RU2471112C1

RU2471112C1 - Electroinsulating connection for pipeline

Info

Publication number: RU2471112C1
Application number: RU2012100591/06A
Authority: RU
Inventors: Наиль Габдулбариевич Ибрагимов; Равиль Мансурович Гареев; Рафаэль Мавлавиевич Шаммасов; Ренат Ардинатович Нугайбеков; Рустам Раисович Багманов; Андрей Сергеевич Жуковский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина; Управляющая компания общество с ограниченной ответственностью "ТМС групп"
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-12-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: electroinsulating connection for pipeline includes two metal connection pipes. One connection pipe is provided with a flared end, and the other one is provided with section of reduced diameter to be inserted in flared end so that connection zone is formed. End of section of reduced diameter is flared. Between flared end and section of reduced diameter of connection pipe throughout the length of connection there arranged is ring from thermoplastic material with orientation of molecular structure across or at some angle to axis of connection pipes. Length of connection zone is not less than initial diameter of connection pipes. End of connection pipe flared end has external swaging with length equal to flaring length of narrowing section end of the other connection pipe, which provides simultaneous deformation of connection zone with deformation throughout the length.

EFFECT: electroinsulating connection for pipelines has high mechanical strength and reliable tightness.

2 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для электрического разъединения трубопроводов и/или их участков.The invention relates to pipeline transport and can be used for electrical separation of pipelines and / or their sections.

Известно неразъемное электроизолирующее раструбное соединение, содержащее два отрезка металлических труб, один из которых имеет на конце раструб. Смежные концы отрезков соединены неразъемным раструбным соединением через диэлектрический материал (полезная модель RU №82023, МПК F16L 25/02, опубл. в Бюл. №10 от 10.04.2009 г.). Согласно описанию внутренний диаметр раструба больше чем наружный диаметр второго отрезка трубы. Диэлектрический материал размещают между раструбом одного отрезка трубы и смежным концом наружной поверхности второго отрезка трубы. Соединение осуществляют методом редуцирования раструба первого отрезка трубы. Раструб на конце отрезка трубы может быть редуцирован на большую величину, чем остальная часть раструба. Раструб по своей длине может иметь утолщения толщины стенки. В качестве диэлектрического материала могут быть использованы покрытия отрезков труб на основе органических и неорганических соединений.Known one-piece electrically insulating socket connection containing two pieces of metal pipes, one of which has a socket at the end. The adjacent ends of the segments are connected by a one-piece socket connection through a dielectric material (utility model RU No. 82023, IPC F16L 25/02, published in Bul. No. 10 of 04/10/2009). According to the description, the inner diameter of the socket is larger than the outer diameter of the second pipe section. The dielectric material is placed between the bell of one pipe segment and the adjacent end of the outer surface of the second pipe segment. The connection is carried out by the method of reducing the bell of the first pipe segment. The bell at the end of the pipe segment can be reduced by a larger amount than the rest of the bell. The socket along its length may have thickening of the wall thickness. As a dielectric material, coatings of pipe segments based on organic and inorganic compounds can be used.

Недостатком данного соединения является его низкая механическая прочность. При редуцировании раструба по всей длине прочность соединения обеспечивается только силой трения, что не достаточно для трубопроводов с высокими рабочими давлениями. Дополнительное редуцирование раструба на конце отрезка трубы может незначительно повысить прочность соединения в пределах пластических свойств металла трубы. Превышение степени редуцирования раструба за пределы пластичности металла приведет к трещинообразованию по телу отрезков труб. Другим недостатком данного соединения является его низкая герметичность. Не всякое покрытие из органических и неорганических соединений способно сохранить герметичность соединения при воздействии осевых и изгибающих нагрузок, особенно на трубопроводах с высокими рабочими давлениями.The disadvantage of this connection is its low mechanical strength. When reducing the bell over the entire length, the strength of the joint is ensured only by the friction force, which is not enough for pipelines with high working pressures. Additional reduction of the socket at the end of the pipe segment can slightly increase the strength of the connection within the plastic properties of the pipe metal. Exceeding the degree of reduction of the socket beyond the limits of the ductility of the metal will lead to cracking along the body of the pipe segments. Another disadvantage of this compound is its low tightness. Not every coating of organic and inorganic compounds is able to preserve the tightness of the compound under the influence of axial and bending loads, especially on pipelines with high working pressures.

