ТРУБА С ВНУТРЕННИМ ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 1999 года по МПК F16L58/02 F16L9/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции трубы с внутренним защитным покрытием.

Известно, что для транспортирования высокоагрессивных сред используются стальные трубы с различного типа внутренними защитными покрытиями, которые предотвращают коррозию металла на внутренней поверхности труб [см. Протасов В. Н. Эффективность применения противокоррозионных покрытий нефтегазопромыслового оборудования // Обзорная информация. Сер. "Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности". - М. : ВНИИОЭНГ, 1984. - Вып. 2 (39). - С. 46-49]. При сооружении трубопроводов из труб с внутренним покрытием соединение осуществляют наиболее общепринятым способом - сваркой. При этом внутреннее покрытие выгорает на расстоянии 50-150 мм от сварного стыка в зависимости от типа внутреннего покрытия и толщины стенки свариваемых труб. Восстановление внутреннего покрытия на выгоревших участках после сварки труб трудно осуществимо, особенно для труб малого диаметра. Для защиты от коррозии сварных стыков труб с выгоревшим покрытием можно использовать протектор, предварительно установленный на концах стальных труб (т.е. перед сваркой труб, например, непосредственно перед или после нанесения покрытия).

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является конструкция трубы с внутренним защитным покрытием, включающая концентрично расположенные на конце трубы, скрепленные с ним и между собой протекторную и защитную втулки [см. патент РФ N 1572141, кл. F 16 L 9/02, БИ N 21, 1994, с. 189].

Недостатками известной конструкции являются
1) Ненадежный, недолговременный электрический контакт между стальной (защищаемой) поверхностью и протектором. Происходит это потому, что не всякое скрепление протекторной и защитной втулки и трубы обеспечивает (как показала экспериментальная проверка вырезанных стыков данной конструкции трубы) этот необходимый контакт.

2) Отверстие в защитной втулке, необходимые для связи протектора с коррозионной средой, не обеспечивают надежной связи с материалом протектора в течение длительного срока эксплуатации.

Все вышеизложенное экспериментально подтверждается объемными исследованиями образцов - "катушек", вырезанных из действующих трубопроводов металлопластмассовых труб диаметром 114х9 мм в нефтегазодобывающих управлениях "Джалильнефть", "Азнакаевнефть", "Сулеевнефть", "Лениногорскнефть".

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежности работы протектора при защите сварного стыка стальных труб с нанесенным внутренним защитным покрытием.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в описываемой трубе с внутренним защитным покрытием, включающей концентрично расположенные на конце трубы и скрепленные с ним и между собой протекторную и защитную втулки, согласно изобретению защитная втулка внутри протекторной втулки и протекторная втулка внутри трубы установлены с натягом, материал защитной втулки имеет меньший коэффициент теплового расширения (КТР), чем КТР материала протекторной втулки, а расходная часть протектора вынесена за пределы защитной втулки.

Установка с натягом защитной втулки внутри протекторной втулки (причем материал защитной втулки имеет меньший КТР, чем КТР материала протекторной втулки) и протекторной втулки внутри трубы устраняет причину потери электрического контакта между стальной (защищаемой) поверхностью и поверхностью протектора, которой является, прежде всего, окисление контактирующих поверхностей (преимущественно протектора) из-за следующих возможных факторов:
1) Наличие незначительного зазора между стальной поверхностью трубы и поверхностью протектора или зазора между поверхностью протектора и защитной втулкой, который может существовать первоначально не по всей длине соприкасающихся поверхностей (например, после скрепления системы защитная втулка-протекторная втулка-стальная труба путем дорнования изнутри, как происходит в рассматриваемом случае), дает возможность агрессивной жидкости (находящейся под давлением) вступать в контакт с соприкасающимися поверхностями, образовывать слой продуктов окисления или растворения поверхности протектора и стальной поверхности (как показывают результаты осмотра соединений вышеуказанной конструкции) и постепенно уменьшить размеры (площадь) электрического контакта вплоть до полного его устранения.

