CN1009678B - 两端连结的金属管的生产方法与设备 - Google Patents

两端连结的金属管的生产方法与设备

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Abstract

在其两端部连结起来的金属管子，特别是用于输油管道或燃油管道的管子，在其内壁上设置有热敏保护层。
在连结以后的管子的内壁上的靠近连结处并在连结以后仍然不带保护层的部位上也设置热敏保护层。
在很多情况下，各相邻的保护层材料的组分是相同的。

Description

本发明涉及大直径两端连结的金属管（例如直径等于或大于200毫米的输油管道或燃油管道），该管道的内壁设有热敏保护层。本发明还涉及为生产上述两端连结的金属管的方法与实现该方法的一种设备。
目前上述金属管都是成段地制成6至15米长的，并在其内壁根据其传输的流体种类设置防腐蚀或防磨蚀保护层。
述语“流体”在绝大多数情况下指液体石油，水，化学溶液以及在水中含有的各种固体，如小煤颗粒或各种矿泥的灰汁和悬浮液。
用于输送这些液体的金属管通常是设有内部保护的，而这种保护是根据各种环境条件和技术发展水平决定的，包括离心浇注水泥，沥青，加催化剂冷固化环氧树脂为基的保护层，热塑性树脂为基的保护层，热固性树脂为基保护层或弹性体为基的保护层。
所有这些保护层，由于它们在管子连结过程的温度下存在着开裂的倾向性，以及它们的可熔性或热解的倾向性，因而根据各种环境条件在上述管子的两端部需要留有一个不覆盖部分，该部分在管子轴线方向上尺寸大小一般是在其直径的0.5至2倍范围内变化，根据管子的直径，壁厚和保护层类型确定。
因此这些未覆盖保护层部分要遭受强烈的腐蚀或磨蚀，因为它是集中在局部位置上，而且当使用一段时间以后，就需要对管子进行花费很大的更换。
其它解决办法是在金属法兰盘设置以弹性体唇边支承在内保护层上，在这种情况下，可将弹性体铺设在各段管子的端部而不留任何不覆盖部 分。这种解决办法的缺点是弹性体唇边不能经受高的压力，仅专用于承受低的压力（在3，500千帕下）。
另一种解决办法包括采用不锈钢连结圈。这种解决方法仍然是一种承担昂贵费用的方法，而且当管子的内部保护层较厚时，甚至需要采用复杂的技术，例如当需要探寻一种特别高的抗磨蚀性保护层时。考虑到保护层的厚度，则必须形成一个台肩部分，在这种情况下，则良好的密封就难以得到了。此外，无论设置在管子内壁的热敏保护层组分是什么，在所有情况下，在两相邻的保护层的组分都是存在差异的，从而它们之间的抗磨性也是有差异的，这样则导致在该保护层的表面上的磨损就不同，而在长期使用中在各管子的靠近连结部位的内径就发生变化。
按照本发明所提供的解决办法所用费用低得多而且可以获得两端部连结的金属管，并在许多情况下，各相邻保护层的组分是相同的。
按照本发明，在连结以后仍然不覆盖保护层的部位，也同样设置有一种热敏保护层。
在本说明书中，所谓“在连结以后仍不覆盖保护层部位”是指在连结以后的管子的内壁上靠近连结的部位并在连结以后仍然未覆盖保护层。
在连结以后仍然不覆盖保护层的部位所设置的热敏保护层可以采用任何可熔性热敏材料为基的材料，它可以预制成薄片形式。更详细地说，上述材料可以选自至少配有一种热作用交联剂的热固性树脂，热塑性树脂或者弹性体。
对于在连结之前在各管上的内管上所设置的热敏保护层可以采用通常所用的任何材料诸如防水水泥，沥青，加催化剂冷固化环氧树脂，热塑性树脂，热固性树脂或弹性体。
可以提及的热塑性树脂有聚酰胺，碳氟树脂，聚乙烯和氯乙烯的聚合物。
聚氨酯是所提及的热固性树脂。
在管子连结以后仍然不覆盖保护层的部位上所设置的热敏层可以与连结以前在管子的内壁上所设置的保护层的组分不相同，但是在所有情况下最好是与连结以前在各管子的内壁上的保护层的以可熔性热敏材料为基的材料是相同的材料。
按照本发明，每个热敏保护层的厚度一般是在0.5至6毫米范围内，最好是由2至5毫米。
