CN108351052B - 管道焊接接口设备 - Google Patents

Abstract

本专利申请涉及的设备制造简便，在焊接过程中，能够保护碳钢管道内部涂层不受损伤，保持其完整性，消除焊接接头区域内部所有可能出现的腐蚀，显著提高碳钢管道的使用寿命。该设备包括两个元件，在车间内分别被焊接在每段管道的两端。元件直径相同，在管道施工过程中通过焊接进行连接。焊接过程中产生的热量通过该设备进行耗散，使管壁温度不超过120°+/‑20°摄氏度。任何为流体运输线路设计的涂料均对该温度范围有耐受性。

Description

管道焊接接口设备

技术领域

用于输送流体的碳钢管道施工通过标准长度(6米、12米、18米)的管道衔接而成。这些长度的管道在车间进行内部和外部的加工和涂层后，被运送至施工地。内外涂层能够保护管道不被腐蚀，根据项目需要由工程师进行规定。

需要特别指出的是，管道和管材在直径和厚度方面存在概念上的区别。但是，最主要的区别是，若输送线路由结构元件构成，指的是“管道”，若线路仅设计用于运输，没有结构要求，则指的是“管材”。例如，热交换器使用管材，而大长度的流体管线则使用管道。鉴于上述区别，本专利申请适用于直径等于或大于152.4毫米(6英寸)的碳钢管道及其所有相关规定标准，尤其涉及为碳钢管道焊接接口处的腐蚀问题提供简便、高效和永久性的解决方案。

背景技术

碳钢适用于水(工业用水、海水或饮用水)、石油和天然气输送线路、消防网络、冷凝网络、蒸汽网络，压缩空气网络和工程需要的所有其他流体输送管道。若涉及腐蚀性流体，碳钢管道能够通过适当的涂层以保护管道不受侵蚀。最常用的防腐涂层为漆，这一工序在车间进行并适用于管道内外。漆可为液体，也可为粉末状，例如熔结环氧树脂(FBE)或可使用浸入法上漆。

流体输送管道内部涂层方案可分为二至三层，总厚度为0.5-0.8毫米。涂层与金属体间以及涂层之间应有良好的黏合度，形成连续均匀的整体。涂层方案应根据管道输送流体的化学和物理性质进行设计。

其他类型的碳钢管道内部涂层包括塑料片材(衬片)。这些塑料片材嵌入管道内部，片材外直径与管道内直径相同或略大。片材和管道仅表面接触，与金属间不存在黏合。建议在运输矿料或矿物浓缩物等高磨蚀性流体时，在管道使用塑料片材。

本专利申请设计的涂层指的是漆或其他与金属100％黏合的材料，不包括塑料片材或其他附加在金属管道内部而非黏合的材料。

当管道施工使用手工电弧或MIG焊接接口时，焊点温度超过1300摄氏度，这种情况会损坏、烧毁和碳化焊点20毫米范围内的内外涂层，使该区域的钢材裸露在外。在管道施工的过程中，外部涂层可进行修复，并不会很大程度上影响工程进度。但是，内部涂层维修所需的人员、设备和程序会对工程造成困难。鉴于管道内部维修的高度复杂性，维修成功的概率很低，另外，很有可能无法进行技术检测，证明或确保维修后的品质。因此，在实际操作中，很多时候，不对内部涂层进行维修，管道接口处从一开始就经受腐蚀。

除了焊接接口部分涂层的破坏，焊接的过程会在接口的周围产生焊接热影响区。焊接热影响区将会造成的不便在于，它会产生残余应力，转化为系统中的危险区域，成为阳极中心，加速区域性的腐蚀损害。因焊接热度对内部涂层造成破坏，从而使这些区域丧失防侵蚀保护，将加速接口的腐蚀过程，而这一腐蚀比例和速度取决于管道输送的流体特性。

例如，由12米长管道构成的120公里输送管需要10,000个焊接接口，因此，整条输送线会因内部涂层损害而产生10,000个危险区域。

当腐蚀损害表现为断裂时，必须停止操作，这会对工序的连续性造成不便，限制管道的使用寿命。维修的直接成本很高，但是，与停工造成的间接损失相比根本无足轻重。

需要通过管道进行不同流体输送的主要行业包括矿业、卫生领域、能源业和石化业。

流体输送管道最常用的材料为碳钢，因为碳钢的机械强度高，可承受高压，易于焊接。同时，与能够高度耐受许多腐蚀性流体并无需涂层保护的不锈钢和其他材料相比，碳钢的成本大大下降。不锈钢的主要限制因素是在焊接的过程中，由于不释放残余应力，焊接接口处在应力的作用下将暴露在腐蚀物质中。

