MX2012014170A - Metodo para aplicar revestimiento protector a tuberias y a tubos. - Google Patents

Abstract

Se describe la fabricación de tubos revestidos (30). El tubo (10) se pretende que revista las paredes de una cámara de combustión, se hace de un material de alta resistencia para contener el vapor de alta presión creado. Sin embargo, estos tubos (10) no son típicamente resistentes a corrosión/erosión. La fabricación de los tubos (10) tanto con alta resistencia como con alta resistencia a corrosión/erosión es prohibitivamente costosa. Por lo tanto, los tubos (10) se cubren con un material anticorrosivo para protegerlos. Esto se hace por soldadura autógena de una tira (20) de material de alta aleación a la superficie externa (12) de los tubos (10). Es preferible utilizar soldadura autógena con resistencia a alta frecuencia eléctrica para soldadura autógena superficial de la tira (20) sobre el tubo (10). Las tiras (20) se unen preferiblemente con poca fusión y dilución del metal permitiendo que la tira 20 conserve sus características de resistencia a la corrosión/erosión.

Description

MÉTODO PARA APLICAR REVESTIMIENTO PROTECTOR A TUBERIAS Y A TUBOS REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud corresponde a una continuación-en-parte de la Solicitud de Patente Provisional de los E.U.A. Número de Serie 61/352,448 presentada en junio 8, 2010 y por lo tanto incorpora esta Solicitud de Patente Provisional y reivindicaciones de prioridad de esta solicitud y el beneficio de su fecha de presentación previa.

CAMPO TÉCNICO La presente descripción se refiere en general a un método para revestimiento de tubos y más particularmente a un método para envolver tiras de material a la superficie exterior de tubos para revestirlas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las tuberías para generación de vapor dentro de una caldera, están expuestas a ambientes corrosivos y erosivos que provocan la falla prematura de las tuberías y tubos debido a adelgazamiento de sus paredes que lleva a ruptura.

El vapor generado típicamente utilizado en operar una turbina para producción de electricidad y en procesos químicos para proporcionar energía para iniciar una reacción química. Algunas calderas incluyen una o más paredes, cada una formada por una pluralidad de tubos, las paredes se sujetan entre sí, de esta manera circundando una cámara de combustión dentro de la caldera. Grupos adicionales de tubos pueden colocarse dentro de la cámara de combustión.

Cada uno de los tubos también tiene una superficie inferior que define un pasaje que se extiende pasante. Un extremo de cada uno de la pluralidad de tubos, puede estar en comunicación fluida con un cabezal de suministro de agua mientras que un extremo opuesto de cada una de la pluralidad de tubos puede estar en comunicación fluida con un cabezal de vapor. Durante operación de la caldera, la combustión generalmente ocurre en la cámara de combustión y calienta agua que fluye a través de los pasajes, creando vapor que se alimenta al cabezal de vapor. Las superficies exteriores de los tubos en la cámara de combustión y a través de la caldera se exponen a combustible, combustión, calor y subproductos de combustión que corroen los tubos. Como resultado, la vida útil de los tubos se reduce.

Ha habido una cantidad de métodos empleados para agregar cubiertas protectoras a tuberías y tubos estándar para mejorar su resistencia, para incrementar fuerza, o para evitar corrosión y erosión. Virtualmente, todos los métodos que unen por soldadura las cubiertas protectoras requieren que la cubierta se funda completamente para conectar en forma adecuada la cubierta al tubo.

En soldadura convencional, una varilla de soldadura se funde en su punta. La estructura que se une por soldadura tiene un canal de material que también se funde. La varilla de soldadura fundida y la superficie fundida se mezclan en conjunto para crear un "cordón". El "cordón" tiene una composición que es una mezcla tanto de la varilla de soldadura fundida como la superficie fundida. Ya que una cantidad significante de varilla de soldadura y una cantidad significante de superficie se mezclan, hay mezclado significante de los metales. Por lo tanto si la varilla de soldadura se elabora de una alta concentración de un metal de alto grado y la superficie que es soldada tiene una menor concentración de metal de alto grado, la mezcla resultante ("cordón") tiene una menor concentración del metal de alto grado en comparación con la varilla de soldadura original. Esto resulta en la dilución de la concentración del metal de alto grado en el cordón de metal mixto.

Por lo tanto, a medida que se funden más varilla de soldadura y más de la superficie, ocurre más dilución. El metal diluido tiene menos resistencia a corrosión, resistencia a erosión y/o menos fuerza.

