CN110494227B - 用于涂覆管的方法以及涂覆设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于外部涂覆具有内覆层(3)、尤其是内镀层的管(2)的方法，所述方法包括：在涂覆设备(1)中提供管(2)，通过加热装置(10)局部地加热管(2)的待涂覆的外表面区域，通过冷却装置(11)在被加热的外表面区域中局部地冷却内覆层(3)，从而在该处在管(2)和内覆层(3)之间的过渡区(14)中不超过第一界限温度(TG1)，并且在待涂覆的外表面区域中不低于第二界限温度(TG2)，借助于涂覆装置(8)涂覆被加热的外表面区域。本发明也涉及一种用于进行这种方法的涂覆设备(1)。

Description

用于涂覆管的方法以及涂覆设备
技术领域
本发明涉及一种用于涂覆具有内衬层、尤其是内镀层的管的方法。
背景技术
越来越多地需要耐腐蚀的、引导介质的引导管，该引导管例如用作水路管、气路管或油路管。
尤其是，在油和气的制造工业中，对耐腐蚀的管的需求增加，因为未来将要输送的流体将具有更高的水含量以及更高的硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)浓度。这种腐蚀性越来越高的产品也常常必须在更远的距离中在偏远地区输送并且在更高的压力下输送。
适合用于这种介质的管是具有内覆层、内衬层或内镀层的钢管，与由耐腐蚀的钢制成的管相比，这种钢管具有成本优势。
尤其是，设有由耐腐蚀的钢制成的内镀层的镀覆的钢管成功地用于输送湿的且腐蚀性的原油和天然气产品。作为涂层材料(镀层)，例如使用耐腐蚀的高质量钢，例如316L、Alloy 825、Alloy 625，或者同样具有高强度和良好的耐腐蚀性的双相高质量钢。
为了制造内镀层的管，存在两种基本方法：
一方面，已知所谓的冶金镀层的管，该管由辊轧镀层的或爆炸镀层的预制材料(板材，金属板)制成，随后，通过变形(辊轧，切边)和焊接从预制材料制成管。在此，钢材料和耐腐蚀的涂层材料通过扩散桥固定地以冶金的方式相互连接。
另一方面，存在机械镀层的管，在其中，将耐腐蚀的内管穿入外钢管中，并且借助于液压成型方法机械地成型。此时，借助于水压使内管和外管共同地膨胀。在水压消失时，由于外管的更高的弹性回弹率，内管被置于压力内应力状态中，使内管浸入外管中。
在这种传统的膨胀方法的改进方案中，发展出所谓的“辊轧镶衬”方法。在此，从平的金属板(两个金属板)出发或者从管(外管和内管)出发，通过在使内管变形或内管滚轧时金属板移动到外管中，产生机械的压紧。在所有情况中，都在内管和外管之间产生固定的机械连接，然而不存在通过扩散桥产生的固定的以冶金方式的连接。然而，与冶金镀层的管的制造相比，该方法的成本显著更低。
此外，也存在内涂覆的管，该管设有有机的腐蚀保护部(例如见专利文献DE 2 348751 A)。这种内覆层例如可为液态涂敷的环氧树脂层或者多层的可熔覆层，在其中，将以粉末形式的环氧树脂混合物涂敷到加热的管的内表面上。这种有机覆层的虽然相对耐腐蚀，然而在研磨性的介质穿流这种管时，其使用寿命有限。
对于油和气管路，预制引导管区段，并且在工厂之外完全涂敷。作为覆层，通常的是三层聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯)覆层(见ISO 21809-1)。然而，为此必须将管的外表面加热到150℃至250℃之间的温度上，因为在该温度下粉末状地涂敷的环氧树脂组分才转变成熔化物，相互混合，以期望的方式相互反应，并且随后在所谓的凝胶时间之后凝固，并且紧接着固化，并且由此形成用于其它层结构的基础层。
