ФИТИНГ С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ ДЛЯ РАБОТЫ В КИСЛОЙ СРЕДЕ Российский патент 2015 года по МПК F16L21/02 

Ссылка на сопутствующую заявку

В настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/292122, поданной 4 января 2010 года, содержание которой полностью включено в настоящее описание путем ссылки.

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к фитингу для текучей среды. В частности, технология относится к фитингу для текучей среды с механическим креплением и уплотнением трубы для работы в кислой среде.

Предпосылки к созданию изобретения

H₂S в присутствии воды может приводить к повреждениям трубопроводов из углеродистой стали в форме коррозии, появления трещин или вздутий. Влияние H₂S на сталь можно классифицировать на влияние, требующее внешнего напряжения, такое как сульфидное растрескивание под напряжением (sulphide stress cracking, SSC), и влияние, не требующее внешнего напряжения, такое как водородоиндуцированное растрескивание (hydrogen induced cracking, HIC), а также коррозия. Он также может повышать восприимчивость стали к воздействию и SSC, и HIC, при этом влияние на HIC более выражено.

SSC характеризуется начальной единственной прямой транскристаллической трещиной, которая развивается в условиях внешнего напряжения, либо приложенного, либо остаточного. Она может начинаться на коррозионной язве (либо на любом другом образовании, которое может действовать как концентратор напряжений) или через механизм водородоиндуцированного растрескивания (например, вздутие), а затем распространяется в форме хрупкого излома, перпендикулярного направлению приложенного напряжения. SSC в высокопрочных сталях проявляет тенденцию к существенному разветвлению, тогда как в сталях низкой прочности такое ветвление выражено слабее. SSC может возникать в сварных швах или в расположенных рядом со сварными швами зонах, подвергшихся нагреву. Такое сульфидное растрескивание под напряжением обычно возникает в углеродистых сталях с пределом прочности на разрыв более 550 мегапаскалей (МПа). Однако разрушения, вызванные SSC, также возникали и в сталях с пределом прочности на разрыв менее 550 МПа. Это было вызвано в первую очередь быстрым охлаждением сварного шва, создающим локализованные зоны высокой твердости.

HIC в сварных швах обычно не возникает, местом его локализации являются участки тела трубы, имеющие включения шлака, которые действуют как места сбора диффундирующего водорода. HIC имеет две основные формы - прямые трещины и ступенчатые трещины. HIC может возникать в сталях низкой прочности с величинами твердости значительно ниже 22 единиц по Роквеллу в присутствии внешнего напряжения или без него. Коррозия на поверхности стали приводит к образованию атомарного водорода, который проникает и диффундирует через сталь, пока не будет захвачен в естественно возникающих неоднородностях в металле, таких как неметаллические включения и слоистые структуры. Этот атомарный водород соединяется в молекулярный водород и поднимает давление газа достаточно высоко, чтобы превысить предел текучести стали, образуя вздутия. Соединяющиеся вздутия могут распространяться как трещины, обычно параллельные направлению прокатки стали.

Другим явлением, связанным с водородоиндуцированным растрескиванием, является водородное охрупчивание в стальных трубах и сварных соединениях, которое, по существу, обозначает снижение вязкости металла в результате проникновения водорода. Подверженность водородному охрупчиванию зависит от химии и микроструктуры материала. Следовательно, разные участки трубы и сварного соединения могут по-разному охрупчиваться под действием водорода. Поэтому желательно избегать применения сварных соединений в кислой среде. Кроме того, в некоторых средах выполнять сварку затруднительно из-за положения, неблагоприятных условий, присутствия газов или по другим причинам.

Краткое описание изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается фитинг для соединения с трубой в кислой среде.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в перспективе примера фитинга, имеющего противоположные концы для соединения двух труб.

Фиг.2 - вид сверху фитинга по Фиг.1.

Фиг.3 - сечение фитинга по Фиг.1, показывающее кольца, отсоединенные от фитинга.

Фиг.4 - сечение одного конца или гильзы фитинга по Фиг.1.

Фиг.5 - разнесенный вид некоторых уплотняющих поверхностей тела фитинга по Фиг.1.

Фиг.6 - сечение одного конца гильзы фитинга по Фиг.1, иллюстрирующий кольцо, частично установленное на конец тела, внутри которого расположена труба.

Фиг.7 - сечение, аналогичное Фиг.6, но показывающее кольцо в полностью вставленном положении на конце тела и сопутствующие деформации гильзы и трубы.

Фиг.8 - сечение, аналогичное Фиг.7, но показывающее участки различных частей, находящих друг на друга.

Фиг.9 - вид в перспективе альтернативного варианта фитинга, имеющего один конец для соединения с трубой, и фланец, образованный на противоположном конце.

Фиг.10 - вид сверху фитинга по Фиг.9.

Фиг.11 - вид правого конца фитинга по Фиг.9.

Подробное описание

Иллюстративный фитинг 10 используется для замены сварных соединений фитингом с механическим креплением, который может применяться в среде или задачах по спецификациям NACE (National Association of Corrosion Engineers), например, в присутствии агрессивных технологических жидкостей или газов, таких как сероводород. Применение фитинга 10 с механическим креплением для замены обычного сварного соединения позволяет снизить издержки и повышает качество, безопасность и надежность соединения. Иллюстративный фитинг 10 можно использовать для соединения как тонкостенных, так и толстостенных труб, имеющих номинальный размер от ¼ дюйма до 4 дюймов, хотя преимущества фитинга 10 могут быть использованы и для труб других размеров.