按照本发明的方法，在其两端已连结起来的管子内壁的热敏保护层，在连结之前至少在管子的一端的内壁上是不带保护层部分，在该部分上将一个可熔性材料薄片通过其一表面铺设在连结以后仍然不带保护层的部位上，然后将上述材料薄片加热至熔融状态并对该材料薄层的另一表面施加一个压力，该压力要足以使材料减薄和展宽，并将它焊接在与其靠近的保护层上。
施加于材料薄片另一表面上的相对压力一般是在10至100千帕之间。
按照本发明的方法预制连结起来的管子，是在管子的内壁上设置有一种热敏保护层部分，并至少在其一端上具有一个不带保护层部分，该保护层的获得可以采用已知的任何方法，通常是在加工车间内，通过将上述保护层材料铺设在管子的内壁上，铺层的长度要小于管子的长度，至少要在管子的一端上留有一个不带保护层部分或预留部分，该部分在管子轴线方向上的尺寸大小一般在直径0.1和2倍之间。该预留部分的作用是保护热敏保护层以免在管子连结操作过程中由于在该部位上温度的上升而导致保护层的熔化或高温分解。
按照本发明的方法，为了便于管子连结的准备，可以利用已知的任何方法将管子的两端连结在一起，例如采用焊接或钟形缝接头（bell-seam    fitting），以及更常用的采用堆焊的对接焊法。
当考虑本发明的方法，在每个管子的管壁上于连结之前在管子每个端要具有一个不带保护层的部分。在连结以后，两个不带保护层就构成 一个整体的连结后仍然不带保护层部分。
对于采用钟形缝接头焊接法连结时，仅在各管子的钟形端部的内壁上在连结之前具有一个与钟形部分相对应的不带保护层部分。在连结以后，各管子的一个包含端部的内壁的钟形部分是不与在连结以后仍然不带保护层部分排列一致，而且其宽度一般为上述空穴部分在管子的轴线方向测量的宽度的0.6至0.9倍，而其厚度为上述空穴下部分在径向测量深度的1.10至1.65倍。
术语“基本相等”的体积必须取其含义为薄片材料的体积与连结后所形成空穴部分的体积差别不得大于3%而且最好是与它相等，以及与连结后的仍然不带保护层部分排列一致性的。
材料薄片在本方法的条件下经过减薄，展宽并焊接在靠近的保护层以后形成热敏保护层以此作为连结后仍然不带保护层部分的保护层。
假如设置在连结以后仍然不带保护层部分的热敏保护层的组分与在连结之前设置在管子的内壁上的热敏保护层的组分与在连结之前设置在管子的内壁上的热敏保护层的组分不同时，则将具有粘性的粘合材料例如环氧树脂涂敷在准备放置在连结以后仍然不带保护层部分处的材料薄片的表面上和该材料薄片的各侧面上是有好处的。
该材料薄片的制备可以通过将一种外径基本等于管子不带保护层部分的内径的热敏材料圆管在其横向切断成一环而获得。上述热敏材料圆管可以通过例如旋转模型法制备，而其所用材料为热塑性树脂为基的材料，或者采用热塑性树脂为基或以热固性树脂为基的材料通过挤压成形制备。
述语“基本等于”必须取其含义为：上述热敏材料圆管的外经与管子不带保护层部分的内径的差值不大于1%而且最好是与它相等。
在本说明书内，所谓“管子不带保护层部分”是指在金属管子的内壁上未设置有保护层的部分。
本发明还涉及一种设备，该设备用于按照本发明的方法连结以后在金属管子的内壁上完成保护层的最终加工。
该设备是本发明的主题，它包括用于将材料薄片通过其一个表面铺设于连结以后仍然不带保护层的部分处并对上述材料薄片的另一表面施加压力的一种装置，和一种用于将该材料薄片加热至熔化状态的装置。
用于将材料薄片通过其一个表面铺设于在连结以后仍然不带保护层的部分处并在该材料薄片的另一表面上施加压力的一种具有优点的装置包括若干一般为金属的夹紧片，这些夹紧片是通过若干个安装在一个在管子内平行于其轴线方向最好是能在两个方向上运动的自推进式可移动小车上千斤顶所致动。这些夹紧片的外表面最好是经过抛光而且覆盖一层抗粘合剂例如有机硅树脂是有好处的，以便在材料薄片熔融以后不会发生材料粘合在夹紧片的外表面上。这些千斤顶可以采用电气或液压进行操纵。该小车可以通过电缆装置和千斤顶的液压导管进行遥控，或者可以利用一个蓄电池组，一套液压装置和一个程序控制装置安装在小车上进行独立工作。
