Спосіб збереження температури транспортуючого продукту в системі “труба в трубі”

Спосіб збереження температури транспортованого продукту в системі "труба в трубі", що включає підготовку та антикорозійний захист зовнішньої поверхні футерованої металевої труби, підготовку скляної або пластмасової поверхні футеруючих труб, її центрування всередині футерованої труби, ущільнення міжтрубного простору неорганічними високопористими дрібнодисперсними теплостійкими природними або синтетичними матеріалами з наступним віброущільненням і U 2 (19) 1 3 руюча труба може бути використана скляна або пластмасова труба, що має виключно високу хімічну стійкість в різних хімічних агресивних середовищах. Слід зауважити, що скляні труби, в зв'язку з крихкістю скла, потребують захисту і уваги при транспортуванні, монтажі, експлуатації, адже випадковий удар може викликати руйнування труби і зупинити роботу трубопровідної транспортної мережі. Труби із різних пластмасових матеріалів (поліетилену, полівінілхлориду та ін.) широко використовують при будівництві водопостачання і каналізації. Пластмасові труби мають високу корозійну стійкість, характеризуються меншим гідравлічним опором в порівнянні із сталевими і приблизно в 510 разів легше сталевих, але мають невисоку міцність. Основним недоліком цих труб є мала теплостійкість. Маючи невисоку температуру розм'якшення, вони не придатні для транспортування рідин із температурою вище 60 °C, тому розміщувати їх поруч із опалювальною системою або апаратами заборонено. В зв'язку з цим широкого використання набуває метод внутрішнього футерування металевих труб пластмасою [1] по системі "труба в трубі". Вибір скляної або пластмасової труб для системи "труба в трубі" обумовлений рядом взаємопов'язаних факторів, з яких головним є: 1) їх вартість; 2) можливість придбання або виготовлення; 3) умови або параметри експлуатації в конкретному середовищі. Вартість скляних труб переважно визначається вітчизняними сировинними матеріалами, використовуваними в їх виробництві. Такими матеріалами є: кварцовий пісок, вапняк, крейда, доломіт, сульфат натрію, борна кислота, бура, каолін, глинозем та деякі інші, з яких для інтенсифікації процесу варки широко використовують фтористі сполуки, такі як NaF або Na2SiF6. Цими матеріалами наша країна забезпечена. Виробництво пластмасових труб переважно пов'язане із імпортом нафти і нафтопродуктів, їх переробкою. Оскільки сучасною тенденцією є зростання цін на нафту і нафтопродукти, вартість пластмасових труб буде зростати. Відомий спосіб антикорозійного захисту внутрішньої поверхні металевої труби шляхом її футерування [2] включає футерування футеруючою скляною або пластмасовою трубами, центрування футеруючої труби, ущільнення міжтрубного простору по довжині волокнистими неорганічними матеріалами у вигляді циліндричних блоків з остаточним ущільненням і фіксацією ущільнюючого матеріалу внутрішньою підтискувальною металевою шайбою на різьбі з центральним створом, діаметр якого на 1-1,5 мм більший зовнішнього діаметра скляної або пластикової труб, кінці яких виступають за краї металевої труби на 50-60 мм. Відомий спосіб футерування внутрішньої поверхні азбестоцементної труби [3], як альтернатива металевої труби. Виготовлення труб із азбестоцементного матеріалу, замість металу, усуває енергоємний і до 64065 4 рогий процес виробництва металевих труб, робить значно міцнішою масу виробу, дозволяє економити метал, зменшує вартість труб. Азбестоцементні матеріали відрізняються морозостійкістю, біостійкістю, не горять, мають понижену електро- і теплопровідність, малу водо- і газопроникність [4-6]. Взагалі азбестоцементні труби більш довговічні, ніж металеві. Проте незначна, в порівнянні із скляними трубами, крихкість азбестоцементних труб потребує особливої уваги при транспортуванні, а при насиченні водою матеріалу труб вони можуть коробитись. Запобігти цьому недоліку можуть захисні покриття. Запропонований спосіб футерування азбестоцементної труби відрізняється тим, що внутрішня її поверхня очищується стиснутим повітрям, а кільцеві блоки із волокнистих неорганічних матеріалів, що вводяться в міжтрубний простір, ущільнюються і фіксуються металевими або пластмасовими підтискувальними шайбами, які мають центральний отвір під скляну або пластмасову труби і кільцеву внутрішню виточку під герметичне кільце. