Способ изготовления многослойных конструкций

-,1 ЫМдЙ"1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИзобРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ(1) Киевский Филиал Всесоюзногонаучно-исследовательского институтапо строительству магистральных трубопроводов(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, преимущественно сосудов и труб, включающий навивку из рулоннои полосы отдельных многослойных обечаек, соединение ихмежду собой и размещение в межслойных зазорах жидкотекучего отверждающегося с адгезией к металлу промежуточного материала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечностиконструкций, размещение промежу очного материала в межслойных зазорахпроизводят после ссединения многослойных обечаек между собой, дляэтого конструкцию нагревают до задан.нои температуры, откачивают иэ меж"слойных зазоров воздух заполняют ихжидким веществом, получая давлениеконденсации его паров превышающееатмосФерное., и затем вводят в межслойные зазоры промежуточный материалпод давлением, прев 1 шающим давлениеконденсации гаров вещества.1090480 эксплуатации,Изобретение относится к способамИ 1 готовления многослойных конструкций, состоящих из отдельных элементов со слоистой стенкой, преимущестВенна сварных, а именно к изготав 5Лени 1 о труб и трубопроводов, корпусовсосудов и другого обооудования вдвухслойном и многослойнем исполнениц работающих под давлением в1 Окоррозионных средах, и может бытьиспользовано в газовой, нефтяной,химической промышленности и энергетике,Известен способ изготовления многослойных труб, при котором металлическую полосу или полотнище наматывают по спирали до образованиярупонираваннай абечайки, после чегоотдельные обечайки сваривают междусобой кольцевыми ц 1 вами до образования Оконструкции трубы, трубопровода иликорпуса сосуда заданной длины 1 1 1 . Известен также способ, при которомотдельные предварительно свальцованные незамкнутые обечайки наслаиваютодну на другую. Операцию наслаиванияповторяют до получения необходимойгалшины слоистой стенки обечайки 12 .Для получения конструкции трубы ЗОили корпуса сосуда заданной длиныго гавые слоисты обечайки свариваютмежду собой кольцевыми швами ,как ив первом случае). В обоих случаяхторцы крайних обечаек сваренной конст-.рукцИИ замоналк 1 ч 11 ца 1 от приваркайлитнь 1 х абечаек или донышек (если эгоОсУЦ),Однако изготовление слоистых конструкций известнь 1 л и способами приводит 4 Ок Образованию неизбежных технологических зазоров между смежными слоямив каждой обечайке, величина которыхчасто превышает допустимую техничес -кими нормами и зависит от качестваисходного листа или полосы - их разнотолщинности, серповиднссти, волнистости и т.д,Зазарь между слоями в обечайкахсозда 1 от и корпусе сварной конструкции концентраторы 11 гпряжений, возни/ка 1 ощие в результате совместной работыжестких монолитных сварных кс,г 1 ьцевьг(швов с податливой слоистой стенкой.Кроме того, гри разгерметизации внут-реннега слоя обечайки (что можетбыть следствием сварочных пор, микро"трещин и других дефектов) в межслойные зазоры изнутри конструкции проникас рабочий продукт (газ или жидкость) под давлением, что приводит кпреждевременному разрушению конструкции от давления. При разгерметизации 11 аружного слоя г, межслайные зазоры проникает влага из окружающейконструкцию среды ч 1 а 1 акл(е приводит к быстрому разрушеник изде;1 ия от коррозии.