关于将材料薄片加热至熔融状态的装置，可以是任何能够由管子的外部提供热量的例如一种感应加热装置，红外线加热装置或者一个加热环都可以用。
下面将结合附图对本发明的一个实施例进行描述。
图1是显示两个连结后的管子在轴线以上的一半部分的轴向剖示图，所表示的是该连结件在完成保护层的最终加工以前的情况。该图中的上部显示管子的外部，而下部显示管子内部情况。
图2，图3和图4是显示所述材料薄片的制备过程各连续步骤的立体示图。
图5是图1所示的两个管子经连结以后的位于轴线以上一半部分的轴向剖示图，用以显示正在进行保护层的最终加工。图中的上部显示管 子的外部，而图中的下部显示管子的内部情况。
图6是两个连结以后的管子的轴线上面一半的部分的轴向剖示图，它是本发明的主题。图中的上部显示管子的外部，而图中的下部显示管子的内部情况。
图7是管子的轴向剖示图和一个处于停止状态的自推进式小车位于图1所示连结后的管子的一个自由端位置的一个正面图。
图8是沿图7中的Ⅷ-Ⅷ线切取的一个剖示图。
图9是管子的一个轴向剖示图和一个处于停止状态的自推进式小车位于图1所示连结以后管子内部的一个正面图，在该位置上适于完成保护层的最终加工，图中显示刚刚完成上述保护层的最终加工。
图10是沿图9中Ⅹ-Ⅹ线切取的一个剖示图。
图1，5，6，7和9是显示管子1和2利用堆焊焊缝3以对接焊接法连结起来的。4和5表示热敏保护层以此分别作为连结以前设置在管子1和2的内壁上的保护层。
图2显示以可熔性热敏材料为基的圆管6。
图3显示通过沿着图2中两条虚线在圆管6上横向切下来的圆环7。
图4是显示在沿着图3中的虚线将圆环7横向切断所得的材料薄片8并在一个芯棒上进行热成形。
图5是显示材料薄片8通过其外部表面正在与连结以后仍然不带保护层的部分相接触的情况。
图6，9和10是显示以标号9表示的热敏保护层以此作为连结以后仍然不带保护层部分所设置的保护层。
位于管子1的进口处的自推进式小车10包括一个安装在一个方形截面并沿着管子1和2的轴向设置的支撑柱12上的驱动装置11和一个将材料薄片8通过其外部表面施加于连结后仍不带保护层的部分上并用于向着材料薄片8的内表面施加压力的装置13。该小车10上配置有两个轮子， 如由驱动装置11驱动的轮子14，和两个轮子，如安装在一个小轴（未显示）上的轮子15，该小轴支撑在一个固定在支撑柱12上的支架元件16上。
该装置13上包括四个千斤顶，如图中安装在支撑柱12上并绕着其轴线均匀排列，每个千斤顶，如图中17安装在支撑柱12的各侧表面的一个面上。每个千斤顶，如图中17在其端部配置有一个金属夹紧片，如图中18，其形状为一个圆的一段圆弧，该圆弧部分的外表面的曲率半径等于已覆盖管子1和2的内表面的曲率半径值，其长度等于已覆盖管子1和2内圆周长度的1/4。各夹紧片，如图中18的端部边缘都加工出坡口，要使其各夹紧片，如图中18处于打开位置时，两相邻的夹紧片的端部边缘要紧密地搭接在一起，所谓“打开位置”是指夹紧片的外表面形成一个连续的旋转圆周表面而其直径等于已覆盖管子1和2的内径值。夹紧片，如图中18的宽度通常是连结以后的管子仍然不带保护层部分在管子轴线方向测量宽度的2至4倍之间。
在本说明书中，所谓“已覆盖管子”是指金属管子在其内壁上已配置了热敏保护层。
图7和8中，各夹紧片，如图中18都是在其关闭位置。在其上对材料薄片8进行热成形的芯棒的直径通常要比夹紧片，如图中18在关闭位置时在离开支撑柱12的轴线最远的端部边缘通过的圆的直径小5至20%，最好是小8至12%。
在图9和图10中，各夹紧片，如图中18都是处于打开位置。
更一般地说，千斤顶的数量可以根据管子的直径由4至12范围内变化，支撑柱的横截面应当是与千斤顶的数量相等的规则的多边形，一个千斤顶要安装在支撑柱的每个侧表面上。每个千斤顶在其端部配置一个夹紧片，其形状为一个圆周的一段圆弧，而其外表面的曲率半径要等于已覆盖管子的内圆周长度除以夹紧片的数量所得商值。
