EP3600694B1

EP3600694B1 - Verfahren zur rohrbeschichtung und beschichtungsanlage

Info

Publication number: EP3600694B1
Application number: EP18714219.5A
Authority: EP
Inventors: Jörg Doege; Otmar Becker; Lars Möller
Original assignee: Inprocoat Holding GmbH
Current assignee: Inprocoat Holding GmbH
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: DE102017106979A1; EP3600694A1; CN110494227A; WO2018177984A1; CN110494227B; AR111395A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Rohrs mit einer Innenauskleidung, insbesondere einer Innenplattierung.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Es gibt eine zunehmende Nachfrage nach korrosionsfesten, medienführenden Leitungsrohren, die beispielsweise als Wasser-, Gas- oder Ölpipelinerohre dienen.
Insbesondere wächst in der öl- und gasproduzierenden Industrie die Nachfrage nach korrosionsbeständigen Rohren, da in der Zukunft die zu fördernden Fluide höhere Wasseranteile und höhere Konzentrationen von Wasserstoffsulfid (H₂S) und Kohlendioxid (CO₂) aufweisen werden. Solche zunehmend korrosiven Produkte müssen oft auch über große Entfernungen in abgelegenen Gebieten und unter erhöhtem Druck befördert werden.
Geeignete Rohre für solche Medien sind Stahlrohre mit einer Innenbeschichtung, einer Innenauskleidung bzw. einer Innenplattierung, die gegenüber Rohren aus korrosionsbeständigen Stählen Kostenvorteile bieten.
Insbesondere plattierte Stahlrohre, die mit einer Innenplattierung aus einem korrosionsbeständigen Stahl versehen sind, werden erfolgreich zum Transport von feuchten und korrosiven Erdöl- und Erdgasprodukten verwendet. Als Auflagewerkstoff (Plattierung) dienen beispielsweise korrosionsbeständige Stahlqualitäten wie 316L, Alloy 825, Alloy 625 oder auch Duplex-Stahlqualitäten, die hohe Festigkeiten und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Zur Herstellung innenplattierter Rohre gibt es zwei Grundverfahren:
Zum einen sind sogenannte metallurgisch plattierte Rohre bekannt, die aus einem walz- bzw. sprengplattierten Vormaterial (Platten, Bleche) hergestellt sind, aus dem dann durch Verformung (Walzen, Kanten) und Verschweißen ein Rohr hergestellt wird. Dabei sind der Stahlwerkstoff und der korrosionsbeständige Auflagewerkstoff durch eine Diffusionsbrücke fest metallurgisch miteinander verbunden.
Zum anderen gibt es mechanisch plattierte Rohre, bei denen ein korrosionsbeständiges Innenrohr in ein Stahlaußenrohr eingezogen wird und mittels eines Hydroforming-Verfahrens mechanisch eingeformt wird. Dabei werden das Innenrohr und das Außenrohr mittels Wasserdruck gemeinsam aufgedehnt. Beim Abbau des Wasserdrucks wird durch die größere elastische Rückfederungsrate des Außenrohrs das Innenrohr in einen Druckeigenspannungszustand versetzt - das Innenrohr ist in das Außenrohr eingestaucht.
In Weiterführungen dieses klassischen Expansionsverfahrens sind die sogenannten "rolled lined" Methoden entwickelt worden. Hier wird ausgehend vom ebenen Blech (zwei Bleche) oder vom Rohr (Außenrohr und Innenrohr) eine mechanische Verpressung durch Verschieben der Bleche bei der Umformung oder beim Einrollieren des Innenrohres in das Außenrohr erzeugt. In allen Fällen entsteht eine feste mechanische Verbindung zwischen Innen- und Außenrohr, es besteht jedoch keine feste metallurgische Verbindung über eine Diffusionsbrücke. Allerdings ist dieses Verfahren erheblich kostengünstiger als die Herstellung metallurgisch plattierter Rohre.
