CN1873278A - 钢管内衬玻璃产品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合钢管，具体地说是一种钢管内衬玻璃产品，该钢管内衬玻璃产品主要用于化工介质输送、抽油井防止偏磨和结蜡、输油管埋地冷输等领域。本发明产品是通过玻璃管制作、钢管喷砂前处理和钢管衬制三个工艺步骤制造而成的。钢管内衬玻璃技术作为目前新开发的管道防腐技术，可有效解决化工和油田输送管道腐蚀和结蜡问题，也可有效解决磨损和偏磨，具有耐腐蚀性能优良，防蜡性能极佳，抗磨，而且能耐较高温度，这也正是本发明所涉及的产品和制造工艺。

Description

钢管内衬玻璃产品及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合钢管，具体的说是一种钢管内衬玻璃产品，该钢管内衬玻璃产品主要用于化工介质输送、抽油井防止偏磨和结蜡、输油管埋地冷输等领域。

背景技术

我们知道，管道防腐技术主要有钢管Ni-P镀技术、渗氮技术、涂料管技术、玻璃钢管道技术等，上述技术在一段时期、在管道防腐领域起到了一定的作用，但还是存在着许多的缺点和不足之处，具体表现在：

①、Ni-P镀技术其完整的镀层在耐腐蚀方面有明显的优越性，但是近年来发现，因工艺原因无法获得无孔镀层，以及其工艺过程严重的环境污染而被迫减少采用或停产。

②、渗氮技术在耐蚀性和耐磨性方面较好，但渗氮后材料表面硬度增高，改变了丝扣硬度影响丝扣密封性能，而且致使表层和芯部的弹性系数不同，对于深井油田，油管重一旦拉裂表层，就会产生应力集中而断管，因而存在一定局限。

③、涂料管技术有耐腐蚀性但不耐磨，其应用也有一定的局限性。

④、玻璃钢管道耐腐蚀性很好，但其强度低，不耐高温，采油井无法使用。

采用上述技术制造的管道只能防腐都不能防蜡。

在化工介质输送和油田开采输送过程中，钢质管道的腐蚀、磨损、结蜡是其三大公害，始终伴随着整个过程。据统计，每年由于腐蚀引起的管线材料费直接经济损失就有60亿元，间接经济损失超过180亿元；由于输送介质中存在着固体颗粒和气泡，这样摩擦磨损和气泡破灭的气蚀是不可避免的，而油田抽油井的偏磨更是采油生产的难题；在油田开发过程中，由于蜡质、胶质、沥青质的存在，始终存在结蜡的影响。由于蜡堵发生的卡井经常发生，结蜡使管线输送面积减少，输油能力下降，产量降低，能耗增加，严重影响结蜡井的产出效益。

钢管内衬玻璃技术作为目前新开发的管道防腐技术，可有效解决化工和油田输送管道腐蚀和结蜡问题，也可有效解决磨损和偏磨，具有耐腐蚀性能优良，防蜡性能极佳，抗磨，而且能耐较高温度，这也正是本发明所涉及的产品和制造工艺。

发明内容

本发明的目的是要提供一种结构和原料配比合理、可有效解决化工和油田输送管道腐蚀和结蜡问题，还可有效解决磨损和偏磨问题的钢管内衬玻璃产品。

本发明的另一目的还提供了钢管内衬玻璃产品的制造方法。

本发明的目的是这样实现的，该钢管内衬玻璃产品由外层钢质管道和内层玻璃管道构成，所述的钢质管道材质采用普通碳钢无缝管、有缝管、N80油管或J55油管，直径为Φ48～Φ89mm，壁厚≥3mm，长度1～12m；

所述的内层玻璃管采用下述重量配比的原料制成，

长石10～40            石灰石20～65

白云石1～15           硝酸钠2～39

硅砂100～800          硼砂10～650

莹石1～10             白砒1～300

纯碱12～180           芒硝0～100

内层玻璃管厚度为0.2～1.0mm。

本发明钢管内衬玻璃产品的制造包括玻璃管制作、钢管喷砂前处理和钢管衬制三个工艺步骤。

所述的玻璃管制备过程包括玻璃料过筛、称重配料、掺匀、熔化、拉玻璃管和检尺封管，具体步骤如下：将合格的玻璃料按原材料要求的标准目数过筛→按配方准确称取各种玻璃原料→用往复振动筛将玻璃料掺和均匀→将玻璃料分二到三次加到玻璃圆炉的坩锅中，每个坩锅中的玻璃料容积占整个坩锅容积的80％左右，玻璃熔化温度控制在1000～1600℃，玻璃完全熔开化透→根据钢管的长度和直径沾泡拉制相应的玻璃管→根据钢管的长度选量出相应的玻璃管在烤管器上将两端密封→封好的管7～10根为一捆用草绳捆好，用塑料布盖好备用。