Наиболее близким к изобретению является способ изготовления многослойных конструкций, включающий наиивку из рулонной полосы отдельных многослойных обечаек, соединение их между собой и размещение в межслойных зазорах жидкатекучего отверждающегося с адгезией к металлу промежуточного материала, Б качестве последнего испальзу 1 от жидкотекучиеатверждающиеся термопластичные илитермореактивные смолы которые после отверждения скрепляют (склеивают)смежные слои между собой и герметизиру 1 от зазоры от проникновения в них газа или жидкости 1 3 3Однако данный способ имеет ряд недостатков. Так при сварке отдельных слоистых квазимонолитных обечаек (элемен 1 ов ) между сбсй (при изго - товлении конструкций) в сварных кольцевых швах образуются поры .1 неметаллические вкл 1 очения из-за попадания в сварочную ванну промежуто чно га материала смолычто приводит к снижени 1 о прочности сварныхсоединений. Поэтому для получениявысокого качества сварных швов поконцам каждой абечайки оставляютпод сварку пустые (свободные от промежу ГО 11101 О ма териала) чс 1 а стки длиной да 50 мм, Зти участки оста 1 отсяв стенке конструкции после ее окончательного изготовления и в период Наличие пустых незаполнелп 1 ь 1 Х межслойных околошовных участков допуска ет проникновение в эти пустагь 1 газа или жидкости через вс:можные микро- дефекты в швах из 11 утри коне "ру 1(ции или снаружи ееТаким образом конструкции, состояцие из слоистых квази 1 онслитнь 1 х об"чаек ) изготовленных 1 го Огисанной технсла Гиине уда влет воряют зсо б ходимсму требсва:1 ию повышенной надеж НОСТИ И дОЛГОВЕЧНОСтл 1. Зта СсабЕННО Важно ДЛЯ КОНСТРУК(гнй "аГНСТРаЛЬНЬ 1 Х газонефтепроводов, из 1 отовленны 1( из090480многослойных и двухслойных обечаек,вероятность возникновения дефектовн сварных швах которых велика иэ-забольшого количества (сотни тысяч)элементов.5Целью изобре" ния является повышение надежности и долговечности конст-,рукций.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу изготовления многослойных конструкции,преимущественно сосудов и труб, включающему навивку из рулонной полосыотдельных многослойных обечаек, соединение их между сооои и размещение в межслойных зазорах жидкотекучего отверждающегося с адгезией кметаллу промежуточного материала,размещение последнего в межслойныхзазора роиздя посл соединенямногослойных обечаек между собой,для этого конструкцию нагревают дозаданной температуры, откачивают измежслойных зазоров воздух, заполняют их жидким веществом, получая дав.ление конденсации его паров, превышающее атмосферное, и затем вводятв межслойные зазоры промекуточныйматериал под давлением, превьппающимдавление конденсации паров газа.30На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа.При осуществлении данного способа должны выполняться следующие условия.35Жидкое вещество при температуре, до которой нагрета конструкция во время введения промежуточногс мать риала, испаряясь в зазорах до состояния насьпцения, должно развивать давление, превышающее атмосферное. При этом условии исключается возможность проникновения воздуха в межслойные зазоры через микродефекты иэ окружающей конструкцию атмосферы. Кроме того, вязкость парообраэующего вещества при температуре конструкции во время введения промежуточного материала должн быть достаточно низкой чтобы оно могло свободноУ50 затекать в мекслойные зазоры конструкции,Указанным требованиям удовлетворяют различные углеводороды - одно- компонентные жидкие вещества, насыщенные пары которых создают давление выше атмосферного в широком диапазоне температуо,Замещение воздуха в зазорах изделия насьппенными парами можно выполнить достаточно быстро путем предварительного вакуумирования зазоров с одновременным введением туда небольшого количества парообраэующего жидкого вещества, Требуемое количество. насьшенного пара и парообразующего вещества определяется объемом зазоров в иэделии и составляет всего лишь около 17 от общего объема зазоров и берется иэ такого расчета, чтобы после испарения жидкости до состояния насыщения в зазорах оставалось жидкой фазы примерно до 20 мл на объем зазоров в 3 л.идкая фаза необходима для того, чтобы в промежутках времени между замещением воздуха и введением промежуточного материала компенсировать небольшие утечки пара из зазоров конструкции через микродефекты.В период замещения воздуха в зазорах насьппеннымн парами в отличие ст периода введенияпромежуточного материала существенного паде ния вакуума наблюдаться не будет, так как время введения парообразующей жидкости н числяется секунцами, благодаря малом ее количеству и низкой вязкости.Ныбор паго.,бразуюшего вещества Определяется свойствами промскуточ ног материала и, в первую очередь,. температурой максимальной жидкотекучести (наимеьшей вязкости). Гак, если в качестве промежуточного материала используют петролатум, жидкотекучесть которого достаточна при температуре 130-140 С, то в каочестве парообразующего вещества берут жидкий углевадороц К-октан (СН, ), развивающий давление насыщепньх паров при указанных температурах 1,1-1,5 кг/см . Если исполь 2.зовать более тугоплавкий материал, ,например битум марки БНУ, при тейеатуре 220-230 С, то в качестве парообразующего вещества целесообразно взять К-додекан (С 2 Н), развивающий давление насьпцения при этих температ;,рах 1,1-1,4 кг/см2По мере введения в межслойныезазоры промежуточного материала под давлением, превышающим давление конденсации (насьшения) пара, последний сжимается из-за уменьшения сво 1090 г 80боднОГО Объема зязорсь и ВследстВ 111 этого конденсируется в жидкую йязу, уступая место новым порциям Вводимого промежуточного материала. Помере затекания материала в зазорыпод дявлегглем происходит яепсерывнаяКОИДЕНСЯЦИЯ НОВЫХ 1 НОНЬк ПОРЦИЙ ПЯРЯ,вппоть до заполнеп;Я В его объемазазоров.После зкгполнени 11 всего объемазазоров промежуточным материалом Весь вась.щенный пар переде в жидкую фяэу ,уменьшив при этом свой объем в несколько сот раз. Благодаря этому жилкостг в зазорах останется 15 немного и он распределится в зазорах по всем поверхностям слоем В нице отдельных капель, которые практически не повлияют на герметичностьотвердевшего материала. 20При отверждснии зведенного в межслойные зазоры промежуточного материала возможно изменение ео объема УВЕЛИЧЕНИЕ ИЛИ УМЕНЬЩЕНИЕ, Так КЯК эти зазоуы малы по кабсолготной Велигине и не превышают 0,1-0,3 мм, то уве- личениР Объема скс 1 геггсируетЯ небол 1 гггимй упругим 1 дефо З 1 нями слое вгЧЯ 111 И 8 елук" .; у ,Р 1.1 ОЕВИЯ Сбъгг,Р;о 1 ВЯИ 11 ЕМ М-.тсйяала к: НЕО; ХСдимам ггзбытсчно:,. :сцпчестве, допус-.ка егОьягс 11 е кя 11, 1 ервсм л 1 ЧаеРсс(.,ШИМУГПОУ ИМИ ДЕфсгМ 1 Я-,ми слое;,П О И 1: Р р - 1-" ст ав 1 ИВсЮт МНОГОСЛСЙН",Ю Об ЕЧайКУ, .ПгкоггсйгЫЕ 3 аварыК(То 00ЗкПОЛПОТ НЕ 1 Т гсгЬг 1 бнткО ",БНУ,1Е перв 1 о очередь нзвизают из сталь"ной леггть Мгс го с -,: 011.;а обем.