流体输送管线也会使用HDPE高密度聚乙烯管道、FRP玻璃纤维加强聚酯管道和PVC聚氯乙烯管道，但这些管道在机械强度和在高压环境工作时，均存在限制。

碳钢管道根据具体项目的机械和运输要求进行设计。管道设计、直径、壁厚和钢材类型的选择由工程师根据国际标准(ANSI、ASME、API、AWS、ISO、ASTM和DIN等)决定。

管道可以直接支撑在地面上(悬空方式)或埋在沙床中。出于对线路和/或第三方的安全考虑，建议长距离的管道使用掩埋方式。

施工过程中，管道接口通过机械或焊接方式相连，其中焊接管道具有防水性，及在高压作业的情况下有更高的耐压强度。

机械连接方式通过螺栓加固接口。最常用的方式为法兰接头、维特利接头和德莱赛接头。这种连接方式的主要不便之处在于缺乏填充物和密封体系，会在空隙间造成泄漏和腐蚀。另外，许多类似的接口不适用于需要高压作业的网络。这类接口主要适用于直接支撑在地面上的管道，比较容易发现故障点。

掩埋管道更倾向于使用焊接接口。然而，其不便之处在于，焊接的高温会烧毁和破坏局部的内部涂层。

产生电化学腐蚀需要同时存在四个因素：阳极、阴极、电解质和导体。若除去上述任一因素，即可防止腐蚀的产生。防腐涂层的作用是消除电解质的作用。

碳钢是一种合金，鉴于其化学构成和冶金特性，在其表面产生不同的电化学势，形成阳极区(腐蚀)和阴极区(保护)。当两者出现在同一表面，并互相邻近时，就会产生电化学势，并在与电解质接触的情况下，在阳极区造成分界腐蚀和材料损失。

根据使用需求，市场提供不同类型的碳钢，它们的化学构成不同，具有不同的电化学势。由于电化学势的不同，在存在电解质的情况下，如果它们发生接触，就会产生原电池，从而加速阳极金属的腐蚀。碳钢焊接的支撑电极应与管道钢材兼容，因此，根据管道钢材进行选择。

对于腐蚀损失，应就直接成本和间接成本进行区分。直接成本指的是修复故障本身产生的成本，间接成本指的是停工期间产生的损失。根据故障规模和/或位置的不同，间接成本可较直接成本高出数倍。

因腐蚀产生损失相关的数据很高，并且在国际范围内没有记录。但是，美国防蚀工程师协会的研究显示，仅在直接成本方面，1998年，全美因腐蚀造成的损失总额为国内生产总值GDP的3.1％的左右，管道腐蚀造成的损失占GDP的0.54％左右(479亿美元)。另外，加拿大艾伯塔省能源监管局2013年的报告显示，在1990年至2012年间发生的所有管道故障中，54.8％源自内部腐蚀。

在对资料和近期全球大型管道工程进行研究后，我们得出的结论是，目前，市场对焊接接口区域内部腐蚀问题无法提供解决方案。

以下为本专利申请和现有文献的比较分析：

1954年6月2日，发明专利GB709794：

该专利的目的仅为防止焊渣和焊滴结积聚在管道内部。

该设计为一个环形腔室，作为收集焊渣和焊滴结的容器，不包括也没有提及焊接接口区域内部涂层的保护。

由于没有考虑到封闭环形腔室与管道运输流体接触位置的空隙，流体可能进入腔室对腔室内部进行腐蚀，并造成空隙处的腐蚀。也就是说，该发明无法解决管道接口区域内部腐蚀的问题，而这也是本专利申请所涉及的主要目的。

以上分析指出，该专利的应用领域和目的与本文件申请的专利完全无关。

1987年2月3日，发明专利US4640532A：

该专利发明使用水、冷空气或其他强制循环的冷却流体，作为焊接高温的冷却媒介。也就是说，该发明的概念是通过外部因素来吸收热量，若不存在该外部因素，则无法生效。因此，该专利发明需要使用压缩机、发电设备和泵，会加大管道施工的复杂性和成本，并需要在进行焊接的过程中不间断地对温度进行监控。一旦温度超过限制，则需停止焊接。也就是说，焊接过程将会受到限制，并受控于温度限制。从技术角度而言，这种情况不适用，而实际上，更是无法进行操作。

