CN1061749C - 碳钢管内外不锈钢防腐管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种碳钢管内外不锈钢防腐管及其制造方法属于工业用防腐管道复合管技术领域。本发明为了解决现有技术中此类管道造价高、不锈钢防腐管与中间的碳钢管1结合不够理想的问题。本发明的复合管结构主要采用0.2-0.4mm的内外不锈钢防腐管3、4和不锈钢防腐管3、4与碳钢管1之间利用粘接剂5。本发明的结构及其制造方法基本适用于各种腐蚀条件下的中间为碳钢管、低合金钢管、合金钢管、铸铁管和硬塑料管。

Description

碳钢管内外不锈钢防腐管及其制造方法

本发明提出的碳钢管内外不锈钢防腐管及其制造方法属于工业用防腐管道复合管技术领域。

碳钢管、低合金管、合金钢管、铸铁管、硬塑料管在防腐的工业用和民用管道中广泛使用，这些管道强度高、刚度大、造价低，通常可以满足一般的设计要求，然而，它们的不足之处是耐腐蚀性差或不耐腐蚀，在实际的防腐工程中，还需对这类管道进行内外防腐处理，通常这类管道的外防腐材料主要有：沥青、化学涂料、塑料、聚乙烯胶带、镀锌、镀镍等；这类管道的内防腐材料主要有：化学涂料、树脂砂浆、玻璃、镀锌、镀镍等。这些防腐材料虽然对于管道的防腐起一定的作用，但存在的缺点是：这些防腐材料大部份存在化学老化现象，防腐层易脱落，寿命不长；非金属类的防腐材料强度低，易腐损，并且它们不耐酸、碱以及各种腐蚀介质混合物的腐蚀，非金属类防腐材料也不适应较高的温度环境；上述内外防腐处理的管道焊接连接后防腐补口困难。

目前，已经提出了上述管道采用内外不锈钢防腐管道的措施，如申请号为97247903．1的实用新型专利“管道防腐层”，其技术内容是在金属管道的两侧面焊接不锈钢短接头、管道内外采用厚度为1mm以上的不锈钢防腐管，以及内外不锈钢防腐管与不锈钢短管通过焊接密封连接。这种金属管道采用内外不锈钢防腐管的结构基本可以解决管道内外的防腐问题，但还存在造价高、内外不锈钢防腐管与中间的管道结合不够理想等不足。

本发明专利的目的是针对上述现有技术中的不足，提出一种更经济和性能更佳的碳钢管内外不锈钢防腐管结构及其制造方法。

本发明如此的达到：

一种碳钢管内外不锈钢防腐管，其中间为碳钢管1，它的两侧端具有焊接连接的不锈钢短管2，碳钢管1的内外圆周表面上具有内外不锈钢防腐管3、4，该内外不锈钢防腐管3、4与上述的不锈钢短接头2通过焊接密封连接，其特征在于：

1)该内外不锈钢防腐管3、4的厚度为0．2-0．4mm，并且其长度比碳钢管1的两侧端各长出10-30mm；

2)该碳钢管1的两侧端的焊接的不锈钢短管2的长度应当比装入的内外不锈钢防腐管3、4的两侧端各长出30-50mm；

3)该碳钢管1的内外圆周表面与内不锈钢防腐管3的外圆周表面和外不锈钢防腐管4的内圆周表面之间各具有一粘接层5。

当碳钢管1的外部腐蚀条件不严重时，仅仅碳钢管1的内圆周表面上具有内不锈钢防腐管3，而碳钢管1的外圆周表面可以涂敷沥青、化学涂料、塑料中的一种或缠绕聚乙稀胶带。

当碳钢管1的外部腐蚀条件不严重时，还可以采用碳钢法兰盘6或者碳钢螺纹管接头7代替不锈钢短接头2，碳钢管1连同碳钢法兰盘6或者碳钢螺纹接头7的内圆周表面具有不锈钢防腐管3，碳钢管1与内不锈钢管3在两端用氩弧焊、等离子焊、激光焊密封焊接，碳钢管1连同碳钢法兰盘6或者碳钢螺纹管接头7的外表面具有沥青、化学涂料，塑料中的一种或者缠绕聚乙稀胶带。

采用碳钢法兰盘6或碳钢螺纹接头7当管与管连接时其中间应当配合防腐密封。

上述不锈钢短接头2和内外不锈钢防腐管3、4根据周围不同的腐蚀条件应当采用同样的不锈钢材料，该材料可以选择如下不锈钢材料中的一种：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铁素体-奥氏体双相不锈钢、析出硬化型不锈钢。

