RU2398152C1

RU2398152C1 - Pipe with internal plastic shell

Info

Publication number: RU2398152C1
Application number: RU2009105111/06A
Authority: RU
Inventors: Шафагат Фахразович Тахаутдинов (RU); Шафагат Фахразович Тахаутдинов; Наиль Габдулбариевич Ибрагимов (RU); Наиль Габдулбариевич Ибрагимов; Фарваз Инсапович Даутов (RU); Фарваз Инсапович Даутов; Равиль Мансурович Гареев (RU); Равиль Мансурович Гареев; Равиль Анварович Хамитов (RU); Равиль Анварович Хамитов; Ринат Раисович Валеев (RU); Ринат Раисович Валеев; Сергей Александрович Долгих (RU); Сергей Александрович Долгих
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: pipe contains protective bushings out of corrosion resistant metal concentrically arranged on ends of pipe; bushings are made with bell mouth. Internal parts of protective bushings are located inside ends of the shell and hold them down to pipe surface; while external parts with removed shell are located in zones of welding thermal effect. Thrust rings attached to the protective bushings are arranged in circular gaps between the pipe and protective bushings tightly to the ends of the shell.

EFFECT: reduced material expenditures, simplified process of fabrication and raised efficiency of pipe.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при производстве труб с внутренней пластмассовой оболочкой.The invention relates to pipeline transport and can be used in the production of pipes with an inner plastic sheath.

Известна стальная труба с внутренней пластмассовой облицовкой, содержащая концентрично расположенные в каждом из концов трубы наружное и внутреннее защемляющее кольца, причем наружное кольцо размещено между торцами оболочки и трубы и выполнено из металла трубы, а внутреннее защемляющее кольцо прижимает конец оболочки к трубе и выполнено из коррозионно-стойкой стали, и герметизирующее кольцо - из упругоэластичного материала. Внутренний диаметр концов трубы в интервале размещения защемляющих колец превышает внутренний диаметр самой трубы, а герметизирующее кольцо расположено между торцами оболочки и наружного кольца (пат. РФ №2238470, кл. F16L 9/02, БИ №29, 2004 г.).Known steel pipe with an inner plastic lining, containing the outer and inner pinching rings concentrically located at each end of the pipe, the outer ring being placed between the ends of the shell and pipe and made of pipe metal, and the internal pinching ring presses the end of the shell to the pipe and is made of corrosion -resistant steel, and the sealing ring is made of an elastic material. The inner diameter of the pipe ends in the interval of placement of the clamping rings exceeds the inner diameter of the pipe itself, and the sealing ring is located between the ends of the shell and the outer ring (US Pat. RF No. 2238470, CL F16L 9/02, BI No. 29, 2004).

Недостатком этой трубы является высокая трудоемкость соединения труб между собой из-за большой суммарной толщины стенки свариваемых концов трубы, поскольку при соединении труб свариваются между собой сама труба, а также наружное и внутреннее защемляющее кольца. Кроме того, при этом увеличивается количество тепла, выделяемого в процессе сварки труб, увеличивая зону термического воздействия на пластмассовую облицовку, что требует увеличения длины втулок и, следовательно, материальных затрат.The disadvantage of this pipe is the high complexity of connecting the pipes to each other due to the large total wall thickness of the pipe ends being welded, since when connecting the pipes, the pipe itself and the external and internal pinching rings are welded together. In addition, this increases the amount of heat generated during the welding of pipes, increasing the heat-affected zone on the plastic lining, which requires an increase in the length of the bushings and, consequently, material costs.

