Виды механических соединений труб магистральных трубопроводов

Типы клеевых соединений трубопроводов.

Одним из направлений повышения эксплуатационной на­дежности и эффективности трубопроводов является применение труб в коррозионностойком исполнении (из высокопрочного чугу­на, стальных с внутренними покрытиями и из полимерных матери­алов). При монтаже таких труб, а также труб из разнородных мате­риалов, когда монтаж их традиционными методами, в частности с помощью сварки, затруднен или невозможен, успешно использу­ют клеевые соединения. В настоящее время в нашей стране и за ру­бежом эксплуатируется целый ряд трубопроводов из стальных, чугунных, поливинилхлоридных и стеклопластиковых труб, мон­таж которых осуществлен с помощью полимерных клеев. Исто­рия сборки трубопроводов с применением различных клеевых со­единений насчитывает более 100 лет.

Склеивание – один из эффективных методов соединения металлов и других конструкционных материалов, оно имеет ряд ценных технологических преимуществ перед другими способами соединения и позволяет создавать принципиально новые инженер­ные конструкции. В ряде случаев только склеиванием можно обес­печить требуемую прочность соединения.

Применение клеевых композиций позволяет:

- соединять металлы и другие конструкционные материалы без дополнительного нагрева, что особенно важно при ремонтных ра­ботах на газонефтепроводах;

- достигать высокой герметичности и надежности соединения;

- упростить технологию сборки труб;

- осуществлять ремонт без привлечения специального оборудо­вания силами наличного обслуживающего персонала;

- обеспечивать высокую производительность работ.

В отечественной практике используют полимерные клеи для соединения труб санитарно-технических трубопроводных систем различного назначения, а также при сооружении городской сети газопроводов, воздуховодов и систем отопления. Применяемая в этих случаях технология соединения труб предусматривает их мон­таж в основном с помощью накладных гладких муфт.

Способ соединения труб при склеивании (рис. 16.7) выбирают с учетом диаметра трубопровода, конструктивного исполнения кон­цов труб и условий монтажа. Почти все существующие способы клеевого соединения труб обеспечивают безаварийную эксплуата­цию сооружения при давлении в трубопроводе не более 1,0–1,5 МПа, за исключением соединения на "ус", при котором концентрации напряжений по длине соединения отсутствуют, так как жесткость соединяемых концов труб и самого соединения одинакова. К при­меру, стеклопластиковые трубы диаметром 76 мм с толщиной стен­ки 1,5 мм, соединенные по этому способу, можно эксплуатировать при давлении до 14 МПа.

Для создания достаточно прочных и герметичных клеевых со­единений труб необходимо, чтобы зазор между склеиваемыми по­верхностями был минимальным. Максимальная прочность склеен­ных труб обеспечивается при толщине клеевого слоя 0,05 – 0,10 мм. Очевидно, максимальную прочность клеевых соединений труб можно получить при еще меньшей толщине клеевой пленки при ус­ловии, что она не будет повреждена в процессе сборки.

Рисунок 16.7 – Типы клеевых соединений труб: a – соединение на «ус»; б – бандажное; в – раструбное; г – на «ус» с бандажом; д – муфтовое цилиндрическое; е – муфтовое конусное; ж – муфтовое со сто­порными клиньями; а,б, в, г – без соединительных деталей; д, е, ж – с соедини­тельными деталями; 1 – концы соединяемых труб; 2 – клеевой слой; 3 – бан­даж; 4 – раструб; 5 – муфта; 6 – клин; 7 – уплотнительное кольцо

 

Склеивание протекает более эффективно при использовании дополнительных физических эффектов: гидромеханического воз­действия клея на склеиваемые поверхности; пластического дефор­мирования металла муфт или концов труб перед отвердением клея; температурных деформаций соединения в радиальном направле­нии и т. д. (рис. 16.8).

Гидромеханическое воздействие клея на склеиваемые поверх­ности обеспечивают конусообразная форма соединяемых концов труб (рис. 16.8а) и принудительное нагнетание клея в кольцевой за­зор между муфтой и концами труб (рис. 16.8г).

Практический интерес представляют клеевые соединения стальных, алюминиевых и медных трубопроводов, созданные в США фирмой Amlech Со (рис. 16.8б). Монтаж этих соединений осуществляют с использованием передвижной установки, осна­щенной гидравлическим прессом, с помощью которого на одном конце трубы продавливается канавка, а на другом – формируется раструб. Так как внутренний диаметр раструба имеет несколько меньший размер, чем вводимый с помощью того же гидропресса гладкий конец трубы с нанесенным клеем, происходят деформация канавки и плотное прилегание склеиваемых поверхностей. По дан­ным фирмы, производительность такой установки составляет один стык в минуту для труб диаметром 200 мм.

Интерес представляет конструк­ция соединения с пружинным разрезным кольцом, которое посред­ством инструмента заклинивается в муфте (рис. 16.8в).

Широко применяются клеевые соединения стальных труб бан­дажного типа (рис. 16.8ж). Их получают методом многослойной на­мотки на концы стыкуемых труб лент из конструкционной стекло­ткани, пропитанной клеевым составом. После отвердения клея на месте стыка образуется стеклопластиковый бандаж. При такой технологии обеспечивается независимость от допускаемых откло­нений размеров труб. Минимальная толщина клеевого слоя в этих соединениях достигается за счет усилия натяжения ленты при ее намотке. Разработанная технология опробована при монтаже стальных труб систем водоснабжения и оцинкованных воздухо­водов. Однако такое соединение рекомендовано лишь при давле­ниях в трубопроводе не более 1,0 МПа.