Известно неразъемное электроизолирующее соединение, содержащее два металлических патрубка. Один из патрубков выполнен с раструбом, другой патрубок выполнен с уменьшенным диаметром. В зазоре, образуемом внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью уменьшенного диаметра патрубка, расположено кольцо из диэлектрического материала, а пространство между ними заполнено тканью, пропитанной эпоксидными смолами. Края патрубка с уменьшенным диаметром развальцованы с образованием замкового соединения (патент RU №2371627, МПК F16L 25/00, опубл. в Бюл. №30 от 27.10.2009 г.).Known one-piece insulating compound containing two metal pipe. One of the pipes is made with a bell, the other pipe is made with a reduced diameter. In the gap formed by the inner surface of the socket and the outer surface of the reduced diameter of the nozzle, a ring of dielectric material is located, and the space between them is filled with a cloth impregnated with epoxy resins. The edges of the pipe with a reduced diameter are expanded with the formation of a castle connection (patent RU No. 2371627, IPC F16L 25/00, published in Bull. No. 30 dated 10/27/2009).

Недостатком данного соединения является низкая механическая прочность, так как она обеспечивается развальцовкой только края одного из патрубков, имеющего уменьшенный диаметр. При этом прочность в осевом направлении такого соединения напрямую зависит от механических свойств кольца из диэлектрического материала и пропитки из эпоксидной смолы, которые намного ниже механических свойств металла. С другой стороны, степень развальцовки ограничена пластическими свойствами металла патрубка. Увеличение степени развальцовки края патрубка для повышения механической прочности соединения приведет к трещинообразованию стенки патрубка. Кроме того, данное соединение может потерять герметичность в процессе эксплуатации, так как эпоксидные смолы имеют низкую пластичность и склонны к растрескиванию под действием изгибающих нагрузок.The disadvantage of this connection is the low mechanical strength, since it is provided by flaring only the edges of one of the nozzles having a reduced diameter. In this case, the axial strength of such a compound directly depends on the mechanical properties of the ring of dielectric material and the impregnation of epoxy resin, which are much lower than the mechanical properties of the metal. On the other hand, the degree of expansion is limited by the plastic properties of the pipe metal. An increase in the degree of expansion of the edge of the pipe to increase the mechanical strength of the connection will lead to cracking of the pipe wall. In addition, this compound may lose its tightness during operation, since epoxies have low ductility and are prone to cracking under bending loads.

Задачей изобретения является повышение механической прочности и герметичности электроизолирующего соединения для трубопровода.The objective of the invention is to increase the mechanical strength and tightness of the insulating compound for the pipeline.

Поставленная задача решается электроизолирующим соединением для трубопровода, содержащим два металлических патрубка, один из которых выполнен с раструбом, а другой - с участком уменьшенного диаметра для вставки в раструб с образованием зоны соединения, кольцо из диэлектрического материала, размещенное между раструбом и участком уменьшенного диаметра патрубков, причем край участка уменьшенного диаметра выполнен развальцованным.The problem is solved by an electrically insulating connection for a pipeline containing two metal pipes, one of which is made with a bell and the other with a section of reduced diameter for insertion into the bell to form a connection zone, a ring of dielectric material placed between the socket and the section of reduced diameter of the pipes, moreover, the edge of the plot of reduced diameter is made flared.

Новым является то, что кольцо, изготовленное из термопластичного материала с ориентацией молекулярной структуры поперек или под углом к оси патрубков, расположено по всей длине зоны соединения, которая выполнена длиной не менее первоначального диаметра патрубков, а конец раструба патрубка выполнен обжатым снаружи длиной, равной длине развальцовки края участка сужения другого патрубка, обеспечивая одновременную с развальцовкой деформацию зоны соединения по всей длине.New is that a ring made of a thermoplastic material with a molecular structure oriented transversely or at an angle to the axis of the nozzles is located along the entire length of the joint zone, which is made not less than the initial diameter of the nozzles, and the end of the nozzle of the nozzle is crimped from the outside with a length equal to the length flaring the edges of the narrowing section of the other pipe, providing simultaneous with flaring deformation of the connection zone along the entire length.

На фиг.1 изображен продольный разрез электроизолирующего соединения для трубопровода.Figure 1 shows a longitudinal section of an electrical insulating connection for the pipeline.

