JP2017018908A - 鋼管の洗浄装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ねじ継手となる端部を有する鋼管の端面を洗浄できる洗浄装置を提供する。
【解決手段】洗浄装置1は、第1ブラシ11と、第1ノズル15と、ガイドローラ16と、第1洗浄ヘッド10と、鋼管Pを支持する支持ローラ2A及び2Bと、を備える。第1ブラシ11は、鋼管Pの端面Pcの領域のうちの円周方向の一部の領域に押し付けられる。第1ノズル15は、第1ブラシ11に洗浄液を供給する。ガイドローラ16は、鋼管Pの端面Pcに押し当てられる。第1洗浄ヘッド10は、第1ブラシ11、第1ノズル15及びガイドローラ16を支持する。支持ローラ2A及び2Bは、鋼管Pを鋼管Pの軸回りに回転させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ねじ継手となる端部を有する鋼管の洗浄装置に関し、特に、鋼管の端面の洗浄に適した洗浄装置に関する。
例えば、油井、天然ガス井等(以下、総称して「油井」ともいう)においては、地下資源を採掘するために、油井管(OCTG:Oil Country Tubular Goods)と呼ばれる鋼管が使用される。鋼管は順次連結され、その連結にねじ継手が用いられる。
鋼管用ねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型に大別される。カップリング型のねじ継手の場合、鋼管同士はカップリングを介して連結される。この場合、鋼管の両端部の外周に雄ねじが設けられ、カップリングの両端部の内周に雌ねじが設けられる。インテグラル型のねじ継手の場合、鋼管同士が直接連結される。この場合、鋼管の一端部の外周に雄ねじが設けられ、他端部の内周に雌ねじが設けられる。
一般に、雄ねじが設けられた管端部を含む継手部分は、雌ねじに挿入される要素を含むことから、ピンと称される。一方、雌ねじが設けられた管端部を含む継手部分は、雄ねじを受け入れる要素を含むことから、ボックスと称される。
鋼管用ねじ継手には高い密封性能が求められる。そのため、ねじ継手は、雄ねじと雌ねじの嵌め合いによるねじシールに加え、シール面同士の接触によるメタルシールを備えることが多い。このようなねじ継手では、鋼管同士を連結する締結作業の際、ねじ部(雄ねじ、雌ねじ)、シール面及びその近傍を含む管端部に、グリスコンパウンドと呼ばれる潤滑性の高い液状潤滑剤が塗布される。焼付きの発生を防止するためである。
近年、環境規制が厳しくなっている。そのため、グリスコンパウンドを使用する代わりに、めっき、樹脂等の固体潤滑層(以下、単に「潤滑層」ともいう)が管端部に形成される。その際、潤滑層を形成する処理の前に、又はその潤滑層形成処理の前処理として下地を形成する処理(例:リン酸亜鉛被膜を形成する処理)の前に、管端部は洗浄液によって洗浄される。管端部には、ねじ切り加工によって生じた切屑、切削油等の異物が付着していることから、それらの異物を除去するためである。そして、洗浄後に管端部を乾燥した後、管端部に潤滑層形成処理又は下地処理が施される。仮に管端部を洗浄しないと、潤滑層に異物が混入し、ねじ継手の密封性能が低下する。
例えば、実開平1−124282号公報(特許文献1)、実開平6−11881号公報(特許文献2)及び国際公開WO2013/038485号公報(特許文献3)は、従来の管端部の洗浄装置を開示する。これらの洗浄装置は、ブラシの押し付け、洗浄液の噴射等によって、管端部の外周側からねじ部(雄ねじ)を洗浄する。
ここで、実際の鋼管において、ねじ継手となる管端部(ピン)の端面がショルダ面とされることが多い。ショルダ面は、ボックスへのピンのねじ込みを制限するストッパの役割を担う。更に、ショルダ面は、締結が完了した状態で、ねじ部の荷重面に、いわゆるねじの締付け軸力を付与する役割を担う。