自推进式小车10也具有使其独立进行工作的各种构件（未显示）， 包括：一个蓄电池组，一个液压装置和一个配置有用于通过放射性同位素或机械探测器来检测连结以后仍然不带保护层部分的系统的程序控制装置，该装置程序控制小车在合适的位置上停车，完成保护层的最后加工和使小车运动到管子1和2的一个自由端部。
该设备还有一个感应加热装置（未显示）安排在管子的周围与连结后仍不带保护层部分对正。
采用已经连结起来的管子1和2，材料薄层8和上面介绍过以及图7至图10显示的设备，现将该方法的进行过程描述如下：
将夹紧片，如图中18置于关闭位置，用手将材料薄片8根据在各夹紧片上所刻出的参考记号安放在其周围。自推进式小车10被安放在已连结的管子1和2的一个自由端部。当自推进式小车10调整至运动状态，它将到达合适的位置以便完成热敏保护层的最后加工。在每个千斤顶，如图中17的作用力的作用下，自动操纵地作用于相应的夹紧片，如图中18的内表面上，该夹紧片，如图中18打开并由此对着整个材料薄片8的内表面升起，则导致该材料薄片通过其整个外表面贴在连结以后仍然不带保护层的部分上。然后通过感应加热装置进行加热使材料薄片8处于熔融状态，与此同时处于打开位置的各夹紧片，如图中18则向着材料薄片8的内侧表面施加足够的压力，以便将它减薄，展宽并焊接在靠近的保护层上。感应加热装置就停止工作。处于熔融状态的材料通过自然冷却或者强力冷却，例如采用一种空气射流进行固化，然后将夹紧片，如图中18重新置于关闭位置，而自推进式小车就运动至管子1和2的一个自由端部。
按照本发明在端部已经连结的管子的一个典型的实施例如下所示：
举例：
所采用的设备如上所述并如图7至10所显示的。金属夹紧片在处于关闭位置的经过其端部边缘的离开支撑柱轴线最远的圆的直径为312毫 米。夹紧片的外表面径抛光并涂敷一层有机硅树脂。
一个长度为12米的钢管，其外径为400毫米而壁厚为4毫米，在其内壁上设置有厚度为4毫米的聚酰胺热塑性材料4、5，在管子的每个端部的余留部分在管子轴线方向的尺寸为60毫米。
当该管子与另一个相同的管子，通过对接焊法利用堆积焊缝连结起来以后，将一个聚酰热塑性材料薄片8以其外表面施加于连结以后仍不带保护层的部位上。该材料薄片是采用上面所述并参看图2至图4的方法制备的，是利用旋转模型法的一个外径为292毫米的上述材料圆管制备的，并在浸入湿度为95℃的水中急冷后在一个直径为280毫米的芯棒上经热成形成的。该材料薄片的宽度为80毫米而厚度为6毫米。作用于材料薄片上的内表面上的压力为20千帕。
当压力一施加在材料薄片上，就利用一个感应加热装置将各管子的金属部分加热使其温度上升，并将加热一直保持到焊缝处两侧的100毫米宽度区域内整个金属部分达到200℃的温度。
当温度达到200℃以后，加热即行停止，并通过一个风扇在整个金属表面上以循环的空气流进行强力冷却。
当自推进式小车已经达到管子的一个自由端部以后，就会发现在靠近连结的部位，在连结的管子内存在一个连续的内部保护层，而该热敏保护层就施加在连结后仍不带保护层的部分上而且与相挨近的保护层紧密地连结在一起。
用这种方法所制成的管子组件的抗蚀性试验是通过在管子中放入一种含有以重量比为80%的水和以重量比为20%颗粒尺寸在0.5和2毫米之间的煤颗粒的液体，在3.5米/秒速度下，并在15至20℃之间的温度条件下进行循环流动试验。
在经过循环流动时间为15000小时后，所观察的在每个热塑性保护层上的厚度损失包括在管子连结以前所设置的内壁保护层上和在管子连 结后仍不带保护层部位上以后所设置的保护层都不超过0，2毫米。

Claims (15)