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим за прототип, є спосіб захисту від корозії внутрішньої поверхні металевої труби [7], що включає футерування металевої труби скляною або пластмасовою трубами шляхом знежирювального відпалу і механічного очищення металевої труби, хімічної обробки зовнішньої поверхні скляної або пластмасової труб, нарізання внутрішньої і зовнішньої різьби на глибину 150÷200 мм на кінцях металевої труби, ґрунтування зовнішньої поверхні механічно очищеної металевої труби між ділянками різьби, створення міжтрубного простору між внутрішньою поверхнею металевої і зовнішньою поверхнею скляної або пластмасової труб з наступним заповненням простору ущільнюючим волокнистим неорганічним матеріалом, фіксацією його внутрішньою підтискувальною шайбою із зовнішньою різьбою і центральним отвором, діаметр якого на 1-1,5 мм більше діаметра скляної або пластмасової труб, кінці яких виступають на 50-60 мм за торці металевої труби, відрізняється тим, що на заґрунтовану зовнішню поверхню металевої труби наносять шар розплавленого ізоляційного асфальту, в який втискують дрібновічкову полімерну сітку або насичений асфальтом клапоть із склотканини або скломату, вирівнюють поверхню і обмотують стрічкою із полімерних матеріалів (поліетиленових, поліхлорвінілових і т. ін.), які з одного боку вкриті шаром поліізобутиленового клею, обмотують такою ж стрічкою зовнішню поверхню скляної труби, вводять цю трубу або пластмасову без захисної стрічки в простір металевої труби для футерування, а міжтрубний простір заповнюють одним із природних матеріалів високопористих теплостійких порід - туфом, пемзою, ракушняком, або синтетичним неорганічним високопористим дрібнодисперсним теплостійким матеріалом - керамзитом, аглопоритом, шлаковою пемзою, з наступним віброущільненням і герметизацією обох кінців міжтрубного простору підтискувальною шайбою з герметизуючою прокладкою та центральним отвором, діаметр якого на 5-10 мм перевищує діаметр скляної або пластмасової труб. 5 Використання запропонованих способів футерування металевої або азбестоцементної труб скляною або пластмасовою забезпечує: 1) антикорозійний захист зовнішньої поверхні футерованих труб; 2) завдяки високій хімічній стійкості скляних і пластмасових труб значне зростання часу експлуатації системи "труба в трубі" в більш широкому діапазоні температур і тиску агресивного середовища; 3) екранування металевою або азбестоцементною трубою скляної або пластмасової труби і їх тривалий захист від пошкоджень під час експлуатації; 4) використання волокнистих неорганічних матеріалів (скляне або базальтове волокно, мінеральна або скляна вата), що мають коефіцієнт теплопровідності в межах 0,035-0,052 Вт/м·°С, для теплоізоляції футеруючих труб в системі "труба в трубі" і збереження в них температури транспортованої рідини. Таким чином, користуючись інформацією із приведених аналогів і прототипу по способах захисту внутрішньої поверхні металевої або азбестоцементної труб від корозії шляхом футерування, можна одночасно певною мірою досягти збереження температури транспортованої рідини в системі "труба в трубі". Незважаючи на значні технічні переваги запропонованого способу в порівнянні з аналогами, даний спосіб потребує пошуку шляхів, пов'язаних з підвищенням теплоізоляції футеруючих труб скляної або пластмасової, в системі "труба в трубі", адже по цих трубах на значну відстань транспортуються переважно в рідкому стані речовини, такі як нафта і нафтопродукти та ін., що потребують збереження стабільної температури, оптимальної в'язкості продукту для руху на значну відстань. Загальними ознаками з прототипом є футерування внутрішньої поверхні металевої труби футеруючою скляною або пластмасовою трубами, заповнення міжтрубного простору природними або синтетичними високопористими дрібнодисперсними неорганічними матеріалами з наступним віброущільненням і герметизацією обох кінців системи "труба в трубі" підтискувальними шайбами з центральним отвором, діаметр якого на 5-10 мм перевищує діаметр футеруючої труби. Поставлена задача вирішується тим, що зовнішні поверхні футеруючих скляної або пластмасової труб захищені тонким шаром рулонної теплоізоляції з пінополіетилену з двостороннім шаром поверхні із полірованої алюмінієвої фольги, ущільнення міжтрубного простору футеруючої скляної або пластмасової і футерованої металевої труб виконується неорганічними волокнистими теплоізоляційними, а ущільнення простору футеруючої скляної або пластмасової і футерованої азбестоцементних труб - неорганічними волокнистими теплоізоляційними матеріалами, або неорганічними високопористими дрібнодисперсними теплостійкими природними абосинтетичними матеріалами - піносклом, спученим перлітом або спученим вермикулітом. 