固体潤滑層は、管端部の外周に設けられたねじ部、シール面及びその近傍に形成されるだけでなく、管端部の端面であるショルダ面にも形成される。更に、管端部の内周に潤滑層が形成される場合もある。これらの部位においても、潤滑層に異物が混入しないことが求められる。特に、ショルダ面の性状はねじ継手の密封性能に影響を及ぼすことから、ショルダ面における潤滑層への異物の混入は防止すべきである。
しかし、前記特許文献1〜3に記載された洗浄装置は、いずれも管端部の外周側からねじ部(雄ねじ)を洗浄するものである。そのため、鋼管の端面(ショルダ面)を洗浄することができない。
実開平1−124282号公報 実開平6−11881号公報 国際公開WO2013/038485号公報
本発明の目的は、下記の特性を有する鋼管の洗浄装置を提供することである:
ねじ継手となる端部を有する鋼管の端面を洗浄できること。
本発明の実施形態による鋼管の洗浄装置は、端部にねじが設けられた鋼管の洗浄装置であって、第1ブラシと、第1ノズルと、ガイドローラと、第1洗浄ヘッドと、回転機構と、を備える。第1ブラシは、前記鋼管の端面の領域のうちの円周方向の一部の領域に押し付けられる。第1ノズルは、前記第1ブラシに洗浄液を供給する。ガイドローラは、前記鋼管の端面に押し当てられる。第1洗浄ヘッドは、前記第1ブラシ、前記第1ノズル及び前記ガイドローラを支持する。回転機構は、前記鋼管又は前記第1洗浄ヘッドを前記鋼管の軸回りに回転させる。
上記の洗浄装置は、前記回転機構として、前記鋼管を支持し、前記鋼管を軸回りに回転させる一対の支持ローラを備える構成とすることができる。
上記の洗浄装置において、前記ガイドローラが自身の軸方向に2つに分割され、分割された前記各ガイドローラがそれぞれ前記鋼管の端面の領域のうちの円周方向の一部の領域に押し当てられることが好ましい。
上記の洗浄装置において、前記第1洗浄ヘッドに取り付けられる前記ガイドローラの位置が前記ガイドローラの軸方向と直角な方向に可変であることが好ましい。
上記の洗浄装置において、前記鋼管の端面に対する前記第1ブラシの向きが可変であることが好ましい。
上記の洗浄装置は、更に、前記鋼管の前記端部の外周の領域のうちの円周方向の一部の領域に押し付けられる第2ブラシと、前記第2ブラシに洗浄液を供給する第2ノズルと、前記第2ブラシ及び前記第2ノズルを支持する第2洗浄ヘッドと、を備える構成とすることができる。
本発明の鋼管の洗浄装置は、下記の顕著な効果を有する:
ねじ継手となる端部を有する鋼管の端面を洗浄できること。
図1は、各実施形態に共通する洗浄装置の構成を模式的に示す側面図である。 図2は、第1実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す正面図である。 図3は、第2実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す正面図である。 図4は、第3実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す正面図である。 図5は、第3実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す側面図である。
以下に、本発明の実施形態による鋼管の洗浄装置について、図面を参照しながら詳述する。
[第1実施形態]
図1は、各実施形態に共通する洗浄装置の構成を模式的に示す側面図である。図2は、第1実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す正面図である。図1に示すように、洗浄装置1は、鋼管Pの端部Paを洗浄するために、第1洗浄ヘッド10と、第2洗浄ヘッド20と、を備える。鋼管Pの端部Paの外周Pbには、雄ねじ及びシール面が設けられている。管端部Paの端面Pcはショルダ面である。第1洗浄ヘッド10は、管端部Paの端面Pcを洗浄するために用いられる。第2洗浄ヘッド20は、管端部Paの外周Pbに設けられた雄ねじ及びシール面を洗浄するために用いられる。