Иллюстративный фитинг 10, как показано на приложенных чертежах, имеет заранее определенные отношения натяга между приводным кольцом 14, телом 12 и трубой 16 вдоль длины цилиндрической контактной области. Иллюстративный фитинг 10 может устанавливаться на трубы 16 и соответствует требованиям спецификации ASME B31 на разрыв и тепловое расширение (усталость при изгибе). Иллюстративный фитинг 10 также позволяет минимизировать вредное влияние сжатия фитинга на рабочее твердение областей сопряжения фитинга с трубой, которые открыты для воздействия агрессивной среды. Это позволяет сборке фитинг/труба, в которой применяется иллюстративный фитинг 10, выполнять требования теста на коррозионную стойкость NACE ТМ0177.

На Фиг.1-8 показаны диаметральные и аксиальные соотношения между трубой 16, уплотнениями 30, 32, 34, определенными на внутренних поверхностях 36 тела 12 фитинга 10, включая переходные секции 24, 26 между уплотнениями 30, 32, 34, и диаметральные и аксиальные соотношения внешней поверхности 22 тела 12 и внутренними поверхностями кольца 14. Иллюстративный фитинг 10 выполнен из материала низколегированной стали AISI-SAT 4130. Комбинация геометрии и материала фитинга позволяет обеспечить приемлемые характеристики фитинга в условиях, определяемых NACE.

На Фиг.1-8 показан иллюстративный фитинг 10, имеющий противоположные концы 42а, 42b, каждый из которых выполнен с возможностью приема внутри себя трубы 16. Фитинг, показанный на Фиг.9-11, имеет один конец 42а для приема трубы 16, а второй конец служит фланцем 18. Идеи настоящего изобретения могут применяться и в фитингах других типов.

Как показано на Фиг.1, фитинг 10 содержит соединительное тело 12 и по меньшей мере одно обжимное кольцо 14. В варианте, показанном на Фиг.1-8, имеется два обжимных кольца 14, а в варианте, показанном на Фиг.9-11, имеется одно обжимное кольцо 14. Соединительное тело 12 и кольцо 12 используются совместно для соединения тела 16 трубы с фитингом 10. Компоненты, по существу, являются осесимметричными относительно центральной оси.

Соединительное тело 12 содержит первую гильзу 12а (которая образует правую сторону соединительного тела 12 на Фиг.2) и вторую гильзу 12b (которая образует левую сторону соединительного тела 12 на Фиг.2). Первая гильза 12а предназначена для приема тела 16 первой трубы, а вторая гильза 12b предназначена для приема второго тела 16 трубы. Как будет более подробно описано ниже, обжимные кольца 14 надеваются в осевом направлении на соответствующие гильзы 12а и 12b со вставленными в них секциями 16 трубы, при этом гильзы 12а, 12b механически соединяются с участками трубы и уплотняются. Внутренняя часть тела имеет упор 80, который останавливает осевое движение трубы 16 внутрь тела 12.

Соединительное тело 12 и обжимное кольцо 14 выполнены из высокопрочной низколегированной углеродистой стали, например из низколегированной углеродистой стали AISI-SAE 4130. Другие углеродистые стали включают UNS413000 и UNS414000. Химический состав углеродистой стали совместим с технологическими химикатами, используемыми в задачах, определенных NACE, и показывает ограниченную коррозию, эффективность в жестких условиях окружающей среды и является материалом, используемым потребителями. Кроме того, углеродистая сталь обладает свойствами, которые позволяют ей поддерживать все аспекты требований к механической нагрузке для иллюстративного фитинга 10. При желании можно использовать и другие материалы, известные специалистам. Однако преимущественно в кислой среде можно использовать углеродистую сталь, чтобы избежать необходимости в сварке. Труба 16 может иметь разные размеры, как описано выше, и иллюстративный фитинг 10 не ограничивается конкретным размером трубы.

Как показано на Фиг.9-11, конкретная конфигурация фитинга 10 может меняться и не обязательно должна иметь две гильзы 12а, 12b, показанные на Фиг.1-8 в соосной конфигурации. Например, фитинг 10 может быть сформирован или сконфигурирован интегрально для соединения с другим компонентом или с фитингом другого типа, и может иметь любое количество гильз, отходящих от него в разных положениях для соединения с одной или более из соответствующих труб 16. Конкретным примером может быть комбинация фитинга и шарового клапана, в которой фитинг 10 может просто комбинироваться с шаровым клапаном, как описано в патенте США № 6467752 того же правопреемника, который явным образом полностью включен в настоящее описание путем отсылки. Патенты США №№ 7575257; 6692040; 6131964; 5709418; 5305510 и 5110163 того же патентообладателя также полностью и явным образом включены в настоящее описание путем отсылки. Пример, показанный на Фиг.9-11, имеет гильзу 12а на одной стороне, и перпендикулярный фланец 18 - на другой стороне. Фланец 18 содержит уплотняющую поверхность 28 и отверстия 38 для болтов для соединения фланца 18 с поверхностью. Геометрия фитингов может принимать разные конфигурации, например, такую как фланец, показанный на Фиг.9-11, в едином теле с требующимся сварным соединением, или другие стандартные конфигурации фитингов по стандарту ASME.