Por lo tanto, al soldar toda la superficie de un objeto, tal como tubería, requiere una gran cantidad de calor. La gran cantidad de calor puede distorsionar la tubería y a menudo es difícil controlar la cantidad de material de cubierta depositado a espesores óptimos. Este método de cubrir tubería es difícil de implementar.

Típicamente, tubos que operan en ambientes corrosivos o erosivos se revisten utilizando técnicas tales como deposición de vapor o rocío térmico para proporcionar una capa de superficie más protectora. En los ambientes más agresivos, se ha empleado tubería de revestimiento producida por co-extrusión. Sin embargo, limitaciones en la integridad de la unión formada de esta manera pueden llevar a descomponer o desligar particularmente durante prolongadas exposiciones en condiciones de ciclo térmico como resultado de tensiones asociadas con desajuste en coeficiente de expansión térmica entre aceros austeníticos y ferríticos.

Actualmente, hay necesidad por un método para proteger tubos de caldera contra erosión y corrosión que puede fácilmente aplicarse sin necesidad por grandes cantidades de energía.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN En la presente invención, se aplica una tira de material no corrosivo a la superficie exterior del tubo para proteger el tubo contra corrosión.

La presente invención puede incorporarse como un método para producir tubos revestidos (30) al: proporcionar un primer tubo (10); proporcionar una tira alargada (20); soldadura de superficie de una superficie interior (22) de la tira (20) y la superficie exterior (12) del tubo (10) mientras que se envuelve helicoidalmente la tira (20) alrededor de la superficie exterior (12) del tubo (10); y prensar la tira (2) al tubo (10) conforme se une por soldadura en superficie.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ahora con referencia a las Figuras, que son modalidades ejemplares, y en donde elementos semejantes igualmente se numeran: La Figura 1 es una vista en perspectiva de una tira de material aplicada a la superficie exterior de un tubo de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 2 es una vista en planta superior de la tira de material que se aplica a la superficie exterior de un tubo de la Figura 1 .

La Figura 3 es una vista en elevación de la tira de material que se aplica a la superficie exterior de un tubo de las Figuras 1 y 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODALIDADES PREFERIDAS La Figura 1 ilustra un tubo 10 de material menos costoso, tal como acero de baja aleación, esto es carece de propiedades tales como resistencia a corrosión, resistencia a erosión o alta resistencia de la que se pretende utilizar en una caldera. Sin protección, la corrosión y erosión del tubo 10 reducen el espesor de pared del tubo a un espesor que no tiene la resistencia para retener la presión de vapor dentro de los tubos. Cuando esto ocurre, revientan. Este tubo de acero de baja aleación 10 deberá ser protegido para reducir corrosión y erosión, y el adelgazamiento de las paredes de tubo.

Una tira 20 que se elabora de un material que exhibe resistencia a corrosión, resistencia a erosión, o fuerza adicional, se muestra aquí parcialmente envuelto alrededor de la superficie exterior 12 del tubo 10. Se envuelve o bobina de preferencia alrededor del tubo en una forma helicoidal mientras que se une por soldadura utilizando técnicas de soldadura de superficie creando tubería revestida 30.

La tira 20 se fabrica de un material resistente a corrosión/erosión conveniente que puede soportar altas temperaturas y ambientes corrosivos, tal como acero austenítico. Mientras que la tira 20 se describe fabricada de acero austenítico, se contempla que la tubería de revestimiento puede fabricarse a partir de otros materiales resistentes a corrosión, resistentes a erosión, de alta fuerza u otros materiales de revestimiento, dependiendo de su uso pretendido.

Como se muestra en la Figura 1 , es preferible que la tira 20 se una por soldadura superficial en su superficie interior 22 a la superficie exterior 12 del tubo 10 en donde se reúnen en cualquier interfase 14.

Un tipo de soldadura por resistencia eléctrica es una soldadura de alta frecuencia. En este tipo de soldadura, una corriente alterna de alta frecuencia se pasa a través de la tira 20 y el tubo 10 configurando una ruta de corriente. La corriente fluye a través de la superficie de la tira 20 y del tubo 10 y crea calentamiento resistivo en el metal, similar a un alambre de calentamiento de tostadora.

La Figura 2 es una vista en planta superior de la tira 20 del material que se aplica a la superficie exterior 12 de un tubo 10 de la Figura 1. La Figura 3 es una vista en elevación de la tira del material que se aplica a la superficie exterior del tubo de las Figuras 1 y 2.

Con referencia a las Figuras 2 y 3, un bastidor 50 se muestra que tiene rodillos 51 , se utiliza para soportar el tubo 10 a medida que se procesa. Los rodillos 51 permiten que el tubo se gire. Un motor 61 provoca rotación del tubo 10. Un segundo motor 71 provoca movimiento longitudinal del tubo 10. De preferencia, los motores así como otros aspectos del sistema son activados, coordinados y controlados por el controlador 100.