図2に示すように、鋼管Pは、左右に一対の支持ローラ2A及び2Bによって水平な姿勢で支持される。一方の支持ローラ2Aは駆動ローラであり、モータ等の動力源(図示省略)に接続される。他方の支持ローラ2Bは従動ローラである。駆動ローラである支持ローラ2Aに動力源からの動力が伝達されることによって、その支持ローラ2Aは自身の軸まわりに回転する。従動ローラである支持ローラ2Bは、駆動ローラである支持ローラ2Aの回転に連動し、自身の軸回りに回転する。一対の支持ローラ2A及び2Bの回転方向は同一である。支持ローラ2A及び2Bの回転によって、鋼管Pは自身の軸回りに回転する。
第1洗浄ヘッド10は、管端部Paの端面Pcに対向するように配置される。第2洗浄ヘッド20は、管端部Paの上方から管端部Paの外周Pbに対向するように配置される。これらの第1洗浄ヘッド10及び第2洗浄ヘッド20は、架台3から起立したフレーム4によって支持される。具体的には、第1洗浄ヘッド10はフレーム4に固定される。一方、第2洗浄ヘッド20は、上下方向に移動が可能となるようにフレーム4に支持される。つまり、第2洗浄ヘッド20の高さは可変である。本実施形態では、架台3は、鋼管P、支持ローラ2A及び2Bの軸方向に沿って、進退移動が可能である。
架台3の上には受け皿5が設置される。受け皿5は、管端部Paの洗浄に使用された洗浄液を受けとめる。受け皿5の下方にはタンク6が据え置かれる。受け皿5内の洗浄液は、受け皿5からの排出管5aを通じてタンク6に導かれる。タンク6内の洗浄液は、タンク6からの配管7を通じて第1洗浄ヘッド10及び第2洗浄ヘッド20に送り出される。各洗浄ヘッド10及び20への洗浄液の送り出しは、配管7の経路に配設されたポンプ8によって行われる。なお、タンク6とポンプ8との間の配管7には、ストレーナ(図示省略)が配設される。
第1洗浄ヘッド10は、第1ブラシ11、第1ノズル15及びガイドローラ16を支持する。第1ブラシ11は、管端部Paの端面Pcの領域のうちの最下部の領域と対向するように配置される。第1ブラシ11は、毛材11aと、この毛材11aを植え込んだブラシ本体11bと、を含む。ブラシ本体11bは、ボルト13によって第1ブラシ保持部材12に固定される。第1ブラシ保持部材12は、左右方向に突出する支軸12aを有する。第1ブラシ保持部材12の各支軸12aは、第1洗浄ヘッド10から突出する一対の側板10aに回転可能に支持される。これにより、管端部Paの端面Pcに対する第1ブラシ11(毛材11a)の向きが可変となる。このような第1ブラシ11の向きは、第1ブラシ保持部材12の背面側に設置されたボルト14A及び14Bのねじ込み量によって調整される。なお、ボルト13を緩めることにより、第1ブラシ11のみを容易に交換できる。
第1ノズル15は、第1ブラシ保持部材12、及び第1ブラシ11のブラシ本体11bを背面側から貫き、第1ブラシ11の毛材11aに向けて開口する。第1ノズル15には、タンク6からの配管7が接続される。第1ノズル15は、タンク6から配管7を通じて送り出された洗浄液を噴出し、第1ブラシ11(毛材11a)に洗浄液を供給する。
ガイドローラ16は、第1ブラシ11の上方に配置される。特に本実施形態では、ガイドローラ16は、鋼管Pの軸心とほぼ同じ高さの位置に水平な姿勢で配置される。更に、ガイドローラ16は、自身の軸方向に2つに分割される。分割された各ガイドローラ16A及び16Bは、管端部Paの端面Pcの領域のうちの左側部及び右側部それぞれの領域と対向するように配置される。各ガイドローラ16A及び16Bは、両者を貫通する段付のローラ軸17を備え、このローラ軸17を中心に回転可能である。そのローラ軸17の両端部が、第1洗浄ヘッド10から突出する一対の側板10bをそれぞれ貫通し、ナット18によって側板10bに固定される。ガイドローラ16の材質は、例えば、MCナイロン(登録商標)、ウレタンゴム等のように、適度な弾性(柔らかさ)と剛性(固さ)を併せ持ち、耐久性に優れたエンジニアリングプラスチックである。