Как показано на Фиг.3, фитинг 10 в осевом направлении является симметричным. Поэтому описание гильзы 12а относится и к гильзе 12b и повторяться не будет.

Гильза 12а содержит проходящий по окружности фланец или выступ 20, отходящий радиально наружу от внешней поверхности 22 тела 12. Выступ 20 используется для соединения гильзы 12а с соседним обжимным кольцом 14 во время соединения фитинга 10 с телом 16 трубы, как известно специалистам. Для прижимания кольца 14 к фланцу 20 можно использовать инструмент (не показан).

Как показано на Фиг.3-5, гильза 12а содержит множество разнесенных друг от друга уплотнений, включая основное уплотнение 30, внутреннее уплотнение 32 и внешнее уплотнение 34 для создания уплотнения между соединительным телом 12 и трубой 16 и для их механического соединения друг с другом. Уплотнения 30, 32, 34 отходят внутрь от внутренней поверхности 36 соединительного тела 12. В настоящем описании термин "внутренний" и "внешний", по существу, обозначают относительный осевой интервал, например, от внешнего фланца 20 или конца 42. Так, внешнее уплотнение 34 отстоит от фланца 20 на большее расстояние в осевом направлении, чем внутреннее уплотнение 32. Внешнее уплотнение 34 является предохранительным уплотнением, которое применяется как резервное уплотнение для внутренних давлений в трубопроводе. Внешнее уплотнение 34 также ограничивает проникновение в уплотнения внешней среды, например, влаги или грязи. Имеется двойное внешнее уплотнение 34, которое полезно в тяжелых условиях, например, когда уплотнение трудно создать из-за плохого качества поверхности трубы. Примерами применения являются наземные или морские буровые платформы, расположенные, например, в Северном море или на Аляске. Двойное уплотнение 34 используется для создания дополнительной защиты. Если одно уплотнение может отказать, другое уплотнение работает резервным уплотнением. Внешнее уплотнение 34 является уменьшенным вариантом трапецеидальных основных уплотнений, которые более подробно будут описаны ниже, и два уплотнения, которые образуют внешнее уплотнение 34, соединены галтелью.

Как показано на Фиг.3-8, основное уплотнение 30 служит для создания основного уплотнения для текучей среды и для механического соединения с трубой 16. Основное уплотнение 30 содержит первый зуб 50, второй зуб 52 и третий зуб 54, которые разнесены в осевом направлении от фланца 20 и от конца 42 соединительного тела 12. Зубья 50, 52, 54 разделены друг от друга небольшими канавками 44. Перед основным уплотнением 30 и после него расположены переходные секции 24, 26 или участки стенки. Переходные секции 24, 26 используются для внедрения зубьев 50, 52, 54 в трубу 16 или для адаптации к форме приводного кольца 14. Переходные секции 24, 26 также позволяют гильзе 12а разжиматься на трубе 16. Переходные секции 24, 26 также позволяют трем зубьям 50, 52, 54 основного уплотнения совместно оказывать кулачковое воздействие, что обеспечивает лучшее соединение с трубой 16. На Фиг.5 и 8 показаны перекрывающиеся участки 84, на которых кольцо 14 находит на тело 12, что требует некоторой деформации или закусывания. Для того чтобы кольцо зашло на тело на этом участке 84 либо зубья должны врезаться в трубу 16, труба 16 должна деформироваться либо кольцо 14 и/или тело 12 должно деформироваться.

Переходная секция 26, которая расположена снаружи от основного уплотнения, имеет рампу, которая отходит от стенки трубы 16 для первого диаметра, и затем ее диаметр уменьшается до второго диаметра. Внешняя переходная секция 26 имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром. Второй диаметр второго участка стенки является, по существу, постоянным от точки, где начинается второй диаметр, и до внешнего уплотнения 34.

Вторая внутренняя переходная секция имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, как и внешняя переходная секция. В зависимости от близости внутреннего уплотнения 32 второй участок короче, чем первый переходный участок.

Как показано на Фиг.5, второй 52 и третий 54 зубья основного уплотнения 30 имеют трапецеидальное сечение и смещены внутрь на первом диаметре D1 относительно стенки трубы 16. Углы боковых стенок, ведущих вниз к торцу зуба, по существу, одинаковы. Трапецеидальная форма зубьев 50, 52, 54 является более жесткой и имеет большую массу для прижатия к трубе 16, чем в ранее известных конструкциях. Масса зуба удвоена по сравнению с известными конструкциями. Зубья 50, 52, 54 также имеют большую массу, чем в известных конструкциях, чтобы выдерживать условия, связанные с установкой соединительного тела 12 на внешние поверхности трубы, которые могут иметь невысокое качество.

Кроме того, зубья 50, 52, 54 основного уплотнения 30 соединены с внутренней стенкой гильзы 12а радиусом на ножке каждого зуба 50, 52, 54. Это способствует уменьшению напряжений и препятствует разрушению удерживающей стенки. Радиус на ножке каждого зуба 50, 52, 54 может быть оптимизирован для уменьшения возможности концентрации напряжений.

Первый зуб 50 также имеет трапецеидальное сечение и смещен внутрь на второй диаметр D2 относительно стенки трубы 16. Второй диаметр D2 больше, чем интервал, создаваемый первым диаметром D1 для второго и третьего зубьев 52, 54. Переходные секции 24, 26 используются чтобы способствовать внедрению зубьев 50, 52, 54 в трубу 16, когда кольцо 14 надевается на внешнюю поверхность гильзы 12а.