64065 6 Запропонований спосіб виконується таким чином - для видалення органічних речовин (в тому числі жирових і масляних плівок на поверхні) металеву трубу піддають знежирювальному відпалу при температурі 500-550 °C. Піскострумлять до класу чистоти 4-5, обдувають стиснутим повітрям для видалення залишків пилу і окалини. З обох кінців зовнішньої і внутрішньої поверхонь металевої труби на глибину 150-200 мм нарізають зовнішню і внутрішню різьби. Площу зовнішньої поверхні труби ґрунтують до межі з різьбою за допомогою бітуму в бензині в пропорції 1:3. Сушіння не більше однієї доби. Після висихання ґрунту на нього наносять шар розплавленого ізоляційного асфальту, одержуваного із кубового залишку від дистиляції нафти. На свіжосформоване асфальтове покриття труби щільно втискують за допомогою валика дрібновічкову полімерну сітку, або насичену асфальтом прокладку із склотканини або скломату, і обмотують поліетиленовою або поліхлорвініловою стрічками, які з одного боку вкриті шаром поліізобутиленового клею. Підготовка азбестоцементної труби - спочатку роблять візуальний її огляд з метою визначення цілісності і якості, виконують очищення внутрішньої і зовнішньої поверхонь стиснутим повітрям для видалення пилу та інших механічних домішок з використанням витяжної вентиляції. З обох кінців труби на глибину 150-200 мм нарізають внутрішню і зовнішню різьби; площу поверхні труби між різьбами ґрунтують за допомогою бітуму в пропорції 1:3 і сушать. Сушіння не більше однієї доби. Після витримки наносять водогазонепроникне захисне покриття. Паралельно здійснюють хімічне знежирювання зовнішньої поверхні скляної або пластмасової труб. Для обробки поверхні труб як органічний розчинник використовують водний розчин синтетичного миючого засобу (5-15 г/л) при температурі 30-50 °C. Час струминного очищення складає 1-5 хв, після чого поверхню промивають водою, підігрітою до 30-50 °C. Висушену поверхню скляної або пластмасової труб обмотують тонким шаром (4-8 мм) рулонної теплоізоляції з пінополіетилену з двостороннім шаром поверхні з полірованої алюмінієвої фольги; обклеюють алюмінієвою липкою стрічкою, що забезпечує надійний контакт між ізоляцією і трубою. Підготовку до ущільнення міжтрубного простору між вже окремо підготовленими футеруючою скляною або пластмасовою і металевою або азбестоцементною трубами для футерування з використанням неорганічних волокнистих матеріалів виконують в такій послідовності: із скручених волокнистих скляних або базальтових джгутових тканин марок ТСЖ-0,7, ТБЖ-0,6, ТБЖ-0,7 або мінеральної чи скляної вати виготовляють шнури або джгути, з яких готують круги, внутрішній діаметр яких на 1-1,5 мм більше круга зовнішнього діаметра скляної або пластмасової труб, а зовнішній діаметр кругів має таку величину, яка б забезпечувала мінімальне значення пружних деформацій від дії міжстінового прошарку і фізичних зовнішніх зусиль під час проштовхування блоків кругів. 7 Блоки із волокнистих кругів готують висотою від 100 до 200 мм, накладаючи один на одний і зшивають їх без перекосів скляними або базальтовими, або капроновими нитками. На підготовлений фундамент з отвором і ямою всередині фундаменту жорстко закріплюють круг шаблон з діаметром, більшим ніж діаметр металевої труби для футерування, всередину нього вставляють металеву трубу, в нижню частину якої попередньо нагвинчують по внутрішній різьбі підтискувальну шайбу з центральним отвором для центрування і виходу кінців футеруючих скляної або пластмасової труб таким чином, щоб кінці кожної з таких труб виступали на 50-60 мм за край металевої труби з двох сторін. В простір між внутрішньою стінкою металевої і зовнішньою