DE3542523C1 - Length of pipe - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Rohrstrang, insbesondere zur Förderung von Wasserstoff enthaltenden Gasen, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zu einem Rohrstrang zusammengesetzte Rohre für die Gasförderung können übereinstimmende konische Endabschnitte mit Außengewinden aufweisen, die durch Schraubmuffen mit konischen Innengewinden miteinander verbunden werden. Die Rohre können aber auch an einem Ende konische Außengewinde und am anderen Ende konische Innengewinde besitzen, welche direkt miteinander verschraubt werden.

Die Gasdichtheit in den Verbindungsbereichen soll gemäß einer bekannten Ausführungsform dadurch erzielt werden, daß Stirnflächenabschnitte der Rohre sowie ggf. der Schraub­ muffen aufeinander gepreßt werden. Hierbei wird mit defi­ nierter Kraft eine unbestimmte Flächenpressung eingestellt. Bei dem Aufeinanderpressen metallischer Dichtflächen läßt sich aber nicht vermeiden, daß durch die Belastungen blei­ bende Kaltverformungen im Material der Dichtflächen er­ zeugt werden. Bei entsprechender Gaszusammensetzung bewirken diese Kaltverformungen dann eine Anreicherung des Rohrma­ terials mit Wasserstoffatomen, die aus dem Fördergas bzw. aus dem Umgebungsgas in das Rohr- oder Muffenmaterial ein­ diffundieren. Molekular-Wasserstoff führt aber im Stahl in verformten Zonen zur Versprödung und zu Schäden, insbesondere dann, wenn die Dichtflächen mehrfach aufeinandergepreßt werden.

Aus der US-PS 34 67 413 und der FR-PS 13 60 257 sind Rohrstränge bekannt, bei denen die konisch gestalteten Gewindeenden aufeinanderfolgender Rohre unter Abstützung von Stirnflächenabschnitten sowie unter Verwendung von Dichtringen im Verbindungsbereich miteinander verschraubt sind, wobei die Dichtringe in neben den Abstützungs-Stirnflächenab­ schnitten stirnseitig offene Ringnuten unter vollständiger Ausfüllung der durch die Ringnuten begrenzten Umfangskanäle eingepreßt sind.

Dabei sind die Ringnuten jeweils nur in einer der einander gegenüberliegenden Stirnflächen von aufeinanderfolgenden Rohren angeordnet. Die Dichtringe bestehen aus elastischem Material - US-PS 34 67 413 - oder aus unelastischem Material, wie PTFE - FR-PS 13 60 257 -. Kunststoffringe verbessern zwar die Gasdichtigkeit, können aber die Nachteile aus der Kaltverformung nicht beseitigen. Bei alleiniger Verwendung von Kunststoffringen ist keine absolute Gasdichtigkeit zu erreichen.

Aus der DE-OS 32 07 237 ist ein Rohrstrang bekannt, bei dem die konisch gestalteten Gewindeenden aufeinander­ folgender Rohre unter Verwendung von Dichtringen im Ver­ bindungsbereich miteinander verschraubt sind, wobei die Dichtringe in sich einander stirnseitig gegenüberliegende und stirnseitig offene Ringnuten eingelegt sind und wobei der Werkstoff der Dichtringe in wesentlichen Teilen metallisch derart zusammengesetzt ist, daß er hinsichtlich seiner Fe­ stigkeit und Streckgrenze merklich unter der Festigkeit sowie der Streckgrenze des Rohrwerkstoffs liegt.

