деформации силовых трубчатых элементов трубы (1 и 3), сохраняя свою непроницаемость, т.е. надежно защищая основной трубчатый элемент от агрессивного воздействия транспортируемой среды. Продольные нагрузки, возникающие в трубе, воспринимаются продольными упругими полосами 5 основного трубчатого элемента 1, с которыми прочно скреплена эластичная стенка внутреннего непроницаемого трубчатого элемента, которая, следовательно, адекватно отслеживает ее, не отслаиваясь и не изменяя своей формы и герметизирующих свойств. Under the action of high pressure of the transported medium, the impermeable elastic inner
Таким образом, указанная конструкция многослойной трубы наиболее полно использует прочностные и упругие свойства ортотропных и изотропных упругих полос и высокопрочных непрерывных волокон в силовой системе стенки, что при одинаковой массе трубы с известными конструкциями многослойных труб позволяет существенно повысить их прочность, а следовательно, и долговечность трубопровода при прочих равных условиях, или повысить давление транспортируемой среды и повысить производительность трубопровода, а также повысить жесткость и устойчивость многослойных труб и трубопроводов. С другой стороны, предлагаемая конструкция многослойной трубы обеспечивает более надежную защиту силовой стенки трубы от агрессивного воздействия транспортируемой среды, существенно повышая сроки безаварийной эксплуатации трубопровода по сравнению с известными аналогичными конструкциями. Thus, the specified design of the multilayer pipe makes the most full use of the strength and elastic properties of orthotropic and isotropic elastic strips and high-strength continuous fibers in the wall power system, which, with the same mass of the pipe with the known multilayer pipe designs, can significantly increase their strength and, consequently, the durability of the pipeline ceteris paribus, or increase the pressure of the transported medium and increase the productivity of the pipeline, as well as increase rigidity and stability awn of multilayer pipes and pipelines. On the other hand, the proposed design of the multilayer pipe provides more reliable protection of the power wall of the pipe from the aggressive effects of the transported medium, significantly increasing the time of trouble-free operation of the pipeline in comparison with the known similar designs.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104428A RU2117205C1 (en) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | Multi-layer pipe for transportation of aggressive media under high pressure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104428A RU2117205C1 (en) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | Multi-layer pipe for transportation of aggressive media under high pressure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2117205C1 true RU2117205C1 (en) | 1998-08-10 |
RU97104428A RU97104428A (en) | 1999-01-20 |
Family
ID=20191044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97104428A RU2117205C1 (en) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | Multi-layer pipe for transportation of aggressive media under high pressure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2117205C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021209860A1 (en) * | 2020-04-13 | 2021-10-21 | Миржалил УСМАНОВ | System for protecting against thermal radiation |
RU2770522C2 (en) * | 2020-09-03 | 2022-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговая технологическая компания СВ" | Hybrid metal composite pipe |
-
1997
- 1997-03-14 RU RU97104428A patent/RU2117205C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Анучкин М.П. и др Трубы для магистральных трубопроводов. - Недра, 1986, с.109 - 110. 2. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021209860A1 (en) * | 2020-04-13 | 2021-10-21 | Миржалил УСМАНОВ | System for protecting against thermal radiation |
RU2770522C2 (en) * | 2020-09-03 | 2022-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговая технологическая компания СВ" | Hybrid metal composite pipe |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6691743B2 (en) | Flexible pipe with wire or strip winding for maintaining armours | |
US20090314409A1 (en) | Apparatus and Method of Reinforcing a Conduit or Vessel | |
JP6054359B2 (en) | Hose assembly for low temperature fluid transfer | |
EP1678436B1 (en) | A flexible pipe with a permeable outer sheath and a method of its manufacturing | |
CN108930846B (en) | Metal tape winding continuous reinforced thermoplastic composite pipe | |
RU2554173C2 (en) | Flexible pipeline for transfer of cryogenic fluid and appropriate method of its fabrication | |
CA2245738A1 (en) | Flexible pipe with internal gasproof undulating metal tube | |
US6098667A (en) | Flexible piping structure having a continuous metal inner tube | |
US5360037A (en) | Diffusion-proof rubber hose having plastic memory | |
US6679298B2 (en) | Collapsible flexible pipe | |
WO2000070256A1 (en) | A flexible lightweight composite pipe for high pressure oil and gas applications | |
EP2265849B1 (en) | Fluid-tight end fitting for a composite hose and method of assembling a composite hose on such end fitting | |
US6338365B1 (en) | Flexible piping structure having a continuous metal inner tube | |
RU2117205C1 (en) | Multi-layer pipe for transportation of aggressive media under high pressure | |
EP3255327B1 (en) | Flexible pipe and related manufacturing method | |
EP1446603B1 (en) | A flexible pipe with a tensile reinforcement | |
Frohne et al. | Innovative pipe system for offshore LNG transfer | |
JPH06137471A (en) | Flexible fluid transporting pipe | |
RU97104428A (en) | MULTI-LAYERED PIPE FOR TRANSPORTING AN AGGRESSIVE MEDIUM AT HIGH PRESSURE | |
RU2117206C1 (en) | Pipe for transportation of high-pressure aggressive medium | |
RU2183784C1 (en) | Multi-layer pipe line | |
JPH0432548Y2 (en) | ||
RU2191947C1 (en) | Pipe connecting device | |
RU2206016C2 (en) | Metallopolymer tube (versions) | |
WO2024022616A2 (en) | Permeation-barrier and method of manufacture |