Внутреннее уплотнение 32 расположено между основным уплотнением 30 и фланцем 20. Как и основное уплотнение 30, внутреннее уплотнение 32 уплотняет текучую среду и обеспечивает механическое соединение с трубой 16. Внутреннее уплотнение 32 является единственным зубом, но может быть образовано и множеством зубьев, которые могут быть отделены друг от друга одной или более соответствующей канавкой 44. Внутренняя переходная секция 24 расположена между внутренним уплотнением 32 и основным уплотнением 30.

Как показано на Фиг.6 и 7, тело 12 далее содержит по меньшей мере один выступ 70, препятствующий скручиванию, который далее для простоты будет именоваться "торсионный выступ". Торсионный выступ 70 показан расположенным между основным уплотнением 30 и концом 42 гильзы 12а, но он может быть расположен и между основным уплотнением 30 и внешним уплотнением 34. Торсионный выступ 70 в первую очередь предназначен для противодействия торсионным нагрузкам между телом 12 и трубой 16. Торсионный выступ 70 смещен в осевом направлении наружу от основного уплотнения 30 на достаточное расстояние, чтобы уменьшение диаметра трубы 16 основным уплотнением 30 не мешало зацеплению между торсионным выступом 70 и трубой 16. Торсионный выступ 70 предпочтительно имеет фрикционные поверхности, которые могут быть сформированы накаткой, протягиванием и т.п., чтобы лучше противодействовать торсионным нагрузкам.

Как показано на Фиг.4, на внешней поверхности 22 тела 12 имеется внутренний участок 56, расположенный между площадкой 46 и концом 42. Внутренний участок 56 имеет меньший диаметр, чем площадка 46 и фланец 20. Внутренний участок 56 тела 12 имеет участок 58 повышенного трения, также именуемый запирающим механизмом или канавками противоскольжения, расположенный рядом с концом 42. Участок 58 повышенного трения содержит множество выступов 60 для лучшего удержания обжимного кольца 14 на теле 12, когда обжимное кольцо 14 полностью надето на тело 12. Фрикционные выступы 60 способствуют предотвращению соскальзывания или сходу обжимного кольца 14 с тела 12. Рядом с концом 42 также расположен конус 62, который предпочтительно имеет угол конусности приблизительно 20° или более. Конус 62 облегчает первоначальное надевание обжимного кольца 14 на тело 12. Внешняя поверхность 22 гильзы 12а имеет участок 48 рампы, расположенный между участком 56 и площадкой 46. Кроме того, другая рампа 66 расположена рядом с фланцем 20.

Обжимное или приводное кольцо 14 имеет размер, позволяющий ему охватывать гильзу 12a и принудительно перемещаться в осевом направлении в сторону фланца 20 для того, чтобы заставить уплотнения 30, 32, 34 врезаться в трубу 16 для уплотнения и механического соединения тела 12 с трубой 16. Обжимное кольцо 14 содержит внутренний участок 14a и внешний участок 14b. Внешний участок 14b кольца 14, по существу, толще, чем внутренний участок 14а. Кольцо 14 содержит первую площадку 68 на конце 14b и первая площадка 68 содержит множество выступов 60, которые образуют фрикционный участок 72, для сопряжения с фрикционным участком 58 на теле. Первая площадка 68 соединена с первым поднимающимся участком 82, который служит ведущей поверхностью, способствующей центрированию кольца 14 на гильзе 12а, что способствует созданию натяга на гильзе 12а. По существу, поверхности на кольце 14 облегчают установку кольца 14 на гильзе.

Обжимное кольцо 14 далее содержит внутреннюю поверхность 74. Внутренняя поверхность 74 выполнена, по существу, цилиндрической и соединена с поднимающимся участком 76 на конце 14b. Поверхности 66 и 56 служат сжимающими поверхностями.

Наклонный участок 76 имеет больший диаметр, чем внутренняя поверхность 74 кольца. Хотя на чертежах не показано, кольцо 14 может также содержать сбрасывающий конический сегмент, как известно специалистам. Этот сбрасывающий сегмент может быть выступом, определенным рядом с основным уплотнением 30, когда кольцо 14 установлено полностью. Угол поднимающегося участка 76, по существу, совпадает с углом рампы 48 и облегчает осевое перемещение обжимного кольца 14 за площадку 46.

На Фиг.6 обжимное кольцо 14 показано частично установленным или предварительно собранным на соединительном теле 12 в предварительно установленном положении. В этом положении поднимающийся участок 76 обжимного кольца 14 расположен рядом, но немного отстоящим от площадки 74 основного уплотнения. Благодаря посадке с натягом обжимное кольцо 14 удерживается на месте и может отправляться заказчикам в предварительно установленном положении на соединительном теле 12, что облегчает использование и монтаж фитинга конечным пользователем.

Как показано на Фиг.7, для полной установки обжимного кольца 14 на гильзу 12а со вставленной в нее трубой 16 для механического соединения и уплотнения фитинга 10 на трубе 16 можно использовать монтажный инструмент (не показан) для дополнительного продвижения обжимного кольца 14 на гильзу 12а к зацепляющемуся с инструментом фланцу 20. Осевое движение обжимного кольца 14 на соединительном теле 12 со вставленной в него трубой 16 приводит к радиальному движению тела 12 и, в частности, уплотнений 30, 32, 34 корпуса 12 в сторону трубы 16 или в трубу 16 для создания уплотнений и для механического соединения с ней. Кроме того, деформируются труба 16 и соединительное тело 12.