Dabei sind die Gewindeenden aufeinanderfolgender Rohre nicht an Stirnflächenabschnitten abgestützt. Vielmehr soll zwischen den Stirnflächen der Gewindeenden im kraftver­ schraubten Zustand noch ein Spalt von unter einem Millimeter bleiben, der teilweise mit verquetschtem Ringmaterial aus­ gefüllt sein kann. Da der den Dichtring aufnehmende Umfangs­ kanal durch den Spalt zwischen den Stirnflächen nicht exakt durch die einander gegenüberliegenden Ringnuten begrenzt ist, ist er im kraftverschraubten Zustand der Rohre auch nicht notwendig vollständig ausgefüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohr­ strang der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß die Gasdichtigkeit im Verbin­ dungsbereich zweier aufeinanderfolgender Rohre ohne Ver­ sprödung von aneinanderliegenden Strinflächenabschnitten selbst bei mehrfacher Verschraubung gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Beim Verschrauben der Rohre eines Rohrstrangs wird von den Flächen der Ringnuten eine solche Kraft auf die metallischen Dichtringe ausgeübt, daß der Werkstoff der im Vergleich zum Rohrmaterial eine bedeutend höhere Dehn­ fähigkeit aufweisenden Metallringe sich plastisch in den Querschnitt der durch die Ringnuten begrenzten Umfangs­ kanäle verformt. Eine derartige Kaltverformung der Metall­ ringe führt zu einer genauen Anpassung an die Ringnuten.

Da mithin der entscheidende Teil der Kaltverformung in den Metallringen erfolgt, werden Strukturveränderungen im Rohr­ material vermieden. Es ist zwar möglich, daß die Metall­ ringe aufgrund der Flächenpressung ähnliche Mengen atomaren Wasserstoffs aufnehmen wie die bekannten aufeinandergepreßten Stirnflächenabschnitte. Eine solche Wasserstoffaufnahme führt jedoch nicht zu Schäden am Rohrmaterial. Bei wiederholten Verschraubungen werden verformte metallische Dichtringe einfach ausge­ wechselt. Die Stirnflächen bleiben indessen unbeschä­ digt. Es wird somit eine einwandfreie gasdichte Rohrverbin­ dung auch bei Mehrfachverschraubungen sichergestellt.

Werden Rohre mit übereinstimmenden konischen Ge­ windeenden mittels Gewindemuffen verschraubt, so können sich die Ringnuten nur in den Rohrstirnseiten befinden. Es ist aber auch denkbar, daß Ringnuten mit eingepreßten Metallringen im Bereich zwischen den Stirnseiten der Ge­ windemuffen und den angrenzenden Schultern der Rohre ange­ ordnet sein können.

Bei der direkten Verschraubung von Rohren über konische Innen- und Außengewinde können sich die eine gas­ dichte Verbindung gewährleistenden Ringnuten und metallischen Dicht­ ringe nur zwischen jeweils einer Stirnseite eines Rohrs und der angrenzenden Schulter des anderen Rohrs oder in den Stirnseiten beider Rohre sowie den jeweils angrenzenden Schultern befinden.

Sowohl beim Verschrauben von Rohren mit konischen Außengewinden als auch von Rohren, die an einem Ende ein konisches Außengewinde und am anderen Ende ein konisches Innengewinde aufweisen, ist aber sicherzustellen, daß stets ein Stirnflächenabschnitt eines Rohrs oder einer Gewinde­ muffe bis zum Anschlag verschraubt ist, während im Bereich des anderen Stirnflächenabschnitts ein Ringspalt ver­ bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen. Eine solche Ge­ staltung der Ringnuten führt zu einer besonders innigen An­ passung der Metallringe an die Ringnuten, ohne daß die Ringnutenflächen in der Form verändert werden.

Bei dieser Ausführungsform können die Nutflächen unter denselben Winkeln zu den angrenzenden, rechtwinklig zu den Rohrachsen verlaufenden Stirnflächenabschnitten geneigt sein. Vorteilhaft sind jedoch auch Ausführungs­ formen mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Hierbei ist es möglich, daß entweder die radial weiter innen oder die radial weiter außen liegenden Nutzflächen eine größere Neigung als die jeweils anderen Nutzflächen aufweisen.

Die Merkmale des Anspruchs 4 erlauben eine einfachere Montage. Die Ringkragen halten die Metallringe nach dem Einlegen in eine der sich gegenüberliegenden Ringnuten so lange in dieser Montageposition, bis die Ringnut des je­ weils anderen Rohrs ebenfalls am Metallring anliegt, so daß bei der nachfolgenden Kraftverschraubung der Metall­ ring in den Umfangskanal hinein verformt wird. Dabei wird das Volumen der Metallringe so gewählt, daß nicht nur der Querschnitt der Umfangskanäle sicher ausgefüllt wird, son­ dern auch ein gewisses Materialvolumen in die Umfangsnuten eintreten kann.

