СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ Российский патент 2004 года по МПК B23K31/02 B23K101/06 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при защите от коррозии строящихся и ремонтируемых трубопроводов сбора и подготовки нефти с высокой обводненностью.

Известен способ монтажа трубопровода для транспортировки агрессивных сред, заключающийся в следующем. К концам труб из углеродистых и низколегированных сталей приваривают металлические обечайки длиной не менее 30 мм. Обечайки состоят из двух слоев: один слой из углеродистой или низколегированной стали и по меньшей мере один слой из коррозионно-стойкой стали с содержанием хрома не менее 8%. На поверхность заготовок наносят неметаллическое коррозионно-стойкое покрытие, оставляя свободными от покрытия участки обечаек, прилегающие к стыку. Толщина коррозионно-стойкого слоя обечайки составляет не менее 5% от общей толщины ее стенки. Производят сварку труб. Сварку по крайней мере корневого шва стыка выполняют присадочным материалом из коррозионно-стойкой стали, содержание хрома в которой выбирают в зависимости от его содержания в коррозионно-стойком слое обечайки (Патент РФ №2137010, кл. В 23 К 31/02, опубл. 1999.09.10).

Известный способ сложен в исполнении, т. к. предполагает многостадийную сварку труб.

Наиболее близким к изобретению является способ соединения труб с внутренним покрытием. Он состоит в том, что на концевые участки труб изнутри наносят слой коррозионно-стойкого материала, производят обработку наплавленного слоя и одновременно ведут разделку кромок под сварку, наносят слой покрытия на внутреннюю поверхность трубы, производят сборку под сварку, и сварку труб между собой. При этом перед наплавкой коррозионно-стойкого сплава внутреннюю поверхность конца трубы подвергают обработке под раструб, а при разделке кромок под сварку производят кольцевую проточку, переходящую в торец наплавленного слоя, причем сварку концевых участков ведут наложением шва в два этапа: сначала заполняют корневой шов однородным по составу наплавленному слою электродом, затем - заполняющий шов (Патент РФ №2140038, кл. В 23 К 31/02, опубл. 1999.10.20 - прототип).

Известный способ предполагает сложную операцию по наплавке коррозионно-стойкого сплава внутреннюю поверхность конца трубы, что делает способ трудновоспроизводимым. Наплавляемый слой имеет большую толщину и малую надежность. Особенно большие трудности в этом плане возникают при соединении нефтепромысловых труб.

В изобретении решается задача упрощения способа соединения труб и повышения качества сварного соединения.

Задача решается тем, что в способе соединения нефтепромысловых труб, включающем обработку концов труб под сварку, нанесение коррозионно-стойкого покрытия изнутри на концевые участки труб, нанесение полимерного покрытия на внутреннюю поверхность труб, сборку под сварку и сварку концевых участков труб с выполнением корневого шва электродом из коррозионно-стойкого сплава, а затем - заполняющего шва, после обработки концов труб под сварку на их концевые участки изнутри наносят два адгезионных слоя путем плазменного напыления термостойкого металлического порошка на основе никеля с алюминием, толщиной каждого слоя не более 0,15-0,20 мм, а коррозионно-стойкое покрытие наносят плазменным напылением трех слоев антикоррозионного термостойкого металлического порошка на основе никеля с хромом.

Предварительное нанесение покрытия путем плазменного напыления термостойкого металлического порошка на основе никеля с алюминием толщиной каждого слоя не более 0,15-0,20 мм обеспечивает улучшение адгезионного сцепления рабочего слоя с основным металлом. Антикоррозионный термостойкий слой, нанесенный плазменным напылением поверх указанного подслоя, обеспечивает защиту свариваемых труб на длине зоны термического влияния. Указанная последовательность нанесения слоев адгезионного и коррозионно-стойкого покрытий обеспечивает не только качественную защиту концевых участков труб от коррозии, но и получение качественного сварного соединения.

Сущность изобретения

Проблема защиты нефтепромысловых труб от коррозии решалась многими разработчиками, однако применяемые технические решения оказались весьма сложны и малонадежны.

В изобретении решается задача упрощения способа соединения нефтепромысловых труб.

Задача решается следующим образом.

При соединении нефтепромысловых труб ведут обработку концов труб под сварку, изнутри на концевые участки труб воздушно-плазменным напылением производят нанесение адгезионного термостойкого слоя металлического порошка и затем антикоррозионного термостойкого слоя металлического порошка. Таким образом получают металлическое коррозионно-стойкое покрытие концов труб. После этого выполняют нанесение слоя полимерного покрытия на внутреннюю поверхность трубы таким образом, чтобы полимерное покрытие слегка перекрывало металлическое покрытие. Производят сборку труб под сварку. Сварку концевых участков труб ведут заполнением корневого шва электродом из коррозионно-стойкого сплава (нержавеющей стали), затем - заполняющего шва, выполненного в трубе.

Ширина металлического покрытия, остающегося без полимерного покрытия, достаточна для охлаждения трубы при сварке и, таким образом, сохранения полимерного покрытия от воздействия высоких температур. В то же время напыленное антикоррозионное покрытие и сварной шов внутри трубы из нержавеющей стали надежно защищают тело трубы от коррозии в месте сварки труб. Основную внутреннюю поверхность труб защищает от коррозии полимерное покрытие.

