CN101205994A - 带有易焊接接头结构的内衬耐蚀金属复合管道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内衬耐蚀金属复合管道，其端部和内衬管为耐蚀金属，外层基体管为碳钢或低合金钢。端部和内层管的耐蚀金属用以抵抗介质腐蚀，基体管的碳钢或低合金钢用以保证力学强度。当两根这样的管道焊接后，将会在管道内部形成连续的耐蚀金属管道，从而保证整体管道具有耐蚀金属的耐蚀性。在两根上述复合管道焊接接头部分的力学强度较低时，可采用(1)增加管接头壁厚；(2)利用纤维增强复合材料增强；或(3)利用夹具注填料技术进行增强。该发明的内衬管可以是不锈钢、镍基合金、高含镍铬合金、钛合金等耐蚀金属。本发明的复合管耐蚀性好，易加工，且成本低。

Description

带有易焊接接头结构的内衬耐蚀金属复合管道
发明领域
本发明涉及带有新型接头结构的内衬耐蚀金属复合管，所述的复合管的内部为连续的耐蚀金属结构，其接头部分可采用已知技术增强。
本发明的复合管解决了耐蚀复合管最薄弱的管接头防腐蚀问题，保证了管道内部形成连续的耐蚀金属结构，极大地提高管道的耐蚀性。本发明的复合管避免了因复合管管接头腐蚀失效而导致输送介质泄漏事故的发生。该复合管能够替代价格昂贵的不锈钢等耐蚀金属管，具有较好的经济性；又避免使用可能造成严重腐蚀的碳钢或低合金管道，从而又具有不锈钢等耐蚀金属的良好耐蚀性。
背景技术
国际国内大多数油气田含有CO2、H2S等腐蚀性介质，导致油气集输和输送管道发生腐蚀，往往造成停工停产、人员伤亡和环境污染等恶性事故。国内外解决管道内腐蚀的方法包括采用缓蚀剂、内涂层管、耐蚀金属材料、玻璃钢或塑料管材、双金属复合管等方法。
其中双金属复合管一般采用普通碳钢和低合金钢做为外层的基体管，不锈钢等薄壁耐蚀金属管做为内衬管。外层的基体管为复合管提供强度支持，而且成本较低；内衬管用以提供优良的防腐性能，由于其用量较少，成本也不会太高。使用双金属复合管在防腐性能上可以代替价格昂贵耐蚀金属管道，而其成本却远远低于耐蚀金属管道。
但双金属复合管具有现场焊接施工难度大的弱点。现有的双层管管接头焊接方法有可能造成接头处的耐蚀金属不连续，使其成为整个管道的最薄弱环节，服役过程中往往会被优先腐蚀，造成爆炸和泄漏事故。
为了克服现有双金属复合管道在接头处焊接后造成的上述缺点，本发明在现有双金属复合管道的基础上，侧重优化焊接接头连接结构，发明了两种新型的内衬耐蚀金属复合管道，彻底克服了现有双金属复合管道焊接接头耐蚀性不足和现场焊接困难的弱点。
本申请人的在先专利申请200610066654.X，其发明名称是“用于焊缝补强的碳纤维复合材料和方法”，其中公开了用于焊缝补强的碳纤维复合材料和应用所述的材料进行焊缝补强的方法。
本发明的复合管避免了因复合管管接头腐蚀失效而导致输送介质泄漏事故的发生。该复合管能够替代价格昂贵的不锈钢等耐蚀金属管，具有较好的经济性；又避免使用可能造成严重腐蚀的碳钢或低合金管道，从而又具有不锈钢等耐蚀金属的良好耐蚀性。
发明内容
本发明的目的是提供带有新型接头结构的内衬耐蚀金属复合管道，所述的复合管的内部为连续的耐蚀金属结构，其接头部分可采用已知技术增强。
本发明的内衬耐蚀金属复合管适用于各种含腐蚀介质的流体输送管道，例如含CO2、H2S介质的油、气输送管道。
本发明的内衬耐蚀金属复合管有两种结构。
本发明结构一的内衬耐蚀金属复合管由中间管体和两端管体组成，中间管体由外层基体金属管和内层内衬管所构成，两端管体为单层金属管，其中中间管体的内层内衬管和两端管体的单层金属管是耐蚀金属管。
该复合管中间管体的外层基体管可以是碳钢、低合金钢或者其它高强度低成本合金，其内层内衬管可选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属。在制作中间管体时，外层基体金属管和内层内衬管的连接可以利用爆炸焊接或水压机械成型或其它任何可以将内外管一体化的方法把基体管与内衬管结合在一起。
该复合管的两端管体的单层金属管，可以根据内部介质腐蚀性的不同而选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属。所述中间管体的内层内衬管和两端管体的单层金属管的材质可以相同或不同，优选相同。中间管体与两端单层管通过异金属焊接的方式进行焊接连接。
本发明结构一的内衬耐蚀金属复合管的示意图如附图1。
当本发明复合管道的接头部分强度因设计或其他要求需要增强时，所述的金属复合管可采用下述方法中的至少一种对管接头进行增强：
(1)增加两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(2)采用增加外层基体管的两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(3)利用纤维增强复合材料或者夹具注填料的方法对管接头进行增强。