第2洗浄ヘッド20は、第2ブラシ21及び第2ノズル25を支持する。第2ブラシ21は、と対向するように配置される。第2ブラシ21は、第1ブラシ11と同様に、毛材21aと、ブラシ本体21bと、を含む。ブラシ本体21bは、ボルト23によって第2ブラシ保持部材22に固定される。第2ブラシ保持部材22は、左右方向に突出する支軸22aを有する。第2ブラシ保持部材22の各支軸22aは、第2洗浄ヘッド20から突出する一対の側板20aに回転可能に支持される。これにより、管端部Paの外周Pbに対する第2ブラシ21(毛材21a)の向きが可変となる。このような第2ブラシ21の向きは、第1ブラシ11と同様に、ボルト24A及び24Bのねじ込み量によって調整される。なお、ボルト23を緩めることにより、第2ブラシ21のみを容易に交換できる。
第2ノズル25は、第2ブラシ保持部材22、及び第2ブラシ21のブラシ本体21bを背面側から貫き、第2ブラシ21の毛材21aに向けて開口する。第2ノズル25には、タンク6からの配管7が接続される。第2ノズル25は、タンク6から配管7を通じて送り出された洗浄液を噴出し、第2ブラシ21(毛材21a)に洗浄液を供給する。
このような洗浄装置1を用いた鋼管Pの洗浄は、以下のようにして行われる。支持ローラ2A及び2Bの上に鋼管Pを載置する。その後、図1に示すように、ガイドローラ16が鋼管Pの端部Paに接触するまで、架台3が移動する。これにより、ガイドローラ16が管端部Paの端面Pcに押し当てられた状態になる。第1ブラシ11(厳密には毛材11a)が、管端部Paの端面Pcの領域のうちの最下部の領域に押し付けられた状態になる。更に、第2ブラシ21(厳密には毛材21a)が、管端部Paの外周Pbの領域のうちの最上部の領域に押し付けられた状態になる。
この状態において、ポンプ8を駆動する。すると、第1ノズル15から第1ブラシ11に洗浄液が供給される。第2ノズル25から第2ブラシ21に洗浄液が供給される。そして、支持ローラ2A及び2Bを駆動し、鋼管Pを回転させる。これにより、管端部Paの端面Pcの領域は、洗浄液を供給されながら、第1ブラシ11との摺動によって円周方向の全域にわたり洗浄される。管端部Paの外周Pbの領域は、洗浄液を供給されながら、第2ブラシ21との摺動によって円周方向の全域にわたり洗浄される。
その際、各ガイドローラ16A及び16Bが管端部Paの端面Pcに接触しているため、管端部Paの端面Pcの位置は一定に維持される。これにより、第1ブラシ11と管端部Paの端面Pcとの接触状態が安定し、第2ブラシ21と管端部Paの外周Pbとの接触状態も安定する。その結果、管端部Paの端面Pc、すなわちショルダ面は、第1ブラシ11によって均一に十分洗浄される。管端部Paの外周Pb、すなわち雄ねじ及びシール面は、第2ブラシ21によって均一に十分洗浄される。したがって、本実施形態の洗浄装置1によれば、ねじ継手となる端部Paを有する鋼管Pの端面Pcを洗浄できる。しかも、管端部Paの外周Pbを洗浄できる。
また、管端部Paの端面Pcに接触した各ガイドローラ16A及び16Bは、それぞれ、その端面Pcの回転に追従し、ローラ軸17回りに円滑に回転する。つまり、各ガイドローラ16A及び16Bと管端部Paの端面Pcとが擦れ合うことはない。そうすると、管端部Paの端面Pc、すなわちショルダ面に、各ガイドローラ16A及び16Bに起因する擦り疵は生じない。
また、第1ブラシ11(毛材11a)の向きを調整すれば、管端部Paの内周の洗浄も行える。
[第2実施形態]
図3は、第2実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す正面図である。第2実施形態の洗浄装置は、前記第1実施形態の洗浄装置の構成を基本とし、その構成の一部を変形したものである。