Daneben gibt es auch innenbeschichtete Rohre, die mit organischem Korrosionsschutz versehen sind (siehe z.B. DE 2 348 751 A ). Solche Innenbeschichtungen können beispielsweise flüssig aufgetragene Epoxyschichten oder auch mehrschichtige Schmelzbeschichtungen sein, bei denen Epoxyharzmischungen in Pulverform auf die Innenoberfläche des erwärmten Rohrs aufgetragen werden. Solche organischen Beschichtungen sind zwar relativ korrosionsbeständig, ihre Lebensdauer ist jedoch bei abrasiven Medien, die solche Rohre durchströmen, beschränkt.
Für Öl- und Gaspipelines werden die Leitungsrohrabschnitte vorgefertigt und außen werkseitig vollständig beschichtet. Als Beschichtung ist eine Drei-Lagen-Polyolefin (Polyethylen- bzw. Polypropylen)- Beschichtung (vgl. ISO 21809-1) üblich. Dazu muss jedoch die Außenoberfläche des Rohrs auf Temperaturen zwischen 150 °C und 250 °C erwärmt werden, da erst bei diesen Temperaturen die pulverförmig aufgetragenen Epoxybestandteile in eine Schmelze übergehen, sich miteinander vermischen, in gewünschter Weise miteinander reagieren und sich dann nach einer sogenannten Gel-Zeit verfestigen und schließlich aushärten und so die Grundlage für den weiteren Schichtaufbau bilden.
Aus der EP 1 045 750 B1 ist es bekannt, die Rohre nach der Beschichtung von innen her abzukühlen, um die Aushärtung der Außenbeschichtung, insbesondere im Schweißnahtbereich zu verbessern.
Bei diesem Beschichtungsverfahren werden die Rohre durch ringförmige Induktionsspulen geführt, die einen kompletten Rohrabschnitt erwärmen. Organische Innenbeschichtungen halten in der Regel solchen Temperaturen nicht stand. Auch plattierte Rohre und insbesondere mechanisch plattierte Rohre sind ebenfalls nur eingeschränkt für eine solche vorbereitende Wärmebehandlung geeignet, da durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Außenrohre (Kohlenstoff-Mangan-Stahlwerkstoff) und der Innenrohre (korrosionsfeste Stahlqualität) die Verbindung zwischen den Rohren beeinträchtigt oder gar völlig gelöst werden kann. Damit sind die bewährten Verfahren zum thermisch unterstützten Aufbringen widerstandsfähiger Außenbeschichtungen für solche Rohre nicht verwendbar und es muss gegebenenfalls auf weniger widerstandsfähige Außenbeschichtungssysteme zurückgegriffen werden.
WO 2014/056107 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Außenbeschichtung von Rohren. Dabei wird auch auf die Problematik eingegangen dass bereits vorhandene Beschichtungen beim Beschichten nicht beschädigt werden sollen. Zur Lösung wird ein Auftragen unvernetzter Polymere vorgeschlagen da diese einen niedrigeren Schmelzpunkte haben und erst nach dem Auftragen vernetzt werden sollen. Dabei wird in zunächst eine Beschichtung aufgetragen, dann die Beschichtung erwärmt und anschließend gekühlt. Es wird auch die Möglichkeit einer Kühlung durch Wasserauftrag in der Innenseite des Rohrs genannt.
JP S57 201571 offenbart ebenfalls eine Vorrichtung und Verfahren zur Außenbeschichtung eines Rohres, bei dem die Kühlung durch Wassereinspritzung sowohl auf der Außenseite als auch auf der Innenseite erfolgt. Dabei findet die Wasserkühlung strickt von der lokalen Erwärmung der Beschichtung entfernt statt. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass die Kühlungseffizienz durch eine unbeschichtete Innenseite erhöht wird.
US 3,411,933 A beschreibt eine Vorrichtung und Verfahren, bei zwar annähernd auf der gesamten Länge eine Außenbeschichtung aufgetragen wird und die gesamte Innenlänge lokal gekühlt wird. Die Kühlung erfolgt zeitgesteuert nach dem Auftragen und Verschmelzen der Außenbeschichtung.
Aufgabe ist es, ein Außenbeschichtungsverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise ausgeräumt werden. Eine weitere Aufgabe kann darin gesehen werden, eine entsprechende Beschichtungsanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu realisieren.

