JP2019501025A - 二重壁の管を製造する方法、および二重壁の管 - Google Patents

Abstract

本発明は、耐食性の合金からなる内側管（２）とプレスされる外側管（３）を有する二重壁の管（１）を製造する方法に関し、外側管（３）と内側管（２）の間の少なくとも部分領域に接着剤（４）が挿入され、外側管（３）と内側管（２）との接着後に内側管（２）と接着剤層（４）が管端部（２１，３１）のところで除去され、内側管（２）との一体接合を介して外側管（３）の内面がクラッディングされる。

Description

本発明は、好ましくは耐食性の合金からなる内側管とプレスされる外側管を有する二重壁の管を製造する方法に関し、外側管と内側管の間に少なくとも部分領域で接着剤が挿入される。本発明は、このような二重壁の管も対象とする。

特許文献１より、フェライト系の外側管からなり、その中に、たとえば特殊鋼などの耐食性の合金からなる内側管が内部高圧成形法で押し込まれているバイメタル管が公知である。このような管を製造するときの主要な特徴は、シームレスまたは溶接された外側管の中での、周囲温度のもとでの内側管の油圧式の三次元の膨張プロセスにある。このとき内側管はまず弾性的に、次いで可塑的に２％〜５％拡張されて、ついには外側管の内壁に当接する。引き続き、内側管と外側管の共同での拡張が約０．５％〜１％だけさらに行われ、このとき外側管は２部分に分かれた外側工具によって保持される。機械・油圧式の結合方法により、前材料が強度要求を満たしている限りにおいて、多数の異なる素材を互いに結合することができる。

管が大きなドラムに巻き付けられ、その後に通常はオフショア・管敷設のときに抜き取られる、いわゆるリーリング法にもバイメタル管を適用するために、外側管と内側管の間で少なくとも部分領域に接着剤が設けられることが提案されており、それは、内側管またはライナーが外側管から外れたり、転がったときに折り目がついたりするのを防止するためである。この接着剤は、高い引張力やせん断力を受け止めることができる永久弾性接着剤であるのが好ましい。接着剤は環状の接着スリーブの形態で塗布し、次いで、内側管の外套面にわたって均等に分散させることができ、その後に内側管が外側管へ挿入される。配管へのバイメタル管の申し分のない溶接を保証するために、各々のバイメタル管の両方の管端部がそれぞれ接着剤フリーであると好都合である。管の端面も接着剤フリーであるのがよい。

ドイツ実用新案出願公開第２００１６９３７Ｕ１号明細書

本発明の課題は、リール能力のある二重壁の管を容易に製造することができる方法を提供することにある。本発明の別の課題は、リール能力のある改良された二重壁の管を提供することにある。

本発明によるとこの課題は、主請求項の構成要件を有する方法ならびに副請求項の構成要件を有する二重壁の管によって解決される。本発明の好ましい実施形態や発展例は、従属請求項、発明の詳細な説明、ならびに図面に開示されている。

好ましくは耐食性の合金からなる内側管とプレスされる外側管を有する、二重壁の管を製造する本発明の方法は、外側管と内側管の間に少なくとも部分領域で接着剤が挿入され、外側管と内側管との接着後に内側管と接着剤層が管端部のところで除去され、内側管と物質接合式に結合させながら外側管の内面がクラッディングされることを意図する。外側管が内側から拡張されることによって内側管が外側管に押し込まれ、その代替または補足として、外側管の圧縮によって、または外側管の内径の縮小によってプレスが実現され、それは、たとえば外側管の拡張後における冷却または内圧の低減によってである。内側管と接着剤層の一部が除去されることで、外側管の内面へ溶接クラッディングを品質的に高価値に塗布することが可能であり、それにより、溶接クラッディングや二重壁の管に関わる安全工学上の要求事項を満たすことができる。接着剤や残留接着剤の存在のもとで溶接クラッディングが実行されると、溶接クラッディングされた層内部に封入物、引け巣、気泡が形成される危険があり、そのために、耐久性や品質および場合により管の要求される安定性も脅かされることになりかねない。外側管および内側管と溶接クラッディングとの物質接合式の結合により、該当する二重壁の管と端面のところで溶接により容易に結合することができる、機械的に安定した管端部を提供することが可能であり、それにより、二重壁の管区域からなる、リール能力のある長い管を製造することができる。接着剤層によって、パイプラインが管ドラムに巻き取られるときや巻き出されるときの、内側管またはライナーの折り目形成が効果的に回避され、それにより、内側管の折り目と外側管との間の中間スペースでの、一方における流動の障害および他方における腐食の危険がなくなる。