一般に、鋼管の外径サイズは多種多様である。この点、前記図2に示すように、第1実施形態の洗浄装置1では、第1洗浄ヘッド10における各ガイドローラ16A及び16Bの長さが短い。そのため、共通の第1洗浄ヘッド10(特に、ガイドローラ16)を用いて洗浄を行う場合、対応可能な鋼管Pの外径サイズは著しく制限される。また、鋼管Pの外径サイズごとに個別に第1洗浄ヘッド10(特に、ガイドローラ16)を準備するとなると、第1洗浄ヘッド10の製作コストが嵩む。
そこで、第2実施形態の洗浄装置では、図3に示すように、第1洗浄ヘッド10における各ガイドローラ16A及び16Bの長さが、前記第1実施形態と比較して大幅に長い。これにより、各ガイドローラ16A及び16Bは、外径サイズの異なる鋼管Pを洗浄する場合、管端部Paの端面Pcの領域のうちの円周方向の一部の領域に接触するようになる。したがって、共通の第1洗浄ヘッド10を用いて、外径サイズの異なる鋼管Pの端面Pcの洗浄を行える。
ここで、各ガイドローラ16A及び16Bを回転可能に支持する段付のローラ軸17の軸径は、各ガイドローラ16A及び16Bの領域で小さい。そのため、各ガイドローラ16A及び16Bの長さがあまりに長すぎた場合、ローラ軸17の強度が低下し、ローラ軸17が折損するかもしれない。このような事態を踏まえ、例えば、外径サイズが177.8mm〜219.1mmの小中径の鋼管Pを洗浄するときは、共通の小型の第1洗浄ヘッド10を用いればよい。外径サイズが244.48mm〜355.6mmの中大径の鋼管Pを洗浄するときは、共通の大型の第1洗浄ヘッド10を用いればよい。
なお、外径サイズの異なる鋼管Pを洗浄する場合、第2洗浄ヘッド20の高さを調整することにより、管端部Paの外周Pbの洗浄を行える。
[第3実施形態]
図4は、第3実施形態の洗浄装置における第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す正面図である。図5は、その第1洗浄ヘッドの構成を模式的に示す側面図である。第3実施形態の洗浄装置は、前記第2実施形態の洗浄装置の構成を基本とし、その構成の一部を変形したものである。
前記図3に示すように、第2実施形態の洗浄装置1では、外径サイズの異なる鋼管Pを洗浄する場合、第1洗浄ヘッド10における各ガイドローラ16A及び16Bが、管端部Paの端面Pcの領域のうちの円周方向の一部の領域に接触するようになる。ただし、鋼管Pの外径サイズによっては、各ガイドローラ16A及び16Bが、鋼管Pの軸心から大きくずれた高さの位置に配置される場合がある。この場合、各ガイドローラ16A及び16Bの回転方向(円周方向)と、各ガイドローラ16A及び16Bに接触した管端部Paの端面Pcの回転方向とが大きくずれる。そのため、各ガイドローラ16A及び16Bは、管端部Paの端面Pcの回転に追従し難く、回転し難い。つまり、各ガイドローラ16A及び16Bと管端部Paの端面Pcとが擦れ合う。そうすると、管端部Paの端面Pc、すなわちショルダ面に、各ガイドローラ16A及び16Bに起因する擦り疵が生じ得る。
そこで、第3実施形態の洗浄装置では、図4及び図5に示すように、第1洗浄ヘッド10に取り付けられる各ガイドローラ16A及び16Bの位置が上下方向に可変である。つまり、各ガイドローラ16A及び16Bの取り付け位置が、ガイドローラ16の軸方向と直角な方向に可変である。具体的には、第1洗浄ヘッド10から突出する一対の側板10bに、上下方向に沿った長穴10cが形成される。ローラ軸17の両端部は、各側板10bの長穴10cを挿通し、ナット18によって側板10bに固定される。
このような構成によれば、鋼管Pの外径サイズに応じ、各ガイドローラ16A及び16Bを鋼管Pの軸心とほぼ同じ高さの位置に配置することが可能になる。ローラ軸17の高さ位置の調整が長穴10cの範囲内で許容されるからである。これにより、外径サイズの異なる鋼管Pを洗浄する場合であっても、管端部Paの端面Pcに接触した各ガイドローラ16A及び16Bは、それぞれ、その端面Pcの回転に追従し、ローラ軸17回りに円滑に回転する。したがって、共通の第1洗浄ヘッド10を用いて、外径サイズの異なる鋼管Pの端面Pcの洗浄を高品質に行える。