ZUSAMMENFASSUNG

Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Außenbeschichten eines Rohrs mit einer Innenbeschichtung, insbesondere einer Innenplattierung, zur Verfügung, das Folgendes umfasst:

Bereitstellen eines Rohrs in einer Beschichtungsanlage,
lokales Erwärmen eines zu beschichtenden Außenflächenbereichs des Rohrs mit einer Heizvorrichtung,
lokales Kühlen der Innenbeschichtung mit einer Kühlvorrichtung im Bereich des erwärmten Außenflächenbereichs, so dass dort in einer Übergangszone zwischen Rohr und Auskleidung eine erste Grenztemperatur nicht überschritten wird und im zu beschichtenden Außenflächenbereich eine zweite Grenztemperatur nicht unterschritten wird, und
Beschichten des erwärmten Außenflächenbereichs mit einer Beschichtungsvorrichtung.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Folgendes umfasst:

eine Heizvorrichtung,
eine Kühlvorrichtung,
eine Beschichtungsvorrichtung,
einen Temperatursensor und
eine Steuerung.

Weitere Aspekte und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage,
Fig. 2: die in Fig. 1 dargestellte Beschichtungsanlage in einer anderen Ansicht,
Fig. 3: eine vergrößerte Schnittdarstellung eines zu beschichtenden Rohrs (Detail A aus Fig. 2) mit einer schematischen Darstellung eines Temperaturverlaufs über den Rohrwandquerschnitt und
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rohrbeschichtung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor einer detaillierten Beschreibung der Ausführungsform bzw. des Verfahrens unter Bezugnahme auf die Figuren folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsformen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung werden die folgenden Verfahrensschritte zunächst nacheinander und im eingefahrenen Prozess gleichzeitig durchgeführt: Zunächst wird ein Rohr in einer Beschichtungsanlage bereitgestellt. Ein zu beschichtender Außenflächenbereich des Rohrs wird mit einer Heizvorrichtung lokal erwärmt. Im gleichen oder unmittelbar angrenzenden Bereich wird die Innenauskleidung mit einer Kühlvorrichtung lokal gekühlt. Erwärmen und Kühlen sind so aufeinander abgestimmt, dass in einer Übergangszone zwischen Rohr und Auskleidung eine erste Grenztemperatur nicht überschritten wird. Die Grenztemperatur ist dabei so gewählt, dass unterhalb dieser Temperatur weder die Innenauskleidung selbst leidet noch die Verbindung zwischen Innenauskleidung (Innenrohr) und Rohrwerkstoff (Außenrohr). Dies ist insbesondere bei metallischen Innenauskleidungen zu beachten, die in einem Plattierverfahren auf die Innenwand des Rohrs aufgebracht wurden.
Gleichzeitig werden das lokale Erwärmen und das lokale Kühlen so aufeinander abgestimmt, dass im zu beschichtenden (erwärmten) Außenflächenbereich eine zweite Grenztemperatur nicht unterschritten wird. Diese Grenztemperatur stellt eine wesentliche Verfahrensgröße für die Beschichtung selbst dar. Sie ist insbesondere bei Pulverbeschichtungen, die auf die Rohroberfläche aufgeschmolzen werden, wichtig, da diese Temperatur für den erforderlichen Aufschmelz- und Aushärteprozess verantwortlich ist.
Bei entsprechend eingestellten Parametern (erste Grenztemperatur und zweite Grenztemperatur) erfolgt die Beschichtung des erwärmten Außenflächenbereichs mit einer Beschichtungsvorrichtung.
Der Begriff "Innenauskleidung" umfasst in erster Linie metallische Auskleidungen, also Plattierungen, aus korrosionsbeständigen Stahlqualitäten wie zum Beispiel Duplex-Stähle, Super-Duplex-Stähle und Legierungen wie 316L, Alloy 625, Alloy 825 und Kupfernickel 9010 (nach einschlägigen Werkstoffnormen und Rohr-Öl-und Gasnormen/Standards: z. B. API 5LD, Saudi Aramco, etc.). Der Begriff "Innenauskleidung" soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung allerdings nicht auf solche Auskleidungen beschränkt sein, sondern ebenfalls auch solche Auskleidungen oder Beschichtungen umfassen, die entweder bahnenweise in Auskleidungsverfahren aufgebracht werden, aufgeschmolzen werden oder flüssig aufgetragen werden. Dazu gehören beispielsweise Flüssigepoxyanstriche, Rostschutzanstriche oder andere organische Beschichtungen, aber auch sogenannte Drei-Lagen-Polyolefin-Beschichtungen mit einer Fusion-Bonded-Epoxy (FBE)-Grundierung.