Известна также стальная труба с внутренней пластмассовой облицовкой, содержащая концентрично расположенные в каждом из концов трубы и скрепленные с ней наружную и внутреннюю втулки, причем наружная втулка выполнена из металла трубы двухступенчатой по наружному диаметру, при этом ступень меньшего диаметра расположена в зоне облицовки, а ступень большего диаметра - между торцами облицовки и трубы, а внутренняя втулка по длине больше наружной и выполнена из коррозионно-стойкой стали и герметизирующее кольцо - из упругоэластичного материала, расположенное между облицовкой и внутренней втулкой рядом с внутренним торцом наружной втулки (пат. РФ №2261394, кл. F16L 9/02, БИ №27, 2005 г.).Also known is a steel pipe with an inner plastic lining, containing the outer and inner sleeves concentrically located at each end of the pipe and fastened to it by the outer sleeve, the outer sleeve being made of metal of a two-stage pipe with an outer diameter, with a smaller diameter step located in the lining zone and a step of a larger diameter - between the ends of the lining and the pipe, and the inner sleeve is longer than the outer one and is made of corrosion-resistant steel and the sealing ring is made of elastic material la located between the lining and the inner sleeve next to the inner end of the outer sleeve (US Pat. RF No. 2261394, CL F16L 9/02, BI No. 27, 2005).

Недостатком этой трубы является высокая трудоемкость соединения труб между собой из-за большой суммарной толщины стенки свариваемых концов трубы. Кроме того, последнее приводит к увеличению количества тепла, выделяемого в процессе сварки труб, увеличивая зону термического воздействия на пластмассовую облицовку, что требует увеличения длины втулок и, следовательно, материальных затрат.The disadvantage of this pipe is the high complexity of connecting the pipes to each other due to the large total wall thickness of the welded pipe ends. In addition, the latter leads to an increase in the amount of heat generated during the welding of pipes, increasing the heat-affected zone on the plastic lining, which requires an increase in the length of the bushings and, consequently, material costs.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является труба с внутренней пластмассовой оболочкой, содержащая концентрично расположенные в каждом из концов трубы и скрепленные с ней наружное и внутреннее кольца, причем внутреннее кольцо выполнено из коррозионно-стойкого металла, наружное кольцо выполнено из того же металла, что и труба, с толщиной стенки, не превышающей толщину оболочки. Наружные кольца могут быть выполнены по длине с переменной толщиной стенки и размещены утонченными концами вровень с торцами трубы (пат. РФ №2141598, кл. F16L 9/02, 1999 г.).The closest in technical essence to the proposed solution is a pipe with an inner plastic sheath, containing the outer and inner rings concentrically located at each end of the pipe and the inner ring being attached to it, the inner ring being made of corrosion-resistant metal, the outer ring made of the same metal, like a pipe with a wall thickness not exceeding the shell thickness. The outer rings can be made in length with a variable wall thickness and placed with thinned ends flush with the ends of the pipe (US Pat. RF No. 2141598, class. F16L 9/02, 1999).

Недостатком этой трубы является высокая трудоемкость изготовления наружного кольца, имеющего внутреннюю коническую поверхность, и сложность закрепления внутреннего и наружного колец при использовании дорнирующего устройства, которое применяется для расширения (раздачи) внутренних колец с целью закрепления и герметизации концов пластмассовой оболочкой. Необходимо отметить, что из-за необходимости калибровки концов труб по внутреннему диаметру до наибольшего по ГОСТ размера, начальный радиальный зазор между трубой и пластмассовой оболочкой составляет от 2 до 6 мм для труб ⌀114-325 мм, что не позволяет применять на практике указанную в этом техническом решении конфигурацию наружных колец. Кроме того, этих условиях надежное защемление внутренних колец невозможно, если толщина их стенки меньше указанных выше зазоров. Следовательно, это техническое решение не позволяет экономить расход дорогостоящего коррозионно-стойкого металла.The disadvantage of this pipe is the high complexity of manufacturing an outer ring having an inner conical surface, and the difficulty of securing the inner and outer rings when using a mandrel device, which is used to expand (distribute) the inner rings in order to fix and seal the ends with a plastic shell. It should be noted that due to the need to calibrate the pipe ends according to GOST to the largest size according to GOST, the initial radial clearance between the pipe and the plastic sheath is from 2 to 6 mm for pipes ⌀114-325 mm, which does not allow the practical application of In this technical solution, the configuration of the outer rings. In addition, under these conditions, reliable pinching of the inner rings is not possible if their wall thickness is less than the above clearances. Therefore, this technical solution does not allow to save the expense of expensive corrosion-resistant metal.