2) Вторым фактором, влияющим на устранение электрического контакта, является следующее. Динамические нагрузки (циклическое изменение давления) в трубопроводе и перепады температур в процессе эксплуатации трубопровода при разности коэффициентов теплового расширения материала протектора и стали определяют различие деформаций протекторной и защитной втулок и стальной трубы и вследствие этого способствуют образованию или увеличению зазора между поверхностью протектора и поверхностями защитной втулки и стальной трубы, а следовательно, дальнейшему проникновению в зазор коррозионной жидкости, окислению поверхностей и исчезновению контакта между стальной поверхностью и поверхностью протектора. Установка с натягом защитной втулки (с меньшим КТР) и протекторной втулки дает возможность в течение длительного срока эксплуатации при соединении сваркой стальных труб с внутренним покрытием обеспечить надежный постоянный контакт протектора, служащего для защиты сварных стыков, с металлом стальной трубы. Этот контакт, определяющийся величиной контактного давления между поверхностями протектора и стальной трубы и который может уменьшаться вплоть до нуля при изменении температуры, в данном случае гарантируется установкой внутри протектора защитной втулки с натягом, имеющей меньший КТР. Толщины защитной втулки и протекторной втулки в месте ее зажатия определяется соответствующим температурным расчетом из условия недопущения напряжений в защитной втулке и стальной трубе выше предела текучести материала. Такая установка такой защитной втулки поддерживает, не дает уменьшаться первоначальному контактному давлению между протекторной втулкой и стальной трубой и тем самым обеспечивает надежный электрический контакт между протектором и стальной поверхностью при колебаниях температур и давления, необходимый для протекторной защиты сварного стыка стальных труб.

Вынесение части протектора за пределы защитной втулки устраняет другой недостаток известной конструкции - это то, что отверстия в защитной втулке, необходимые для связи протектора с коррозионной средой, не обеспечивают надежной связи с материалом протектора в течение длительного срока эксплуатации. В начальный момент эта связь (протектора с коррозионной средой) существует, но затем продукты взаимодействия протектора со средой, которые остаются в близлежащей зоне к отверстиям в защитной втулке, препятствуют прохождению коррозионной среды через эти продукты окисления протектора до еще неотработанного материала протекторной втулки. Вынесение части протектора за пределы защитной втулки дает возможность осуществить надежную связь коррозионной среды с материалом протектора, что является необходимым условием работы протектора. Вынесенная часть протектора является расходной частью протектора и обеспечивает защиту стальной поверхности, а электрический контакт между протекторной втулкой и стальной трубой обеспечивает зажатая между защитной втулкой и стальной трубой часть протекторной втулки, которая не соприкасается с коррозионной средой. Для упорядочивания расхода протектора вынесенную часть протектора покрывают антикоррозионным материалом, за исключением его торца. Таким образом, соприкосновение агрессивной жидкости происходит по кольцу (торцевой части) протектора; отработавшая часть протектора отслаивается и уносится потоком жидкости, открывается чистый металл протектора, давая тем самым возможность свободного подхода жидкости к чистому (неотработанному) металлу протектора.

Важно, что в данном случае протектор разделен на две части, каждая из которых выполняет свою функцию: одна часть протектора зажата (установлена с натягом) между стальной трубой и защитной втулкой и обеспечивает электрический контакт между защищаемыми поверхностями стальной трубы и защитной втулки в зоне сварного стыка, а вторая служит в качестве расходной части протектора.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение конца трубы с внутренним покрытием.