Bei Metallauskleidungen oder Metallplattierungen beträgt die erste Grenztemperatur zwischen 40 °C und 80 °C. Bei organischen Beschichtungen oder Anstrichen kann diese Temperatur auch darunter liegen.
Die zweite Grenztemperatur, die erreicht werden muss, um eine hochwertige Außenbeschichtung (zum Beispiel eine FBE-Grundierung) vorsehen zu können, beträgt 150 °C bis 250 °C. Für andere Beschichtungswerkstoffe kann diese Temperatur aber auch darüber oder darunter liegen.
Es gibt Verfahren, bei denen die Wärmeführung durch das Einstellen einer relativen Vorschubbewegung zwischen Rohr einerseits und Heizvorrichtung, Kühlvorrichtung und/oder Beschichtungsvorrichtung andererseits unterstützt wird. In erster Linie wird dabei das zu beschichtende Rohr mit einer Vorschubbewegung an diesen oben genannten Vorrichtungen vorbeigeführt. Diese Vorschubbewegung kann beispielsweise eine spiralförmige Bewegung sein, bei der eine Rotationsbewegung um die Rohrachse mit einer Vorschubbewegung in Richtung der Rohrachse kombiniert wird. Die Vorschubbewegung kann aber auch etappenweise durchführt werden, so dass ein Beschichtungsstreifen während einer 360°-Drehung des Rohrs aufgebracht wird und dann das gesamte Rohr um einen bestimmten Betrag, der der Breite eines Beschichtungsstreifens entspricht, weitergeführt wird.
Die Vorschubbewegungen können allein durch Bewegen des Rohres ausgeführt werden, das mittels einer geeigneten Fördereinrichtung an der Heizvorrichtung, der Kühlvorrichtung und der Beschichtungsvorrichtung vorbeigeführt wird. In anderen Ausführungen können aber auch Teilbewegungen von den oben genannten Vorrichtungen selbst durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Rotationsbewegung des Rohrs über ein geeignetes Drehwerk eingestellt werden, während die entsprechende translatorische Bewegung über bewegliche Aggregatträger außen am Rohr bzw. im Inneren des Rohrs ausgeführt wird. Dazu können verfahrbare Supporte oder Schienen vorgesehen werden.
Es gibt Verfahren, bei denen die Kühlung über ein mit der Kühlvorrichtung auf die Innenauskleidung aufgebrachtes Kühlfluid erfolgt und dabei der Kühlfluidstrom und/oder eine Kühlfluidtemperatur eingestellt werden. Auf diese Weise kann die erforderliche Wärmeabfuhr genau eingestellt werden. Als Kühlfluid kommen geeignete Gase oder Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, in Frage, die in der gewünschten Menge und in der gewünschten Temperatur bereitgestellt werden können.
Die Verwendung von Gasen oder Gasgemischen hat den Vorteil, dass diese ohne zusätzliche Abfluss- oder Auffangeinrichtungen verwendbar sind. Insbesondere ein Luftstrom ist zur Kühlung mit minimalem Aufwand bereitstellbar und ohne zusätzliche Gasversorgung verfügbar. Es sind lediglich die Anlagen zum Druckaufbau und gegebenenfalls zur Temperierung der Kühlluft erforderlich.
Eine Wasserkühlung ist ggf. effizienter, da mit einem Wasserstrom eine höhere Kühlwirkung erreicht werden kann und das Kühlwasser ohne Weiteres durch das Rohr abgeführt und in einen Kreislauf zurückgeführt werden kann, so dass auch hier der Wasserverbrauch vergleichsweise gering gehalten werden kann.
Es gibt Verfahren, bei welchen die Oberflächentemperatur des Rohrs mit einem oder mehreren Temperatursensoren in einem Wirkbereich der Heizvorrichtung, der Kühlvorrichtung und/oder der Beschichtungseinrichtung erfasst wird. Ein oder mehrere Oberflächentemperaturwerte können dann in einer Steuerung verwendet werden, um die Vorschubbewegung, den Kühlfluidstrom und die Kühlfluidtemperatur so einzustellen, dass die erste und/oder die zweite Grenztemperatur in einem gewünschten Bereich eingehalten werden. Der Begriff "Steuerung" ist in diesem Zusammenhang weit gefasst und umfasst nicht nur Steuerungen im engeren Sinne, sondern auch Regelvorgänge oder Regelungen, bei denen die gewünschten Führungsgrößen rückgekoppelt eingestellt werden.
Die Steuerung ist dabei so ausgebildet und eingerichtet, dass sie wahlweise einzelne oder beliebige Kombinationen der nachfolgenden Parameter erfasst, einstellt und gegebenenfalls verändert:

Oberflächentemperatur des Rohrs im Wirkbereich der Heizvorrichtung, der Kühlvorrichtung und der Beschichtungseinrichtung. Dabei können sowohl Temperaturen an der Außenwand als auch an der Innenwand des Rohrs erfasst, verarbeitet und/oder eingestellt werden.
Mehrachsige relative Vorschubbewegung des Rohrs (rotatorisch und/oder translatorisch),
Abstandsregelung der Heizvorrichtung, Beschichtungseinrichtung und/oder der Kühlvorrichtung;
Steuern eines Beschichtungsmassestroms.

Es gibt Ausführungen, bei denen die Kühlvorrichtung an einem im Inneren des zu beschichtenden Rohrs verlaufenden Träger angeordnet ist. Damit kann auf einfache Weise die Positionierung der Kühlvorrichtung relativ zur Beschichtungseinrichtung und Heizvorrichtung vorgenommen werden. Die Kühlvorrichtung kann auch verfahrbar und/oder verstellbar an diesem Träger angeordnet sein, so dass über die Verfahrbarkeit auch eine Relativbewegung der Kühlvorrichtung zum Rohr realisiert werden kann.
Dabei gibt es Ausführungen, bei denen eine Verstellvorrichtung an der Kühlvorrichtung vorgesehen ist, über welche die Lage und/oder eine Ausrichtung der Kühlvorrichtung einstellbar sind. Dies verbessert weiter die Einstellmöglichkeiten der Kühlvorrichtung und damit eine Verbesserung der Kühlparameter.
Es gibt Ausführungen, bei denen die Heizvorrichtung eine Induktionsvorrichtung, eine Gasbrennereinrichtung und/oder eine Strahlungswärmequelle aufweist. Eine Induktionsvorrichtung erzeugt im ferritischen Werkstoff des Rohrs Wirbelströme, deren Energie durch den spezifischen elektrischen Widerstand teilweise in Wärme umgewandelt wird und zur Erwärmung des Rohrs führt. Eine solche Wärmequelle erzeugt die gewünschte Wärme geometrisch eng begrenzt im Bereich des durch Induktionsspulen genau vorgegebenen magnetischen Flusses. Auf diese Weise kann eine genau lokalisierte Wärmezufuhr erfolgen. Auch die Gestalt der Wärmeeinflusszone (zum Beispiel rund, eckig, oval) und/oder deren Anzahl und Verteilung können mit einer induktiv arbeitenden Heizvorrichtung genau festgelegt werden.
Ergänzend oder alternativ können aber auch mehr oder weniger herkömmliche Gasbrennereinrichtungen oder andere Strömungs- oder Strahlungswärmequellen (Heißluft, Infrarotstrahler) vorgesehen werden, um die gewünschte Wärmezufuhr oder auch ein Vorwärmen des Werkstoffs durchzuführen. Strahlungswärmequellen können dabei elektrisch oder mit fossilen Brennstoffen beheizte Strahlungsflächen aufweisen.
Ausführungen, bei denen der bzw. die Temperatursensoren als Laserpyrometer ausgebildet sind, erlauben eine schnelle und berührungslose Temperaturbestimmung. Sie können an nahezu beliebigem Ort angebracht und justiert werden, um die Temperatur an unterschiedlichen Orten zu überwachen (zum Beispiel im Bereich der Heizvorrichtung, im Bereich der Kühlvorrichtung bzw. im Beschichtungsbereich). Damit können auch in kritischen Bereichen Temperaturprofile ermittelt werden (zum Beispiel zwischen der Heizvorrichtung und der Beschichtungseinrichtung an der Außenseite des Rohrs oder aber auch zwischen der Heizvorrichtung und der Kühlvorrichtung an der Innenseite des Rohrs), um so eine genaue Einhaltung der relevanten Grenztemperaturen an der Außenseite des Rohrs und im Übergangsbereich in der Übergangszone zwischen Rohr und Auskleidung zu bestimmen und einzustellen. In alternativen Ausführungen können auch geeignete Kontakttemperaturfühler verwendet werden.
Es gibt Ausführungen, bei denen die Beschichtungsanlage mit einer Rohrfördereinrichtung zum Ausführen wenigstens einer Komponente der relativen Vorschubbewegung, insbesondere einer Rotationsbewegung, ausgestattet ist. Die Rotationsbewegung kann beispielsweise über ein geeignetes Großrohrdrehwerk ausgeführt werden, mit dem die für die Beschichtung weitgehend maßgebliche Rotationsbewegung zum Steuern des Beschichtungsauftrags einstellbar ist. So ein das Rohr aufnehmendes Drehwerk kann seinerseits wieder verfahrbar ausgebildet werden, um die zusätzliche Längsbewegung auszuführen, so dass eine spiralförmige Vorschubbewegung (kontinuierlicher Vorschub) realisiert wird. In anderen Ausführungen kann dieser Längsvorschub entlang der Rohrachse auch etappenweise erfolgen, also Stück für Stück bei einer Beschichtung in mehreren Ringen.