Задачей изобретения является снижение материальных затрат и упрощение технологии изготовления трубы.The objective of the invention is to reduce material costs and simplify the manufacturing technology of the pipe.

Поставленная задача решается тем, что в трубе с внутренней пластмассовой оболочкой, содержащей концентрично расположенные на концах трубы защитные втулки из коррозионно-стойкого металла, выполненные с раструбом с цилиндрической частью или без нее, внутренние части которых расположены внутри концов оболочки и прижимают их к поверхности трубы, а наружные части - в зонах термического влияния сварки, из которых удалена оболочка, согласно изобретению в кольцевых зазорах между трубой и защитными втулками вплотную к торцам оболочки размещены упорные кольца, прикрепленные к защитным втулкам.The problem is solved in that in a pipe with an inner plastic shell containing concentric corrosion-resistant metal sleeves concentrically located at the ends of the pipe, made with a bell with or without a cylindrical part, the inner parts of which are located inside the ends of the shell and press them to the pipe surface and the outer parts in the heat affected zones of the welding from which the shell is removed, according to the invention, in the annular gaps between the pipe and the protective sleeves, close to the ends of the shell are placed thrust rings attached to protective sleeves.

На наружных концах упорных колец могут быть выполнены фаски с углом скоса относительной оси трубы, равным углу конусности раструбов защитной втулки.Chamfers can be made at the outer ends of the thrust rings with a bevel angle relative to the pipe axis equal to the taper angle of the bellows of the protective sleeve.

В кольцевом зазоре между трубой и каждой из защитных втулок в промежутке между упорным кольцом и раструбом втулки размещено одно или несколько опорных колец, прикрепленных к втулке.In the annular gap between the pipe and each of the protective sleeves in the interval between the thrust ring and the socket of the sleeve there is one or more support rings attached to the sleeve.

Кроме того, внутри внутренних концов защитных втулок с перекрытием зон прижима концов оболочки размещены монтажные втулки, имеющие кольцевые выступы на внутренних концах, упирающиеся в торцы защитных втулок.In addition, inside the inner ends of the protective sleeves with overlapping pressure zones of the ends of the shell are mounted mounting sleeves having annular protrusions at the inner ends that abut against the ends of the protective sleeves.

На чертеже изображены продольные разрезы вариантов исполнения одного из концов трубы (другой конец идентичен).The drawing shows longitudinal sections of embodiments of one of the ends of the pipe (the other end is identical).

Металлическая труба 1 (см. фиг.1) изнутри облицована пластмассовой оболочкой 2, конец которой в зоне термического воздействия сварки удален и прижат (защемлен) к внутренней поверхности трубы защитной втулкой 3, раздаваемой способом дорнирования. На наружной поверхности защитной втулки выполнены кольцевые проточки 4 глубиной 0,5-1 мм, которые заполняются материалом оболочки при дорнировании, создавая зацепы, препятствующие выходу конца оболочки из зоны защемления при температурных перепадах. Наружная часть защитной втулки 3 закрывает внутреннюю поверхность трубы, с которой удалена пластмассовая оболочка, защищая ее от, коррозионного воздействия перекачиваемого флюида. По этой причине защитная втулка должна быть выполнена из коррозионно-стойкого металла. Наружный конец защитной втулки выполнен с раструбом, с цилиндрической расширенной частью, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру калиброванного конца трубы или несколько (на 0,5-1 мм) меньше его. В кольцевом зазоре между трубой и защитной втулкой вплотную к торцу пластмассовой оболочки расположено упорное кольцо 5, прикрепленное к защитной втулке дискретным сварным швом 6. Упорное кольцо предотвращает раскатывание оболочки (т.е. уменьшение толщины стенки за счет давления сжатия) при дорнировании и, следовательно, способствует передаче деформирующего давления к трубе. Деформация трубы нужна для создания постоянного обжимающего оболочку натяга между трубой и защитной втулкой.The metal pipe 1 (see Fig. 1) is internally lined with a plastic sheath 2, the end of which in the heat-affected zone of the welding is removed and pressed (pinched) to the inner surface of the pipe with a protective sleeve 3, which is distributed by the method of turning. On the outer surface of the protective sleeve, annular grooves 4 are made with a depth of 0.5-1 mm, which are filled with the material of the casing during turning, creating hooks that prevent the end of the casing from exiting the pinch zone during temperature changes. The outer part of the protective sleeve 3 covers the inner surface of the pipe from which the plastic sheath is removed, protecting it from the corrosive effects of the pumped fluid. For this reason, the protective sleeve must be made of corrosion-resistant metal. The outer end of the protective sleeve is made with a bell, with a cylindrical expanded part, the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the calibrated end of the pipe or several (0.5-1 mm) less than it. In the annular gap between the pipe and the protective sleeve close to the end of the plastic shell there is a stop ring 5 attached to the protective sleeve by a discrete weld seam 6. The stop ring prevents the shell from rolling out (i.e., reducing the wall thickness due to compression pressure) when turning and therefore , promotes the transfer of deforming pressure to the pipe. Pipe deformation is needed to create a constant sheath preload between the pipe and the protective sleeve.