Тело 12 и обжимное кольцо 14 сконфигурированы так, что уплотнения 30, 32, 34 устанавливаются последовательно по одному, и сила восстанавливающей нагрузки прилагается к основному уплотнению 30, и все это происходит в предпочтительном порядке по мере того как обжимное кольцо 14 движется от положения предварительной установки к конечному установленному положению. Незадействованное уплотнение не устанавливает деформирующий контакт с трубой 16, пока предыдущее уплотнение не будет полностью установлено. Установка уплотнения означает, что зуб или зубья уплотнения обжаты или приведены в деформирующий контакт с трубой 16. Установка уплотнения считается завершенной (т.е. уплотнение полностью установлено), когда зуб или зубья этого уплотнения полностью внедрены в трубу 16 (например, когда внешняя поверхность 22, расположенная непосредственно напротив уплотнения 30 или 32, или 34, больше не имеет возможности радиального перемещения в результате прижатия внутрь конкретным участком обжимного кольца 14).

Альтернативно полную установку уплотнения можно определить как положение, когда приводное кольцо 14 ввело зуб или зубья уплотнения на максимальную глубину в трубу 16 или когда приводной конус приводного кольца 14 выравнивается с цилиндрическим участком с постоянным диаметром, когда кольцо 14 заходит за уплотнение. Труба 16 типично испытывает напряжение, превышающее предел упругости, когда уплотнения 30, 32, 34 продолжают врезаться в поверхность, и труба 16 начинает пластически деформироваться или двигаться радиально внутрь, что приводит к появлению постоянной деформации. Как показано на Фиг.7, зубья 50, 52, 54 основного уплотнения 30 врезаны в трубу 16 и деформировали ее и сами в некоторой степени деформировались. Это позволяет заполнить любые шероховатости или неровности поверхности, которые могут встретиться на внешней поверхности трубы 16.

Одновременно с радиальным движением тела 12 и деформацией трубы 16 обжимное кольцо 14 движется радиально наружу. Это радиальное движение обжимного кольца типично является упругим и приводит лишь к небольшому увеличению диаметра обжимного кольца 14.

Как показано на Фиг.7, обжимное кольцо 14 перемещено в осевом направлении на гильзе 12а тела до показанного окончательного положения установки. В этом положении обжимное кольцо 14 упирается во фланец 20 или зацепляется с ним. Альтернативно обжимное кольцо 14 может быть расположено рядом с фланцем 20 без контакта с ним. В конечном положении установки все уплотнения 30, 32, 34 установлены, и торсионный выступ 70 закусывает трубу 16. Взаимодействие между запирающим механизмом 58 соединительного тела 12, также именуемого канавками противоскольжения, внутреннего участка 56 и запирающим механизмом 72 обжимного кольца предотвращает или, по меньшей мере, снижает вероятность схода обжимного кольца 14 в осевом направлении с гильзы 12а.

В дополнение к деформации зубьев обжимного кольца 14 и трубы 16 также деформируется соединительное тело 12. Как показано на Фиг.7, тонкие участки 78 гильзы 12а стремятся повторить контур обжимного кольца. Это вызывается давлением, по мере того как кольцо 14 последовательно уплотняет различные уплотнения. Это дает преимущество, заключающееся в том, что деформированный радиально наружу участок 78 гильзы способствует удержанию приводного кольца 14 на фитинге 10. Это дополняет предохраняющее действие канавок 58, 72 противоскольжения.

Пример

Было проведено испытание иллюстративных фитингов 10, выполненных из материала углеродистой стали типа 4130 типоразмеров 1,5 и 2 дюйма на трубе А333/А106. Тест внутреннего воздействия проводился в соответствии с документом NACE TM0177 раствором A в течение 30 суток. Раствор А содержал 5% NaCl и был подкислен 0,5% ледяной уксусной кислоты. Испытания проводились с давлением H₂S в 1 атм при комнатной температуре (приблизительно 76ºF или 24,4ºС) для создания условий для сульфидного растрескивания (SSC). Раствор и образцы были предварительно деаэрированы с помощью N_2, после чего осуществлялась продувка H₂S в течение срока испытания. Первоначально водородный показатель рН был равен 2,7 и при достижении величины 3,8 восстанавливался. Никаких свидетельств SSC или коррозии под напряжением ни в одном из образцов обнаружено не было. Соответственно фитинги 10 были признаны пригодными для работы в кислой среде с температурными ограничениями парциального давления H₂S, перечисленными в документах NACE MR0175, NACE MR0103-2007 и ISO 15156. Допускается любая температура с ограничивающим парциальным абсолютным давлением H₂S равным 15 фунтов на кв. дюйм (1,034 бар). Преимущественно было обнаружено, что широко распространенный материал и марка углеродистой стали являются эффективными в качестве фитинга для работы в кислой среде, что позволяет отказаться от сварных соединений.

Для установки фитинга 10 на трубу 16 трубу 16 вставляют в соединительное тело 12. Затем кольцо 14 натягивают на гильзу 12а, пока оно не дойдет до фланца 20.