стінкою скляної або пластмасової труб, що знаходяться у вертикальному положенні, вводять і ущільнюють спеціальним пристроєм почергово блоки кругів, забезпечуючи рівномірність без перекосів розташування блоків. Досягнувши рівня заповнення блоками краю металевої труби, здійснюють ущільнення блоків шляхом нагвинчування по внутрішній різьбі протилежного кінця металевої труби підтискувальної шайби із зовнішньою різьбою і центральним отвором для виходу кінців скляної або пластмасової труб, з якими будуть з'єднуватись шляхом зварювання кінці суміжних скляної або пластмасової труб, що запресовані в металевих трубах. Впровадження процесу запресовування волокнистого матеріалу у вигляді кругів блоками з наступним ущільненням і фіксацією в міжтрубному просторі за допомогою підтискувальної шайби забезпечує надійні умови для центрування футеруючої труби і створення щільного контакту поверхні блоків в системі "труба в трубі". Технологія захисту тонким шаром рулонної теплоізоляції з пінополіетилену з двостороннім шаром поверхні із полірованої алюмінієвої фольги футеруючих скляної або пластмасової труб для футерування азбестоцементної труби з використанням волокнистих теплоізоляційних матеріалів ідентична приведеній технології футерування металевих труб. Технологія ущільнення захищених тонким шаром рулонної теплоізоляції з пінополіетилену з двостороннім шаром поверхні із полірованої алюмінієвої фольги футеруючих скляної або пластмасової труб для футерування азбестоцементної труби з використанням неорганічних високопористих дрібнодисперсних теплостійких природних (туф, ракушняк) або синтетичних (піноскло, спучений перліт або вермикуліт) матеріалів виконується таким чином: на підготовлений фундамент з отвором і ямою всередині фундаменту жорстко закріплюють круг-шаблон з діаметром, більшим ніж діаметр азбестоцементної труби для футерування, всередину нього встановлюють азбестоцементну трубу і фіксують її у вертикальному положенні. В циліндричний отвір азбестоцементної труби з попередньо ізольованим нижнім кінцем внутрішньою підтискувальною шайбою з центральним отвором і герметизуючою прокладкою вставляють з проміжком скляну або пластмасову труби, центрують і 64065 8 герметизують одну із них таким чином, щоб кінці її виступали через центральний отвір підтискувальної шайби на 50-60 мм за край азбестоцементної труби. Простір між внутрішніми стінками азбестоцементної і зовнішньою скляної або пластмасової труб заповнюють одним із видів природних теплоізоляційних неорганічних дрібнодисперсних матеріалів або синтетичних теплостійких високопористих дрібнодисперсних матеріалів (піносклом, спученим перлітом або вермикулітом), віброущільнюють, при необхідності виконують досипку наповнювача до початку внутрішньої різьби у верхньому кінці азбестоцементної труби. Досягнувши рівня заповнення наповнювачем міжтрубного простору, здійснюють його герметизацію підтискувальною шайбою з герметизуючою прокладкою і центральним отвором для виходу кінців скляної або пластмасової труб, з якими планується з'єднання кінців суміжних скляної або пластмасової труб системи "труба в трубі". Використання як наповнювача міжтрубного простору неорганічних високопористих дрібнозернистих теплостійких природних або синтетичних матеріалів, що мають високі теплоізоляційні властивості з коефіцієнтом теплопровідності для піноскла - не більше 0,1 Вт/м·°С, спученого перліту - не більше 0,058 Вт/м·°С, спученого вермикуліту 0,053-0,1 Вт/м·°С, обумовлює доцільність їх впровадження для виготовлення футерованих металевих або азбестоцементних труб футеруючими скляними або пластмасовими трубами з метою збереження температури транспортованого продукту. Крім того, використання дисперсних матеріалів для заповнення міжтрубного простору шляхом їх засипки і віброущільнення значно спрощує технологію його виконання і покращує технікоекономічні показники виготовлення труб в системі "труба в трубі". Нарізка різьби на кінцях внутрішньої і зовнішньої поверхонь металевої і азбестоцементної труб глибиною 150-200 мм продиктована потребою в надійному ущільненні і герметизації наповнювача в міжтрубному просторі за допомогою підтискувальної шайби із зовнішньою різьбою по внутрішній поверхні футерованої труби, а присутність зовнішньої