Защитная втулка 3 (см. фиг.2) может быть выполнена с раструбом без цилиндрической расширенной части на наружном конце. В этом случае при малой толщине стенки защитной втулки и высоком давлении в трубопроводе возникает необходимость максимально увеличить длину упорного кольца 5, что достигается формированием на наружном конце упорного кольца внутренней фаски под углом, равным углу конусности раструба, которая при раздаче защитной втулки инвертируется в наружную фаску, как это выглядит в несколько идеализированном виде на чертеже. Удлиненное упорное кольцо препятствует чрезмерной деформации защитной втулки от внутреннего давления, которое может привести к повреждению сварного шва между тонкостенными защитными втулками двух труб при их соединении.The protective sleeve 3 (see figure 2) can be made with a bell without a cylindrical expanded part at the outer end. In this case, with a small thickness of the wall of the protective sleeve and high pressure in the pipeline, it becomes necessary to maximize the length of the thrust ring 5, which is achieved by forming an inner chamfer at the outer end of the thrust ring at an angle equal to the taper angle of the bell, which is inverted into the outer chamfer when distributing the protective sleeve as it looks in a somewhat idealized form in the drawing. The elongated thrust ring prevents excessive deformation of the protective sleeve from internal pressure, which can lead to damage to the weld between the thin-walled protective sleeve of the two pipes when they are connected.

В кольцевом зазоре между трубой и защитной втулкой в промежутке между упорным кольцом и раструбом втулки могут быть размещены одно или несколько опорных колец 7 (см. фиг.3), которые также предотвращают опасную деформацию защитной втулки от внутреннего давления, но при меньшем расходе металла. Опорные кольца не испытывают сильной продольной нагрузки, поэтому прикрепляются к защитной втулке одним или двумя точечными сварными швами.In the annular gap between the pipe and the protective sleeve in the interval between the thrust ring and the socket of the sleeve can be placed one or more support rings 7 (see figure 3), which also prevent dangerous deformation of the protective sleeve from internal pressure, but with less metal consumption. The support rings do not experience a strong longitudinal load, therefore they are attached to the protective sleeve with one or two spot welds.