Различные части фитинга 10 можно изготавливать из пруткового материала, поковок или трубчатого материала.

Иллюстративный фитинг 10 для соединения с трубой 16 для работы в кислой среде содержит соединительное тело 12, кольцо 14, основное уплотнение 30, переходные секции 24, 26, внутреннее уплотнение 32 и внешнее уплотнение 34. Соединительное тело 12 имеет внутреннюю поверхность, определяющую отверстие для приема трубы 16 по меньшей мере на одном его конце. Кольцо 14 установлено по меньшей мере на одном конце соединительного тела для механического соединения соединительного тела 12 с трубой 16. Основное уплотнение 30 сформировано на внутренней поверхности соединительного тела 12. Переходные секции 24, 26 сформированы как выемка на внутренней поверхности соединительного тела 12 рядом с основным уплотнением 30. Переходные секции 24, 26 имеют первый участок первого диаметра и второй участок второго диаметра, при этом первый диаметр больше второго диаметра. Внутреннее уплотнение 32 сформировано на внутренней поверхности соединительного тела 12 и смещено внутрь от основного уплотнения 30 и по меньшей мере одного конца соединительного тела 12. Внешнее уплотнение 34 сформировано на внутренней поверхности соединительного тела 12 и смещено внутрь от по меньшей мере одного конца соединительного тела 12 и наружу от основного уплотнения 30. Когда кольцо 14 надето на по меньшей мере один конец соединительного тела 12 с усилием, кольцо 14 и соединительное тело 12 прилагают соединительное усилие к основному уплотнению 30, внешнему уплотнению 32 и внутреннему уплотнению 34 для герметичного соединения трубы 16 с соединительным телом 12.

Переходная секция может быть расположена между основным уплотнением и внутренним уплотнением, и первый диаметр может быть расположен непосредственно рядом с основным уплотнением. Переходная секция может включать внутреннюю переходную секцию и внешнюю переходную секцию, при этом внутренняя переходная секция расположена рядом с внутренней стороной основного уплотнения, а внешняя переходная секция расположена рядом с внешней стороной основного уплотнения. Основное уплотнение может включать по меньшей мере первое основное уплотнение и второе основное уплотнение, и внешний и внутренний переходные участки рядом с этими первым и вторым основными уплотнениями могут иметь, по существу, одинаковый внутренний диаметр относительно диаметрального положения каждого уплотнения.

Фитинг может содержать торсионный выступ, сформированный на внутренней поверхности соединительного тела, и расположен либо снаружи, либо внутри от внешнего уплотнения. Фитинг может содержать проходящий по окружности фланец, расположенный на внешней поверхности тела. Фланец является упором, в который упирается кольцо. Каждое из основного уплотнения, внутреннего уплотнения и внешнего уплотнения может быть непрерывным в направлении окружности.

Основное уплотнение может содержать первое основное уплотнение, второе основное уплотнение и третье основное уплотнение, при этом между первым, вторым и третьим основными уплотнениями расположены канавки. Первое основное уплотнение может быть расположено на внутренней поверхности соединительного тела на первом диаметре, второе уплотнение может быть расположено на внутренней поверхности соединительного тела на втором диаметре, а третье основное уплотнение может быть расположено на внутренней поверхности на третьем диаметре, при этом по меньшей мере один из первого, второго и третьего диаметров отличается от других диаметров. Каждое из основных уплотнений может иметь трапецеидальное сечение.

Внешнее уплотнение может быть двойным уплотнением. Кольцо выполнено с возможностью движения внутрь для последовательного прижимания основного уплотнения, внешнего уплотнения и внутреннего уплотнения по мере того как кольцо смещается внутрь. Каждое из внешнего, внутреннего и основного уплотнений врезается в трубу или деформирует трубу, когда кольцо проходит над соответствующим уплотнением. Кольцо является обжимным кольцом, которое содержит компрессионную поверхность для последовательного прижимания внешнего, основного и внутреннего уплотнения к трубе. Обжимное кольцо может иметь первый сегмент, расположенный рядом с концом кольца, и второй сегмент, расположенный внутри от конца кольца. Обжимное кольцо далее может содержать участок для снятия.

Соединительное тело может иметь первый конец и второй конец, при этом первый конец и второй конец являются зеркальными отображениями друг друга и на каждом конце расположено кольцо. Соединительное тело может иметь один конец для приема трубы и второй конец, который служит фланцем.

В другом примере фитинг для соединения с трубой для работы в кислой среде без сварных швов содержит соединительное тело, имеющее внутреннюю часть, определяющую отверстие для приема в нем трубы, и обжимное кольцо, надетое по меньшей мере на один конец соединительного тела для механического соединения соединительного тела с трубой. Кольцо и соединительное тело сформированы из высокопрочной низколегированной углеродистой стали, стойкой к коррозии в кислых средах. Высокопрочной низколегированной углеродистой сталью может быть сталь UNS413000 или UNS414000.