所述的钢管喷砂前处理过程包括钢管烧油、钢管校直、钢管喷砂和钢管检尺，具体步骤如下：将有弯的钢管在压力机上校直→烧油炉温达到工艺要求后将钢管送进烧油炉，控制钢管行走速度在150～400mm/min→压缩空气达到压力，砂罐装砂完备喷砂，喷砂质量达到Sa2.5级→为配制相应的玻璃管先将钢管检尺并做好记录放置到衬管炉入口端管架上。

所述的钢管衬制过程包括装玻璃管、装牵引封头、入炉加温、加压衬制、成品检验，具体步骤如下：将相配套的玻璃管装入相应钢管中→装上加好垫和环的前后牵引头，前牵引头用耐火泥密封好不得漏气→衬管炉升温→第一批入炉的管由人工按160～200mm/min的速度送入炉中，第一批管从衬管炉刚出头，就挂上牵引绳，从压缩空气管通入压缩空气，气压控制在0.01～2Mpa，这时由牵引器控制衬管行进速度在160～200mm/min，第一批管的后头要入炉时，用连接挂钩将第一排管的后头和第二排管的前头相连，接下来都是前排的后头与后排的前头相连。即可连续衬管→成品检验。

所述的玻璃管原料中的长石为细粉状允许带白色、浅黄色、浅红色、砖红色、浅黑色，Al₂O₃＞16，Fe₂O₃＜0.3，细度100目；石灰石为灰白色细粉，CaCO₃＞95，Fe₂O₃＜0.3，CaO＞50，细度80目；白云石为兰白色或浅灰色、浅黑灰色细粉，MgO＞19，Fe₂O₃＜0.4，CaO＞30，细度80目；硝酸钠为Na₂NO₃＞98；硅砂为天然白色或带有浅黄色、灰色或红褐色细粉，SiO₂＞89，Fe₂O₃＜0.6，细度40～150目；硼砂为白色粉状或片状细晶体，Na₂B₄O₇·10H₂O＞97，B₂O₃＞35，Na₂O＞16，细度80目；莹石为白、红、兰、绿、紫等各料颜色的透明状岩石，CaF₂＞75，SiO₂＜20，细度80目；白砒为白色细小结晶体，As₂O₃＞99.5；纯碱为白色粉状小结晶，Na₂O＞48，Na₂CO₃＞96，细度80～100目；芒硝为淡黄色、灰白色，不结块，NaSO₄＞95，Fe₂O₃＜0.3。

所述的玻璃管制备过程中玻璃料筛为40～150目；称重允许误差0.1kg；掺匀为80目筛；玻璃熔化温度1000～1600℃；玻璃管直径Φ28～Φ50mm，壁厚0.3～1.5mm，长度1～14米。

所述的钢管喷砂前处理过程中封管采用煤油、汽油、天然气或液化气为燃料加热软化玻璃，温度600～1200，检尺长度与钢管长度一致误差为±50mm；钢管烧油温度250～700℃；钢管直度≤40mm；钢管喷砂等级Sa2.5级，喷砂压力0.3～0.8Mpa，石英砂为4～20目；钢管检尺长度与玻璃管长度一致误差为±50mm。

所述的钢管衬制过程中牵引头为特制结构，它由牵引头基体、不锈钢顶丝，不锈钢螺母，牵引环，压缩空气管构成，在牵引头基体的顶端焊有牵引环，牵引头基体顶端的中心位置焊有压缩空气管，牵引头基体上还开有与压缩空气管相通的小孔，在牵引头基体的环壁上加工有倒角，其上焊有不锈钢螺母，并在不锈钢螺母上装有不锈钢顶丝。