1、两管子端部连结起来的金属管子的制造方法，其特征在于：其两端部连结后的管子的内壁上在连结之前至少在一个端部上不带保护层的部位上施加热敏保护层的最终加工是通过铺设一个可熔性材料薄片，以其一个表面贴在连结以后仍不带保护层的部位上然后将该材料薄片加工至熔融状态，并同时在该材料薄片的另一表面施加足够的压力以便将它减薄，展宽并焊接到与它靠近的保护层上实现的。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所施加在材料薄片上的相对压力是在10至100千帕之间。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述材料薄片的体积基本上等于连结时所形成的空穴部分的体积，并与连结后仍不带保护层部分排列一致，而其宽度在管子的轴线方向所测得的值为上述空穴部分宽度的0.6至0.9倍，而该材料薄片在径向上所测得的厚度值等于该空穴部分深度的1.10至1.65倍。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于：当在连结以后仍不带保护层的部位上所设置的热敏保护层的组分与在连结以前在管子的内壁上所设置的热敏保护层的组分不同时，要将一种具有粘合性的粘结剂涂敷在材料薄片的准备对着连结后仍不带保护层部位铺设的表面和该材料薄片的各侧面上。
5、如权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于：所述材料薄片是从该材料的圆筒通过横向切断所得的圆环再进行横向切断而制成的。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述材料的圆管其外径值基本上等于已覆盖管子的内径值。
7、一种用于制造两管子端部连续起来的金属管子的设备，其特征在于：该设备包括一种用于将该材料薄片以其一个表面铺设在连结以后仍不带保护层的部位上并在该材料薄片的另一表面上施加压力的装置和一种用于将该材料薄片加热至熔融状态的装置。
8、如权利要求7所述的设备，其特征在于：用于将材料薄片通过其一个表面铺设在连结以后仍然不带保护层的部位上并用于在该材料薄片的另一表面上施加压力的装置是由安装在可以沿着管子的轴线方向并可在管子内部移动的自推进式小车上的千斤顶致动的若干夹紧片组成。
9、如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述小车是通过电缆和千斤顶的液压导管进行远距离控制的。
10、如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述小车是利用一个蓄电池组，一套液压装置和一个程序控制装置，这些都是安置在小车上进行独立工作的。
11、如权利要求7至10中任何一项所述的设备，其特征在于：将材料薄片加热至熔融状态的装置是由任何一种能够由管子的外部提供热量的装置组成。
12、如权利要求11所述的设备，其特征在于：用于将材料薄片加热至熔融状态的装置是由感应加热装置，红外线热装置和加热环所形成的一组中选择的。
13、如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述夹紧片都是由一段圆弧形成的，该夹紧片的外表面的曲率半径等于已覆盖管子的内表面曲率半径而其长度等于已覆盖管子内圆周长度除以夹紧片数目所得的商值。
14、如权利要求13所述的设备，其特征在于：所述夹紧片的端部边缘都是加工成带坡口的，该坡口使当夹紧片处于打开位置时使两相邻的夹紧片紧密地搭接在一起，以便使其外表面形成一个直径等于已覆盖管子的内径值的连续的圆筒表面。
15、如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述夹紧片的宽度是在连结以后仍然不带保护层部分沿管子轴线方向所测得宽度的2至4倍。
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