从专利文献EP 1 045 750 Bl中已知，在涂覆之后从内部冷却管，以用于尤其是在焊缝区域中改善外覆层的固化。
在该涂覆方法中，引导所述管穿过环形的感应线圈，感应线圈加热整个管区段。通常，有机的内覆层不能承受这种温度。镀层的管以及尤其是机械地镀层的管同样仅仅有限地适合用于这种预备的加热处理，因为由于外管(碳-锰-钢材料)和内管(耐腐蚀的高质量钢)不同的热膨胀系数，可能损害或者甚至可能完全断开在管之间的连接。由此，所述用于热辅助地施加有抵抗性的外覆层的方法不能用于这种管，并且必要时必须使用抵抗性较弱的外覆层系统。
发明内容
本发明的目的是，提供一种外部涂覆方法，其中，至少部分地消除以上所述的缺点。另一目的在于，实现用于执行这种方法的相应的涂覆设备。
根据第一方面，本发明提出一种用于外部涂覆具有内覆层、尤其是内镀层的管的方法，所述方法包括以下步骤：
-在涂覆设备中提供管，
-通过加热装置局部地加热管的待涂覆的外表面区域，
-通过冷却装置在被加热的外表面区域中局部地冷却内覆层，从而在该处在管和衬层之间的过渡区中不超过第一界限温度，并且在待涂覆的外表面区域中不低于第二界限温度，以及
-通过涂覆装置涂覆被加热的外表面区域。
本发明的第二方面涉及一种用于执行根据本发明的方法的涂覆设备，所述设备包括：
-加热装置
-冷却装置
-涂覆装置
-温度传感器，以及
-控制装置。
从附图以及以下对实施方式的说明中得到其它方面以及特征。
附图说明
现在，示例性地参考附图描述实施方式。其中：
图1示出了根据本发明的涂覆设备的示意图，
图2以另一视图示出了图1中示出的涂覆设备，
图3示出了待涂覆的管的放大的截面图(图2中的细节A)，同时示出了在管壁横截面上的温度曲线的示意图，以及
图4示出了根据本发明的用于涂覆管的方法的示意图。
具体实施方式
在参考附图详细描述实施方式、确切的说该方法之前，首先一般性地解释实施方式。
在根据本发明的第一方面的根据本发明的方法的一种实施方式中，首先依次地并且在进行的过程中同时执行以下方法步骤：首先在涂覆设备中提供管。通过加热装置局部地加热管的待涂覆的外表面区域。在相同的或直接邻接的区域中通过冷却装置局部地冷却内衬层。如此使加热和冷却相互协调，使得在管和衬层之间的过渡区中不超过第一界限温度。此时，如此选择该界限温度，使得内衬层本身和在内衬层(内管)和管材料(外管)之间的连接都不承受该温度。在金属的内衬层已经在金属镀层方法中被施加到管的内壁上的情况下，这尤其是应该注意的。
同时，如此使局部的加热和局部的冷却相互协调，使得在待涂覆的(加热的)外表面区域中不低于第二界限温度。该界限温度本身构成用于涂覆的重要的过程参数。尤其是在熔化在管表面上的粉末覆层的情况下，这是重要的，因为该温度用于所需的熔化和固化过程。
在相应地调整的参数(第一界限温度和第二界限温度)下，利用涂覆装置涂覆被加热的外表面区域。
术语“内衬层”主要包括金属的衬层，即，由耐腐蚀的高质量钢制成的镀层，例如双相钢，超级双相钢，以及合金，例如316L、Alloy 625、Alloy 825和铜镍9010(根据相应的材料标准和管-油和气标准/规定：例如API5LD，Saudi Aramco等)。然而，结合本申请，术语“内衬层”不应限制在这种衬层上，而是同样也包括如下的衬层或覆层，所述衬层或覆层或是幅面式地以加衬方法施加，被熔化或者液态地施加。其中例如包括液态环氧树脂的，防锈涂装的，或者其它有机的覆层，但是也可包括具有热融结环氧(FBE)底漆的所谓的三层聚烯烃覆层。
在金属衬层或金属镀层时，第一界限温度在40℃至80℃之间。在有机覆层或涂装时，该温度也可更低。