所述的钢管衬制过程中入炉前在在牵引头基体上倒角处用耐火泥密封；牵引头内与玻璃管相接处装有石棉挡片，石棉挡片在通气前用钢锥扎一小孔；加热温度分二至三段，温度为400～800℃，牵引速度160～200mm/min；加压衬制压力为0.01～2Mpa。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、钢管内衬玻璃的优点：

a、玻璃表面吸水性：玻璃是由SiO₂、K₂O、CaO等氧化物组成的，其结构为不规则网状结构，由于其表面分子作用力的不平衡就形成了表面力，赋予玻璃表面较大活性，对于极性的水分子具有吸附力，这样就会在玻璃表面形成一层水膜，这一方面可以阻止蜡晶粘附于衬玻璃油管表面，另一方面油流与衬玻璃油管形成了水驱液柱，阻力小，节能。

b、玻璃表面的光滑性：玻璃表面绝对粗糙度为0.0015mm，而钢管表面粗糙度为0.15mm，相差100倍。粗糙的表面能增加液体阻力，减小流速，增加近壁流层的厚度，造成更多的结蜡核心，这一点无论从蜡的结晶理论，还是从粘附理论，都有利于蜡晶的长大和粘附。这也赋予了衬玻璃油管的防蜡性和节能性。

c、玻璃的绝热性：玻璃的热导率为0.78千卡/m.h.℃，而钢的热导率为45千卡/m.h.℃，相差58倍。这样衬玻璃管的绝热性比纯钢管好，衬玻璃层对体系温度的下降及管壁附近的温度梯度都有所改善，这是衬玻璃油管具有好的防蜡效果的又一因素。同时体系粘度下降，也降低了能耗。

2、本发明是在金属钢管内表面衬制0.2～1.0mm的特制玻璃层，玻璃选材及配制具有高科学技术，玻璃层与金属钢管表面附着力良好，具有与金属钢管相同的抗弯、抗扭曲能力，具有优异的化学物理性能。玻璃层表面亲水憎油、耐磨、防腐、防蜡能力强，耐温350℃，具有很好的耐冷热急变性，能满足热洗和化学清蜡工艺要求。

3、本发明主要用于油田抽油井、自喷井结蜡段防蜡。特别适用于结蜡严重的油井，更适用于长期不能进车作业、洗井的油井，可使油井较长时期处于稳产状态；玻璃内衬硬度高、抗磨损，用于抽油井防止偏磨是其它产品无法取代的；油田采油的单井输油三管伴热工艺的管线工作在腐蚀严重的温度段，钢管内衬玻璃可实现不加热埋地冷输，避开腐蚀温度环境，大大延长单井输油管线的寿命，这也是其它产品无法取代的。

附图说明

图1为钢管内衬玻璃产品制造工艺流程图。

图2为钢管内衬玻璃产品结构示意图

图3为本发明在钢管衬制过程中所装牵引头特制结构与钢管和玻璃管的装配关系示意图。

具体实施方式

制备本发明产品的主要设备包括：

往复振动筛(玻璃料掺匀)；玻璃熔化炉4～12孔圆炉，熔化坩锅为80～130L；喷砂空气压缩机为3～20M³/min；喷砂罐为0.1～1.0M³；衬管炉为4～10孔电阻带加热炉，外型为长4000～6000mm，宽1200～3000mm，高1200～2500mm，温段二至三段，低温段300～600℃，中温段400～700℃，高温段500～800℃，牵引速度160～200mm/min，炉后支架4～9排，长7.5～11米，炉前支架为6～15排，长8～14米。