La tira 20 se almacena en y proporciona desde un rollo 24. Una guía 26 está en ángulo respecto a un eje longitudinal del tubo 10. Conforme el tubo se gira por el controlador 100 y los motores 61 , 71 , la tira 20 se proporciona desde un rollo de suministro 24 dirigida por la guía 26, prensada contra el tubo 10 por el rodillo de presión 28 y bobinada en espiral alrededor del tubo 10.

Un contacto 41 se acopla a una terminal de una unidad de soldadura 90 y se ubica para hacer contacto con la tira 20 en una ubicación marcada "A" cerca de la ubicación "B" en donde la tira 20 hace contacto con el tubo 10.

Un segundo contacto 43 acoplado a una segunda terminal de la unidad soldadora de alta frecuencia 90 se ubica para hacer contacto al tubo 10 en una ubicación marcada "C".

La unidad de soldadura 90 se activa y controla por el controlador 100. Cuando se activa, provoca que una corriente de superficie fluya entre el primer contacto 41 y el segundo contacto 43. Ya que hay una gran corriente, incluso una pequeña inductancia en la tira 20 y/o el tubo 10 provoca que sea creado calor significante.

La corriente pasa entre la superficie de la tira 20 en la ubicación "A", a través de la reunión del tubo 10 y la tira 20 en la ubicación "B" y el segundo contacto 43 en la ubicación "C".

La ruta de corriente entre A-B-C crea una forma de "V". Debido a la naturaleza de las corrientes de superficie, convergen y concentran su energía en la ubicación "B" en donde ocurre la soldadura.

Ya que el calor se proporciona por una corriente de superficie, se aplica uniformemente sobre una superficie interior de la tira 20 y la superficie exterior 12 del tubo 10. La cantidad de metal fundido tanto en la tira 20 como el tubo 10 es muy pequeña en comparación con soldadura convencional. Hay significativamente menos mezclado de los metales y significativamente menos dilución.

Durante la soldadura de superficie de la presente invención, hay sustancialmente menos mezclado, dilución y la soldadura no es sólo en un cordón, sino también sobre la superficie interior 12 de la tira 10. Por lo tanto, si se utiliza un acero de alto contenido de níquel como la tira 10, se diluirá menos al utilizar soldadura de alta frecuencia en comparación con soldadura convencional, y por lo tanto mantendrá más de sus propiedades resistentes a la corrosión. Esto resulta en ahorro significante en costo.

Este tipo de soldadura aplica calor sólo a la región que se une por soldadura y no funde el material de tubo y tira total. Por lo tanto, hay menos deformación y distorsión del tubo 10 y la tira 20 en comparación con métodos de la técnica previa que requieren fusión del material protector exterior y la resistencia-corrosión de la aleación de la tira no se diluye al mezclar con la aleación de menor grado del material del tubo.

Una vez que la tira 20 y el tubo 10 se calientan, se funden ligeramente en las superficies 12, 22. Utilizando soldadura de resistencia con alta frecuencia, la corriente de superficie funde sólo 5-15% del espesor de la tira 20. Puede ser un espesor de aproximadamente 1.016 mm (0.040 in). Esto es considerablemente menos que 2.54 a 7.62 mm (0.1 - 0.3 in) que son comunes a soldadura convencional de geometría y uso similar. Un rodillo de presión 28 presiona la tira al tubo 10, de esta manera provocando que la superficie interior fundida 22 de la tira 22 forje con la superficie exterior fundida 12 de la tubería 10.

El movimiento de rotación y longitudinal del tubo 10 se eligen por el controlador 100, de manera tal que la tira 20 se envuelve en espiral sobre el tubo 10. Ya que la corriente fluye también a través de los bordes 31 , 33 de la tira 20, los bordes también se calientan. Si los movimientos de rotación y longitudinal del tubo 10 se eligen correctamente, la cinta ajustará a nivel contra el tubo 10 y la envoltura previa de la tira 20. Ya que también hay una concentración de flujo de corriente conforme un primer borde 31 de la tira 20 se reúne con el segundo borde 33 cerca de la inferíase 14. Esta concentración de corriente también provoca que los bordes adyacentes 31 , 33 de la tira en espiral 20 se fundan y fusionen en conjunto. Por lo tanto, los bordes de la tira también pueden forjarse en conjunto provocando que una envoltura de la tira 20 se una a la envoltura previa de la tira 20.

