CN212846801U - 油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，属于油气管道在役焊接领域。本实用新型的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，包括高压泵，高压泵通过主管道连接有喷射圆盘，喷射圆盘上分布有若干喷射孔；所述高压泵用于将冷却介质泵入主管道中；现有模拟装置对于大口径管道换热效率低下，不能完全模拟实际管道中高流速介质(如石油、天然气等)带走热量，本实用新型相对现有的模拟装置能够带走的热量高，更为贴近管道实际工况。

Description

油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置

技术领域

本实用新型属于油气管道在役焊接领域，尤其是油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置。

背景技术

随着经济的高速增长，对油气资源的需求量不断扩大，油气资源的管道运输以其安全、高效的特点成为经济发展的重要基础，但是管道在长期的服役过程中不可避免地会产生各类缺陷，以至于影响管道的正常运行。为了确保管线的安全运行，必须对管道减薄或失效的区域进行加固和修复。

早期的管道修复一般是对运行管线进行泄压停输处理，修复完成之后再恢复输送。此方法不仅会带来巨大的经济损失，管内油气介质的排放还会对环境造成严重的污染。为了保证管道输送的连续进行，可使用不停输的在役焊接修复技术，在减少对环境污染的同时，还缩短了修复的周期、降低了修复的费用。

而在役焊接修复技术面临两个方面的技术难点：一是由于焊接过程中焊接电弧瞬时加载在管材金属上，局部区域温度瞬时升高，管材金属受高温影响会发生局部强度损失，如果管道内部压力超过此区域的承压能力将发生烧穿，相关研究表明，烧穿主要发生在壁厚小于6.4mm的管道。二是在役焊接过程中，管道处于不停输状态，管道内部有快速流动的带压气体或液体介质，使得焊接区域的大量热量会被带走，焊接时不易保证预热温度和层间焊接温度，致使产生裂纹的可能性大大的增加。同时焊缝冷却速度过快，将促使焊接接头形成对氢致裂纹敏感的淬硬组织，导致焊缝及热影响区(HAZ)区硬度值增大，易产生氢致裂纹，降低了焊接接头的承载能力。

随着管道向高钢级、大口径、厚壁方向的发展，在役焊接技术难点主要由烧穿转变为氢致裂纹，为了避免管道在役焊接时产生氢致裂纹的缺陷，管道在役焊接之前必须在实验室进行焊接工艺评定，焊接工艺评定时，应模拟管道实际运行条件，只有模拟现场焊接条件的焊接工艺评定才能应用于现场实际焊接，在进行模拟时，试验截面的热条件应与施工现场相同或更为恶劣。

目前，实际工艺评定时均按照相关标准要求(如API 1104、GB/T 31032)模拟现场工况，标准中的要求如图1所示，该方法中冷却介质为水。标准中仅给出了焊接工艺评定的模拟装置的推荐做法，这种方法主要作用是模拟焊接时快速流动的带压气体或液体介质带走大量的焊接热量，使得焊接时的预热温度和层间焊接温度不易保证，该冷却方式为对流冷却，对流冷却效果与对流换热系数有关。对流换热系数表示流体与固体表面之间的换热能力，对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位以及流体的流速等都有密切关系。在其他条件相同的情况下，物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大，流体从固体表面带走的热量就越多。

就这方面的专利有《一种管道在役焊接修复的实验装置》(专利号：ZL200810056541.0)。该专利与相关标准(如API 1104、GB/T 31032)冷却方式基本相同，均利用冷却介质(一般为水)与管壁的对流换热。该专利与相关标准中的换热方式为自然对流换热，即利用流动的流体介质(一般为水)带走管道焊接时管壁上的热量，从而模拟管道在役焊接时天然气带走管壁上的热量。由图1可知，外界冷却水通过连接回路进入待试验管道中，待试验管道中存有大量的蓄积水，由于蓄积水来不及从出水口流出，可能会在待试验管到中停留一段时间，蓄积水中的热量不能得到有效交换，此外，外界冷却水并不是和管壁直接进行热量交换，而是和管道中的蓄积水进行热量交换，蓄积水和管壁进行自然对流热量交换，因此可能会影响管壁的散热效果。由相关资料可知，这种水的自然对流换热系数一般为200-1000W/m²﹒K。上述方法对于低压、低流速介质的小口径钢管在役焊接模拟可起到良好的效果。随着油气管道向高压大口径方向的发展，这种方式的对流换热效果较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有模拟装置中换热方式为间接换热的缺点，提供油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，包括高压泵，高压泵通过主管道连接有喷射圆盘，喷射圆盘上分布有若干喷射孔；