选取20#碳钢无缝管作为钢质管道，直径为Φ60mm，壁厚4mm，长度8m；

内层玻璃管的原料为：

长石(长石为细粉状允许带白色、浅黄色、浅红色、砖红色、浅黑色，Al₂O₃＞16，Fe₂O₃＜0.3，细度100目)2kg；

石灰石(石灰石为灰白色细粉，CaCO₃＞95，Fe₂O₃＜0.3，CaO＞50，细度80目＝6kg；

白云石(白云石为兰白色或浅灰色、浅黑灰色细粉，MgO＞19，Fe₂O₃＜0.4，CaO＞30，细度80目)1kg；

硝酸钠(硝酸钠为Na₂NO₃＞98)2kg；

硅砂(硅砂为天然白色或带有浅黄色、灰色或红褐色细粉，SiO₂＞89，Fe₂O₃＜0.6，细度40～150目)80kg；

硼砂(硼砂为白色粉状或片状细晶体，Na₂B₄O₇·10H₂O＞97，B₂O₃＞35，Na₂O＞16，细度80目)65kg；

莹石(莹石为白、红、兰、绿、紫等各料颜色的透明状岩石，CaF₂＞75，SiO₂＜20，细度80＝10kg；

白砒(白砒为白色细小结晶体，As₂O₃＞99.5)1kg；

纯碱(纯碱为白色粉状小结晶，Na₂O＞48，Na₂CO₃＞96，细度80～100目)12

芒硝(芒硝为淡黄色、灰白色，不结块，NaSO₄＞95，Fe₂O₃＜0.3＝10kg。

由附图1所示：

玻璃管制备过程：

将上述合格的玻璃料按原材料要求的标准目数过筛→按配方准确称取各种玻璃原料→用往复振动筛将玻璃料掺和均匀→将玻璃料分二到三次加到玻璃圆炉的坩锅中，每个坩锅中的玻璃料容积占整个坩锅容积的80％左右，玻璃熔化温度控制在1500℃，玻璃完全熔开化透→沾3kg重的料泡拉制直径Φ35mm，长度9m，壁厚0.4～1.2mm的玻璃管→在烤管器上将两端密封成8m长的密封玻璃管→备用。

钢管喷砂前处理过程：

将有弯的钢管在压力机上校直→烧油炉温达到580℃后将钢管送进烧油炉，控制钢管行走速度在400mm/min→压缩空气达到0.45Mpa时，砂罐装砂完备进行喷砂，喷砂质量达到Sa2.5级→将钢管放置到衬管炉入口端管架上。

钢管衬制过程：

将上述封好头的玻璃管装入衬管炉入口端管架上的钢管中→装上加好垫的牵引头，牵引头用耐火泥密封好→衬管炉升温到第一段500℃，第二段600℃，第三段700℃→第一批入炉的管由人工按160～200mm/min的速度送入炉中，第一批管从衬管炉刚出头，就挂上牵引绳，从压缩空气管通入压缩空气，气压控制在0.01～0.02Mpa，这时由牵引器控制衬管行进速度在170mm/min，第一批管的后头要入炉时，用连接挂钩将第一排管的后头和第二排管的前头相连，接下来都是前排的后头与后排的前头相连。连续衬管→成品检验。

由附图3所示：I为钢管、II为玻璃管。所述的牵引头由牵引头基体1、不锈钢顶丝2，不锈钢螺母3，牵引环4，压缩空气管5构成，在牵引头基体1的顶端焊有牵引环4，牵引头基体1顶端的中心位置焊有压缩空气管5，牵引头基体1上还开有与压缩空气管5相通的小孔7，在牵引头基体1的环壁上加工有倒角6，其上焊有不锈钢螺母3，并在不锈钢螺母3上装有不锈钢顶丝2。

入炉前在牵引头基体1倒角6处用耐火泥8密封；牵引头内与玻璃管相接处装有石棉挡片9，石棉挡片9在通气前用钢锥扎一小孔；加热温度分二至三段，温度为400～800℃，牵引速度160～200mm/min；加压衬制压力为0.01～2Mpa。

Claims (10)

1、一种钢管内衬玻璃产品，它由外层钢管和内层玻璃管构成，其特征在于：

所述的钢管的材质采用普通碳钢无缝管或有缝管或N80油管或J55油管，其直径为Φ48～Φ89mm，壁厚≥3mm，长度为1～12m；

所述的内层玻璃管采用下述重量配比的原料制成，

长石10～40         石灰石20～65

白云石1～15        硝酸钠2～39

硅砂100～800       硼砂10～650

莹石1～10          白砒1～300

纯碱12～180        芒硝0～100

其内层玻璃管厚度为0.2～1.0mm。

2、一种钢管内衬玻璃产品的制造方法，其特征在于：其制造方法包括玻璃管制作、钢管喷砂前处理和钢管衬制三个工艺步骤。

3、根据权利要求1、2所述的一种钢管内衬玻璃产品的制造方法，其特征在于：所述的玻璃管制备过程包括玻璃料过筛、称重配料、掺匀、熔化、拉玻璃管和检尺封管；

具体步骤如下：将合格的玻璃料按原材料要求的标准目数过筛，按配方准确称取各种玻璃原料，用往复振动筛将玻璃料掺和均匀，将玻璃料分二到三次加到玻璃圆炉的坩锅中，每个坩锅中的玻璃料容积占整个坩锅容积的80％左右，玻璃熔化温度控制在1000～1600℃，玻璃完全熔开化透，根据钢管的长度和直径沾泡拉制相应的玻璃管，根据钢管的长度选量出相应的玻璃管在烤管器上将两端密封，封好的管7～10根为一捆用草绳捆好，用塑料布盖好备用。