різьби обумовлена необхідністю з'єднання через муфту з аналогічною суміжною трубою для створення трубопровідної мережі. Ґрунтування попередньо очищеної зовнішньої поверхні металевої або азбестоцементної труби, нанесення шару розплавленого ізоляційного асфальту, в який втискують дрібновічкову полімерну сітку або насичену асфальтом армуючу прокладку із склотканини або скломату, з наступним захистом поліетиленовою або полівініловою стрічкою на клеючій основі забезпечує надійну адгезію і механічну цільність, а також тривалий захист створеного композиційного покриття від води і агресивного ґрунтового середовища. Захист зовнішньої поверхні футеруючих скляної або пластмасової труб тонким шаром рулонної теплоізоляції з пінополіетилену з двостороннім шаром поверхні із полірованої алюмінієвої фольги, що має коефіцієнт теплопровідності () в межах 9 0,031-0,032 Вт/м·°С підсилює ефективність композитної теплоізоляції в системі "труба в трубі". Отже, впровадження в запропонованому технічному рішенні ефективного теплостійкого покриття з пінополіетилену з двостороннім шаром поверхні із полірованої алюмінієвої фольги з -ою - 0,0310,032 Вт/м·°С, що прилягає до зовнішньої поверхні футеруючих скляної (з -ою - 0,76 Вт/м·°С) або пластмасової (з -ою - 0,25-0,9 Вт/м·°С) труб, а з іншої - до шару волокнистого теплостійкого матеріалу з -ою - 0,035-0,052 Вт/м·°С, або високопористого дрібнодисперсного теплостійкого матеріалу з -ою - 0,053-0,1 Вт/м·°С, створює захисний композитний теплостійкий екран від впливу футерованих металевої або азбестоцементної труб, що мають в порівнянні з теплоізоляційними матеріалами високий коефіцієнт теплопровідності відповідно  - 47,0 Вт/м·°С і 0,5 Вт/м·°С, збільшуючи, таким чином, тривалість збереження температури транспортованого продукту в трубопроводі при його русі на значну відстань. Створення замкнутої конструкції елементів трубопровідної мережі в системі "труба в трубі", що мають металевий або азбестоцементний трубний корпус, футеруючу скляну або пластмасові трубу, міжтрубний простір, заповнений теплоізоляційними матеріалами, загерметизований з обох сторін підтискувальними шайбами з герметизуючою прокладкою при виході кінців футеруючої труби, забезпечує умови для запобігання проникненню вологи до головного чинника зберігання тепла теплоізоляційного наповнювача. Адже відомо, що теплопровідність матеріалу зростає із збільшенням його вологості. Це пояснюється тим, що коефіцієнт теплопровідності повітря, що знаходиться в порах теплоізоляції, складає 0,022-0,025 Вт/м·°С, тоді як води - 0,5 Вт/м·°С. Тому запропонована Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 64065 10 замкнута конструкція системи "труба в трубі" зберігатиме низьку теплопровідність тривалий час. Враховуючи існування гострої проблеми, пов'язаної із збереженням температури транспортованого продукту в трубопроводі, доцільність вдосконалення технічного рішення не викликає сумнівів. Вказані технічні ознаки дають можливість широкого використання запропонованого способу в промислових умовах і забезпечення його відповідності критерію "Промислова придатність". Джерела інформації: 1. Кропотов В.Н., Зайцев А.Г., Скавронский Б.И. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1973. - С. 15, 215, 218, 307, 312-314. 2. Бідношея В.Я., Бідношея М.В., Пархоменко І.В., Бідношея М.О. Спосіб антикорозійного захисту внутрішньої поверхні металевої труби. UA. Патент № 17941, F16L 58/02, опубл. 16.10.2006. 3. Бідношея В.Я., Петруняк В.Я., Бідношея М.О., Пархоменко І.В. Спосіб футерування внутрішньої поверхні азбестоцементної труби… UA. Патент № 27597, F16L 58/02, опубл. 12.11.2007. 4. Энциклопедия неорганических материалов / Под. ред. Федорченко И.М. - К.: Главн. ред. Украинской Сов. энциклопедии.-1997. - Т. 1. - С. 107, 115, 133. 5. Сысоев Б.В., Щербаков А.С., Голованова А.В. Строительные материалы. - М.: Лесная промышленность, 1980. - С. 105, 106, 146, 147. 6. Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики. -М.: Стройиздат, 1974.-375 с. 7. Бідношея В.Я., Бідношея М.О., Пархоменко І.В., Петруняк М.В., Пархоменко М.В. Спосіб захисту від корозії металевої труби. UA. Патент № 52300, F16L 58/02, опубл. 25.08.2010. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601