DE102015104986A1

DE102015104986A1 - Verfahren zum Herstellen eines Rohres

Info

Publication number: DE102015104986A1
Application number: DE102015104986.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Mohrmann
Original assignee: ZS ZYLINDER-SERVICE GmbH
Current assignee: ZS ZYLINDER-SERVICE GmbH
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrwandiges Rohr (1), insbesondere doppelwandiges oder Bimetallrohr, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) ein inneres Rohr (2) und ein äußeres Rohr (3) aufweist, wobei das innere Rohr (2) zumindest an einem Ende (1a) des Rohres (1) aus dem äußeren Rohr (3) herausragt, wobei der aus dem äußeren Rohr (3) herausragende Bereich (2a) des inneren Rohres (2) kragenförmig nach außen ausgebildet ist und/oder zumindest bereichsweise an der Stirnseite (3s) des äußeren Rohres (3) anliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrwandiges Rohr, insbesondere Bimetallrohr, welches ein inneres und ein äußeres Rohr aufweist, sowie ein Herstellungsverfahren für das mehrwandige Rohr sowie ein Verfahren zum Verbinden zweier mehrwandiger Rohre miteinander.
Bimetallrohre dienen in der Regel zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen, wobei diese oft unter hohen Drücken gepumpt werden. Das dickerwandige Außenrohr, meist aus unlegiertem Stahl, übernimmt dabei die mechanische Belastung bei der Flüssigkeits- bzw. Gasförderung. Das Innere, dünnerwandige Rohr aus angepassten Edelstählen, sorgt für die Korrosionsbeständigkeit der Bimetall-Rohrleitung. Diesen kombinierten Ansprüchen aus mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit entsprechend muss das Außenrohr spielfrei mit dem Innenrohr verbunden sein.
Bimetallrohre werden z. B. auch beim Fracking benötigt, wo in den Rohren aggressive Medien unter hohem Druck gefördert werden. Die benötigten Rohrleitungen sind beim Fracking zudem meist mehrere Kilometer lang. Aufgrund des großen Materialeinsatzes, müssen die verwendeten Rohre möglichst kostengünstig sein. Aus diesem Grund wird das äußere Rohr mit einer größeren Wandungsdicke aus einfachem ST52 und das innere Rohr aus Edelstahl hergestellt, wobei das innere Rohr eine wesentlich kleinere Wandungsdicke aufweist.
Zur Herstellung von Bimetallrohren mit solch einer festen Verbindung beider Rohre sind sogenannte Hydroforming-Verfahren bekannt. Hierbei wird das dünnwandige Edelstahlrohr mit genügend Abstand im Durchmesser in das größere Außenrohr geschoben. Dann werden beide Rohre an ihren aufgeweiteten Enden wasserdicht untereinander verschweißt. Sodann werden Dichtungsköpfe von beiden Seiten gegen die Rohrenden geschoben und das Hydraulikmedium eingespeist, wobei als Hydraulikmedium meist Wasser dient. Wenn danach der Wasserdruck – dem Durchmesser und der Wandstärke des Innenrohres entsprechend – so hoch aufgebaut wird, dass das Innenrohr expandiert bzw. aufgeweitet wird, bis es sich an das Außenrohr anlegt, entsteht nach der Druckentlastung eine feste, dauerhafte „Auflage” des Außenrohres auf das Innenrohr.
Eine Folge der Expansion des Innenrohrs durch Wasserdruck ist jedoch eine störende Längskontraktion des Innenrohres. Aufgrund der Längskontraktion ist jedoch das Abdichten an den Rohrenden nur aufwendig zu gestalten. Um diese Längskontraktion zu verhindern, ist das Verfahren des Dichtverschweißens entwickelt worden, bei dem beide Rohre miteinander an den Rohrenden verschweißt werden, um danach das Innenrohr aufzuweiten. Das Verschweißen der beiden koaxial ineinander liegenden Rohre ist jedoch aufwändig.