该专利分析指出，这一发明仅为内部涂层为塑料片材的管道设计，其输送流体仅限于磨蚀性流体，即高密度、重型、高固体含量的悬浮性流体(矿浆、矿物浓缩物)。

除此之外，专利文件指明在焊接结束后，冷却流体循环的沟槽空间应用液体环氧树脂进行填充。环氧树脂在加入固化剂后聚合并固化，该固化剂为最终产品的一部分。这些物质间的反应是一个放热过程，根据树脂的含量，释放的热量可以到达250摄氏度。由于沟槽已被环氧树脂填充，该系统无法冷却，释放热能可能会通过管道金属传输至涂层，使其熔化或降解。

该专利涉及的发明有超过30年的历史，然而，到目前为止还没有在工业上进行运用，而专利所有人Mc CONELL DOWELL CONTRUCTORS Ltd.是一家工业搭建公司。在工业上没有运用不是因为成本问题，而是因为该专利文件指出，这一发明较塑料片材涂层管道一般使用的法兰来说，更为经济实惠。另外，技术-经济分析表明，该专利在工业领域大规模使用的主要弊端在于其运用过程中的高复杂性，另外，它并不能解决管道接口腐蚀的问题，因为该设施保护片连接处会产生不封闭的缝隙，并在缝隙处产生高度破坏性的腐蚀。

简而言之，可以得出结论，本文件申请的专利在设计、施工、内部涂层种类、焊接高温的冷却系统、流体类型、原料和专利使用的复杂性是完全不同的，不可比拟，并且在应用范围、目的和领域也毫无关系。

2008年9月25日，发明专利WO 2008/113248A1：

和上文US4640532A号专利一样，该专利发明使用冷却流体作为焊接高温的冷却媒介，流体在焊接位置下方的小沟槽内循环。该发明的概念是通过外部因素来吸收热量，若不存在该外部因素，则无法起效。

因此，该发明需要使用发电设备、压缩机和泵，在原有施工程序的基础上加大施工难度。

如果，在此基础上，需要密封和阻塞供冷却剂注入和循环的小孔，该发明的实地应用所需要的不同设备、材料和原料将会增加管道施工过程中的成本、工期和复杂性。

综上所述，该专利实地运用的设计、施工、高温冷却系统、安装要求、原料和附加程序与本文件申请的专利没有可比性，并不对等。

1974年7月10日，发明专利GB1359676A：

该专利涉及波传输管材，当时主要运用在电信领域。专利设计针对包含空气和其他元素的管材，并不针对输送水或盐溶液等流体的管道。通讯领域施工的规定和技术要求为该领域所特有，与流体输送管道线路的规定和技术要求不同。

专利涉及的钢材管道内部涂层使用两种产品，形成双重体系，包括铜、铝、锡等金属导体为基础的涂层和油漆、树脂、涂料或塑料等最终介电涂层。双重涂层不可运用于拥有导电性能(电解质)的流体，因为第一层金属涂层的电化学势与碳钢不同，两者接触可以产生原电池，在存在电解质的情况下，阳极金属受损，被阴极金属腐蚀。在这种情况下，相对于碳钢，铜和锡为阴极金属，当存在水或盐溶液等电解质的情况下，涂层会对管道造成伤害。相对于碳钢，铝涂层为阳极金属，会因管道受损。

另外，介电涂层对化学物质和液态水的耐受度有限，且仅适用厚度很低(不超过0.2毫米)的一层。这两种情况使介电涂层无法在水或盐溶液等流体长期存在的条件下适用。

另外，该发明包括三个部分：两个终端和一个法兰。该法兰作为桥梁，在母管上方进行管材接口的焊接。这种方式能够防止这类管材涂层的损害，但无法抑制接口处产生的腐蚀过程，特别是两段管材接口空隙处的腐蚀，该区域不受保护，在出现潮湿或其他介质的环境中，可能产生腐蚀，一旦腐蚀加速，就会影响涂层。