In anderen Ausführungen ist die Beschichtungsanlage mit einem oder mehreren verstellbaren Vorrichtungsträger(n) zur Aufnahme der Heizvorrichtung, der Kühlvorrichtung, der Beschichtungsvorrichtung und/oder des Temperatursensors zum Ausführen wenigstens einer Komponente der relativen Vorschubbewegung, insbesondere einer Translationsbewegung, vorgesehen. Bei so einer Ausführung bewegt sich dann die Vorrichtung(en) translatorisch entlang der Außen- oder Innenfläche des Rohrs (kontinuierlich und/oder etappenweise) und übernimmt so die Ausführung einer Komponente der relativen Vorschubbewegung. Mit so einer Ausführung kann das Rohr abgesehen von der Rotationsbewegung während des Beschichtungsvorgangs stationär aufgenommen werden. Dies erleichtert zum Beispiel die Realisierung eines Kühlwasserkreislaufs in Verbindung mit der Innenkühlung, für den dann wesentlich kompaktere Wasserauffang- und -umwälzvorrichtungen realisierbar sind.
Zurückkommend zu den Fig. 1 und 2 zeigen diese eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage 1, die zur Außenbeschichtung eines Rohrs 2 mit einer Innenbeschichtung 3 dient, die hier als Innenplattierung ausgebildet ist. Das Rohr 2 ist aus einem öl- und/oder gas-konformen Stahlwerkstoff (sog. X-Güten wie z. B. X65) hergestellt und weist typischerweise eine Wandstärke von 12,7mm bis 60mm auf und dient klassischerweise als Pipeline in der Öl- und Gasförderindustrie. Die Innenplattierung ist aus einem austenitischen Edelstahl, einem Duplexstahl oder auch einer Nickelbasislegierung in einer Wandstärke von 2mm bis 6mm ausgebildet.
Die Beschichtungsanlage 1 umfasst eine Dreh- und Förderanlage 4, welche Drehrollen 5 zum Rotieren des Rohrs umfasst, sowie Längsförderelemente 6. Die Drehrollen 5 dienen dazu, das Rohr 2 in Umfangsrichtung um eine Drehachse 7 zu rotieren, und die Längsförderelemente 6 dienen dazu, eine Translationsbewegung entlang der Drehachse 7 durchzuführen.
In einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform kann die Dreh- und Förderanlage 4 auch als auf einer Schienenführung angeordnetes Drehwerk ausgebildet werden, bei dem die Drehrollen 5 das Rohr in Drehung versetzen und das gesamte Drehwerk entlang der Drehachse 7 bewegt werden kann.
Zur Beschichtung des Rohrs 2 ist eine Beschichtungsvorrichtung 8 vorgesehen, welche auf die Außenseite des Rohrs 2 entlang einer Schraubenlinie oder einer Ringlinie gleichmäßig einen Beschichtungswerkstoff aufträgt. Die Schraubenlinie wird durch die beiden Komponenten 9a und 9b in einer relativen Vorschubbewegung erzeugt. Die Komponente 9a bezeichnet dabei eine Rotationskomponente und die Komponente 9b eine Translationskomponente dieser relativen Vorschubbewegung des Rohrs 2 zur Beschichtungsvorrichtung 8.
Der Beschichtungswerkstoff wird in Pulverform aufgetragen und verschmilzt auf der erwärmten Rohraußenfläche 2a. Zum Erwärmen der Rohraußenfläche 2a dient eine Heizvorrichtung 10, die als Induktor ausgebildet ist und die Rohraußenfläche bzw. das Rohr 2 so weit aufheizt, dass die gewünschte Temperatur von 190°C im Bereich der Beschichtungsvorrichtung 8 (zweite Grenztemperatur T_G2) erreicht wird und nicht unterschritten wird, so dass der gewünschte Aufschmelzprozess eintritt.
Weiter ist im Inneren des Rohrs eine Kühlvorrichtung 11 (siehe Fig. 2) vorgesehen, die auf einem ins Innere des Rohrs 2 ragenden Träger 12 angeordnet ist, die Kühlwasser auf die Innenoberfläche der Innenbeschichtung sprüht, so dass in einer Übergangszone 14 (vgl. auch Fig. 3) eine bestimmte Grenztemperatur (erste Grenztemperatur T_G1) von 35°C nicht überschritten wird.
Zur Temperaturerfassung dient ein Temperatursensor 15, der als Infrarotpyrometer ausgebildet ist und die Oberflächentemperatur des Rohrs im Bereich der Heizvorrichtung 10 erfasst. Der Träger 12 ist optional in Pfeilrichtung 16 verstellbar mit einem Support 17 gekoppelt, der einen Verstellmechanismus umfasst, welcher den Träger 12 in vertikaler Richtung 16 verstellt.
Zusätzlich oder alternativ ist die Kühlvorrichtung 11 in Richtung 18 (auch Verstellung der Kühlvorrichtung) um die Drehachse 7 verschwenkbar angeordnet, so dass der Kühlmittelstrom K (vgl. Fig. 3) entlang der Umfangsrichtung zwischen der Heizvorrichtung und der Beschichtungsvorrichtung verstellbar ist (siehe Fig. 2). Auf diese Weise kann die lokale Kühlwirkung optimal eingestellt werden.
Optional sind weitere Temperatursensoren zwischen der Heizvorrichtung 10 und der Beschichtungsvorrichtung 8 zur Erfassung von Temperaturen der Außenoberfläche vorgesehen und/oder entsprechende Sensoren zur Erfassung der Innenoberflächentemperatur (der Innenbeschichtung 3).
Zur Steuerung der Beschichtungsanlage 1 ist eine Steuerung 19 vorgesehen, die über Signal- und Steuerleitungen 20 mit der Dreh- und Förderanlage 4, der Verstelleinrichtung des Supports 17, der Heizvorrichtung 10, der Beschichtungsvorrichtung 8, dem Temperatursensor 15 und (nicht dargestellt) der Kühlvorrichtung 11 gekoppelt ist. Die Steuerung 19 stellt (regelnd bzw. steuernd) einen oder mehrere der folgenden Parameter ein:

Rotations- und/oder Translationskomponente 9a, 9b der relativen Vorschubbewegung über die Dreh- und Förderanlage 4,
die Heizleistung der Heizvorrichtung 10,
die Austragsmenge des Beschichtungsmaterials, bzw. Beschichtungsstroms B aus der Beschichtungsvorrichtung 8 (vgl. auch B in Fig. 3),
die Fluidmenge und/oder die Fluidtemperatur des aus der Kühlvorrichtung 11 ausgebrachten Fluidstroms (K, vgl. Fig. 3) sowie
die Verstellung der Kühlvorrichtung in Richtung 18.

Die Steuerung 19 steuert und regelt dabei diese Parameter so, dass die zur Beschichtung erforderliche zweite Grenztemperatur T_G2 an der Außenfläche des Rohrs 2 erreicht wird und die erste Grenztemperatur T_G1 in der Übergangszone 14 zwischen der Innenwand des Rohrs 2 und der Innenplattierung bzw. der Innenbeschichtung 3 nicht überschritten wird. Für die erste Grenztemperatur T_G1 gilt bei einer metallischen Innenplattierung ein Temperaturbereich von 60 °C bis 80 °C und für die zweite Grenztemperatur T_G1 an der Rohraußenfläche 2a ein Temperaturbereich von 150°C bis 250 °C.
Fig. 3 zeigt das Detail A aus der Fig. 2 zusammen mit einem Temperaturwandstärkediagramm, das einen beispielhaften Temperaturverlauf über einen Rohrquerschnitt zeigt. Im Bereich der Rohraußenfläche 2a des Rohrs 2 wird durch die Heizwirkung H eine Temperatur von T_S0 erreicht, die über der zweiten Grenztemperatur T_G2 liegt und so einstellbar ist, dass das im Beschichtungsstrom B aufgetragene Beschichtungsmaterial (zum Beispiel Pulver) eine Schmelze 22 an der Beschichtungsoberfläche 2a des Rohrs 2 ausbildet. Die hier dargestellte relative Vorschubbewegung wird hier maßgeblich durch die Rotationskomponente 9a gebildet. Auf der Gegenseite trifft der Kühlmittelstrom K auf die Innenoberfläche 3a der Innenbeschichtung 3, und zwar in einem Bereich zwischen dem lokalen Wärmestrom H (erwärmter Bereich) und dem Beschichtungsstrom B. Die Verstellbarkeit in diesem Bereich wird durch den Pfeil 18 angegeben.
Der Kühlmittelstrom K bewirkt, dass die Temperatur in Richtung Rohrinnenwand 3a so stark abnimmt, dass die Temperatur in der Übergangszone 14, die um die Grenzfläche 23 zwischen Rohrinnenseite und Auskleidung gebildet wird, unter die Grenztemperatur T_G1 abgesenkt wird, so dass an der Grenzfläche selbst die Grenzflächentemperatur T_SG herrscht. Dabei wird hier vorausgesetzt, dass die Wärmeleitfähigkeit im Rohr 2 höher ist, als die in der Auskleidung bzw. Innenbeschichtung 3.
Für unterschiedliche Innenbeschichtungen 3 bzw. Innenplattierungen oder Innenauskleidungen 3 können auch unterschiedliche Grenztemperaturen T_G1 erforderlich sein, die gegebenenfalls über die Steuerung 19 wählbar und einstellbar sind. Das Gleiche gilt für die zweite Grenztemperatur T_G2, die für unterschiedliche Beschichtungsmaterialien unterschiedlich hoch sein kann.
Die zweite Grenztemperatur T_G2 an der Außenfläche des Rohres wird in erster Linie durch die Heizwirkung H bestimmt, während die erste Grenztemperatur T_G1 in erster Linie durch die Kühlwirkung K einstellbar ist.
Fig. 4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Außenbeschichten des Rohrs 2, das folgende Schritte umfasst:

S1 Bereitstellen eines Rohres in einer Beschichtungsanlage,
S2 lokales Erwärmen eines zu beschichtenden Außenflächenbereichs des Rohres mit einer Heizvorrichtung,
S3 lokales Kühlen der Innenbeschichtung mit einer Kühlvorrichtung im Bereich des erwärmten Außenflächenbereichs, so dass dort in einer Überganszone zwischen Rohr und Auskleidung eine erste Grenztemperatur (T_G1) nicht überschritten wird und im zu beschichtenden Außenflächenbereich eine zweite Grenztemperatur (T_G2) nicht unterschritten wird,
S4 Beschichten des erwärmten Außenflächenbereichs mit einer Beschichtungsvorrichtung,

S5 Einstellen einer relativen Vorschubbewegung zwischen Rohr einerseits und Heizvorrichtung, Kühlvorrichtung und/oder Beschichtungsvorrichtung andererseits,
S6 Ausbringen eines Kühlfluids mit der Kühlvorrichtung auf die Innenauskleidung,
S7 Einstellen eines Kühlfluidstroms und/oder einer Kühlfluidtemperatur,
S8 Erfassen einer Oberflächentemperatur des Rohres mit einem Temperatursensor in einem Wirkbereich der Heizvorrichtung, der Kühlvorrichtung und/oder der Beschichtungseinrichtung,
S9 Verwenden einer Steuerung zum Einstellen einer der Größen: Vorschubbewegung, Kühlfluidstrom, Kühlfluidtemperatur unter Berücksichtigung wenigstens eines erfassten Oberflächentemperaturwertes, der ersten Grenztemperatur und/oder der zweiten Grenztemperatur.