Внутри внутреннего конца защитной втулки 3 (см. фиг.4) с перекрытием зоны защемления конца пластмассовой оболочки размещена монтажная втулка 8 из углеродистой стали, имеющая на внутреннем конце кольцевой выступ, в который упирается торец защитной втулки. Такое техническое решение необходимо при использовании тонкостенной защитной втулки, толщина стенки которой меньше начального зазора между трубой и концом пластмассовой оболочки или недостаточна для создания необходимого натяга при раздаче защитной втулки. Кроме того, монтажная втулка выполняет еще 3 дополнительные функции: во-первых, увеличивает жесткость тонкостенной защитной втулки в зоне защемления оболочки, что важно при хранении и транспортировке труб, когда из-за больших температурных перепадов (максимальный перепад температур в открытом воздухе обычно значительно превышает перепад температур в грунте при эксплуатации трубопровода) в пластмассовой оболочке могут возникать весьма большие растягивающие нагрузки, которые способны вырвать концы оболочки из зоны защемления, во-вторых, отводят часть тепла из защитной втулки при сварке, что препятствует размягчению защемленного конца пластмассовой оболочки и выход его из зоны защемления, и, в-третьих, обеспечивает катодную защиту защитной втулки из нержавеющей стали от возможной в некоторых средах питтинговой коррозии в течение срока до полного растворения монтажной втулки в агрессивной среде трубопровода.Inside the inner end of the protective sleeve 3 (see Fig. 4) with the overlap of the pinching zone of the end of the plastic sheath, a carbon steel mounting sleeve 8 is placed, having an annular protrusion at the inner end against which the end of the protective sleeve abuts. Such a technical solution is necessary when using a thin-walled protective sleeve, the wall thickness of which is less than the initial gap between the pipe and the end of the plastic shell or insufficient to create the necessary interference when distributing the protective sleeve. In addition, the mounting sleeve performs 3 additional functions: firstly, it increases the stiffness of the thin-walled protective sleeve in the pinch zone of the shell, which is important when storing and transporting pipes when due to large temperature differences (the maximum temperature difference in the open air usually significantly exceeds temperature difference in the soil during pipeline operation) very large tensile loads can occur in the plastic shell, which can tear the ends of the shell out of the pinch zone, secondly , remove part of the heat from the protective sleeve during welding, which prevents softening of the clamped end of the plastic shell and its exit from the pinch zone, and, thirdly, provides cathodic protection of the stainless steel protective sleeve from possible pitting corrosion for a period of time to complete dissolving the mounting sleeve in an aggressive pipeline environment.

Соединение труб между собой производят сваркой встык по известной технологии сварки двухслойных металлов, состоящих из наружного слоя углеродистой (или низколегированной) и внутреннего слоя коррозионно-стойкой стали.The pipes are connected to each other by butt welding according to the well-known technology of welding two-layer metals consisting of an outer layer of carbon (or low alloy) and an inner layer of corrosion-resistant steel.

Описанные свойства предложенной трубы позволяют снизить расход металла, в том числе - коррозионно-стойкого, упростить технологию изготовления и повысить ее работоспособность.The described properties of the proposed pipe can reduce the consumption of metal, including corrosion-resistant, simplify the manufacturing technology and increase its performance.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Концы стальной трубы наружным диаметром 273 мм и толщиной стенки 9 мм по ГОСТ 8732-78 подвергли калибровке по внутреннему диаметру до 261 мм - предельного размера, допускаемого ГОСТом, на глубину 500 мм, что исключает смещение внутренних кромок концов соединяемых труб, имеющих большие допуски по внутреннему диаметру, при их сварке. Затем произвели облицовку внутренней поверхности трубы путем футерования полиэтиленовой трубой диаметром 254 мм и толщиной стенки 6,1 мм. Концы полиэтиленовой трубы удалили на глубину 150 мм от торцов стальной трубы, чтобы исключить термическое воздействие сварки на полиэтилен.The ends of the steel pipe with an outer diameter of 273 mm and a wall thickness of 9 mm in accordance with GOST 8732-78 were calibrated to an internal diameter of up to 261 mm - the maximum size allowed by GOST, to a depth of 500 mm, which eliminates the displacement of the inner edges of the ends of the connected pipes, which have large tolerances inner diameter when welding them. Then, the inner surface of the pipe was lined by lining with a polyethylene pipe with a diameter of 254 mm and a wall thickness of 6.1 mm. The ends of the polyethylene pipe were removed to a depth of 150 mm from the ends of the steel pipe in order to exclude the thermal effect of welding on the polyethylene.