该发明源自1974年，目前，该技术已被光纤取代。

简而言之，该专利的应用领域、设计、施工、涂层品质和机械性能与本文件申请的专利没有可比性并且没有任何关联。

1942年2月17日，发明专利US2273154A：

该发明通过两段管材叠加对焊接接口区域的内部涂层进行保护，其中一段管材嵌入另外一段。内管材会在管道内壁产生障碍和收缩，影响流体的自由流动，造成轻微的动荡。若该障碍物的方向与流体流动方向相反时，该效应将进一步加剧。除了在流体流动时产生障碍，内管材与管道内壁间会产生间隙，加速管道内壁的腐蚀。

该1942年2月的专利设计涉及制造复杂的元件，并且不包含管道施工过程中元件的正确组装和耦合所需的指南。

简而言之，该发明的概念、设计、施工、特殊性、机械性能、水力性能和生产复杂性与本文件申请的专利完全不同，不可相比较。

文献检索结论：

综上所述，上文所引用的专利在概念、目的和应用领域方面与本文申请专利不可比较、无法等同。目前，没有任何一种能够在工业上大规模应用的方式，能够满足和/或解决碳钢管道连接处的腐蚀问题。另外，在碳钢管道安装项目施工方面，近几十年来全球进行的项目没有证据表明这一困境已被解决。

发明内容

碳钢管道内部腐蚀产生的主要原因是内部防腐涂层的故障或缺失和热影响区的产生。

鉴于这一问题，解决方案是在管道施工的过程中，通过某种设备或装置，使接头焊接不影响管道内部涂层，同时阻止管道内部产生热影响区。

下面介绍的解决方案满足这两个方面的需要，并且满足流体输送工程所需的设计、操作和施工要求。

设备细节描述：安装在管道中的管道焊接接口设备，通过防止焊接热量对所述管道内部涂层造成损害来消除焊接接头的内部腐蚀，并以自然自发地方式消除所述焊接热量。该设备包括元件1与元件2，所述元件1与元件2组装形成封闭空间51，其中所述元件1和元件2均由两个同心环构成，一内环4,21以及一外环3,20，所述内环4,21的直径与管道的内直径38相同，所述两同心环之间通过实心钢片5,22相连；内环4具有一个凹槽8，所述内环21的楔形轨道29插入到凹槽8内；在内环4的凹槽8的最内侧开设有一弧形部9，在内环21的楔形轨道29的端部开设有一弧形部30，所述弧形部9和30用于限制氟橡胶圆柱环45。

内环4,21各自的内接触表面39之间设置有高黏性环氧树脂密封进行保护，防止设备因空隙产生的腐蚀。

用于分别连接元件1、元件2的内环和外环的实心钢片5,22的宽度10,23至少为50毫米，实心钢片5,22的厚度14,24至少是管道40,41厚度的两倍。

该设备的另一特征是，元件1的凹槽8与元件2的楔形轨道29组装的区域52的厚度至少是管道40,41厚度的两倍。

所述内环4的最小宽度12至少为30毫米加管道40,41厚度的两倍加焊接颈部18的宽度。

同样的，内环21的最小宽度32至少为楔形轨道29的宽度加20毫米加管道40,41厚度的两倍。

而外环3的最小外直径11和外环20的最小外直径33均相当于管道的内直径38加100毫米加管道40,41厚度的六倍，外环3的最小宽度16和外环20的最小宽度34均至少为23.5毫米加管道40,41厚度的两倍。

当元件1和元件2组装完成后，所述外环3,20间形成2至3毫米的间隙46，在所述间隙46处接头44以焊接连接。

该解决方案可以解决的其他问题包括：

a.鉴于其方式、设计、限制和规模，本专利申请涉及的设备能够使焊接产生的热自行耗散，自发而自然地，无需外部冷却或附加元素，不会加大安装工作的困难和/或增加管道施工的成本。

b.降低焊接接头区域温度的能力是恒定的，可重复的并且与大气变量无关。

c.在实地组装管道端口时，包含设备元件1和2，在外环斜面形成2至3毫米的准确、连续和均匀的间隙，便于焊接工作的开展。

d.在焊接设备外环斜面中央时，管道内壁温度不超过120℃+/-20℃。任何管道内部涂层均对该温度有耐受性，因此，在管道施工的过程中，原厂内部涂层能够在焊接接头区域保持不受损坏。