在上述增强方法中，所述的纤维增强复合材料中的增强纤维可以是诸如碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维等具有增强效果的纤维。在使用上述纤维增强复合材料对金属复合管进行增强时，可采用本领域已知的湿法缠绕纤维增强，或使用预成型纤维复合材料缠绕增强。应用上述纤维复合材料进行增强的方法例如本申请人的专利申请200610066654.X。
本发明结构二的内衬耐蚀金属复合管由外层基体管和内层内衬管组成，其中外层基体管由中间管体和两端管体组成，内层内衬管由一个连续的管体构成，其中内层内衬管和两端管体是耐蚀金属。
所述复合管的外层基体管的两端管体可以根据内部介质腐蚀性的不同而选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属，中间管体部分可以是碳钢、低合金钢或者其它高强度低成本合金。所述复合管内层内衬管可以根据内部介质腐蚀性的不同而选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属。所述复合管的外层基体管的两端管体和内层内衬管的材质可以相同或不同，优选相同。
在制作外层基体管时，采用异金属焊接的方法连接外层基体管的中间管体和两端管体；所述金属复合管的外层基体管和内层内衬管可以通过爆炸焊接、水压机械成型或其它可以将内外管一体化的任何方法进行加工。
本发明结构二的内衬金属耐蚀复合管的示意图如附图2所示。
当本发明复合管道的接头部分强度因设计或其他要求需要增强时，所述的金属复合管可采用下述方法中的至少一种对管接头进行增强：
(1)增加两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(2)采用增加外层基体管的两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(3)利用纤维增强复合材料或者夹具注填料的方法对管接头进行增强。
在上述增强方法中，所述的纤维增强复合材料中的增强纤维可以是诸如碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维等具有增强效果的纤维。在使用上述纤维增强复合材料对金属复合管进行增强时，可采用本领域已知的湿法缠绕纤维增强，或使用预成型纤维复合材料缠绕增强。应用上述纤维复合材料进行增强的方法例如本申请人的专利申请200610066654.X。
本发明的另一目的是提供了一种连续耐蚀管道，该管道由多个结构一或结构二所述的金属复合管通过焊接方法连接成内部为连续耐蚀的管道。当两个上述的复合管进行连接时，可以直接进行焊接，以完成相邻管道的连接。由结构一构成的连续耐蚀管道参见附图4或6；由结构二构成的连续耐蚀管道参见附图5或7。
本发明的内衬金属耐蚀复合管解决了复合管接头的耐蚀性问题，能保证管道在连接之后复合管的内部由连续的耐蚀金属构成，具有完整的防腐性能，极大地提高了管道的耐蚀性。
附图说明
图1为本发明内衬耐蚀金属复合管结构一的示意图，其中1是金属复合管的中间管体部分的外层基体金属管；2是金属复合管的中间管体部分的内衬管；3是金属复合管两端的单层金属管。
图2为本发明内衬耐蚀金属复合管结构二的示意图，其中4是外层基体管的中间管体部分；5是内层内衬管；6是基体管的两端管体。
图3为本发明内衬耐蚀金属复合管(结构一)的中间管体部分的横截面示意图，其中7是内衬管的焊接缝。
图4是两个本发明的复合管(结构一)的对接示意图，其中8是两个复合管之间的对接环焊缝；9是复合管中间管体与两端单层金属管部分的连接环焊缝。
图5是两个本发明的复合管(结构二)的对接示意图，其中10是两个复合管之间的对接环焊缝；11是外层的基体管中间管体与两端管体的连接环焊缝。
图6是两个本发明的复合管(结构一)的对接示意图，其中复合管两端单层金属管的壁厚比中间管体壁厚大，以增强管接头的承压能力。
图7是两个本发明的复合管(结构二)的对接示意图，其中外层的基体管的两端管体壁厚比基体管中间管体壁厚大，以增强管接头的承压能力。
具体实施方式
为了进一步阐述本技术所涉材料及施工工艺，给出了下述实施例。但是，这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1(结构一)：
(1)准备长度为2米的规格为Φ325×7mm的无缝碳钢管。利用机械喷砂设备对基体管内部进行喷砂处理，喷砂处理后再用酒精擦洗干净
(2)利用厚度为1mm的不锈钢钢板在制管机上制成长2米外径为Φ315mm的不锈钢焊管，采用钨极氩弧焊焊接，并把焊缝外余高打磨平整。
(3)把内衬管放入碳钢管内，使用静水压挤压的方法，把内衬不锈钢管与外层碳钢管连接为一体。连接完成后利用切割工具把复合管两端切割平整并打磨坡口，即完成复合管中间管体的制备工作。
(4)制备两个长为0.2米，规格为Φ325×7mm的无缝不锈钢管，对其端部进行打坡口处理。利用异种金属焊接方法，把两段不锈钢管分别焊接到(3)种所述的复合管中间管体两端，完成复合管的制备。
实施例2(结构二)：