上述粘接剂5可选用环氧树脂粘接剂、聚氨脂粘接剂、环氧沥青粘接剂中的一种。

这种碳钢管内外不锈钢防腐管的制造方法，其特征在于：1)碳钢管1的两侧端通过焊接各密封连接一不锈钢短接头2；2)碳钢管1与内不锈钢防腐管3的贴合：

●选用其外径比碳钢管1的内径小0．05-0．1mm的内不锈钢防腐管3；

●在轧辊结构上采用双轴的上模8和下模9使上述的内不锈钢防腐管3缩径，其凹进圆弧长度为(1-3)mm×π；

●在内不锈钢防腐管3的外圆周表面上涂敷粘接剂5，并且该内不锈钢防腐管3放入碳钢管1之内；

●采用机械胀径法使内不锈钢防腐管3胀径，使其凹进部份胀出，恢复原来尺寸，并且该内不锈钢防腐管3的外圆周表面经过粘接剂5紧贴在碳钢管1的内圆周表面上。3)碳钢管1与外不锈钢防腐管4的贴合：

●选用其内径大于碳钢管1外径1-3mm的外不锈钢防腐管4；

●碳钢管1的外圆周表面上涂敷粘接剂5，并且使外不锈钢防腐管4套在碳钢管1上；

●通过孔模冷拔工艺使外不锈钢防腐管4的直径减少1-3mm，并且外不锈钢防腐管4的内圆周表面经过粘接剂5紧贴在碳钢管1的外表面上。4)内外不锈钢防腐管3、4分别与不锈钢短接头2通过焊接密封连接。

上述内不锈钢防腐管3的外圆周表面与碳钢管1的内圆周表面贴合也可以采用爆炸胀径法、水利胀径法、易燃易爆气体胀径法中的一种。

上述碳钢管1与不锈钢短接头2的焊接以及内外不锈钢防腐管3、4与不锈钢短接头2的焊接，由于选择不同的不锈钢种类而采用不同的焊接方法、不同的焊接材料的不同的焊前、焊后处理程序。

本发明的碳钢管内外不锈钢防腐管及其制造方法与现有拔术相比具有如下的优点：

1、由于内外不锈钢防腐管采用了更薄的0．2-0．4mm的厚度，因而节约了工程造价；

2、由于增加了粘接剂。因此明显改善了碳钢管与内外不锈钢防腐管间的结合强度。

本发明的碳钢管内外不锈钢防腐管及其制造方法基本适用于各种腐蚀条件下的中间为低合金钢管、合金钢管、铸铁管和硬塑料管。

下面结全附图详细说明本发明的碳钢管内外不锈钢管防腐管结构及其制造方法。

图1、本发明的碳钢管内外不锈钢防腐管的结构示意图；

图2、本发明的碳钢管1采用碳钢法兰盘6代替不锈钢短接头2的结构图；

图3、本发明的碳钢管1采用碳钢螺纹管接头7代替不锈钢短接头2的结构图；

图4、采用具有双辊的上槽8和下槽9的轧制结构对内不锈钢防腐管3缩径的示意图；

图5、采用机械胀径法对内不锈钢防腐管3胀径的示意图；

图6、采用水利胀径法对内不锈钢防腐管3胀径的示意图；

图7、采用爆炸胀径法对内小锈钢防腐管3胀径的示意图；

图8、采用易燃易爆气胀径法对内不锈钢防腐管3胀径的示意图。

图1示出了本发明的碳钢管内外不锈钢防腐管结构的示意图。

一碳钢管1两侧端各具有一焊接连接的不锈钢短管2，该不锈钢短管2根据周围腐蚀条件不同可以选择奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铁素体-奥氏体双相不锈钢、析出硬化型不锈钢中的一种。

该碳钢管1的两侧端的焊接连接的不锈钢短管2的长度应当比后来装入的内外不锈钢防腐管3、4的两侧端各长出10-30mm，并且该不锈钢短管2的直径和壁厚与碳钢1相同。

该内外不锈钢防腐管3、4壁厚为0．2-0．4mm。并且其长度应当比碳钢管1的两侧端各长出30-50mm。

该碳钢管1的内外圆周表面与内不锈钢防腐管3的外圆周表面和外不锈钢防腐管4的内圆周表面之间各具有一粘接层(5)；该粘接剂厚度为0．05-0．1mm。

上述粘接层5可以选用环氧树脂粘接剂、聚氨脂粘接剂、环氧沥青粘接剂中的一种。

当碳钢管1的外部腐蚀条件不严重时，可以采用碳钢法兰盘6或者碳钢螺纹管接头7代替不锈钢短接头2。图2表示了采用碳钢法兰盘6的结构，在碳钢管1的两侧端各焊接着一碳钢法兰盘6，它的内径同碳钢管1的内径相同，碳钢法兰盘6具有用于管与管连接的螺栓孔，碳钢管1连同碳钢法兰盘6的内圆周表面均具有内不锈钢防腐管3。该碳钢管1连同碳钢法兰盘6的外表面具有沥青、化学涂料或塑料等防腐材料或者缠绕聚乙稀胶带。