e.通过该设备达到的最高温度范围(120℃+/-20℃)，适用于任何厚度和直径等于或大于152.4毫米(6英寸)的管道，焊接方式为MIG焊和Arc焊。

f.可使用专为施工设计的任何类型涂层，并保护其不受损伤或破坏。包括AWWA标准和其他任何相关标准和要求中列出的涂层。

g.在管道施工的过程中，消除了对内部涂层进行修复的必要工序。

h.确保消除任何可能产生腐蚀的关键区域，包括管道接头处和设备本身。

i.能够在工业中大规模应用，也就是说，满足ASME、ANSI、API和ASTM标准，其中这些标准是管道设计中有关机械和水力的主要要求。

j.设备的焊接过程独立于所有外部因素，能够根据AWS标准，针对每一项目进行标准化。

k.除了满足管道设计和施工的国际标准要求，设备运用还能够保持管道正常的施工程序和标准，不影响管道施工的普遍做法。

l.在管道施工的过程中因缩短项目工期和操作简便而节约成本。

m.管道两端焊接的元件坚固，使管道在运输、操作和储藏的过程中不变形，因此，在管道连接的过程中，无需对任何可能的变形进行修复，也无需在两端使用横档。

n.设备元件外直径大于管道直径，并突出于管道。因此，其功能相当于胎面，使管道与地面分离，这样就能很大程度地减缓外部涂层的损坏，降低外部涂层的修复成本。

o.该设备设计简单、制造方便、稳固、坚韧，能够消除焊接接头区域的腐蚀损害，从而延长管道的使用寿命，在管道施工和使用的过程中，节约大量的成本。

p.在实地焊接管道后，原厂涂层保持不变，因此，接头处的防腐保护与管道其他部分保持相同的质量，消除系统中的所有危险点。

q.由于本专利申请提出的设备无需因腐蚀而进行维护，保证了长期的使用寿命和操作过程中的可信度。

r.本专利申请提供的设备能够解决管道接口内部腐蚀问题。这是工程领域的一大问题，到目前为止，在全球范围内还没有解决方案。

附图说明

本专利申请的相关图片包括：

图1：元件1。

图2：元件1正面图。

图3：元件1AA切面正面图。

图4：元件2。

图5：元件2正面图。

图6：元件2BB切面正面图。

图7：管道排列和搭建。

图8：图7的CC等距切面图。

图9：元件1和2内环黏接密封的应用区。

图10：组装后设备的元件1和2细节。

图11：元件1和2的组装区域细节。

图12：元件1和2之间焊接点(Q1,T1)的温度和热量耗散和分配机制。

具体实施方式

为了满足上述要求，以碳钢制作的设备包含两个元件1和元件2。在管道施工实地焊接时，焊接的大部分热量以自然自发地方式，通过该设备(图12)进行散发，不会损坏管道壁。

本文中所提到的楔形轨道29指的是一插入部，与凹槽8相配合。

设备元件的描述、结构和尺寸在图1至6中有所显示，以下为详细介绍。

元件1(图1、2和3)

元件1由两个同心环构成，一外环3和一个内环4，所述两环通过实心钢片5相连。两环间的分隔距离10至少为50毫米。连接两环的钢片厚度14至少为管道40,41厚度的两倍。

内环4对应于该设备承载管道所携带的流体通过的区域50，因此，内环4的内直径6应与管道的内直径38相同。内环4与管道连接的区域的厚度13应和管道40,41的厚度相同，内环4与元件2组装区域的厚度15应至少为管道40,41厚度的两倍。内环4通过一斜面7的焊接颈部18与管道相焊连42。内环4的最小宽度12应为30毫米加管道40,41厚度的两倍加焊接颈部18宽度。

内环4包含一个凹槽8，以便耦合和引导元件2。所述凹槽的最内侧有一个弧形部9，用于放置氟橡胶圆柱环45，防止管道运输的流体进入设备内部，并密封元件1和元件2的连接处。所述凹槽8深度需至少为10毫米。

外环3的最小外直径11相当于管道的内直径38加100毫米加管道40,41厚度的六倍。外环3的最小宽度16应为23.5毫米加管道40,41厚度的两倍。外环3的最小厚度17应至少为管道40,41的厚度，并且其切口应为斜面19，便于其和元件2的外环20的焊接。

元件2(图4、5和6)

元件2由两个同心环构成，一外环20和一内环21，所述两环通过实心钢片22相连。两环间的分隔距离23至少为50毫米。连接两环的钢片厚度24至少为管道40,41厚度的两倍。