为了能设置高质量的外覆层(例如FBE底漆)必须达到的第二界限温度为150℃至250℃。但是，对于其它涂覆材料，该温度也可更高或更低。
存在这样的方法，其中，通过调整在一方面管和另一方面加热装置、冷却装置和/或涂覆装置之间的相对进给运动，辅助热引导。此时，主要是以进给运动引导待涂覆的管经过以上所述的装置。该进给运动例如可为螺旋形的运动，在其中，绕管轴线的旋转运动与沿着管轴线的方向的进给运动组合。但是，也可以分阶段的方式执行进给运动，从而在管的360°旋转期间施加涂覆条带，并且随后继续引导整个管经过确定的量，该量相应于涂覆条带的宽度。
可仅仅通过管的运动执行进给运动，该管借助于合适的输送装置引导经过加热装置、冷却装置和涂覆装置。但是，在其它实施方案中，也可使上述装置自身进行部分运动。例如，可通过合适的旋转机构调整管的旋转运动，而通过在管外部上或管内部中通过可动的设备支座执行相应的平移运动。为此，可设置可移动的支撑件或轨道。
存在这样的方法，其中，通过利用冷却装置施加到内衬层上的冷却流体进行冷却，并且在此调整冷却流体流和/或冷却流体温度。以这种方式，可准确地调整所需的热导出。作为冷却流体，可考虑能以期望的量以及以期望的温度提供的合适的气体或液体，尤其是水。
使用气体或气体混合物具有的优点是，可在没有附加的排出或收集装置的情况下使用。尤其是，可以最低的消耗并且在没有附加的气体供给装置的情况下提供空气流用于冷却。仅仅需要用于建立压力以及必要时用于调节冷却空气温度的设备。
必要时，水冷却更有效，因为通过水流能实现更高的冷却作用，并且冷却水可毫无问题地通过管导出并且引导回冷却循环中，从而在此也可保持水消耗相对地小。
存在这样的方法，其中，通过一个或多个温度传感器获取在加热装置、冷却装置和/或涂覆装置的作用区域中管的表面温度。于是，在控制中使用一个或多个表面温度值来调整进给运动、冷却流体流和冷却流体温度，使得第一和/或第二界限温度保持在期望的范围中。就此而言，术语“控制”是概括性的，并且由此不仅包括狭义的控制，而且包括调节过程或者以反馈的方式调整期望的控制参数的调节。
在此，如此构造和设置控制装置，使得控制装置可选地获取、调整以及必要时改变以下参数中的单个参数或任意组合：
-在加热装置、冷却装置和涂覆装置的作用区域中的管的表面温度。在此，可获取、处理和/或调整在管的外壁上的以及在管的内壁上的温度。
-管的多轴的相对进给运动(旋转的和/或平移的)，
-加热装置、涂覆装置和/或冷却装置的距离调节；
-涂覆质量流的控制。
存在这样实施方案，其中，冷却装置布置于在待涂覆的管的内部延伸的支座上。在此，可以简单的方式进行冷却装置相对于涂覆装置和/或加热装置的定位。冷却装置也可可移动地和/或可调整地布置在支座上，从而通过可移动性也可实现冷却装置相对于管的相对运动。
存在这样的实施方案，其中，在冷却装置上设置调整装置，通过该调整装置可调整冷却装置的位置和/或定向。这进一步改善了冷却装置的调整可行性方案并且进而改善了冷却参数。
存在这样的实施方案，其中，加热装置具有感应装置、气体燃烧装置和/或辐射加热源。感应装置在管的铁素体材料中产生涡电流，涡电流的能量通过专门的电阻部分地被转换成热并且导致管的加热。这种热源以几何上严格限制的方式在准确地通过感应线圈规定的磁通量的范围中产生期望的热。以这种方式，可实现准确的局部的热输送。可通过感应式地工作的加热装置准确地确定热影响区间的形状(例如圆形的，有角的，椭圆形的)和/或其数量和分布。
但是，补充地或备选地，也可设置更多或更少的常见的气体燃烧装置或者其它流动或辐射热源(热空气，红外线辐射器)，以进行期望的热供给或者材料的预热。在此，辐射热源可具有电地或通过石油燃料加热的辐射面。