Bei einer Muffenverschraubung befinden sich die Um­ fangsnuten in der Gewindemuffe im Bereich der Trennebene der miteinander zu verschraubenden Rohre. Bei der Rohrver­ bindung mit unterschiedlich gestalteten Gewindeenden befin­ den sich die Umfangsnuten jeweils im Übergangsbereich von den konischen Gewindeabschnitten auf die angrenzenden Schultern der Rohre.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt einen Rohrstrang im Verbindungsbereich zweier durch eine Gewindemuffe verbundener Rohre;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt II der Fig. 1;

Fig. 3 in nochmals vergrößerter Darstellung den Aus­ schnitt II der Fig. 1 während der Montage des Rohrstrangs;

Fig. 4 im vertikalen Längsschnitt einen Rohrstrang im Verbindungsbereich zweier direkt mitein­ ander verschraubter Rohre;

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt V der Fig. 4 und

Fig. 6 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VI der Fig. 4 während der Montage des Rohr­ strangs.

Mit 1 ist in der Fig. 1 ein Rohrstrang bezeichnet, der in der Erdölindustrie bei der Förderung von Gasen, die Wasserstoff enthalten können, verwendet wird. Der Rohr­ strang 1 besteht aus stirnseitig aneinandergesetzten Rohren 2, 3 mit konischen Gewindeenden 4, 5 die durch eine Gewindemuffe 6 miteinander verschraubt sind.

Zur Sicherstellung einer gasdichten Verbindung zwischen den Rohren 2, 3 wird ein metallischer Dichtring 7 verwendet, dessen Werkstoff zumindest in wesentlichen Teilen, z. B. Verbundwerkstoff, derart zusammengesetzt ist, daß er hinsichtlich seiner Festigkeit und Streckgrenze merklich unter der Festigkeit sowie der Streckgrenze des Rohrwerk­ stoffs liegt, wodurch seine Dehnfähigkeit bedeutend höher als die des Rohrmaterials ist.

Dieser Metallring 7 wird in Ringnuten 8, 9 einge­ setzt (s. auch Fig. 2 und 3), die neben den aneinander zur Anlage gelangenden Stirnflächenabschnitten 10, 11 der Rohre 2, 3 sich einander gegenüberliegen. Der Querschnitt der Ringnuten 8, 9 ist V-förmig, so daß sie einen Umfangs­ kanal 12 begrenzen. Die Wahl der Größe der Stirnflächen­ abschnitte 10, 11 geschieht im Hinblick auf das zulässige Verschraubungsmoment.

Bei der Montage des Rohrstrangs 1 der Fig. 1 wird zunächst die Gewindemuffe 6 bis zum Anschlag an der Schulter 13 des Rohrs 2 mit diesem Rohr 2 kraftverschraubt. Nunmehr wird (Fig. 3) der im Ausgangszustand einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisende metallische Dichtring 7 in die Ringnut 8 des Rohrs 2 eingelegt, wobei ein Ringkragen 14 am Metallring 7 in eine zentrale Umfangs­ nut 15 der Gewindemuffe 6 eingreift, so daß die Montage­ position des Metallrings 7 gesichert ist. Jetzt wird auch das Rohr 3 in die Gewindemuffe 6 eingedreht, wobei die Nutflächen 16, 17 des Rohrs 2 zusammen mit den Nutflächen 18, 19 des Rohrs 3 den Metallring 7 so verformen, daß er sich genau den Oberflächen des Umfangskanals 12 anpaßt, bis die Stirnflächenabschnitte 10, 11 aufeinander stoßen, wobei jedoch zwischen dem Ende 20 der Gewindemuffe 6 und der angrenzenden Schulter 21 des Rohrs 3 ein Sicherheits­ spalt 22 verbleibt.

Das Volumen des Metallrings 7 ist so gewählt, daß das Volumen des Umfangskanals 12 völlig ausgefüllt wird und ein gewisser Überschuß in die Umfangsnut 15 eindringen kann.

