ТРУБА КОМБИНИРОВАННАЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТРАНСПОРТИРОВКИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД Российский патент 1999 года по МПК F16L9/02 

Изобретение относится к изготовлению труб с коррозионностойкими неметаллическими покрытиями, предназначенных для транспортировки агрессивных сред, и может быть использовано в нефте- и газодобывающей промышленности, для теплотрасс и других отраслей.

Известны трубы с внутренней пластмассовой оболочкой, представленные в патенте РФ N2027939, кл. F 16 L 9/02, 1995. Согласно этому патенту на концах труб размещают металлические втулки для защиты полимерного покрытия от высоких температур при соединении труб сваркой. Недостатком таких труб является недостаточная коррозионная стойкость зоны монтажных швов из-за образования полости между втулкой и стыком. Наиболее близким аналогом заявленного изобретения являются трубы с неметаллическими покрытиями, приведенные в авторском свидетельстве СССР N 1648696, кл. В 23 К 31/02, 1991. К концам труб из углеродистой стали приваривают втулки из коррозионностойкой стали, на поверхность труб и частично на поверхность втулок наносят коррозионностойкое неметаллическое (эмалевое) покрытие, оставляя при этом свободными от покрытия участки в зоне стыка. При монтаже такие трубы сваривают между собой по коррозионностойким втулкам.

Однако представленные трубы требуют проведения дополнительной термической обработки - нормализации, что снижает коррозионную стойкость приваренной втулки из-за формирования в коррозионностойкой стали неблагоприятной структуры. Поэтому непокрытые участки втулок будут иметь пониженную коррозионную стойкость. Кроме того к недостаткам таких труб можно отнести и экономическую нецелесообразность использования высоколегированных и дорогостоящих втулок из коррозионностойких сталей.

Задачей настоящего изобретения является повышение коррозионной стойкости труб с неметаллическими покрытиями при монтаже трубопроводов в местах их соединения посредством сварки, снижение содержания легирующих элементов при сохранении свариваемости.

Поставленная задача решена за счет использования многослойных металлических обечаек, содержащих один слой из углеродистой или низколегированной стали и по меньшей мере один слой из коррозионностойкой стали с содержанием хрома не менее 8%. Длина обечайки составляет не менее 30 мм, а длину покрытых участков обечаек выбирают по формуле 10 < L п.о. < L о - 10, где L п.о. - длина покрытого участка обечайки, мм; L о - общая длина обечайки, мм. Толщина коррозионностойкого слоя обечайки составляет не менее 5% от общей толщины стенки. Обечайки приварены к концам труб из углеродистой или низколегированной стали. На поверхности труб и сопрягаемых с ними обечаек размещено неметаллическое защитное покрытие.

Использование многослойных металлических обечаек со слоем из коррозионностойкой стали, содержащей не менее 8% хрома, толщиной не менее 5% от общей толщины стенки обечайки обеспечивает коррозионную стойкость сварных соединений труб в околошовной зоне после монтажной сварки. При этом расход легирующих элементов значительно меньше, чем при использовании труб с втулками, изготовленными целиком из коррозионностойкой стали.

Наличие слоя из углеродистой или низколегированной стали, близкой по составу и свойствам к материалу исходной трубы, позволяет получить при приварке обечайки к трубе качественное сварное соединение без дополнительной термической обработки и тем самым сохранить высокую коррозионную стойкость непокрытых участков обечаек.

Ограничение максимальной длины покрытого участка обечайки - L о - 10 мм обусловлено необходимостью иметь в зоне стыка непокрытые участки обечаек длиной не менее 10 мм, чтобы исключить влияние высоких температур при монтажной сварке на покрытие и обеспечить качественное формирование сварного шва.

Ограничение минимальной длины обечайки - 30 мм связано с необходимостью исключить перекрытие зон термического влияния от двух швов - от приварки обечайки к трубе и от монтажной сварки. При перекрытии этих зон возможно формирование в слоях обечайки неблагоприятной структуры, приводящей к снижению механических свойств и коррозионной стойкости.

На чертеже представлена схема комбинированной трубы.

Конструкция комбинированной трубы
1. Труба из углеродистой или низколегированной стали. 2. Кольцевой сварной шов, соединяющий двухслойные обечайки с трубой. 3. Основной слой обечайки из углеродистой или низколегированной стали. 4. Плакирующий слой из нержавеющей стали.5.Внутреннее эпоксидное покрытие.6.Наружное полиэтиленовое покрытие.