Aus WO 2009/109926 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Bimetalrohren bekannt, welche zwei Dichtungsköpfe aufweist, mit denen die Enden der Rohre abdichtend verschließbar sind, wobei der eine Dichtungskopf ortsfest und der andere verschieblich in axialer Richtung gelagert ist. Die Dichtungsköpfe weisen Klemmeinrichtungen auf, mittels derer das äußere Rohr eingeklemmt wird. Das innere Rohr liegt frei beweglich im äußeren Rohr ein. Dichtungen verhindern das Austreten des Hydraulikmediums.
Nachteilig bei der aus WO 2009/109926 bekannten Vorrichtung ist, dass das innere Rohr in beiden Dichtungsköpfen frei verschieblich gelagert ist, da hierdurch aufwendige Dichtungen notwendig werden, um zu verhindern, dass das Hydraulikmedium zwischen das innere und das äußere Rohr gelangt.
Je nachdem, wie das Verhältnis des äußeren Durchmessers des inneren Rohres zum Innendurchmesser des äußeren Rohres vor dem Aufweitungsprozess ist, wird sich das innere Rohr mehr oder weniger beim Aufweitungsprozess verkürzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mehrwandiges Rohr bereitzustellen, welches sich leicht mit weiteren mehrwandigen Rohren zu einem langen Rohr oder Rohrstrang verbinden lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem mehrwandigen Rohr nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Rohres ergeben sich durch die Merkmale der auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche 2 bis 6.
Das erfindungsgemäße mehrwandige Rohr ist bevorzugt ein doppelwandiges Rohr, welches auch als Bimetallrohr bezeichnet werden kann, welches ein inneres Rohr und ein äußeres Rohr aufweist, wobei das innere Rohr zumindest an einem Ende des mehrwandigen Rohres aus dem äußeren Rohr herausragt, wobei der aus dem äußeren Rohr herausragende Bereich des inneren Rohres kragenförmig nach außen ausgebildet ist und/oder zumindest bereichsweise an der Stirnseite des äußeren Rohres anliegt.
Vorteilhaft kann der herausragende, insbesondere zylindrische, Bereich nach außen hin, insbesondere um einen Winkel von mindestens 90° bis 145°, besonders bevorzugt um einen Winkel von 95° bis 135°, umgebogen oder umgebördelt sein. Vorzugsweise liegt der umgebogene bzw. umgebördelte Bereich über den gesamten Umfang des äußeren Rohres an dessen Stirnseite zumindest bereichsweise an.
Das innere Rohr ist bevorzugt aus Edelstahl gefertigt. Das äußere Rohr kann aus einem weniger wertigen Metall als das innere Rohr, z. B. ST52, gefertigt sein.
Die Stirnseite des äußeren Rohres kann sich schräg zur Radialen erstrecken. So ist das äußere Rohr bevorzugt derart auszubilden, dass es an seiner radialen Innenseite länger ist als an seiner radialen Außenseite. Hierdurch ergibt sich ein Trichter, sofern zwei fertig hergestellte mehrwandige Rohre mit ihren Enden axial fluchtend aneinandergelegt werden. Dieser Trichter wird als Schweißtrichter genutzt. Da das innere Rohr zumindest um den inneren Rand des äußeren Rohres herumgebogen ist, liegen die beiden mehrwandigen Rohre mit den Endbereichen ihrer inneren Rohre aneinander. Da der Trichter sich radial nach außen hin aufweitet, können die beiden aneinander gelegten Rohre leicht miteinander verbunden bzw. verschweißt werden. Das Verbinden kann durch Verschmelzen der beiden Endbereiche des inneren Rohres erfolgen. Da die inneren Rohre bevorzugt aus Edelstahl gefertigt sind, wird, sofern ein Zusatzscheißmaterial verwendet wird, ein nicht korrosives Zusatzschweißmaterial zum Edelstahlschweißen verwendet. Anschließend werden die Stirnseiten der beiden äußeren Rohre miteinander verschweißt. Dabei kann ein anderes Schweißverfahren bzw. Zusatzschweißmaterial verwendet werden als bei dem vorherigen Edelschweißvorgang.
Sofern die Schweißnaht plan zur Außenwandung der miteinander verbundenen Rohre sein soll, so kann überflüssiges Schweißnahtmaterial anschließend, z. B. mittels eines Schleifvorgangs, abgetragen werden.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen der Aufbau und das Herstellungsverfahren eines mehrwandigen Rohres näher erläutert.