Путем вальцевания листа толщиной 3 мм из нержавеющей стали 08Х18Н10Т и сварки совмещаемых краев (по образующей) изготовили защитную втулку наружным диаметром 236 мм и длиной 350 мм. С помощью конического пуансона расширили один конец втулки на глубину 70 мм так, чтобы максимальный наружный диаметр расширенного конца втулки составил 260,5 мм. Из трубной заготовки из углеродистой стали 10 токарным способом изготовили упорное кольцо и 2 опорных кольца шириной по 10 мм и соответствующих для мест установки внутренних и наружных диаметров. Из углеродистой стали 20 изготовили монтажную втулку наружным диаметром 228, диаметром кольцевого выступа на внутреннем конце 237, длиной 250 мм.By rolling a sheet of 3 mm thick stainless steel 08X18H10T and welding the aligned edges (along the generatrix), a protective sleeve was made with an outer diameter of 236 mm and a length of 350 mm. Using a conical punch, one end of the sleeve was extended to a depth of 70 mm so that the maximum outer diameter of the expanded end of the sleeve was 260.5 mm. A thrust ring and 2 support rings of 10 mm width and corresponding to the installation locations of the inner and outer diameters were made from a carbon steel billet 10 by a turning method. A mounting sleeve with an outer diameter of 228, a diameter of an annular protrusion at the inner end 237, and a length of 250 mm was made of carbon steel 20.

Упорное кольцо приварили к защитной втулке на расстоянии 150 мм от наружного конца четырьмя швами по периметру длиной по 10 мм каждый. Одно опорной кольцо прикрепили к раструбному участку защитной втулки на расстоянии 50, а второе - к цилиндрическому участку на расстоянии 100 мм от наружного торца.The thrust ring was welded to the protective sleeve at a distance of 150 mm from the outer end with four seams along the perimeter with a length of 10 mm each. One support ring was attached to the socket section of the protective sleeve at a distance of 50, and the second to the cylindrical section at a distance of 100 mm from the outer end.

Вставили монтажную втулку во внутренний конец защитной втулки, полученную сборку поместили внутрь конца трубы и произвели раздачу дорном диаметром 240 мм, перемещая дорн изнутри трубы.The mounting sleeve was inserted into the inner end of the protective sleeve, the assembly was placed inside the end of the pipe and distributed by a mandrel with a diameter of 240 mm, moving the mandrel from the inside of the pipe.

Аналогичным образом был оснащен второй конец трубы.Similarly, the second end of the pipe was equipped.

Осмотр и испытания сваренных между собой труб предложенной конструкции показали, что концы полиэтиленовой оболочки надежно защемлены, а открытые концевые участки труб, включая сварные швы стыков труб, герметично изолированы от проникновения агрессивной среды защитными втулками и их сварными коррозионно-стойкими швами.Inspection and testing of welded pipes of the proposed design showed that the ends of the polyethylene sheath are securely clamped, and the open end sections of the pipes, including welds of pipe joints, are hermetically isolated from the penetration of aggressive media by protective sleeves and their welded corrosion-resistant seams.

Claims

1. A pipe with an inner plastic sheath, containing protective sleeves concentrically located at the ends of the pipe made of corrosion-resistant metal, made with a bell with a cylindrical expanded part or without it, the inner parts of which are located inside the ends of the sheath and press them to the pipe surface, and the outer parts - in the heat affected zones of welding, from which the shell is removed, characterized in that in the annular gaps between the pipe and the protective sleeves, thrust rings are placed close to the ends of the shell, attached nnye to the protective sleeve.

2. The pipe according to claim 1, characterized in that at the outer ends of the thrust rings bevels are made with a bevel angle relative to the axis of the pipe equal to the angle of the taper of the socket of the protective sleeves.

3. The pipe according to claim 1, characterized in that in the annular gap between the pipe and each of the protective sleeves in the interval between the thrust ring and the socket of the sleeve there is one or more support rings attached to the sleeve.

4. The pipe according to one of claims 1 to 3, characterized in that inside the inner ends of the protective sleeves with overlapping pressure zones of the ends of the sheath are mounted sleeves having annular protrusions at the inner ends that abut against the ends of the protective sleeves.