その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、洗浄の際、先ず、鋼管Pにガイドローラ16を近づける構成である。これとは逆に、ガイドローラ16に鋼管Pを近づける構成であってもよい。この構成の場合、架台3は進退移動することなく据え置きされる。
また、上記の実施形態では、洗浄の際の回転機構として、第1洗浄ヘッド10が固定され、鋼管Pが自身の軸回りに回転する構成である。これとは逆に、鋼管Pが回転することなく固定され、第1洗浄ヘッド10が鋼管Pの軸回りに回転する構成であってもよい。この構成の場合、支持ローラ2A及び2Bは鋼管Pを支持するのみである。
また、第1ブラシ11の位置は、鋼管Pの端面Pcの領域のうちの円周方向の一部の領域である限り、特に限定はない。
本発明の洗浄装置は、油井管に用いられる鋼管を始めとし、ねじ継手となる端部を有するあらゆる鋼管の洗浄に有用である。
1:洗浄装置、 2A、2B:支持ローラ、 3:架台、
4:フレーム、 5:受け皿、 5a:排出管、
6:タンク、 7:配管、 8:ポンプ、
10:第1洗浄ヘッド、 10a:側板、 10b:側板、
10c:長穴、
11:第1ブラシ、 11a:毛材、 11b:ブラシ本体、
12:第1ブラシ保持部材、 12a:支軸、
13:ボルト、 14A、14B:ボルト、
15:第1ノズル、
16、16A、16B:ガイドローラ、 17:ローラ軸、
18:ナット、
20:第2洗浄ヘッド、 20a:側板、
21:第2ブラシ、 21a:毛材、 21b:ブラシ本体、
22:第2ブラシ保持部材、 22a:支軸、
23:ボルト、 24A、24B:ボルト、
25:第2ノズル、
P:鋼管、 Pa:端部、 Pb:外周、 Pc:端面

Claims (6)

  1. 端部にねじが設けられた鋼管の洗浄装置であって、
    前記鋼管の端面の領域のうちの円周方向の一部の領域に押し付けられる第1ブラシと、
    前記第1ブラシに洗浄液を供給する第1ノズルと、
    前記鋼管の端面に押し当てられるガイドローラと、
    前記第1ブラシ、前記第1ノズル及び前記ガイドローラを支持する第1洗浄ヘッドと、
    前記鋼管又は前記第1洗浄ヘッドを前記鋼管の軸回りに回転させる回転機構と、を備える、鋼管の洗浄装置。
  2. 請求項1に記載の鋼管の洗浄装置であって、
    前記回転機構として、前記鋼管を支持し、前記鋼管を軸回りに回転させる一対の支持ローラを備える、鋼管の洗浄装置。
  3. 請求項1又は2に記載の鋼管の洗浄装置であって、
    前記ガイドローラが自身の軸方向に2つに分割され、分割された前記各ガイドローラがそれぞれ前記鋼管の端面の領域のうちの円周方向の一部の領域に押し当てられる、鋼管の洗浄装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼管の洗浄装置であって、
    前記第1洗浄ヘッドに取り付けられる前記ガイドローラの位置が前記ガイドローラの軸方向と直角な方向に可変である、鋼管の洗浄装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼管の洗浄装置であって、
    前記鋼管の端面に対する前記第1ブラシの向きが可変である、鋼管の洗浄装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の鋼管の洗浄装置であって、
    前記洗浄装置は、更に、前記鋼管の前記端部の外周の領域のうちの円周方向の一部の領域に押し付けられる第2ブラシと、前記第2ブラシに洗浄液を供給する第2ノズルと、前記第2ブラシ及び前記第2ノズルを支持する第2洗浄ヘッドと、を備える、鋼管の洗浄装置。
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