内环21对应于该设备供管道所携带的流体流经的区域50，因此，内环21的内直径25应与管道的内直径38相同，内环21通过一斜面27的焊接颈部26的与管道相焊连43，焊接颈部的厚度28与管道40,41的厚度相同。所述内环21有一突出于元件2的楔形轨道29，用于元件1的耦合与嵌入，所述楔形轨道的端部设有一弧形部30，所述弧形部30将氟橡胶圆柱环45限于元件1的凹槽8最内侧的弧形部9内。该内环21与元件1组装区域的厚度31应至少为管道40,41厚度的两倍。该内环21的最小宽度32应为楔形轨道29的宽度加20毫米加管道40,41厚度的两倍加焊接颈部26的宽度。

外环20的最小外直径33为管道的内直径38加100毫米加管道40,41厚度的六倍。外环20的最小宽度34应最少为23.5毫米加管道40,41厚度的两倍。外环20切口应为斜面35，便于其和元件1的外环3的焊接。

图7显示管道的实地排列和最终的相应终端体系。终端36指的是管道与元件1相连的一端，终端37指的是管道与元件2相连的一端。

图8显示与管道内直径38相连的设备切面图。

图9显示使用环氧树脂密封的元件1和元件2的内接触面39区域。

图10显示焊接后设备的切面图细节。以下为细节描述：

40,41：母管，壁厚由工程设计决定。

42：设备元件1与管道的焊接接头，切面角度为38°ANSI B 16.5。

43：设备元件2与管道的焊接接头，切面角度为38°ANSI B 16.5。

44：设备元件1和元件2的外环焊接接头，焊接切面角度均为38°ANSI B16.5。

45：用于密封接头的氟橡胶圆柱环。该铜环的制作材料为氟化烃橡胶Viton，具有很高的耐化学性。

46：为了便于元件1和元件2的焊接，外环3和外环20的斜面间应有2至3毫米的间隙。

47：设备元件1和元件2之间的间隙表面，用环氧树脂密封(图9)。

48：管道内表面，表面涂层在车间内进行。

49：管道外表面，表面涂层在车间内进行。

50：流体流经管道的内部区域。

51：元件1和2之间的密封空间。

1：设备元件1。

2：设备元件2。

图11显示了元件1和2的内环4和内环21组装区域的细节。该细节显示了元件2的楔形轨道29和元件1的凹槽8之间的配合，以限制氟橡胶圆柱环45和受环氧树脂密封保护的内接触面39。

图12显示焊接热量自然自发消散的设计原理。图中，Q1和T1分别表示焊接点的热量和温度，Q2和T2为设备元件1耗散的热量和温度，Q3和T3为设备元件2耗散的热量和温度，Q4和T4为设备元件1和元件2之间的封闭空间辐射的热量和温度，Q5和T5为到达管道内壁48的热量和温度。

本专利申请提出的设备尺寸、形状和设计是基于对焊接点热量的分布元素的计算和模拟。这两种方法都证实了引发本专利申请的这一假设，即关于该设备根据其设计实现的焊接点处的热量自然自发耗散的假设，并且指出管道内壁的最高温度不超过120℃+/-20℃，并且对于任何管道直径超过152.4毫米(6英寸)的管道，该温度范围恒定且可重复。

综上所述，该设备样品是为直径203.2毫米(8英寸)，壁厚等级Sch40的管道制作的。温度计显示的实验结果为MIG焊接时，管道48内壁最高温度为108℃；Arc焊接时，管道48内壁最高温度为133℃。

从附图及说明书中，可知如何避免以下情况：

--通过使用氟橡胶圆柱环45，避免管道内部区域50运输的流体进入设备封闭空间51。

--通过在两个元件表面(如图9所示)使用高强度和高黏性的环氧树脂密封，避免对暴露于管道内部区域50运输的流体中的元件1和元件2之间的间隙47形成腐蚀。

本文中所提及的管道内部区域50不仅包括管道的内部区域，还包括由元件1和2的两内环组成的内部区域。

在具体项目中，工程师会根据管道输送流体的化学和物理性质对管道涂层进行设计。由于本专利申请适用于所有类型的涂层，包括AWWA标准和其他相关标准的涂层，因此，这给了工程师在选择最适合涂料过程中拥有技术独立性，而涂料不会受到损伤或破坏，并能够消除焊接接口的腐蚀风险。

设备安装和搭建程序：

当管道在车间进行喷砂处理和涂层涂覆之前，将元件1通过焊接接头42焊接至管道一端，将元件2通过焊接接头43焊接至管道另一端，使两元件分别成为每一段管道的终端36和终端37。管道焊接后，应清除所有的焊渣和焊滴。