图3表示了采用碳钢螺纹管接头8的结构，碳钢螺纹接头7利用其端部的螺纹旋入碳钢管1的两侧，然后碳钢管1和旋入的碳钢螺纹管接头7的一半长度的内圆周表面具有不锈钢防腐管3。同样，该碳钢管1连同碳钢螺纹管接头7的外圆周表面具有沥青、化学涂料或塑料等防腐材料或者缠绕聚乙稀胶带。

图1、图4-图8表示了本发明的碳钢管内外不锈钢防腐管的制造方法。

如图所示首先根据周围腐蚀条件，选择一种不锈钢短管2与碳钢管1通过焊接密封连接，该不锈钢短管2的直径与壁厚与碳钢管1相同，焊接后的不锈钢短管2的长度应当比后来装入的内外不锈钢短管2的两侧端各长出10-30mm。该内外不锈钢管3、4的壁厚为0．2-0．4mm，其长度应当比碳钢管1的两侧端各长出30-50mm。

碳钢管1的直径为16-1625mm，壁厚2．5-20mm。

下面说明碳钢管1与内不锈钢3的贴合过程：

选用其外径比碳钢管1内径小0．5-0．1mm的内不锈钢防腐管3，把该内不锈钢防腐管3放入如图4所示的具有双辊的上槽8和下槽9的轧制结构中，由上槽8和下槽9的对内不锈钢防腐管3壁的共同作用，使不锈钢防腐管3缩径，其凹进圆弧长度为(1-3)mm×π；在内不锈钢防腐管3的外圆周表面上涂敷厚度为0．05-0．1mm的粘接剂5后使其放碳钢管1之内，接着采用机械胀径法使内不锈钢防腐管3胀径，机械胀径装置主要包括三个滚轮10-1，它们由三角支架10-2支撑在内不锈钢防腐管3内，三个滚轮10-1之间距离由内不锈钢防腐管3的内径确定，并且三个滚轮10-1的一部份紧压在内不锈钢管3的内壁上，当操作时，通过在三角支架10-2几何中心处设置连接件10-3而固定的转动轴10-4使三个滚轮10-1转动，同时又做轴向拖动，从而实现内不锈钢防腐管3的凹进部份胀出，恢复原状，并且经过粘接剂5贴合在碳钢管1的内壁上，机械胀径法的示意图如图5所示。

还可以利用图6所示的水利胀径法使内不锈钢防腐管3胀径，内不锈钢防腐管3两端设法密封后充满水11并且打水压，当水压增加到一定数值时，内不锈钢防腐管3的凹进部份恢复原状，并且通过粘接剂5紧贴在碳钢管1的内壁上。

还可以采用图7所示的爆炸胀径法，爆炸胀径时首先使内不锈钢防腐管3两端设法密封，充满水12-1，在水中间设置导火索12-2，在保证安全的条件下通过导火索12-2引爆，内不锈钢防腐管3在水压的作用下使凹进部份胀出，恢复原状，也通过粘剂5紧贴在碳钢管1的内壁上。

也可以采用易燃易爆气体胀径法，如图8所示，一种易燃易爆气体13，例如乙炔+氧，乙炔+空气、甲烷+空气、丙烷+空气中的一种充满两端封闭的内不锈钢防腐管3，后在安全的条件下，通过接入的火花塞14和高压线圈15，使易燃易爆气体起爆，从而达到内不锈钢管3胀径的目的。易燃易爆气体的数量可以通过计算与实验确定。

再说明碳钢管1与不锈钢管4的贴合过程：

如图1所示，选用的外不锈钢防腐管4的内径应当大于碳钢管1的外径1-3mm，碳钢管1的外径涂敷粘接剂5后，将不锈钢防腐管4套在碳钢管1上，然后，通过孔模冷拔工艺使外不锈钢管4的直径减少1-3mm，这样，使外不锈钢防腐管4经过粘接剂5紧贴在碳钢管1的外壁上。