Пример комбинированной трубы
К концам сварных труб диаметром 325 мм с толщиной стенки 6 мм из углеродистой стали 20 приварены двухслойные обечайки размерами 325х6 мм длиной 100 мм с наружным слоем из низколегированной стали 08ГБЮ толщиной около 5 мм и внутренним слоем из стали 08Х18Н10Т толщиной 1 мм, то есть толщина коррозионностойкого слоя составляет около 17% от общей толщины стенки обечайки. Фактическое содержание хрома в коррозионностойком слое обечайки составляет 17,2%. В соответствии с предлагаемым способом для обечаек длиной 100 мм длина покрытого участка обечайки должна составлять от 10 до 90 мм. Поэтому на трубы нанесено внутреннее эпоксидное и наружное полиэтиленовое покрытия таким образом, что длина покрытых участков обечаек составляет 20-40 мм.

Последующую монтажную сварку выполняли плавящимся электродом диаметром 3 мм, содержащим 25% хрома и 13% никеля (марка ОЗЛ-6).

Качество сварного соединения оценивали по результатам коррозионных испытаний:
1) на стойкость против общей коррозии в условиях, имитирующих условия эксплуатации внутрипромысловых нефтепроводов Западной Сибири (среда - имитатор пластовой воды с содержанием хлористого натрия - 63 г/л, при значении водородного показателя pH 5, которое достигалось при помощи добавки серной кислоты при скорости движения среды - 1,5-3,0 м/с, база испытаний 100 ч);
2) по результатам измерения электрохимического потенциала шва, шва с околошовной зоной и коррозионностойкого слоя обечайки (параметры среды - см. п.1),
а также по результатам механических испытаний сварного соединения.

Скорость общей коррозии труб и их сварных соединений составила менее 0,001 мм/год, что характерно для коррозионностойких сталей в указанных средах. При этом избирательной коррозии шва и околошовной зоны не обнаружено.

В результате электрохимических исследований установлено, что электрохимический потенциал шва, шва с околошовной зоной и плакирующего слоя практически не различаются и составляют -330 мВ (н.х.с.э.). При этом химический состав сварного шва со стороны внутренней поверхности трубы оказался близок к химсоставу плакирующего слоя - 18% хрома и 9% никеля. Представленные результаты подтверждают высокую стойкость сварных соединений труб, предложенных настоящим изобретением, при изготовлении трубопроводов против общей и избирательной коррозии - на уровне коррозионностойкой стали.

Испытания на растяжение и на ударный изгиб проводили по ГОСТ 6996 на образцах, вырезанных из сварных стыков труб. При этом значения временного сопротивления разрыву составили 590-640 Н/мм². Ударная вязкость при 20 ^o C на образцах с острым надрезом для центральной зоны шва, а также для зоны термического влияния составила не менее 120 Дж/см² . Сварные образцы выдерживают испытания на холодный изгиб на угол 180 ^o без трещин и расслоений.

По результатам механических испытаний можно сделать вывод, что сварные соединения труб обладают высоким комплексом механических характеристик, что свидетельствует о высокой свариваемости комбинированных труб.

Таким образом, использование представленных комбинированных труб для изготовления трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды, обеспечивает повышение коррозионной стойкости сварных соединений труб с неметаллическими покрытиями, снижение содержания легирующих элементов при сохранении свариваемости.

Труба предназначена для транспортировки агрессивных сред. Труба содержит основную часть, выполненную из углеродистой или низколегированной стали, и закрепленные на ее концах металлические обечайки. Длина обечаек составляет не менее 30 мм. Каждая обечайка выполнена по меньшей мере из двух концентричных слоев. Один слой выполнен из углеродистой или низколегированной стали и по меньшей мере один слой выполнен из коррозионностойкой стали с содержанием хрома не менее 8%. Толщина коррозионностойкого слоя обечайки составляет не менее 5% от общей толщины ее стенки. В результате повышается коррозионная стойкость трубы. 1 ил.

Трубка комбинированная для изготовления трубопроводов транспортировки агрессивных сред, включающая основную часть, выполненную из углеродистой или низколегированной стали, и закрепленные на ее концах посредством сварки металлические обечайки, при этом по крайней мере на внутренней поверхности трубы и сопрягаемых с ней обечаек размещено покрытие из коррозионностойкого неметаллического материала, а крайние участки обечаек свободны от покрытия, отличающаяся тем, что длина обечаек составляет не менее 30 мм, размер покрытых участков обечаек выбран из соотношения
10 < L п.о. < L о. - 10,
где L п.о. - длина покрытого участка обечайки, мм;
L о. - общая длина обечайки, мм,
каждая обечайка выполнена по меньшей мере из двух концентричных слоев, при этом один слой выполнен из углеродистой или низколегированной стали и по меньшей мере один слой выполнен из коррозионностойкой стали с содержанием хрома не менее 8%, а толщина коррозионностойкого слоя обечайки составляет не менее 5% от общей толщины ее стенки.