 

Рисунок 16.8 – Конструктивные решения в технике склеивания трубопроводов с использованием физических эффектов: а – конусное соединение; б – соединение фирмы Amlech Со (США); в – соединение с коническим разрезным кольцом (Германия); г – соединение с принудительным нагнетанием клея; д – соединение по методу TS (Япония); е – соединение чугунных раструбных труб с герметизирующим уплот­няющим манжетом; ж – соединение труб бандажного типа; 1,2 – концы соединяемых труб; 3 – клеевой слой; 4 – муфта; 5 – разрезное кольцо; 6 – нагнетательное устройство; 7 – камера для нагнетания клея; 8 – уплотнения; 9 – игла-ниппель; 10 – шприц-инъектор; 11 – бандаж из конструкци­онной стеклоткани

В Японии специалисты фирмы «Сэкисуй кэмикап компании» при монтаже систем канализации трубы из полимерных материа­лов склеивают методом TS, основанным на получении беззазорных соединений труб с помощью фасонных частей (рис.16.8 д, г). Конус­ность раструбов такова, что даже при минимальном допуске на тру­бу и на фасонную часть раструба обеспечивается длина нахлестки, достаточная для получения прочного соединения.

Разработан способ соединения чугунных труб диаметром 1000– 1200 мм без какого-либо конструктивного изменения концов соединяемых труб (рис. 16.8е) с учетом рабочего давления до 4 МПа. На наружной поверхности цилиндрического конца трубы установ­лены две резиновые манжеты, кольцевая полость между которыми с помощью шприца-инъектора, расположенного в нижней час­ти раструба, заполнена герметизирующим клеевым составом. Инъецирование продолжается до заполнения всей полости клеем, выхода воздуха и появления клея в ниппеле.

Основными операциями технологического процесса склеи­вания труб, от которых, в первую очередь, зависят прочность и долговечность клеевых соединений в условиях эксплуатации, являются:

подготовка склеиваемых поверхностей концов труб;

приготовление клеевого состава и его нанесение;

соединение склеиваемых поверхностей и отвердение клеевого слоя.

Технология приготовления полимерных клеев заключается в последовательном введении в основу клея отдельных компонен­тов. Если в состав клея входит пластификатор, то процесс приготов­ления клея начинается именно с введения пластификатора. Причем смесь с пластификатором можно хранить довольно длительный срок. Отвердитель следует вводить в последнюю очередь, непо­средственно перед употреблением клея. Это связано с тем, что "жизнеспособность" наиболее широко применяемых в трубопро­водном транспорте эпоксидных клеев обычно не превышает полутора-двух часов.

После введения в клеевой состав необходимых компонентов смесь тщательно перемешивают. Чтобы не взвешивать клеевой состав в поле­вых условиях, приготовленный компаунд и отвердитель поставляют в отдельной таре в заранее приготовленных объемных соотношениях.

После приготовления клеевой состав наносят на подготовлен­ные к склеиванию поверхности трубы и муфты или на внутреннюю поверхность раструба, если склеиваются раструбные соединения. Для нанесения клеев используют шпатели, кисти, валики и различ­ного рода механизированные приспособления, воздушное и без­воздушное распыление, электростатическое нанесение, шприцы и др. В закрытые зазоры клей вводят под давлением.

Для прогрева клеевых соединений труб в полевых условиях обычно используются газовые горелки, а также можно использо­вать паровые или электрические нагреватели. Более перспектив­ным является отвердение склеенных стыков токами высокой часто­ты (ТВЧ). В этом случае длительность процесса отвердения клеево­го слоя сокращается до 40 – 60 с, что значительно ускоряет процесс сборки труб.

Сборка трубопроводов механическими соединениями фирмы "BUTLER TECH".

Система сборки механического соединения "Шуер-Лок" фир­мы "BUTLER TECH" является уникальным запатентованным про­цессом соединения металлических труб (рис. 16.9).

Общий процесс состоит из формирования раструба на одном конце трубы, конуса – на другом и механической запрессовки конусной части в раструбную. Перед соединением на концы труб наносят эпоксидную смолу. Смола не связана с крепостью соединения, а служит смазкой, во время соединения и запрессовки и является вторичным уплотнителем, предотвращающим утечки и создающим коррозионноустойчивую среду. В результате данного процесса создается надежное, равнопрочное сварному соединение труб при высокой производительности. Конец трубы в виде раструба и конуса в разрезе, процесс соединения и завершенное механическое соединение показаны на рис. 16.10.

 

Рисунок 16.9 – Общий вид установки для механического соединения труб фирмы «BUTLER TECH»

 

Система механического соединения труб, предложенного фирмой "BUTLER TECH", является методом, применяющимся в различных областях:

- типы труб для соединения – бесшовные и сварные прямошовные, с различными типами внутренних, наружных покрытий и без них;

- материал труб – различные виды стали, алюминий и другие металлы с надлежащей пластичностью;

- марки труб – в соответствии с API и госстандартами РФ;

- давление – любое для применяемого типа труб;

- транспортируемые продукты – любые для применяемого типа труб.

Для предотвращения коррозии и разрушения внутренней поверх­ности труб широко применяются трубы с внутренним покрытием.

Основным недостатком строительства трубопроводов из труб с внутренним покрытием всегда является отсутствие качественных и экономичных способов стыковки. При сварке повреждается покрытие в зоне, подвергающейся температурному воздействию. Существующие методы использования защитных втулок, являются дорогостоящими и значительно снижают ско­рость строительства. Применение системы механического соеди­нения фирмы "BUTLER TECH" для труб с внутренним покрытием приводит к увеличению производительности строительства при­мерно в 2 раза. Система механического соединения может также применяться и для строительства трубопроводов с наружным покрытием.

 

Рисунок 16.10 – Соединение механического стыка: а – соединение механического стыка в разрезе; б – механический стык в разрезе; 1 – раструб; 2 – эпоксидная смола; 3 – конус