Es zeigen:
1: Bimetallrohr nach dem Verbinden von innerem mit äußerem Rohr;
2: Bimetallrohr gemäß 1 mit gekürztem überstehenden Bereich des inneren Rohres;
3: Bimetallrohr mit nach außen umgebördeltem Endbereich des inneren Rohres;
4: zwei Bimetallrohre, die mit ihren Enden stirnseitig axial fluchtend aneinandergelegt sind;
5: erster Schweißvorgang zum Verbinden der Endbereiche der inneren Rohre;
6: zweiter Schweißvorgang zum Verbinden der Endbereiche der äußeren Rohre;
7: Schleifvorgang.
Die 1 zeigt eine Bimetallrohr 1 nach dem Verbinden des inneren Rohres 2 mit dem äußeren Rohr 3. Das Verbinden kann mittels eines hydraulischen Aufweitungsprozesses zumindest des inneren Rohres 2 erfolgen. Das hydraulische Aufweiten ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Um das innere Rohr 2 mit dem äußeren Rohr 3 verbinden zu können, ist es meist nötig, dass das innere Rohr 2 länger ist als das äußere Rohr 3. Nach dem hydraulischen Aufweiten weist das Rohr meist die in 1 dargestellte Form auf, bei der das innere Rohr 2 mit seinem Endbereich 2a aus dem äußeren Rohr 3 herausragt. Meist sehen beide Endbereiche des Bimetallrohres 1 gleich aus bzw. aus beiden Endbereichen des Bimetallrohres 1 ragen Endbereiche 2a des inneren Rohres 2 heraus.
Die Stirnseite 3a des äußeren Rohres kann dabei konisch oder wie in den 1 bis 3 dargestellt ausgebildet sein. An seiner Innenseite 3ai weist das äußere Rohr 3 eine axial größere Länge Lai auf, als an seiner Außenseite 3aa. Die Innenseite 3ai bildet eine Art umlaufenden Vorsprung an der Stirnseite 3a.
Oft sind diese überstehenden Bereiche 2a des inneren Rohres 2 zu lang und müssen auf eine bestimmte Länge, wie es in 2 dargestellt ist, gekürzt werden.
Sofern die Endbereiche 2a die richtige Länge aufweisen, werden sie, wie dies in 3 dargestellt ist, nach außen umgebogen bzw. umgebördelt und umgreifen den umlaufenden Vorsprung 3ai des äußeren Rohres 3. Vorteilhaft kann sich der nach außen umgebogene bzw. umbördelte Bereich 2a radial nach außen bis über den umlaufenden Vorsprung 3ai hinaus erstrecken, so dass sich seine Enden 2ae frei zugänglich zwischen den Stirnseiten 3a, 3a' der beiden äußeren Rohre 3 befinden.
Hierdurch ist sichergestellt, dass beim Verbinden von zwei Rohren 1 miteinander, wie dies in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist, stets die beiden Endbereiche 2a, 2a', 2ae, 2ae' der inneren Rohre 2, 2' zuerst miteinander verbunden werden können. Dies geschieht mit einer ersten Schweißnaht N1. So kann die Schweißnaht N1 z. B. durch Verschmelzen der beiden Enden 2ae im Lichtbogen erstellt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schweißnaht N1 mittels eines Zusatzwerkstoffes mit angepasster Korrosionsbeständigkeit zum Innenrohr 2 hergestellt wird. Nachdem die meist aus Edelstahl gefertigten inneren Rohre 2, 2' miteinander verschweißt worden sind, können die Stirnseiten 3a, 3a' der beiden äußeren Rohre 3, 3' miteinander mittels der zweiten Schweißnaht N2 verschweißt werden, welche den durch die beiden Stirnseiten 3a, 3a' gebildeten Trichter T verfüllt. Durch die erste Schweißnaht N1 kann kein korrosives Medium aus dem Rohrinnenraum an das Material der Schweißnaht N2 gelangen.