内面での外側管の管端部の溶接クラッディングは、外側管にとっての摩耗防護、酸化防護、および腐食防護となる。溶接クラッディングを通じて、内側管と外側管の相違する材料が物質接合式に互いに結合され、外側管の内面に溶接クラッディングされる材料は、外側管の材料よりも高合金となっている。

内側管の管端部を熱的および／または機械的に除去することができ、そのようにして、管端部の領域で内側管と外側管との間にある接着剤層へのアクセスを確保し、または、内側管の管端部の除去後に、溶接クラッディングが塗布されるべき長さにわたっての外側管へのアクセスを確保する。内側管は、分離されるべき管端部の領域で機械的に分離することができ、それはたとえば旋削、フライス加工、または研削によってであり、あるいは、レーザビーム切断、レーザビームガス切断、またはガス切断のような熱的な方法によってである。その代替または補足として、電気エネルギー、熱エネルギー、化学反応、およびこれらの組み合わせの形態の物理的および化学的な作用原理が内側管の分離のために利用される、研磨式またはその他の剥離式の分離方法が適用される。管端部は熱的および／または機械的に全面的に除去することができるが、別案として、内側管のスリット状またはリング状の部分だけを除去してから、接着剤層によってのみ保持されている分離された内側管の部分を外側管から除去することも可能である。除去されるべき内側管区域の取出し運動は、接着剤を通じての付着を解消させるために、たとえば引張力または押圧力の印加、あるいはねじり力の印加によって行われる。内側管の除去されるべき管端部の機械的および／または熱的な分離または分断の後に、接着剤層を化学的、電気化学的、熱的、もしくは機械的に除去し、または、分離された内側管端部を外側管から除去することができる程度まで、接着剤の接着力を消滅もしくは減衰させることも可能である。

内側管端部の除去後に、外側管の内面で管端部の領域に場合によりまだ存在している接着剤を熱的、化学的、および／または機械的に除去することができ、それは、たとえば加熱、燃焼、化学的な溶解、分解もしくは変性によって、あるいは機械的な製造方法によってである。同様に、内側管端部が除去された後に、内側管と外側管の間の領域からも接着剤を取り除くことができ、それにより内側管と外側管の間に接着剤フリーの間隙が生じる。

クラッディングされる材料の外側管への改善された付着を保証するために、外側管の内面の表面を、クラッディングの前に化学的および／または機械的に処理しておくことができる。特に接着剤の残留物、および場合により接着剤の除去のために使用された材料の残留物を、外側管の内面の処理によって除去することができる。このように表面が浄化され、場合により表面処理によって、最善のクラッディングを行うことができるように準備される。

内側管は、二重壁の管の製造にあたってまず長さ全体にわたり接着され、それにより、内側管と外側管からなる実質的に同じ長さの２つの管区域が、中間製品としての二重壁の管をもたらし、このとき各管は長さ全体にわたり、かつ好ましくは全面で互いに接着される。それによって接着剤塗布が簡易化される。内側管と外側管のどの領域も接着剤塗布から除外されていないので、外側管への内側管の挿入にあたって各管の案内をするときの不正確性が問題にならなくなるからである。外側管と内側管との全面での接着は、外側管に対する内側管の確実な割当てを成立させて、内側管またはライナーのリーリングの際に折り目形成が生じるのを防止する。

内側管は、耐食性の合金、特にクロム・ニッケル鋼またはニッケルベース合金でできているのが好ましく、このとき外側管として炭素鋼からなる管が使用されるのが好ましい。溶接クラッディングを通じて、相違する鋼材種類が物質接合式に互いに結合される。

接着剤としては、負荷中や敷設中における内側管と外側管の間での熱膨張の相違や場合により相対運動を補償できるようにするために、永久弾性接着剤が使用されるのが好ましい。

内側管および／または外側管をクラッディング中に冷却することができる。クラッディングされるべき材料に対して、または溶接トーチまたは電極に対して相対的に溶接プロセスで管が回転する、回転式の溶接プロセスで行われるのが好ましい溶接クラッディングにより、まず、短縮された内側管が溶接クラッディング材料を介して外側管と物質接合式に結合される。次いで、外側管の内部に位置するこの領域を起点として、短縮された内側管から外側管の内面における端面の管端部まで溶接クラッディングが延びるようになるまで、管端部に向かう方向で螺旋状に以降の材料が塗布される。接着剤の接着力の低下につながりかねない高い温度ピークを回避するために、内側または外側から管に対して作用する局所的な冷却が好ましい。この冷却は、溶接クラッディングの開始前に始めることができる。溶接クラッディング中に内側と外側の両方から冷却を行うことができ、同様に、一方の側からだけ冷却を行うこともできる。後冷却も同じく行うことができる。