在喷砂和涂层前，必须对作为两终端的元件1和元件2的内部进行保护。在对元件1和元件2采取保护措施后，应对管道和元件1和元件2的所有表面都必须进行喷砂处理，然后涂覆工程师指定的涂料涂层，两焊接接头42和43均被涂层保护，防止管道元件焊接过程中，在受热量影响的区域产生任何可能的电化学腐蚀。

涂料固化后，必须移除作为终端的元件1和元件2的保护，将高黏性环氧树脂施加到两元件内接触面39的整体内部以密封(如图9所示)，使设备空隙不受腐蚀。

黏性环氧树脂应具有以下特性：

--与碳钢表面高度黏合。

--以液体形态存在，具有适合的触变性，保证空隙表面保护封口的厚度恰当。

--不含溶剂或有毒元素。

--高度耐受水、盐和其他化学产品。

根据工程师确定的方案进行内外涂层的管道被运至施工地，并以这样形式进行排列：使一段管道与元件1相连形成的终端36和相邻的一段管道与元件2相连形成的终端37相对(如图7所示)。

在组装一段管道的终端36与另一段的终端37时，会在两终端的外环3和外环20的中央斜面的整个周边形成2至3毫米的连续间隙46，同时接头44以焊接连接。

这一设备的安装方式(元件1和元件2在车间进行焊接)能够清除焊接过程中产生的焊渣和焊滴，因此，消除了元件1和元件2与管道的焊接接头区域内部发生内部腐蚀的风险。也就是说，该工作程序能够完全保证无污染，并消除所有影响管道内部区域50输送流体自由流动的杂质和/或阻碍。

Claims (6)

1.管道焊接接口设备，能够使焊接热量自然自发地耗散，使焊接热量不对该管道内部涂层造成损害，消除焊接接头的内部腐蚀，该设备包括元件(1)和元件(2)，所述元件(1)和元件(2)组装形成封闭空间(51)，其中所述元件(1)和元件(2)均由两个同心环构成，一内环(4,21)以及一外环(3,20)；所述内环(4,21)的直径与管道的内直径(38)相同，所述两同心环之间通过实心钢片(5,22)相连；所述内环(4)具有一个凹槽(8)，所述内环(21)的楔形轨道(29)插入到凹槽(8)内；所述元件(1)的凹槽(8)的最内侧设有一用于放置氟橡胶圆柱环(45)的弧形部(9)，所述元件(2)的楔形轨道(29)的端部设有一将所述氟橡胶圆柱环(45)限制于弧形部(9)的弧形部(30)；所述内环(4,21)的内接触表面(39)用高黏性环氧树脂密封进行保护；在所述元件(1和2)的组装区域(52)，所述外环(3,20)间形成2至3毫米的间隙(46)，在所述间隙(46)处接头(44)以焊接连接，其特征在于，连接元件(1和2)的内环和外环实心钢片(5,22)的宽度(10,23)至少为50毫米，实心钢片(5,22)的厚度(14,24)、元件(1)的凹槽(8)与元件(2)的楔形轨道(29)组装的区域(52)的厚度均至少是管道(40,41)厚度的两倍。

2.根据权利要求1所述的管道焊接接口设备，其特征在于，所述内环(4)的最小宽度(12)为30毫米加管道(40,41)厚度的两倍加焊接颈部(18)宽度。

3.根据权利要求1所述的管道焊接接口设备，其特征在于，所述内环(21)的最小宽度(32)为楔形轨道(29)宽度加20毫米加管道(40,41)厚度的两倍加焊接颈部(26)宽度。

4.根据权利要求1所述的管道焊接接口设备，其特征在于，所述外环(3和20)的最小外直径(11和33)等于管道内直径(38)加100毫米加管道(40,41)厚度六倍；所述外环(3和20)的最小宽度(16和34)至少为23.5毫米加管道(40,41)厚度的两倍。

5.根据权利要求1所述的管道焊接接口设备，其特征在于，所述氟橡胶圆柱环(45)作为一密封口，防止管道内部区域(50)运输的流体进入并造成封闭空间(51)内部的腐蚀。

6.根据权利要求1所述的管道焊接接口设备，其特征在于，所述用环氧树脂密封的内环(4,21)的内接触面(39)有最小为0.5毫米的分隔，最大公差为+/-20％，防止空隙表面(47)的电接触，防止设备空隙的腐蚀。