На фиг.2 изображен продольный разрез заготовки электроизолирующего соединения для трубопровода до развальцовки и обжатия.Figure 2 shows a longitudinal section of a workpiece of an electrically insulating compound for a pipeline prior to flaring and crimping.

Электроизолирующее соединение для трубопровода (фиг.1) состоит из патрубка 1 с раструбом 2 на части его длины и патрубка 3, имеющего участок 4 уменьшенного диаметра. Диаметр и толщина стенок патрубков 1 и 3 на недеформированных участках (в зонах отсутствия раструба и уменьшения диаметра) одинаковы. Патрубки 1 и 3 выполнены из металла. Патрубок 3 имеет наружную изоляцию 5 из термопластичного материала. В зоне соединения участок 4 уменьшенного диаметра патрубка 3 расположен внутри раструба 2 патрубка 1 на длине L₁, превышающей первоначальный наружный диаметр патрубков 1 и 3. На конце участка 6 с уменьшенным диаметром 4 патрубка 3 совместно с прилегающим участком раструба 2 патрубка 1 имеется увеличение диаметра. Длина данного участка 6 в сумме с половиной длины переходной зоны L₂ составляет не менее половины длины зоны соединения L₁/2. Внутренний диаметр d₁ участка 6 равен первоначальному диаметру d₂ патрубков 1 и 3. На второй половине зоны соединения у раструба 2, начиная с его конца, имеется участок 7 с уменьшением диаметра совместно с прилегающим участком 4 уменьшенного диаметра патрубка 3. Наружный диаметр D₁ раструба 2 на участке 7 равен первоначальному наружному диаметру D₂ наружной изоляции патрубка 3. Термопластичный материал (например, полиэтилен) наружной изоляции 5 патрубка 3 имеет ориентацию молекулярной структуры, расположенную поперек или под углом к оси патрубков 1 и 3.The insulating connection for the pipeline (figure 1) consists of a pipe 1 with a socket 2 on a part of its length and a pipe 3 having a section 4 of a reduced diameter. The diameter and wall thickness of the nozzles 1 and 3 in the undeformed sections (in the areas without the socket and reducing the diameter) are the same. Pipes 1 and 3 are made of metal. The pipe 3 has an outer insulation 5 of thermoplastic material. In the connection zone, section 4 of a reduced diameter of pipe 3 is located inside the pipe 2 of pipe 1 at a length L ₁ greater than the initial outer diameter of pipes 1 and 3. At the end of section 6 with a reduced diameter 4 of pipe 3, there is an increase in diameter along with the adjacent section of pipe 2 of pipe 1 . The length of this section 6 in total with half the length of the transition zone L ₂ is not less than half the length of the connection zone L _1/2 . The inner diameter d _{1 of} section 6 is equal to the initial diameter d _{2 of the} nozzles 1 and 3. On the second half of the connection zone, the socket 2, starting from its end, has a section 7 with decreasing diameter together with the adjacent section 4 of the reduced diameter of the pipe 3. Outer diameter D ₁ the bell 2 in section 7 is equal to the initial outer diameter D _{2 of the} outer insulation of the pipe 3. The thermoplastic material (for example, polyethylene) of the external insulation 5 of the pipe 3 has a molecular structure orientation that is transverse or at an angle to the axis of the pipe in 1 and 3.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Один из способов изготовления заявленной конструкции электроизолирующего соединения для трубопровода может производиться в следующей последовательности. На патрубке 1 (фиг.2) методом раздачи выполняют раструб 2 длиной не менее одного первоначального диаметра патрубка 1. На аналогичном патрубке 3 методом обжима выполняют участок 4 с уменьшенным диаметром на длине не менее одного первоначального диаметра. На наружную поверхность патрубка 3 наносят наружное покрытие 5 из термопластичного полимера. Для ориентации молекулярной структуры покрытия 5 поперек оси патрубка 3 его наносят боковой намоткой нагретого расплава полимера (например, полиэтилена) методом экструдирования. Для обеспечения сплошности покрытия 5 осуществляют нахлест смежных витков намотки регулированием поступательно-вращательного движения патрубка 3. При такой намотке длинномерные молекулы расплавленного полимера вытягиваются и ориентируются в структуре покрытия 5 поперек оси патрубка 3. Наружный диаметр покрытия 5 патрубка 3 равен внутреннему диаметру раструба 2 патрубка 1 с минусовым допуском, что позволяет установить участок 4 с уменьшенным диаметром патрубка 3 в раструб 2 патрубка 1 с минимальным значением зазора между ними. Производят обжим методом холодной деформации раструба 2 патрубка 1 (фиг.1) с его торца на длине половины зоны соединения L₁/2 (в сумме с половиной длины переходной зоны L₂) до диаметра D₁, равного наружному диаметру покрытия 5 патрубка 3 (максимально возможная степень обжатия при применении дорнирующего инструмента). При этом деформация обжатием раструба 2 патрубка 1 происходит совместно с участком 4 уменьшенного диаметра патрубка 3 через наружное покрытие 5. Затем производят развальцовку участка 4 патрубка 3 с его торца на длине половины зоны соединения L₁/2 (в сумме с половиной длины переходной зоны L₂) до диаметра d₁, равного первоначальному внутреннему диаметру патрубков 1 и 3 (максимально возможная степень развальцовки при применении дорнирующего инструмента). При этом деформация развальцовки участка 4 уменьшенного диаметра патрубка 3 происходит совместно с участком 2 раструба патрубка 1 через наружное покрытие 5. Совместная деформация элементов патрубков 1 и 3 методом развальцовки и обжатия помимо пластической содержит упругую составляющую, что обеспечивает постоянное контактное давление по всей поверхности их соприкосновения через наружное покрытие 5. Термопластичный материал этого покрытия 5 (фиг.1) под действием вышеуказанного контактного давления обеспечивает не только электрическую изоляцию между патрубками 1 и 3, но и герметичность