最后，完成内外不锈钢防腐管3、4与同种不锈钢短接头2的密封焊接连接。

上述碳钢管1与不锈钢短接头2的焊接以及上述内外不锈钢防腐管3、4与不锈钢短接头2的焊接由于选择的不锈钢种类不同而选择不同的焊接方法、不同的焊接工艺和不同的焊前、焊后处理程序。

例如，奥氏体不锈钢短接头2与碳钢管1的焊接以及奥氏体内外不锈钢防腐管3、4与奥氏体不锈钢短接头2的焊接采用手工电弧焊或氩弧焊，焊接材料可以选用奥氏体钢焊条或奥氏体钢焊丝，焊接尽量减少碳钢管1的稀释，控制层间温度，一般不予热和后热，避免焊接热裂纹的产生。

实施例1：

直径φ76mm的无缝钢管，壁厚5mm，材质为20^#钢；不锈钢短接头直径φ76mm，壁厚5mm，材质为ICr18Ni9；材质为ICr18Ni9的内不锈钢防腐管外径φ66mm，壁厚0．4mm；，外不锈钢防腐管内径φ78mm，壁厚0．4mm，材质为ICr18Ni9。

碳钢管1与不锈钢短接头2焊接采用手工电弧焊，选用A307焊条，焊条直径φ3．2，焊接电流90-100A，直流反接，短弧焊接。

将内不锈钢防腐管3在带有上槽8和下槽9的轧制机构上轧制出圆弧长度大约为9mm的凹陷部份，接着在内不锈钢管3的外表面涂敷0．1mm厚的环氧树脂粘接剂5，后将其衬到碳钢管1的内壁上；内不锈钢防腐管3的两端与不锈钢短接头2的中间位置对齐，用圆钢棒把内不锈钢防腐管3两端凹陷部份打平贴紧碳钢管1后，利用水利胀径法胀径，内不锈钢防腐管3的两头堵上橡胶塞，向其内注满水，然后加压到2．5Mpa，稳压30分钟，放水，内不锈钢防腐管3紧贴碳钢管1的内壁上。利用非熔化极氩弧焊和奥氏体钢焊丝把内不锈钢防腐管3两端焊接到不锈钢短接头2上，并且保证密封。

在碳钢管1的外圆周表面上涂敷一层0．05-0．1mm的环氧树脂粘结剂，后外不锈钢防腐管4套在碳钢管1上，用孔模拉拔工艺使外不锈钢管4的内壁经过粘接剂5紧贴在碳钢管1的外壁上，最后，同样利用非熔化极氩弧焊进行外不锈钢防腐管4与不锈钢短接头2的密封焊接。

实施例2：

直径73mm、壁厚5．5mm的碳钢管1，其两端采用碳钢螺纹管接头7连接；内不锈钢防腐管3直径62mm、壁厚0，4mm，材质为ICr18Ni9。

内不锈钢防腐管3在轧制机构上采用上模8和下模9使其缩径，凹进圆弧长为9mm，接着，在内不锈钢防腐管3的外圆周表面上涂敷0．1mm厚的环氧树脂粘接剂5，并将其放入碳钢管1内；然后利用水利胀径法使内不锈钢防腐管1胀径，使其外圆周表面经过粘接剂5紧贴在碳钢管1的内壁上。贴合后，在两端利用微弧等离子焊将碳钢管1与内不锈钢防腐管3的两端密封焊接。在碳钢管1的外表面涂敷环氧漆，该组合装置做为油井用的防腐油管进行试验。

Claims (8)

1．一种碳钢管内外不锈钢防腐管，其中间为碳钢管(1)，它的两侧端具有焊接连接的不锈钢短接头(2)，碳钢管(1)的内外圆周表面上具有内外不锈钢防腐管(3、4)，该内外不锈钢防腐管(3、4)与上述的不锈钢短接头(2)通过焊接密封连接，其特征在于，

1)该内外不锈钢防腐管(3、4)的厚度为0．2-0．4mm，其长度应当比碳钢管(1)的两侧端各长出10-30mm；

2)该碳钢管(1)的两侧端的焊接的不锈钢短管(2)的长度应当比装入的内外不锈钢防腐管(3、4)的两侧端各长出30-50mm；

3)该碳钢管(1)的内外圆周表面与内不锈钢防腐管(3)的外圆周表面和外不锈钢防腐管(4)的内圆周表面之间各具有一粘接层(5)。

2．根据权利要求1所述的碳钢管内外不锈钢防腐管，其特征在于，当碳钢管(1)的外部腐蚀条件不严重时，仅仅碳钢管(1)的内圆周表面上具有内不锈钢防腐管(3)，而碳钢管(1)的外表面上具有沥青、化学涂料、塑料中的一种或者缠绕聚乙稀胶带。