гяг 0между слоями стенки кгтсрогс обраэуготся технологи"кие зазорыПОСЛЕ ЗТО:0 Сбпк.г ЙКИСВЯОИВЯ 1 ОТо х.гетду саРой кольцевымл 1 вам 3 вконе";гУкьгкоо 1 РУбы з Яданнсй ДлиньЯ и стенках 1 с;ДОЙ сбечайки конст"- рукции ( изделия 1 Вгсвер 311;ВаОт несквозные Отверстия 4 и 5, Заем изяелие нагосвакт до 22" 0 С тем- ПРРЯТУРЯ МсКСИМЯЛЬНОЙ БХЕДКО. ЕКУЧЕСТИнефтебггтуме БНУ) и запНрагот 11.е -сквозные Отверстия ц 1 5, про,:Назначенные для введения в межслсйнг.еэя зары 2 промехутсчк:ОГО атер я.псголовкамг. 6 и 7.Головка 6 имеет ггнугр 11 канал 8, который связывает мегслойные з;,зсгя насосом 9 и емкостью 1 О, содержащийпромежуточный материал в разжиженномВиде, Сьязь осуществлена через трубопровод 11, снабженный запорным краном 12.Головка 7 имеет Внутри три незави-.симых канала 13, 14 и 15, тягсхе связанные одной стороной с зазором 2.С другой стороны канал 13 связан свакуум-насосом 16 через трубопро 1/ с краном 18; канал м связанс насосом 19 и емкостью 20, содержащей промежуточный материал в разжиженном ниде, через трубопровод 21с краном 22; канал 15 связан с ем-костью 23, содержащей жидкое паро.образное вещество гв данном случаегг-додекан), через трубопровод 24 скраном 25. Головки 6 и 7 вместе ссоответствующими насссами и емкостями смонтированы на тележках 26и 27, которые могут перемещатьсявдоль и поперек изготовляемой конструкции. Перед заполнением каналы 8,13, 4 и 15 перекрыты соответственно кранами 12 18, 22 и 25,Запслнепие межслойных зазоровпромежуточным :Ятериалсм гэедут Вследующем порядке.Сначала открывают кран 18 и вк:ноч -От В яКутМ-а Сс ( 1 6 дп 1 С ткачгВЯНИЯ всзДУКЯ из зазоров. После Откачкивоздуха, что регистрируется вакуум- метром 1,1 е показан) кран 18 закрываго а ол н 25 0; осва;кт пллпе чего из емкости 23 в зазоры 2 поступает поРция жидкого 11-ДОДек 1 на. ПРи обге с ъеме зазоров в 3 л этя порция"ВЛсгк0 )11 М 31и За:,Оса:н-етодекаьг испаряется, в результате тссм образуется ятмосферя нясыщенных .1 я.ров этого вещества. Наличие в ЗЯЗОРаХ НаСЫЩЕННЫХ ПаРОВ И 1 СИРУЕТСЯ гянсметрсм не показан), которьгй регистрирует дявлРние 1;1КГ С 1 После этого кран 25 закрыв"юг, открывагот краны 12 и 22 и вкло:аот наСОСЫ 9 И 19. РкзэжнжЕННЬЙ битуМ ЧЕ- рез каналы 8 и 1. и отверстия 4 и 5 поступает под давлением 1,5-.2 Яти в 3 азоры 2, 11 роцесс вед т ДО".Ят П 1 ения Вего сбъеа чаэс"Ов с чем судя пс прегоращеник рвегода промежуточ;-гого материале из Рмксс". теос не окон.гангя 1 апсх 1 нег.я кл яггьг 1 2 и 2 2 пер его рксВ а .т а Ия СО сы 9 и 19 Выклгочагот, Кснструкцугю ох цаждают, например, обрызгиванием93 1ИИПИ Г Подписное Тираж 641ударственногоам изобретениосква, Ж,к комитета СС и.открытий аушская наб 4/5 13035 Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,иа 7водой, а головки 6 и 7 отводят от конструкции.Как показывает опыт, наблюдается непрерывное (сплошное 1 распределение промежуточного материала в межслойных зазорах по сему их объему, по всем поверхностям слоев, После отверждения материала проникновение между слоями газа или жидкости изнутри конструкции и агрессивной среды извне ее исключается,8Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет существенно снизить вероятность преждевременного разрушения трубопроводов и сосудов давления, состоящих из многослойных обечаек, продлить срок их непрерывной работы а также уменьшить загрязнение ок-ружающей среды и опасность воз никновения катастрофических ситуаций.