Weitere Alternativen und Varianten der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Ansprüche.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Beschichtungsanlage
2: Rohr
2a: Rohraußenfläche
3: Innenbeschichtung (Innenplattierung)
3a: Rohrinnenwand
4: Dreh- und Förderanlage
5: Drehrolle
6: Längsförderelement
7: Drehachse
8: Beschichtungsvorrichtung
9a: Rotationskomponente
9b: Translationskomponente
10: Heizvorrichtung
11: Kühlvorrichtung
12: Träger
14: Übergangszone
15: Temperatursensor
16: Verstellrichtung
17: Support
18: Verstellung Kühlvorrichtung
19: Steuerung
20: Signal- und Steuerleitung
22: Beschichtungsschmelze
23: Grenzfläche
T_G1: erste Grenztemperatur
T_G2: zweite Grenztemperatur
T_S0: Temperatur Rohraußenfläche
T_SG: Temperatur Grenzfläche
T_S1: Temperatur Rohrinnenwand
H: Heizwirkung
B: Beschichtungsstrom
K: Kühlmittelstrom/Kühlwirkung

Claims

Verfahren zum Außenbeschichten eines Rohres (2) mit einer Innenbeschichtung (3), insbesondere Innenplattierung, mit:
- Bereitstellen des Rohres (2) in einer Beschichtungsanlage (1),

- lokales Erwärmen eines zu beschichtenden Außenflächenbereichs des Rohres (2) mit einer Heizvorrichtung (10),

- lokales Kühlen der Innenbeschichtung (3) mit einer Kühlvorrichtung (11) im Bereich des erwärmten Außenflächenbereichs, so dass dort in einer Übergangszone (14) zwischen Rohr (2) und Innenbeschichtung (3) eine erste Grenztemperatur (T_G1) nicht überschritten wird und im zu beschichtenden Außenflächenbereich eine zweite Grenztemperatur (T_G2) nicht unterschritten wird,

- Beschichten des erwärmten Außenflächenbereichs mittels einer Beschichtungsvorrichtung (8).
Verfahren nach Anspruch 1 aufweisend:
Einstellen einer relativen Vorschubbewegung (9a, 9b) zwischen Rohr (2) einerseits und Heizvorrichtung (10), Kühlvorrichtung (11) und/oder Beschichtungsvorrichtung (8) andererseits.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 aufweisend:
Ausbringen eines Kühlfluids mit der Kühlvorrichtung (11) auf die Innenbeschichtung (3), Einstellen eines Kühlmittelstroms und/oder einer Kühlfluidtemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 aufweisend:
Erfassen einer Oberflächentemperatur (T_S0) des Rohres (2) mit einem Temperatursensor (15) in einem Wirkbereich der Heizvorrichtung (10), der Kühlvorrichtung (11) und/oder der Beschichtungsvorrichtung (8),

Verwenden einer Steuerung (19) zum Einstellen einer der Größen: Vorschubbewegung (9a, 9b), Kühlmittelstrom (K), Kühlfluidtemperatur unter Berücksichtigung wenigstens eines erfassten Oberflächentemperaturwertes (T_S0, T_S1), der ersten Grenztemperatur (T_G1) und/oder der zweiten Grenztemperatur (T_G2).
Beschichtungsanlage (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend
eine Heizvorrichtung (10), eine Kühlvorrichtung (11), eine Beschichtungsvorrichtung (8), einen Temperatursensor (15) und eine Steuerung (19).
Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 5, wobei die Kühlvorrichtung (11) an einem im Innern des zu beschichtenden Rohres (2) verlaufenden Träger (12) angeordnet ist.
Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 6, wobei die Kühlvorrichtung (11) eine Verstellvorrichtung zur Verstellung der Kühlvorrichtung(18) umfasst, über welche eine Lage und/oder eine Ausrichtung der Kühlvorrichtung (11) einstellbar ist.
Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Heizvorrichtung (19) eine Induktionsvorrichtung, eine Gasbrennereinrichtung und/oder eine Strahlungswärmequelle aufweist.
Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei der Temperatursensor (15) als Laserpyrometer ausgebildet ist.
Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, mit einer Rohrfördereinrichtung (4) zum Ausführen wenigstens einer Komponente (9a, 9b) der relativen Vorschubbewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung (9a).
Beschichtungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 mit einem verstellbaren Vorrichtungsträger (12) zur Aufnahme der Heizvorrichtung (10), der Kühlvorrichtung (11), der Beschichtungsvorrichtung (8) und/oder des Temperatursensors (15) zum Ausführen wenigstens einer Komponente der relativen Vorschubbewegung (9a, 9b), insbesondere eine Translationsbewegung (9b).