Da die Dehnfähigkeit des Metallrings 7 bedeutend höher als die des Rohrmaterials ist, werden beim Zusammen­ schrauben der Rohre 2, 3 Strukturveränderungen im Rohr­ material vermieden. Der entscheidende Teil der Kaltver­ formung geschieht im Metallring 7.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 werden Rohre 23, 24 unmittelbar zu einem Rohrstrang 25 zusammen­ geschraubt. Zu diesem Zweck besitzen die Rohre 23, 24 an einem Ende ein konisches Außengewinde 26 und am anderen Ende ein konisches Innengewinde 27, die jeweils an einer Schulter 28, 29 des betreffenden Rohrs 23 bzw. 24 enden.

Neben den einander gegenüberliegenden Stirnflächen­ abschnitten 30, 31 bzw. 32, 33 der Rohre 23, 24 sind im Querschnitt V-förmige Ringnuten 34-37 vorgesehen, in welche im Ausgangszustand einen kreisförmigen Querschnitt auf­ weisende Metallringe 38, 39 (Fig. 6) mit Ringkragen 40, 41 eingebettet werden. Auch bei dieser Ausführungs­ form ist die Festigkeit und Streckgrenze des Materials der Metallringe 38, 39 erheblich kleiner als die Festig­ keit und Streckgrenze des Werkstoffs der Rohre 23, 24.

Jeweils im Übergangsbereich von den Gewindeenden 42, 43 auf die Schultern 28, 29 sind Umfangsnuten 44, 45 vorgesehen, in welche die Ringkragen 40, 41 der Metall­ ringe 38, 39 bei der Montage eingreifen und die Lage der Metallringe 38, 39 so lange sichern, bis die beiden Rohre 23, 24 gasdicht miteinander verschraubt sind. Bei dieser Verschraubung werden wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 die Metallringe 38, 39 kalt verformt und in die durch die Ringnuten 34-37 gebildeten Umfangs­ kanäle 46, 47 gepreßt, bis der Stirnflächenabschnitt 32 des Rohrs 23 am Stirnflächenabschnitt 33 der Schulter 29 des Rohrs 24 zur Anlage gelangt. Zwischen dem Stirn­ flächenabschnitt 31 des Rohrs 24 und dem Stirnflächenab­ schnitt 30 der Schulter 28 des Rohrs 23 verbleibt dann ein Sicherheitsspalt 48.

Claims (4)

1. Rohrstrang, insbesondere zur Förderung von Wasserstoff enthaltenden Gasen, bei dem die konisch ge­ stalteten Gewindeenden aufeinanderfolgender Rohre unmittel­ bar oder mittels Gewindemuffen unter Abstützung von Stirn­ flächenabschnitten sowie unter Verwendung von in stirnseitig offene Ringnuten neben diesen Stirnflächenabschnitten einge­ preßten Dichtringen miteinander verschraubt sind, da­ durch gekennzeichnet, daß je zwei einander ge­ genüberliegende Ringnuten (8, 9, 34-37) für jeden Dicht­ ring (7, 38, 39) einen vollständig ausfüllbaren Umfangs­ kanal (12, 46, 47) bilden, wobei der Werkstoff der Dicht­ ringe (7, 38, 39) zumindestens in wesentlichen Teilen me­ tallisch derart zusammengesetzt ist, daß er hinsichtlich seiner Festigkeit und Streckgrenze merklich unter der Fe­ stigkeit sowie der Streckgrenze des Rohrwerkstoffs liegt.

2. Rohrstrang nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ringnuten (8, 9, 34-37) einen mehreckigen, vorzugsweise V-förmigen Querschnitt und die metallischen Dichtringe (7, 38, 39) vor dem Verpressen einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.

3. Rohrstrang nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei V-förmigen Ringnuten (8, 9, 34-37) die beiden Nutflächen voneinander abweichende Nei­ gungen bezüglich der angrenzenden Stirnflächenabschnitte (10, 11, 30-33) aufweisen.

4. Rohrstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (7, 38, 39) mit in der Trennebene von zwei einander benachbarten Stirn­ flächenabschnitten (10, 11; 30, 31; 32, 33) angeordneten Ringkragen (14, 40, 41) in angrenzende Umfangsnuten (15, 44, 45) der miteinander verschraubten Teile (6, 23, 24) eingreifen.