В другом примере фитинг для соединения с трубой в кислой среде содержит соединительное тело, имеющее внутреннюю поверхность, определяющую отверстие для приема в нем трубы по меньшей мере на одном его конце, кольцо, надетое по меньшей мере на один конец соединительного тела для механического соединения соединительного тела с трубой, и основное уплотнение, сформированное на внутренней поверхности соединительного тела. Основное уплотнение содержит первое уплотнение, второе уплотнение и третье уплотнение. Первое уплотнение расположено внутри на первом диаметре относительно внутренней поверхности соединительного тела, второе уплотнение расположено внутри на втором диаметре относительно внутренней поверхности соединительного тела, а третье уплотнение расположено внутри на третьем диаметре относительно внутренней поверхности соединительного тела, при этом по меньшей мере один из первого, второго и третьего диаметров отличается от остальных диаметров. Каждое из уплотнений образует зуб для врезания в поверхность трубы или для деформирования поверхности трубы.

Первое уплотнение может быть расположено внутри от второго и третьего уплотнений. Первый диаметр может быть больше, чем второй и третий диаметры. Рядом с основным уплотнением может быть расположена переходная секция. Переходная секция является углублением на внутренней поверхности соединительного тела и имеет первый переходный участок с первым диаметром и второй переходный участок со вторым диаметром. Первый переходный участок имеет первый диаметр, который расположен рядом с первым уплотнением, и имеет больший диаметр, чем второй диаметр второго переходного участка.

Термин "по существу" в настоящем описании является оценочным термином.

Хотя выше были описаны различные признаки заявленных вариантов, следует понимать, эти признаки могут быть использованы самостоятельно или в комбинации. Следовательно, заявленные варианты на должны ограничиваться конкретными описанными примерами.

Далее, следует понимать, что специалистам очевидны варианты и модификации, которые могут быть внесены в заявленные примеры. Описанные примеры являются иллюстративными. Настоящее описание может позволить специалистам изготовить и использовать альтернативные конструкции, имеющие альтернативные элементы, которые соответствуют элементам, описанным в формуле изобретения. Таким образом, заявленный объем изобретения может включать другие примеры, которые не отличаются или незначительно отличаются от буквального языка формулы изобретения. Соответственно объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения.

Группа изобретений относится к соединениям труб. Фитинг для соединения с трубой для работы в кислой среде содержит соединительное тело, кольцо, надетое на конец соединительного тела, основное уплотнение, сформированное на внутренней поверхности соединительного тела, переходный участок, расположенный рядом с основным уплотнением, внешнее и внутреннее уплотнения, сформированные на внутренней поверхности соединительного тела. Переходный участок сформирован как углубление во внутренней поверхности соединительного тела. Когда кольцо надето на по меньшей мере один конец соединительного тела с применением силы, кольцо и соединительное тело прилагают силу к основному уплотнению, внешнему уплотнению и внутреннему уплотнению для герметичного соединения трубы с соединительным телом. Фитинг выполнен из низколегированной углеродистой стали. Основное уплотнение содержит первый зуб, второй зуб и третий зуб. Описаны варианты выполнения фитинга для соединения с трубой. Изобретение повышает надежность соединения без применения сварочных работ в кислой среде. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Фитинг для соединения с трубой в кислой среде, содержащий:
соединительное тело, имеющее внутреннюю поверхность, образующую отверстие для приема трубы на по меньшей мере одном своем конце;
кольцо, надетое на упомянутый по меньшей мере один конец соединительного тела для механического соединения соединительного тела с трубой;
основное уплотнение, сформированное на внутренней поверхности соединительного тела;
переходную секцию, сформированную как углубление на внутренней поверхности соединительного тела рядом с основным уплотнением, при этом переходная секция имеет первый участок с первым диаметром и второй участок со вторым диаметром, при этом первый диаметр больше второго диаметра;
внутреннее уплотнение, сформированное на внутренней поверхности соединительного тела и смещенное внутрь от основного уплотнения и упомянутого по меньшей мере одного конца соединительного тела;
внешнее уплотнение, сформированное на внутренней поверхности соединительного тела и смещенное внутрь от упомянутого по меньшей мере одного конца соединительного тела и наружу от основного уплотнения,
причем кольцо надето на упомянутый по меньшей мере один конец соединительного тела за счет приложения силы, при этом кольцо и соединительное тело прилагают соединяющую силу к основному уплотнению, внешнему уплотнению и внутреннему уплотнению, достаточную для вызывания постоянной деформации трубы для тем самым герметичного соединения трубы с соединительным телом
причем основное уплотнение содержит первое основное уплотнение, второе основное уплотнение и третье основное уплотнение, при этом между каждым из первого, второго и третьего основных уплотнений расположены канавки,
причем первое основное уплотнение смещено внутрь от второго и третьего основного уплотнения,
причем первое основное уплотнение расположено на внутренней поверхности соединительного тела на первом диаметре уплотнения, второе и третье основные уплотнения расположены на внутренней поверхности соединительного тела на втором диаметре уплотнения, причем первый диаметр уплотнения больше, чем второй диаметр уплотнения.

2. Фитинг по п.1, в котором переходная секция расположена между основным уплотнением и внутренним уплотнением, и первый диаметр расположен непосредственно рядом с основным уплотнением.

3. Фитинг по п.1, в котором переходная секция содержит внутреннюю переходную секцию и внешнюю переходную секцию, при этом внутренний участок расположен рядом с внутренней стороной основного уплотнения, а внешний участок расположен рядом с внешней стороной основного уплотнения.

4. Фитинг по п.1, в котором внутренний и внешний переходные секции рядом с по меньшей мере первым и вторым основным уплотнениями имеют, по существу, одинаковый внутренний диаметр относительно диаметрального положения каждого уплотнения.