Sofern sich die zweite Schweißnaht N2 über die äußere Rohrwandung des Rohres 10 erhebt, so kann sie z. B. mittels eines Schleifgerätes 13 plangeschliffen werden (7).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/109926 [0006, 0007]

Claims

Mehrwandiges Rohr (1), insbesondere doppelwandiges oder Bimetallrohr, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) ein inneres Rohr (2) und ein äußeres Rohr (3) aufweist, wobei das innere Rohr (2) zumindest an einem Ende (1a) des Rohres (1) aus dem äußeren Rohr (3) herausragt, wobei der aus dem äußeren Rohr (3) herausragende Bereich (2a) des inneren Rohres (2) kragenförmig nach außen ausgebildet ist und/oder zumindest bereichsweise an der Stirnseite (3s) des äußeren Rohres (3) anliegt.
Mehrwandiges Rohr (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der herausragende, insbesondere zylindrische, Bereich (2a) nach außen hin, insbesondere um einen Winkel von mindestens 90° bis 145°, umgebogen oder umgebördelt ist, insbesondere über den gesamten Umfang des äußeren Rohres (3) an dessen Stirnseite (3s) anliegt.
Mehrwandiges Rohr (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (2) insbesondere aus Edelstahl und das äußere Rohr (3) aus einem weniger wertigen Metall als das innere Rohr (2), insbesondere ST52, gefertigt ist.
Mehrwandiges Rohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (3s) des äußeren Rohres (3) schräg zur Radialen (R), insbesondere konisch, ausgebildet ist.
Mehrwandiges Rohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (La) des äußeren Rohres (3) an seiner Außenseite (3n) kleiner als an seiner Innenseite (3p) ist.
Mehrwandiges Rohr (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (3w) des äußeren Rohres (3) im Längsquerschnitt trapezförmig ist.
Rohr (10), das aus mindestens zwei mehrwandigen Rohren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitig aneinandergrenzenden Bereiche (2a, 2a') der inneren Rohre (2, 2') zweier aneinandergrenzender Rohre (1, 1') miteinander, insbesondere mittels einer ersten Verbindung, verbunden sind, und dass die stirnseitig gegenüberliegenden Bereiche (3a, 3a') der beiden äußeren Rohre (2, 2') miteinander, insbesondere mittels einer zweiten Verbindung, verbunden sind.
Rohr (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindung (N1) und/oder die zweite Verbindung (N2) eine Schweißverbindung ist, wobei insbesondere die erste Verbindung (N1) durch Verschmelzen der beiden Endbereiche (2a, 2ae) des inneren Rohres (2) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines mehrwandigen Rohres (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das innere Rohr (2) mit dem äußeren Rohr (2) durch radiales Aufweiten zumindest des inneren Rohres (2) fest miteinander verbunden werden, wobei das innere Rohr (2) zumindest an einem Ende (1a) des Rohres (1) aus dem äußeren Rohr (3) mit seinem Endbereich (2a) axial herausragt, und in einem nachfolgenden Schritt der axial herausragende Endbereich (2a) nach außen hin umgebogen oder umgebördelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umbiegen bzw. Umbördeln der axial herausragende Endbereich (2a) noch auf Länge gekürzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim oder nach dem Umbiegen bzw. Umbördeln des axialen Endbereichs (2a) dieser gegen die Stirnwandung (3s) des äußeren Rohres (3) gedrückt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rohres (10) unter Verwendung mindestens zweier mehrwandiger Rohre (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei mehrwandige Rohre (1, 1') mit ihren Enden (1a, 1a') axial fluchtend zueinander ausgerichtet und aneinander gelegt werden, wobei danach zunächst die beiden Endbereiche der inneren Rohre (2, 2') miteinander verbunden (N1), insbesondere miteinander verschmolzen oder mittels eines nicht-korrosiven Zusatzwerkstoffes miteinander verschweißt, werden und danach die beiden äußeren Rohre (3, 3') miteinander verbunden (N2), insbesondere mittels eines dem äußeren Rohr (3) angepassten Zusatzwerkstoffes verschweißt, werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der mehrwandigen Rohre (1, 1') die Verbindungsnaht (V) plan zur Außenwandung (1aw) des Rohres (1) geschliffen wird.