их соединения. При этом экспериментально установлено, что при ориентации молекулярной структуры полимерного покрытия 5 поперек или под углом к оси патрубков (боковая намотка разогретого полимера на вращающийся патрубок) давление, при котором обеспечивается герметичность электроизолирующего соединения, в 2-2,5 раза выше, чем при прямой ориентации молекул вдоль оси соединения (прямая экструзия разогретого полимера на поступательно двигающийся патрубок). Кроме того, установлено, что герметичность соединения напрямую зависит от длины герметизирующего элемента. Поэтому наружное покрытие 5 в предлагаемом электроизолирующем соединении располагается по всей длине зоны соединения, которая должна быть не менее первоначального диаметра патрубков 1 и 3. Гарантированная герметичность соединения с такой длиной при осевых и изгибающих нагрузках подтверждена практическими исследованиями. Как уже отмечалось, степень холодной деформации металла ограничена его пластическими свойствами. В предлагаемом соединении двух патрубков производится их совместная деформация, как методом развальцовки, так и методом обжатия на разных участках. Это позволяет получить одностороннюю разницу 5 по диаметрам в деформированной зоне в 2 раза большую, чем при той же степени деформации, производимой отдельно или для развальцовки или для обжима. Механическая прочность предлагаемой конструкции электроизолирующего соединения превышает механическую прочность других конструкций, так как находится в прямой пропорциональной зависимости от значения δ.One of the methods of manufacturing the claimed design of an electrically insulating compound for a pipeline can be performed in the following sequence. On the pipe 1 (Fig. 2), a distribution pipe 2 with a length of at least one initial diameter of the pipe 1 is performed by the distribution method. On a similar pipe 3, a section 4 with a reduced diameter is performed on the length of at least one initial diameter. An outer coating 5 of a thermoplastic polymer is applied to the outer surface of the pipe 3. To orient the molecular structure of the coating 5 across the axis of the pipe 3, it is applied by lateral winding of a heated polymer melt (for example, polyethylene) by extrusion. To ensure the continuity of the coating 5 overlap adjacent winding coils by regulating the translational-rotational movement of the nozzle 3. With this winding, long molecules of molten polymer are stretched and oriented in the structure of the coating 5 across the axis of the nozzle 3. The outer diameter of the coating 5 of the nozzle 3 is equal to the inner diameter of the nozzle 2 of the nozzle 1 with a negative tolerance, which allows you to install section 4 with a reduced diameter of the pipe 3 in the socket 2 of the pipe 1 with a minimum value of the gap between them. Crimp is performed by cold deformation of the socket 2 of pipe 1 (Fig. 1) from its end along the length of half of the connection zone L _1/2 (in total with half the length of the transition zone L ₂ ) to a diameter D ₁ equal to the outer diameter of the coating 5 of pipe 3 ( the maximum possible degree of reduction when using a mandrel tool). In this case, deformation by compression of the socket 2 of the pipe 1 occurs together with the section 4 of the reduced diameter of the pipe 3 through the outer cover 5. Then, the section 4 of the pipe 3 is flared from its end along the length of half the connection zone L _1/2 (in total with half the length of the transition zone L ₂ ) up to a diameter d ₁ equal to the initial internal diameter of the nozzles 1 and 3 (the maximum possible degree of flaring when using a mandrel tool). In this case, the deformation of the expansion of section 4 of the reduced diameter of the pipe 3 occurs together with the section 2 of the socket of the pipe 1 through the outer coating 5. The joint deformation of the elements of the pipes 1 and 3 by the expansion and compression method, in addition to the plastic, contains an elastic component, which ensures constant contact pressure over the entire surface of their contact through the outer coating 5. The thermoplastic material of this coating 5 (Fig. 1) under the action of the above contact pressure provides not only electrical yatsiyu between nozzles 1 and 3, but also the tightness of the connection. At the same time, it was experimentally established that when the molecular structure of the polymer coating 5 is oriented transversely or at an angle to the axis of the nozzles (side winding of the heated polymer onto the rotating nozzle), the pressure at which the tightness of the electrically insulating compound is ensured is 2-2.5 times higher than with direct orientation of molecules along the axis of the compound (direct extrusion of a heated polymer onto a progressively moving nozzle). In addition, it was found that the tightness of the connection depends on the length of the sealing element. Therefore, the outer coating 5 in the proposed electrical insulating joint is located along the entire length of the joint zone, which should be not less than the initial diameter of the nozzles 1 and 3. The guaranteed tightness of the joint with such a length under axial and bending loads is confirmed by practical studies. As already noted, the degree of cold deformation of a metal is limited by its plastic properties. In the proposed connection of the two pipes, they are jointly deformed, both by flaring and by crimping in different areas. This allows you to get a one-sided difference of 5 in diameter in the deformed zone is 2 times greater than with the same degree of deformation produced separately or for flaring or crimping. The mechanical strength of the proposed design of the insulating compound exceeds the mechanical strength of other structures, as it is in direct proportion to the value of δ.