温度传感器构造成激光高温计的实施方案允许快速且无接触的温度确定。温度传感器可安装在几乎任意的位置上，并且被调整以监控在不同位置上的温度(例如在加热装置的区域中，在冷却装置的区域中或在涂覆区域中)。由此，也可在临界的区域中获得温度曲线(例如在加热装置和涂覆装置之间在管的外侧上，但是或者也在加热装置和冷却装置之间在管的内侧上)，以由此确定并调整对于在管的外侧上的以及在管和衬层之间的过渡区中的过渡区域中的重要的界限温度的准确维持。在备选的实施方案中，也可使用合适的接触式温度感应器。
存在这样的实施方案，其中，涂覆设备配备有用于执行相对进给运动的至少一个分量、尤其是旋转运动的管输送装置。例如可通过合适的大型管旋转机构进行该旋转运动，通过该大型管旋转机构可调整尽可能适合涂覆的旋转运动以控制覆层施加。因此，接纳管的旋转机构自身又可构造成可移动，以进行附加的纵向运动，从而实现了螺旋形的进给运动(连续的进给)。在其它实施方案中，也以分阶段的方式沿着管轴线进行纵向进给，即，在涂覆时在多个环中一段一段地进给。
在其它实施方案中，为了执行相对进给运动的至少一个分量、尤其是平移运动，涂覆设备设置成具有一个或多个用于接纳加热装置、冷却装置、涂覆装置和/或温度传感器的可调整的装置支座。于是，在这种实施方案中，(多个)装置平移地沿着管的外表面或内面(连续地和/或以分阶段的方式)运动，并且由此彼此一致地执行相对进给运动的分量。通过这种实施方案，除了旋转运动之外，可在涂覆过程期间以静止的方式接纳管。这例如简化了冷却水循环与内冷却相结合的实现方案，于是可为冷却水循环实现明显更紧凑的水收集和循环装置。
回到图1和2，图1和2示出了根据本发明的涂覆设备1的一种实施方式，涂覆设备1用于外部涂覆具有内覆层3的管2，内覆层3在此构造成内镀层。管2由适合油和/或气的钢材料(所谓的X级，例如X65)制成，并且典型地具有12.7mm至60mm的壁厚，并且以典型的方式用作在油和气输送工业中的管路。内镀层由奥氏体的不锈钢、双相钢或含镍合金以2mm至6mm的壁厚构成。
涂覆设备1包括旋转和输送设备4，旋转和输送设备包括用于使管旋转的旋转滚子5以及纵向输送元件6。旋转滚子5用于，使管2沿周向绕旋转轴线7旋转，并且纵向输送元件6用于，沿着旋转轴线7执行平移运动。
在另一未示出的实施方式中，旋转和输送设备4也可构造成布置在引导轨道上的旋转机构，在其中，旋转滚子5使管旋转并且整个旋转机构可沿着旋转轴线7运动。
为了涂覆管2，设置涂覆装置8，涂覆装置沿着螺旋线或环形线均匀地将涂覆材料施加到管2的外侧上。通过在相对进给运动中的两个分量9a和9b产生该螺旋线。在此，分量9a是旋转分量，并且分量9b是管2相对于涂覆装置8的相对进给运动的平移分量。
涂覆材料以粉末形式被施加，并且在被加热的管外表面2a上熔化。加热装置10用于加热管外表面2a，加热装置10构造成感应器，并且如此程度地加热管外表面或管2，使得达到在涂覆装置8的区域中190℃的期望温度(第二界限温度TG2)并且不低于该温度，从而得到期望的融化过程。
此外，在管的内部中设置冷却装置11(见图2)，冷却装置布置在伸到管2的内部中的支座12上，将冷却水喷射到内覆层的内表面上，从而在过渡区14(见图3)中不超过35℃的确定的界限温度(第一界限温度TG1)。
温度传感器15用于获取温度，温度传感器构造成红外高温计，并且在加热装置10的区域中获取管的表面温度。支座12以可选地能以沿箭头方向16调整的方式与支撑件17耦联，支撑件包括调整机构，调整机构沿竖直方向16调整支座12。