溶接クラッディング材料は、外側管の内面にわたって閉じた被覆を形成してその内面を覆い、クラッディングに使用される材料は同じく耐食性である。

内側管とプレスされる、好ましくは内側管が外側管の中に押し込まれる、外側管を有する二重壁の管は、外側管と内側管の間に少なくとも部分領域で接着剤が配置され、外側管の管端部に、外側管を内側管と物質接合式に結合する溶接クラッディングが塗布されていることを意図する。このように、内側管は外側管に対して短縮されており、それは、溶接クラッディングの長さの分だけであり、該溶接クラッディングを介して内側管が外側管と物質接合式に連結され、溶接クラッディングは、機械的および化学的な影響に対して外側管を防護するために、外側管の内面で全面に塗布されるのが好ましい。内側管は耐食性の合金、特にクロム・ニッケル鋼やニッケルベース合金で構成されるのが好ましく、それに対して外側管は炭素鋼で製作されるのが好ましい。

溶接クラッディングは、二重壁の管の純粋に金属の端面を十分な長さにわたって提供するために、管端部から見て５０ｍｍ〜２５０ｍｍの長さで外側管に塗布されるのが好ましく、それにより、互いに向かい合う二重壁の管の２つの端面を互いに問題なく溶接することができる。この溶接クラッディングの長さは、１つの長いパイプラインをなすように管端部を確実かつ自動化可能に溶接することを可能にするために、管端部または端面を機械的に前処理できるようにすることを可能にする。

溶接クラッディングは外側管の端部まで延びているのが好ましく、それにより、外側管の内面が全面的に防食され、すなわち最初は溶接クラッディングによって、次いで、管長さのその後の過程では内側管またはライナーによって防食される。

溶接クラッディングの内径は内側管の内径に相当するのが好ましく、それにより、渦流化や流動障害が二重壁の管内で生じることがなく、管端部が互いに溶接される場合にも、ほぼ一定の内径を有する二重壁の管を提供できることが保証される。

次に、本発明の実施例について添付の図面を参照しながら詳しく説明する。図面は次のものを示す。

接着後の二重壁の管端部を示す断面図である。 図１の管端部を示す斜視部分断面図である。 内側管部分の除去後、かつ溶接クラッディング中の管端部を示す断面図である。 図３の斜視部分断面図である。

図１は、全面に塗布された接着剤層４を介して外側管３と接着された内側管２を有する二重壁の管１の端部を部分断面図として示している。外側管３は炭素鋼でできており、いわゆるライナーとして構成されていて耐食性材料からなる、好ましくはクロム・ニッケル鋼またはニッケルベース合金からなる内側管２よりもはるかに肉厚である。二重壁の管１を製造するために、内側管２の外面または外側管３の内面が長さ全体にわたって全面に接着剤４を施される。内側管２は、組み付けられていない状態のとき、外側管３の内径よりも小さい外径を有している。外側管３への内側管２の挿入後、内側管２が機械的に、たとえば油圧機械的に拡張され、それにより、内側管２の外面が接着剤４と接触して、外側管３を少なくともわずかに一緒に拡張させる。その代替または組み合わせとして、拡張された外側管３の中に内側管２を挿入することができ、引き続いてこの外側管がその内径に関して、たとえば応力緩和、外側管の圧縮、冷却などによって縮小される。機械的なクラッディング法の終了後、内側管２は外側管３の内面に均等に当接し、接着剤層４を介してこれと粘着接合式に連結される。これに追加して、機械的な拡張またはプレスに基づく内側管２と外側管３の復帰距離が相違しているため、外側管３の中での内側管２の割当てと固定が機械的なクランプを通じて行われる。

図１からも図２からも見てとれるように、接着剤層４は、内側管２の円周全体および外側管３の内側円周にわたって均等に塗布されており、接着剤層４は二重壁の管１の端面まで延びており、したがって、内側管端部２１も同じく接着剤層４を介して外側管端部３１と結合されている。この状態を前提としたうえで、二重壁の管１の以後の加工が行われる。