( 1)准备长度为2米的规格为Φ325×7mm的无缝碳钢管，在该管的两端制备坡口。
(2)制备两个长为0.2米，规格为Φ325×7mm的无缝不锈钢管，对其端部进行打坡口处理。利用异种金属焊接方法，把两段不锈钢管分别焊接到(1)种所述的碳钢管上两端，得到基体管。
(3)喷砂设备对基体管内部进行喷砂处理，处理完毕后再用酒精将管内擦洗干净。
(4)利用厚度为1mm的不锈钢钢板在制管机上制成长2.4米外径为Φ315mm的不锈钢焊管，采用钨极氩弧焊焊接，并把焊缝外余高打磨平整。
(5)对内衬管和基体管进行爆炸焊接得到复合管。焊接完成后利用切割工具把复合管两端切割平整并打磨坡口，即完成复合管的制备工作。
本发明提供的双金属复合管是一项实用的生产技术，可用于各种焊接管道，例如输气输油管道的建设。
以上已详细描述了本发明的实施方案，对本领域技术人员来说很显然可以做很多改进和变化而不会背离本发明的基本精神。所有这些变化和改进都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属复合管，该复合管由中间管体和两端管体组成，中间管体由外层基体金属管和内层内衬管所构成，两端管体为单层金属管，其中中间管体的内层内衬管和两端管体的单层金属管是耐蚀金属管。
2.按照权利要求1所述的金属复合管，其中所述中间管体的外层基体金属管可以是碳钢、低合金钢或者其它高强度低成本合金管；所述中间管体的内层内衬管可选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属管；所述两端管体的单层金属管可以选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属管；其中所述中间管体的内层内衬管和两端管体的单层金属管材质相同。
3.按照权利要求1或2所述的金属复合管，其中所述外层基体金属管和内层内衬管的连接可以使用爆炸焊接方法进行加工，也可以使用水压机械成型的办法进行加工，或使用其它可以将内外管一体化的任何方法进行加工；其中所述中间管体与两端管体通过异金属焊接的方式焊接连接。
4.按照权利要求1所述的金属复合管，其中所述的金属复合管可采用下述方法中的至少一种对复合管的接头部分进行增强：
(1)增加两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(2)采用增加外层基体管的两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(3)利用纤维增强复合材料或者夹具注填料的方法对管接头进行增强；
其中所述的纤维增强复合材料中的增强纤维可以是具有增强效果的碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维；在利用纤维增强复合材料对金属复合管进行增强时，可采用湿法缠绕纤维增强，也可使用预成型纤维复合材料缠绕增强。
5.一种连续耐蚀管道，该管道由多个权利要求1-4任意一项所述的金属复合管通过焊接方法连接成内部为连续耐蚀的管道。
6.一种金属复合管，该复合管由外层基体管和内层内衬管组成，其中外层基体管由中间管体和两端管体组成，内层内衬管由一个连续的管体构成，其中内层内衬管和两端管体是耐蚀金属。
7.按照权利要求6所述的金属复合管，其中所述的外层基体管的中间管体部分，可以是碳钢、低合金钢或者其它高强度低成本合金管；所述外层基体管的两端管体可以选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属管；其中所述的内层内衬管可以选择不锈钢、镍基合金、镍铁基合金、钛合金或者其它耐蚀金属管；其中所述外层基体管的两端管体和内层内衬管的材质相同。
8.按照权利要求6或7所述的金属复合管，其中所述外层基体管的中间管体与两端管体通过异金属焊接的方式焊接连接；其中所述的外层基体管和内层内衬管的连接可以使用爆炸焊接方法进行加工，也可以使用水压机械成型的办法进行加工，或使用其它可以将内外管一体化的任何方法进行加工。
9.按照权利要求6所述的金属复合管，其中所述的金属复合管可采用下述方法中的至少一种对复合管的接头部分进行增强：
(1)增加两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(2)采用增加外层基体管的两端管体壁厚的方法对管接头进行增强；
(3)利用纤维增强复合材料或者夹具注填料的方法对管接头进行增强；
其中所述的纤维增强复合材料中的增强纤维可以是具有增强效果的碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维；在利用纤维增强复合材料对金属复合管进行增强时，可采用湿法缠绕纤维增强，也可使用预成型纤维复合材料缠绕增强。
10.一种连续耐蚀管道，该管道由多个权利要求6-9任意一项所述的金属复合管通过焊接方法连接成内部为连续耐蚀的管道。
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