De preferencia, la soldadura se realiza en una atmósfera inerte. Por lo tanto, una fuente de un gas inerte o no reactivo 97, tal como neón, argón o xenón, pasa a través de una línea de entrada 99 a un recinto inerte 95. El recinto inerte abarca el área de soldadura y sella al grado que puede mantener una atmósfera generalmente inerte. Esto reduce o elimina las reacciones de oxidación y otras que ocurren durante soldadura.

En esta modalidad de la presente invención, el tubo 10 se gira conforme la tira 20 se bobina alrededor de su superficie exterior. También puede ser que un dispositivo gire alrededor del tubo 10.

La tubería revestida resultante 30 exhibe fuerza debido a que el tubo 10 se elabora de un material de alta resistencia. La tubería revestida 30 también exhibe resistencia a corrosión debido a que la tira 20 cubre el tubo 10. El tubo 30 es de un costo significativamente menor que un tubo hecho totalmente de un material resistente a corrosión, de alta fuerza.

En una modalidad alterna, el tubo 10 puede ser precalentado antes de envolver la tira 20 en el tubo 10. Muchos precalentadores diferentes pueden emplearse, sin embargo una bobina acoplada en forma inductiva 80 se proporciona en la Figura 2. La bobina 80 induce una corriente rápidamente cambiante en el tubo 10, que resulta en calentamiento resistivo. El uso de la bobina de precalentamiento 80 aumenta la efectividad del dispositivo.

Para implementar la presente invención, se encontró que maquinaria para aplicación de aletas en tubos existente puede ser reconfigurada para conectar la tira de metal 20 a la superficie del tubo 10. Esto resulta en bajos costos de arranque y uso dual de maquinaria existente.

Mientras que la invención se ha descrito con referencia a diversas modalidades ejemplares, se entenderá por aquellos con destreza en la técnica que diversos cambios pueden realizarse y pueden sustituirse equivalentes por sus elementos sin apartarse del alcance de la invención. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse de su alcance esencial. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las modalidades particulares descritas como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las modalidades que caen dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir tubos revestidos, caracterizado porque comprende: proporcionar un tubo que tiene una superficie exterior; proporcionar una tira alargada; soldadura de superficie de una superficie interior de la tira y la superficie exterior del tubo, mientras que se envuelve helicoidalmente la tira alrededor de la superficie exterior del tubo; y prensar la tira al tubo a medida que se le aplica soldadura de superficie.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo se elabora de un primer metal y la tira se elabora de un segundo metal y la soldadura de superficie reduce al mínimo dilución de la tira con el primer metal.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la superficie interior de la tira se une por soldadura a la superficie exterior del tubo a medida que la tira se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo.

4. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la superficie interior de la tira se une por soldadura a la superficie exterior del tubo utilizando técnicas de soldadura de superficie conforme la tira se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo.

5. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la superficie interior de la tira se une por soldadura a la superficie exterior del tubo utilizando técnicas de soldadura de superficie de alta frecuencia conforme la tira se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo.

6. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la superficie interior de la tira se une por soldadura a la superficie exterior del tubo utilizando técnicas de soldadura de superficie que sólo funden 5-15% del espesor de la tira provocando mínima dilución de la tira.

7. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque además comprende la etapa de: unir un borde de la tira a un borde de una tira previamente envuelta para crear una cobertura más continua.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende la etapa presionar comprende presionar la tira contra el tubo con un rodillo de presión.

9. Tubería de revestimiento fabricada por las etapas de: proporcionar un primer tubo que tiene una superficie exterior; proporcionar una tira alargada de un material resistente a corrosión; proporcionar una corriente de superficie de alta frecuencia a la tira y el tubo, para fundir una superficie interior de la tira y la superficie exterior del tubo, y envolver helicoidalmente la tira alrededor de la superficie exterior del tubo mientras que se presiona la tira al tubo.

10. La tubería revestida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque la superficie interior de la tira se une en superficie a la superficie exterior del tubo conforme la tira se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo.

11. La tubería revestida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque la superficie interior de la tira se une en superficie utilizando técnicas de soldadura con resistencia eléctrica a la superficie exterior del tubo conforme la tira se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo.

12. La tubería revestida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque la superficie interior de la tira se une en superficie utilizando técnicas de soldadura con resistencia eléctrica de alta frecuencia a la superficie exterior del tubo conforme la tira se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo.

13. La tubería revestida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque un primer borde de la tira se une a un segundo borde de una porción previamente envuelta de la tira.

14. La tubería revestida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque la etapa de proporcionar una corriente de alta frecuencia a la tira y el tubo, se realiza en una atmósfera generalmente inerte.