5. Фитинг по п.1, дополнительно содержащий торсионный выступ, сформированный на внутренней поверхности соединительного тела, при этом торсионный выступ расположен либо снаружи, либо внутри от внешнего уплотнения; и проходящий по окружности фланец, расположенный на внешней поверхности тела, причем упомянутый фланец обеспечивает упор, к которому прижато кольцо; и причем каждое из основного уплотнения, внутреннего уплотнения и внешнего уплотнения являются непрерывными в периферийном направлении.

6. Фитинг по п.1, в котором каждый из этих основных уплотнений имеет геометрию поперечного сечения, что обеспечивает плоскую трапецеидальную поверхность, расположенную для прижатия к трубе.

7. Фитинг по п.1, в котором внешнее уплотнение является двойным уплотнением, содержащим пару смежных независимых уплотнений, каждое из которых выполнено с возможностью прижатия к трубе.

8. Фитинг по п.1, в котором кольцо выполнено с возможностью движения внутрь для последовательного уплотнения основного уплотнения, внешнего уплотнения и внутреннего уплотнения относительно трубы по мере перемещения кольца внутрь.

9. Фитинг по п.8, в котором каждое из внешнего, внутреннего и основного уплотнений врезается в трубу или деформирует трубу по мере того как кольцо перемещается над соответствующим уплотнением.

10. Фитинг по п.1, в котором кольцо является обжимным кольцом, которое содержит сжимающую поверхность для последовательного уплотнения внешнего, основного и внутреннего уплотнений относительно трубы.

11. Фитинг по п.10, в котором обжимное кольцо имеет первый сегмент, расположенный рядом с концом кольца, и второй сегмент, расположенный внутри от конца кольца.

12. Фитинг по п.10, в котором обжимное кольцо дополнительно содержит участок для снятия.

13. Фитинг по п.1, в котором соединительное тело имеет первый конец и второй конец, при этом первый конец и второй конец являются зеркальным отражением друг друга и на каждом конце установлено кольцо.

14. Фитинг по п.1, в котором соединительное тело имеет первый конец для приема трубы и второй конец, служащий фланцем.

15. Фитинг для соединения с трубой в кислой среде без сварки, содержащий:
соединительное тело, имеющее внутреннюю часть, образующую отверстие для приема трубы, и дополнительно содержащий основное уплотнение, внешнее уплотнение расположенное снаружи от основного уплотнения, и внутреннее уплотнение, расположенное внутри от основного уплотнения,
причем основное уплотнение содержит первое основное уплотнение, второе основное уплотнение и третье основное уплотнение, при этом между каждым из первого, второго и третьего основных уплотнений расположены канавки,
причем первое основное уплотнение смещено внутрь от второго и третьего основного уплотнения и имеет больший диаметр, чем второе и третье основные уплотнения; и
обжимное кольцо, надетое на конец соединительного тела для механического соединения упомянутого тела с трубой,
причем при этом обжимное кольцо и соединительное тело прилагают соединяющую силу к основному уплотнению, внешнему уплотнению и внутреннему уплотнению, достаточную для вызывания постоянной деформации соединительного тела и трубы для тем самым герметичного соединения трубы с соединительным телом, и
причем упомянутое кольцо и соединительное тело выполнены из высокопрочной низколегированной углеродистой стали, стойкой к коррозии в кислой среде.

16. Фитинг по п.15, в котором высокопрочная низколегированная углеродистая сталь является сталью марок UNS413000 или UNS414000.

17. Фитинг для соединения с трубой в кислой среде, содержащий:
соединительное тело, имеющее внутреннюю поверхность, образующую отверстие для приема трубы на по меньшей мере одном своем конце;
кольцо, надетое на упомянутый по меньшей мере один конец соединительного тела для механического соединения соединительного тела с трубой;
основное уплотнение, сформированное на внутренней поверхности соединительного тела,
внешнее уплотнение распложенное снаружи от основного уплотнения и
внутреннее уплотнение расположенное внутри от основного уплотнения,
при этом основное уплотнение содержит первое уплотнение, второе уплотнение и третье уплотнение, причем первое уплотнение расположено внутри на первом диаметре относительно внутренней поверхности соединительного тела, второе уплотнение расположено внутри на втором диаметре относительно внутренней поверхности соединительного тела, и третье уплотнение расположено внутри на третьем диаметре относительно внутренней поверхности соединительного тела, при этом по меньшей мере один из первого, второго и третьего диаметров отличается от других диаметров, при этом каждое уплотнение образует зуб для врезания в поверхность трубы или деформирования поверхности трубы,
причем первое уплотнение расположено внутри от второго и третьего уплотнений и причем первый диаметр больше, чем второй и третий диаметры, и
причем кольцо и соединительное тело прилагают соединяющую силу к основному уплотнению, внешнему уплотнению и внутреннему ,остаточную для вызывания постоянной деформации соединительного тела и трубы для тем самым герметичного соединения трубы с соединительным телом.

18. Фитинг по п.17, далее содержащий переходную секцию, расположенную рядом с основным уплотнением, при этом переходная секция является углублением во внутренней поверхности соединительного тела и имеет первый переходный участок первого диаметра и второй переходный участок второго диаметра, причем первый переходный участок, имеющий первый диаметр, расположен рядом с первым уплотнением и имеет диаметр больший, чем второй диаметр второго переходного участка.