4、根据权利要求1、2所述的一种钢管内衬玻璃产品的制造方法，其特征在于：所述的钢管喷砂前处理过程包括钢管烧油、钢管校直、钢管喷砂和钢管检尺；

具体步骤如下：将有弯的钢管在压力机上校直，烧油炉温达到工艺要求后将钢管送进烧油炉，控制钢管行走速度在150～400mm/min，压缩空气达到压力，砂罐装砂完备喷砂，喷砂质量达到Sa 2.5级，为配制相应的玻璃管先将钢管检尺并做好记录放置到衬管炉入口端管架上。

5、根据权利要求1、2所述的一种钢管内衬玻璃产品的制造方法，其特征在于：所述的钢管衬制过程包括装玻璃管、装牵引封头、入炉加温、加压衬制、成品检验；

具体步骤如下：将相配套的玻璃管装入相应钢管中，装上加好垫和环的前后牵引头，前牵引头用耐火泥密封好不得漏气，将衬管炉升温，第一批入炉的管由人工按160～200mm/min的速度送入炉中，第一批管从衬管炉刚出头，就挂上牵引绳，从压缩空气管通入压缩空气，气压控制在0.01～2Mpa，这时由牵引器控制衬管行进速度在160～200mm/min，第一批管的后头要入炉时，用连接挂钩将第一排管的后头和第二排管的前头相连，接下来都是前排的后头与后排的前头相连，即可连续衬管，最后进行成品检验。

6、根据权利要求1所述的一种钢管内衬玻璃产品，其特征在于：在所述的玻璃管原料中的长石为细粉状允许带白色、浅黄色、浅红色、砖红色、浅黑色，Al₂O₃＞16，Fe₂O₃＜0.3，细度100目；石灰石为灰白色细粉，CaCO₃＞95，Fe₂O₃＜0.3，CaO＞50，细度80目；白云石为兰白色或浅灰色、浅黑灰色细粉，MgO＞19，Fe₂O₃＜0.4，CaO＞30，细度80目；硝酸钠为Na₂NO₃＞98；硅砂为天然白色或带有浅黄色、灰色或红褐色细粉，SiO₂＞89，Fe₂O₃＜0.6，细度40～150目；硼砂为白色粉状或片状细晶体，Na₂B₄O₇·10H₂O＞97，B₂O₃＞35，Na₂O＞16，细度80目；莹石为白、红、兰、绿、紫等各料颜色的透明状岩石，CaF₂＞75，SiO₂＜20，细度80目；白砒为白色细小结晶体，As₂O₃＞99.5；纯碱为白色粉状小结晶，Na₂O＞48，Na₂CO₃＞96，细度80～100目；芒硝为淡黄色、灰白色，不结块，NaSO₄＞95，Fe₂O₃＜0.3。

7、根据权利要求3所述的玻璃管制备过程，其特征在于：所述的玻璃管制备过程中玻璃料筛为40～150目；称重允许误差0.1kg；掺匀为80目筛；玻璃熔化温度1000～1600℃；玻璃管直径Φ28～Φ50mm，壁厚0.3～1.5mm，长度1～14米。

8、根据权利要求4所述的钢管喷砂前处理过程，其特征在于：所述的钢管喷砂前处理过程中封管采用煤油、汽油、天然气或液化气为燃料加热软化玻璃，温度600～1200℃，检尺长度与钢管长度一致误差为±50mm；钢管烧油温度250～700℃；钢管直度≤40mm；钢管喷砂等级Sa 2.5级，喷砂压力0.3～0.8Mpa，石英砂为4～20目；钢管检尺长度与玻璃管长度一致误差为±50mm。

9、根据权利要求5所述的钢管衬制过程，其特征在于：所述的牵引头由牵引头基体(1)、不锈钢顶丝(2)，不锈钢螺母(3)，牵引环(4)，压缩空气管(5)构成，在牵引头基体(1)的顶端焊有牵引环(4)，牵引头基体(1)顶端的中心位置焊有压缩空气管(5)，牵引头基体(1)上还开有与压缩空气管(5)相通的小孔(7)，在牵引头基体(1)的环壁上加工有倒角(6)，其上焊有不锈钢螺母(3)，并在不锈钢螺母(3)上装有不锈钢顶丝(2)。

10、根据权利要求5所述的钢管衬制过程，其特征在于：入炉前在牵引头基体(1)上的倒角(6)处用耐火泥(8)密封；牵引头内与玻璃管相接处装有石棉挡片(9)，石棉挡片(9)在通气前用钢锥扎一小孔；加热温度分二至三段，温度为400～800℃，牵引速度160～200mm/min；加压衬制压力为0.01～2Mpa。

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