附加地或备选地，冷却装置11布置成可沿方向18绕旋转轴线7摆动(即冷却装置的调整)，从而可沿周向在加热装置和涂覆装置之间调整(见图2)冷却剂流K(见图3)。以这种方式，可优化地调整局部的冷却作用。
可选的是，在加热装置10和涂覆装置8之间设置其它的温度传感器来获取外表面的温度，和/或设置相应的传感器来获取(内覆层3的)内表面温度。
为了控制涂覆设备1，设置控制装置19，控制装置通过信号和控制线路20与旋转和输送设备4、支撑件17的调整装置、加热装置10、涂覆装置8、温度传感器15以及(未示出的)冷却装置11耦联。控制装置19调整(调节或控制)以下参数中的一个或多个：
-通过旋转和输送设备4提供的相对进给运动的旋转和/或平移分量9a、9b，
-加热装置10的加热功率，
-涂覆装置8的涂覆材料的施加量或涂覆流B(见图3中的B)，
-从冷却装置11中输出的流体流(见图3，K)的流体量和/或流体温度，以及
-冷却装置沿方向18的调整。
在此，控制装置19如此控制并调节这些参数，使得在管2的外表面上达到涂覆所需的第二界限温度TG2，并且在管2的内壁和内镀层或内覆层3之间的过渡区14中不超过第一界限温度TG1。在金属的内镀层中，对于第一界限温度TG1适用的是60℃至80℃的温度范围，并且对于在管外表面2a上的第二界限温度TG1适用的是150℃至250℃的温度范围。
图3与温度壁厚图相结合示出了图2中的细节A，温度壁厚图示出了在管横截面上的示例的温度曲线。在管2的管外表面2a的区域中，通过加热作用H实现温度TS0，该温度高于第二界限温度TG2并且可如此调整，使得以涂覆流B施加的涂覆材料(例如粉末)在管2的涂覆表面2a上形成熔液22。此时，主要通过旋转分量9a形成在此示出的相对进给运动。在相反侧上，冷却介质流K射到内覆层3的内表面3a上，确切地说在局部的热流H(被加热的区域)和涂覆流B之间的区域中。在该区域中，通过箭头18示出可调整性。
冷却剂流K引起，温度向着管内壁3的方向剧烈地下降，使得在管内侧和衬层之间的分界面23附近形成的过渡区14中的温度下降到界限温度TG1之下，从而在分界面自身上产生分界面温度TSG。此处的前提是，在管2中的导热能力高于在衬层或内覆层3中的导热能力。
针对不同的内覆层3，确切地说内镀层或内衬层3，可能也需要不同的界限温度TG1，必要时可通过控制装置19选择和调整该界限温度。相同的内容适用于第二界限温度TG2，对于不同的涂覆材料第二界限温度TG2的大小不同。
主要通过加热作用H确定在管的外表面上的第二界限温度TG2，而主要能通过冷却作用K调整第一界限温度TG1。
图4示意性地示出了用于外部涂覆管2的根据本发明的方法，该方法包括以下步骤：
S1在涂覆设备中提供管，
S2通过加热装置局部地加热管的待涂覆的外表面区域，
S3通过冷却装置在被加热的外表面区域的区域中局部地冷却内覆层，从而在此在管和衬层之间的过渡区中不超过第一界限温度(TG1)并且在待涂覆的外表面区域中不低于第二界限温度(TG2)，
S4通过涂覆装置涂覆被加热的外表面区域，
并且可选地(替代地或补充地)，所述方法包括步骤：
S5调整在一方面管和另一方面加热装置、冷却装置和/或涂覆装置之间的相对进给运动，
S6通过冷却装置将冷却流体施加到内衬层上，
S7调整冷却流体流和/或冷却流体温度，
S8通过温度传感器在加热装置、冷却装置和/或涂覆装置的作用区域中获取管的表面温度，
S9使用控制装置以用于在考虑至少一个所获取的表面温度值、第一界限温度和/或第二界限温度的情况下调整如下参数之一：进给运动，冷却流体流，冷却流体温度。
附图标记列表
1 涂覆设备
2 管
2a 管外表面
3 内覆层(内镀层)
3a 管内壁
4 旋转和输送设备
5 旋转滚子