Предлагаемое электроизолирующее соединение для трубопроводов имеет высокую механическую прочность и надежную герметичность, достаточные для эксплуатации на трубопроводах с повышенным давлением (например, на нефтепромысловых трубопроводах с рабочим давлением выше 20 МПа).The proposed electrical insulating connection for pipelines has high mechanical strength and reliable tightness, sufficient for operation on pipelines with high pressure (for example, oilfield pipelines with a working pressure above 20 MPa).

Claims

Электроизолирующее соединение для трубопровода, содержащее два металлических патрубка, один из которых выполнен с раструбом, а другой - с участком уменьшенного диаметра для вставки в раструб с образованием зоны соединения, кольцо из диэлектрического материала, размещенное между раструбом и участком уменьшенного диаметра патрубка, причем край участка уменьшенного диаметра выполнен развальцованным, отличающееся тем, что кольцо, изготовленное из термопластичного материала с ориентацией молекулярной структуры поперек или под углом к оси патрубков, расположено по всей длине зоны соединения, которая выполнена длиной не менее первоначального диаметра патрубков, а конец раструба патрубка выполнен обжатым снаружи длиной, равной длине развальцовки края участка сужения другого патрубка, обеспечивая одновременную с развальцовкой деформацию зоны соединения по всей длине. An insulating connection for a pipeline containing two metal pipes, one of which is made with a bell, and the other with a section of reduced diameter for insertion into the bell to form a connection zone, a ring of dielectric material placed between the pipe and the section of the reduced pipe diameter, with the edge of the section the reduced diameter is made flared, characterized in that the ring is made of a thermoplastic material with the molecular structure oriented transversely or at an angle to nozzles, disposed along the entire length of the joint area, which is formed of no less than the initial diameter of the pipes and the socket end of the nozzle is formed outwardly crimped length equal to the length of the flaring edge portion of another pipe narrowing, providing simultaneous flare deformation throughout the length of the connection zone.