Пример конкретного выполнения.

Собирают трубопровод из труб диаметром 114×4,5 мм длиной 6 м. Концы металлической трубы обрабатывают под сварку. Зоны у начала и конца внутренней поверхности металлической трубы шириной 100-150 мм обезжиривают, дробеструят и обдувают сжатым воздухом. Подготовленные зоны прогревают плазменной струей плазмотрона до 140-160°С. Для воздушно-плазменного напыления порошков устанавливают расходы плазмообразующего и транспортирующего воздуха, равные соответственно 1,6-1,7 г/с и 0,1-0,15 г/с соответственно. Устанавливают дистанцию напыления, равную 160-180 мм при угле наклона плазмотрона не менее 45°. Скорость перемещения плазмотрона относительно трубы (подача на оборот) устанавливают 3-8 мм/об. Устанавливают скорость вращения трубы, равную 20-25 м/мин. Ток дуги плазмотрона поддерживают равным 140-150 А при напряжении дуги 180-190 В.

На подготовленные зоны плазменным методом наносят первый адгезионный термостойкий слой металлического порошка марки ПТ-Ю5Н, состоящий из 90-95% никеля и 5-10% алюминия. Наносят 2 адгезионного термостойкого слоя. Толщину каждого слоя напыления порошка устанавливают не более 0,15-0,20 мм. Расход порошка на трубу диаметром 114×4,5 мм при ширине зоны напыления 100 мм и толщине напыления 0,2 мм составляет 150 г.

Затем наносят второй антикоррозионный термостойкий слой металлического порошка марки ПТЮНХ16СРЗ, состоящего из никеля и добавок: углерода 0,4-0,7%, хрома 13,5-16,5%, кремния 2,5-3,5%, бора 2,0-2,8% и железа до 0,7%. Расход порошка на трубу диаметром 114×4,5 мм при ширине зоны напыления 100 мм и толщине напыления 0,5 мм составляет 380 г. Всего наносят 3 антикоррозионного термостойкого слоя.

Количество циклов нанесения порошка - не менее 5, время напыления - 6-8 мин, толщина образующегося металлического покрытия - 0,7 мм. При выполнении операций часть наносимого объема порошков наносят на торцевые стороны труб, создавая покрытие не только на внутренней поверхности трубы, но и на торцевой тоже.

На внутреннюю поверхность трубы наносят полимерное (полиэтиленовое) покрытие с частичным перекрытием образованного металлического покрытия.

В заводских условиях сваривают трубы в плети по 3 трубы. Сварку корня сварного шва (у внутренней поверхности трубы) ведут электродом из нержавеющей стали марки ОЗЛ-6 или ОЗЛ-8, а заполнение и облицовку сварного шва ведут электродами из черной (обычной) стали марки УОНИИ-13/15 или Э 50А и т.п. Диаметры применяемых электродов - не более 3 мм. Сварку производят короткой дугой на умеренных режимах 60-80 А.

Плети труб доставляют на место строительства трубопровода, где проводят окончательную сварку плетей в трубопровод по вышеописанной технологии. На наружную поверхность трубопровода наносят защитное полимерное (полиэтиленовое) покрытие, опускают в траншею и засыпают грунтом.

Испытания показали высокую надежность защиты трубопроводов от коррозии. Вскрытые участки действующих трубопроводов свидетельствуют о том, что в большей мере коррозии подвергаются участки труб с полимерным покрытием, чем с металлическим.

Применение предложенного способа позволит упростить соединение нефтепромысловых труб и повысить надежность работы трубопроводов.

Способ может быть использован при защите от коррозии строящихся и ремонтируемых трубопроводов сбора и подготовки нефти с высокой обводненностью. Концы труб обрабатывают под сварку и наносят изнутри на концевые участки труб коррозионно-стойкое покрытие. После обработки концов труб под сварку на их концевые участки изнутри наносят два адгезионных слоя путем плазменного напыления термостойкого металлического порошка на основе никеля с алюминием толщиной каждого слоя не более 0,15-0,20 мм. Коррозионно-стойкое покрытие наносят плазменным напылением трех слоев антикоррозионного термостойкого металлического порошка на основе никеля с хромом. На внутреннюю поверхность труб наносят полимерное покрытие. После сборки под сварку осуществляют сварку концевых участков труб с выполнением корневого шва электродом из коррозионно-стойкого сплава, а затем - заполняющего шва. Указанная последовательность нанесения слоев покрытия обеспечивает качественную защиту концевых участков труб от коррозии и получение качественного сварного соединения.

Способ соединения нефтепромысловых труб, включающий обработку концов труб под сварку, нанесение коррозионно-стойкого покрытия изнутри на концевые участки труб, нанесение полимерного покрытия на внутреннюю поверхность труб, сборку под сварку и сварку концевых участков труб с выполнением корневого шва электродом из коррозионно-стойкого сплава, а затем - заполняющего шва, отличающийся тем, что после обработки концов труб под сварку на их концевые участки изнутри наносят два адгезионных слоя путем плазменного напыления термостойкого металлического порошка на основе никеля с алюминием толщиной каждого слоя не более 0,15-0,20 мм, а коррозионно-стойкое покрытие наносят плазменным напылением трех слоев антикоррозионного термостойкого металлического порошка на основе никеля с хромом.