6 纵向输送元件
7 旋转轴线
8 涂覆装置
9a 旋转分量
9b 平移分量
10 加热装置
11 冷却装置
12 支座
14 过渡区
15 温度传感器
16 调整方向
17 支撑件
18 冷却装置调整
19 控制装置
20 信号和控制线路
22 涂覆熔液
23 分界面
TG1 第一界限温度
TG2 第二界限温度
TS0 管外表面温度
TSG 分界面温度
TS1 管内壁温度
H 加热作用
B 涂覆流
K 冷却剂流/冷却作用

Claims (14)

1.一种用于外部涂覆管(2)的方法，该管具有内覆层(3)，所述方法包括：
-在涂覆设备(1)中提供管(2)，
-通过加热装置(10)局部地加热管(2)的待涂覆的外表面区域，
-通过冷却装置(11)在被加热的外表面区域中局部地冷却内覆层(3)，从而在该处在管(2)和内覆层(3)之间的过渡区(14)中不超过第一界限温度(TG1)，并且在待涂覆的外表面区域中不低于第二界限温度(TG2)，
-借助于涂覆装置(8)涂覆被加热的外表面区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述内覆层(3)是内镀层。
3.如权利要求1或2所述的方法，所述方法包括：调整在一方面管(2)和另一方面加热装置(10)、冷却装置(11)和/或涂覆装置(8)之间的相对的进给运动。
4.如权利要求1或2所述的方法，所述方法包括：通过冷却装置(11)将冷却流体施加到内覆层(3)上；调整冷却流体流和/或冷却流体温度。
5.如权利要求3所述的方法，所述方法包括：
通过温度传感器(15)在加热装置(10)、冷却装置(11)和/或涂覆装置(8)的作用区域中获取管(2)的表面温度(TS0)，
使用控制装置(19)以用于在考虑至少一个所获取的表面温度值、第一界限温度(TG1)和/或第二界限温度(TG2)的情况下调整如下参数之一：进给运动、冷却剂流(K)、冷却流体温度。
6.一种用于执行如权利要求1至5中任一项所述的方法的涂覆设备(1)，所述涂覆设备包括：加热装置(10)，冷却装置(11)，涂覆装置(8)，温度传感器(15)以及控制装置(19)。
7.如权利要求6所述的涂覆设备(1)，其中，所述冷却装置(11)布置于在待涂覆的管(2)的内部中延伸的支座(12)上。
8.如权利要求7所述的涂覆设备(1)，其中，所述冷却装置(11)包括用于调整冷却装置(11)的调整装置，通过所述调整装置可调整冷却装置(11)的位置和/或定向。
9.如权利要求6、7或8所述的涂覆设备(1)，其中，所述加热装置(10)具有感应装置、气体燃烧装置和/或辐射加热源。
10.如权利要求6、7或8所述的涂覆设备(1)，其中，所述温度传感器(15)构造成激光高温计。
11.如权利要求6、7或8所述的涂覆设备(1)，所述涂覆设备具有管输送装置，以用于执行在一方面管(2)和另一方面加热装置(10)、冷却装置(11)和/或涂覆装置(8)之间的相对的进给运动的至少一个分量。
12.如权利要求11所述的涂覆设备(1)，其中，所述至少一个分量是旋转运动。
13.如权利要求6、7或8所述的涂覆设备(1)，所述涂覆设备具有用于接纳加热装置(10)、冷却装置(11)、涂覆装置(8)和/或温度传感器(15)的可调整的装置支座(12)，以用于执行在一方面管(2)和另一方面加热装置(10)、冷却装置(11)和/或涂覆装置(8)之间的相对的进给运动的至少一个分量。
14.如权利要求13所述的涂覆设备(1)，其中，所述至少一个分量是平移运动。
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