図３および図４は、二重壁の管１の管端部をその仕上げの終了時に示している。内側管端部２１の一部が除去されており、それは、たとえば内側管端部２１が旋削、フライス加工、または研削で取り除かれることによる。内側管端部２１を除去するための別案の方法は、周回するスリットを刻設し、切り離された管端部を場合により当該領域で接着剤層４を除去または不活性化した後に引き出すことであり得る。周回するスリットは、機械的な剥離もしくは分離方法によって、または熱的な分離方法によって、たとえばガス切断、レーザガス切断、あるいは電気化化学的もしくは化学的なプロセスによって行うことができる。内側管端部２１の除去後に、場合によりまだ残っている接着剤層４が全面的に除去される。この除去は熱的に、機械的に、化学的に、またはこれらの方法のうち複数の組み合わせで実行することができる。同様に、接着剤層４が取り除かれた外側管端部３１の内面の表面が機械的に加工され、たとえば研削や研磨されることが可能であり、意図される。引き続いて、溶接トーチ６により溶接クラッディング５が、内側管端部２１が取り除かれた二重壁の管１の部分に塗布される。溶接クラッディング５の塗布は、二重壁の管１または溶接トーチ６が塗布されるべき溶接材料とともに回転する、回転式の塗布方式で行うことができる。溶接クラッディング５は管端部まで、すなわち外側管３の端面まで延びており、外側管３を内側管２と物質接合式に結合する。このとき接着剤層４は、溶接クラッディング５のすぐ手前まで達するのが好ましい。溶接ゾーンでの熱による悪影響を抑えるために、外側管３および／または内側管２を溶接クラッディング中に冷却することができ、特に局所的に冷却することができる。

溶接クラッディング５の内径は内側管２の内径に相当し、溶接クラッディング５は塗布溶接後にさらに機械的に加工することができ、それにより、溶接クラッディング５の実質的に平滑な表面が実現される。外側管端部３１は、溶接クラッディング５の完成後、端面側で全面的に金属製であり、溶接クラッディングは、外側管３の端面を起点として５０ｍｍ〜２５０ｍｍの長さにわたり、二重壁の管１の中へ突入することができる。

Claims (13)

1. 耐食性の合金からなる内側管（２）とプレスされる外側管（３）を有する二重壁の管（１）を製造する方法であって、前記外側管（３）と前記内側管（２）の間の少なくとも部分領域に接着剤（４）が挿入される方法において、前記外側管（３）と前記内側管（２）との接着後に前記内側管（２）と接着剤層（４）が管端部（２１，３１）のところで除去され、前記外側管（３）の内面がクラッディングされ、前記内側管（２）と物質接合式に結合されることを特徴とする方法。
2. 前記外側管（３）の管端部（３１）が内面で溶接クラッディングされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記内側管（２）の管端部（２１）が熱的および／または機械的に除去されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記接着剤（４）が前記管端部（２１，３１）の領域で前記外側管（３）の内面で、および／または前記内側管（２）と前記外側管（３）との間で、熱的および／または機械的に除去されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記外側管（３）の内面の表面がクラッディングの前に化学的および／または機械的に処理されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記内側管（２）が長さ全体にわたって接着されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記内側管（２）が全面で接着されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記内側管（２）および／または前記外側管（３）がクラッディング中に冷却されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 内側管（２）とプレスされる外側管（３）を有する二重壁の管（１）であって、前記外側管（３）と前記内側管（２）の間の少なくとも部分領域に接着剤（４）が配置されている二重壁の管において、前記外側管（３）の管端部（３１）に、前記外側管（３）を前記内側管（２）と物質接合式に結合する溶接クラッディング（５）が塗布されていることを特徴とする、二重壁の管（１）。
10. 前記内側管（２）は耐食性の合金、特にクロム・ニッケル鋼またはニッケルベース合金で製作されており、前記外側管（３）は炭素鋼で製作されていることを特徴とする、請求項９に記載の二重壁の管（１）。
11. 前記溶接クラッディング（５）は管端部から見て５０ｍｍ〜２５０ｍｍの長さで前記外側管（３）に塗布されていることを特徴とする、請求項９または１０に記載の二重壁の管。
12. 前記溶接クラッディングは前記外側管（３）の端面まで延びていることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載の二重壁の管（１）。
13. 前記溶接クラッディング（５）の内径は前記内側管（２）の内径に相当することを特徴とする、請求項９から１２のいずれか１項に記載の二重壁の管（１）。

Images