Предлагаемая конструкция трубы с внутренним защитным покрытием содержит установленную с натягом на конце стальной трубы 1 с внутренним полимерным (эпоксидным) покрытием 2 протекторную втулку 3 из алюминиевого сплава АМг3 и концентричную с ней, также установленную с натягом (посадка H8/z8) стальную защитную втулку 4 (коэффициент теплового расширения стали равен 0,12•10^-4 1/^oC, КТР алюминиевого сплава равен 0,24•10^-4 1/^oC). Часть 5 протекторной втулки вынесена за пределы защитной втулки. Вынесенная часть протекторной втулки покрыта антикоррозионным покрытием 6, за исключением торца 7 протекторной втулки. Толщины защитной втулки и протекторной втулки в месте ее зажатия определяют температурным расчетом из условия недопущения напряжений в защитной втулке и стальной трубе выше предела текучести материала при максимально возможных предполагаемых перепадах температур. Установку защитной и протекторной втулок производят следующим образом: протекторную втулку устанавливают с натягом на защитную втулку; после этого защитную втулку в сборе с протектором устанавливают в стальную трубу. Для лучшего захода при посадке в стальную трубу на передней части протекторной втулки снята фаска.

Устройство работает следующим образом. Коррозионная жидкость, соприкасаясь с торцем 7 протекторной втулки, обеспечивает протекторную защиту контактирующих с протекторной втулкой стальных поверхностей: поверхности защитной втулки в месте сварного стыкового соединения труб (протекторная защита распространяется на расстоянии до 1,5-2 м от протектора) и внутренней поверхности стальной трубы у торца протекторной втулки. В процессе взаимодействия материала протектора с агрессивной жидкостью на торце протекторной втулки образуется слой продуктов коррозии протектора, который в процессе работы протектора отслаивается и уносится потоком жидкости, открывая при этом чистый металл протектора. Защитное покрытие 6 на протекторной втулке (как правило, толщиной 100-200 мкм) также, по мере расхода протектора, разрушается, не представляя препятствий для прохода жидкости к торцу протекторной втулки. При колебаниях температур, которые неизбежны и при сооружении (например, сварка труб между собой), и в процессе эксплуатации трубопровода, первоначальный натяг зажатого между стальной трубой и защитной втулкой протектора сохраняется, т. к. при повышении температуры расширению протекторной втулки и, как следствие, снижению натяга вплоть до образования зазора препятствует стальная труба, и наоборот, при понижении температуры, например при остановке трубопровода в зимних условиях, сжатию протекторной втулки и вследствие этого уменьшению натяга, образованию зазора и исчезновению контакта между протектором и стальной трубой препятствует защитная втулка с меньшим коэффициентом теплового расширения.

Использование предлагаемого изобретения позволит предотвратить исчезновение электрического контакта при колебаниях температур, осуществить надежную связь протектора с коррозионной средой и тем самым обеспечить надежность работы протектора в течение длительного срока эксплуатации.

Источники информации:
1. Протасов В.Н. Эффективность применения противокоррозионных покрытий нефтегазопромыслового оборудования // Обзорная информация. Сер. "Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности". - М.: ВНИИОЭНГ, 1984. - Вып. 2 (39). - С. 46-49.

2. Патент РФ N 1572141, кл. F 16 L 9/02, БИ N 21 1994.

Используется при строительстве и ремонте трубопроводов. На каждом конце трубы с внутренним защитным покрытием установлена с натягом протекторная втулка, а внутри последней - защитная втулка. Материал защитной втулки имеет коэффициент теплового расширения, меньший соответствующего коэффициента протекторной втулки. Расходная часть протекторной втулки расположена вне защитной втулки. При тепловом расширении труб сохраняется электрический контакт между трубой и протекторной втулкой. Повышает надежность противокоррозионной защиты труб. 1 ил.

Труба с внутренним защитным покрытием, включающая концентрично расположенные на конце трубы и скрепленные с ним и между собой протекторную и защитную втулки, отличающаяся тем, что защитная втулка внутри протекторной втулки и протекторная втулка внутри трубы установлены с натягом, материал защитной втулки имеет меньший коэффициент теплового расширения, чем коэффициент теплового расширения материала протекторной втулки, а расходная часть протекторной втулки вынесена за пределы защитной втулки.