所述高压泵用于将冷却介质泵入主管道中。

进一步的，所述喷射圆盘通过3根支管与主管道相连连接。

进一步的，所述喷射圆盘由圆管围成；

所述喷射圆盘外径比待焊管道内径小10-15mm。

进一步的，所述喷射孔均布在喷射圆盘上；

所述喷射孔的孔径为2-3mm，相邻喷射孔之间的间距为10mm。

进一步的，所述主管道上设有压力表。

进一步的，所述主管道上设有阀门。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，提供的换热方式为直接换热，冷却介质能够带走管道中产生的大量热量；而现有模拟装置对于大口径管道换热效率低下，不能完全模拟实际管道中高流速介质(如石油、天然气等)带走热量，本实用新型相对于现有的模拟装置能够带走的热量高，更为贴近管道实际工况。

附图说明

图1为标准中套筒在役焊接工艺中所用装置；

图2为本实用新型的装置的结构示意图，其中，图2(a)为主视图，图2(b)为喷射圆盘的侧视图；

图3为本实用新型的装置使用状态的结构示意图；

图4为图3的局部放大图。

其中：1-喷射圆盘；2-支管；3-喷射孔；4-主管道；5-压力表；6-阀门；7-水池；8-高压泵；9-套筒；10-角焊缝；11-待修复钢管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图2，图2为本实用新型的装置的结构示意图，其中，图2(a)为主视图，图2(b)为喷射圆盘的侧视图，本实用新型的模拟装置包括高压泵8和喷射圆盘1，喷射圆盘1与三个支管2相连通，喷射圆盘1上均布有喷射孔3；所述支管2均接入主管道4，主管道4的另一端设有高压泵8，高压泵8的泵入端与水池7相连通；主管道4上设有压力表5和阀门6；喷射孔3均匀分布在所述喷射圆盘1上，孔径为2-3mm，相邻喷射孔3之间的间距为10mm；水池7中盛满冷却介质水，水池7置于室外，便于介质与大气对流交换热量，保持较低的温度。

参见图3，图3为本实用新型的装置使用状态的结构示意图，可以看出待修复钢管11与水平面呈45°安置，喷射圆盘1置于待修复钢管11内且对应于待焊接区域，待修复钢管11外部的待焊接区域套设有套筒9，焊接时，启动高压泵8，冷却介质水通过喷射孔3喷射在焊接区域，与内壁实现直接换热，焊接完成后在待修复钢管11外形成有角焊缝10。

参见图4，图4为图3的局部放大图，可以看出，在焊接过程中，喷射孔3将冷却介质水喷射在焊接处，冷却介质与内壁实现直接换热。

利用本实用新型所述的模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

1)将待修复钢管11与水平面呈45°放置，将套筒9安装在待修复钢管11外围；

2)将喷射圆盘1置于待修复钢管11内部，对应于外部的待焊接区域；

3)打开高压泵8，冷却介质水泵入主管道4到达喷射圆盘1内，通过喷射孔3喷射在待修复钢管11内壁上；

调节阀门6使得冷却介质水处于喷射状态；

通过观测压力表5监测主管道4的压力变化。

4)在修复钢管11外部的待焊接区域进行焊接。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，其特征在于，包括高压泵(8)，高压泵(8)通过主管道(4)连接有喷射圆盘(1)，喷射圆盘(1)上分布有若干喷射孔(3)；

所述高压泵(8)用于将冷却介质泵入主管道(4)中。

2.根据权利要求1所述的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，其特征在于，所述喷射圆盘(1)通过3根支管(2)与主管道(4)相连连接。

3.根据权利要求1所述的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，其特征在于，所述喷射圆盘(1)由圆管围成；

所述喷射圆盘(1)外径比待焊管道内径小10-15mm。

4.根据权利要求1所述的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，其特征在于，所述喷射孔(3)均布在喷射圆盘(1)上；

所述喷射孔(3)的孔径为2-3mm，相邻喷射孔(3)之间的间距为10mm。

5.根据权利要求1所述的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，其特征在于，所述主管道(4)上设有压力表(5)。

6.根据权利要求1所述的油气管道缺陷在役焊接修复热量交换模拟装置，其特征在于，所述主管道(4)上设有阀门(6)。

Images