3．根据权利要求1所述的碳钢管内外不锈钢防腐管，其特征在于，当碳钢管(1)的外部腐蚀条件不严重时，采用碳钢法兰盘(6)或者碳钢螺纹管接头(7)代替不锈钢短接头(2)，碳钢管(1)连同碳钢法兰盘(6)或者碳钢螺纹管接头(7)的内圆周表面具有内不锈钢防腐管(3)，碳钢管(1)与内不锈钢防腐管(3)在它们的两端头密封焊接连接，而碳钢管(1)连同碳钢法兰盘(6)或碳钢螺纹管接头(7)的外表面具有沥青、化学涂料、塑料中的一种或者缠绕聚乙稀胶带。

4．根据权利要求1所述的碳钢管内外不锈钢防腐管，其特征在于，上述不锈钢短接头(2)和内外不锈钢防腐管(3、4)根据周围腐蚀条件不同应当采用同样的不锈钢材料，该材料可以选择如下不锈钢材料中的一种：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铁素体-奥氏体双相不锈钢、析出硬化型不锈钢。

5．根据权利要求1所述的碳钢管内外不锈钢防腐管，其特征在于，上述粘接剂(5)可选用环氧树脂粘接剂、聚氨脂粘接剂、环氧沥青粘接剂中的一种。

6．按着权利要求1所述的碳钢管内外不锈钢防腐管的制造方法，其特征在于，1)碳钢管(1)的两侧端通过焊接各密封连接一不锈钢短接头(2)；2)碳钢管(1)与内不锈钢防腐管(3)的贴合：

●选用其外径比碳钢管(1)的内径小0．05-0．1mm的内不锈钢防腐管(3)；

●在轧辊结构上采用双轴的上模8和下模9使上述的内不锈钢防腐管(3)缩径，其凹进长度为(1-3)mm×π；

●在内不锈钢防腐管(3)的外圆周表面上涂敷粘接剂(5)，并且该内不锈钢防腐管

(3)装入碳钢管(1)之内；

●采用机械胀径法使内不锈钢防腐管(3)胀径，使其凹进部份胀出，恢复原来尺寸，并且该内不锈钢防腐管(3)的外圆周表面经过粘接剂(5)紧贴在碳钢管(1)的内圆周表面上。3)碳钢管(1)与外不锈钢防腐管(4)的贴合：

●选用其内径大于碳钢管(1)外径1-3mm的外不锈钢防腐管(4)；

●碳钢管(1)的外圆周表面上涂敷粘接剂(5)，并且使该外不锈钢防腐管(4)套在碳钢管(1)上；

●通过孔模冷拔工艺使外不锈钢防腐管(4)的直径减少1-3mm，并且外不锈钢防腐管(4)的内圆周表面经过粘接剂(5)紧贴在碳钢管(1)的外表面上。4)内外不锈钢防腐管(3、4)分别与不锈钢短接头(2)通过焊接密封连接。

7．根据权利要求6所述的碳钢管内外不锈钢防腐管的制造方法，其特征在于，上述内不锈钢防腐管(3)外圆周表面与碳钢管(1)的内圆周表面贴合可以采用爆炸胀径法、易燃易爆气体胀径法和水利胀径法中的一种。

8．根据权利要求1、4、5、6、7所述的碳钢管内外不锈钢防腐管，其特征在于，材质为20^#钢的碳钢管(1)；直径φ76mm，壁厚5mm；材质为ICr18Ni9的不锈钢短接头；直径φ76mm，壁厚5mm；材质为ICr18Ni9的内不锈钢防腐管(3)，外径φ66mm，壁厚0．4mm；材质为ICr18Ni9的外不锈钢防腐管(4)内径为φ78mm，壁厚0．4mm；

内不锈钢防腐管(3)的外表面和碳钢管(1)的外表面涂敷0．05-0．1mm的环氧树脂粘结剂(5)；

碳钢管(1)的两侧端各具有焊接的不锈钢短接头(2)，碳钢管(1)的内圆周表面具有由机械胀径法贴合的不锈钢防腐管(3)和碳钢管(1)的外圆周表面具有孔模拉拔工艺而贴合的外不锈钢防腐管(4)；

内外不锈钢防腐管(3、4)与不锈钢短管(2)焊接密封连接。

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