NO311967B1 - Fremgangsmåte til fremstilling av innvendig pletterte rör - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av innvendig pletterte rør som, som kombinasjonsrør med en utvendig diameter på minst 60 mm, er beregnet på transport av korroderende og/eller slipende fluider (gasser, væsker, suspensjoner). Her blir det i et ytre, som regel tykkvegget rør av et kullstoffstål eller et annet høyfast metallisk materiale skjøvet inn et ytterligere (indre) rør med en utvendig diameter som er litt mindre enn den innvendige diameteren av det ytre rør og har en veggtykkelse på minst 1 mm. Det indre rør består av et annet, særlig et korrosjonsfast og/eller slitesterkt metallisk materiale og har i alminnelighet en mindre veggtykkelse enn det ytre rør. Mellom det indre og ytre rør blir det som ved en presspasning frembrakt en kraft-sluttende forbindelse ved mekanisk påkrymping idet diameteren på det ytre rør reduseres ved at dette rør tvinges gjennom en reduksjonsring.

Ved pletterte rør dreier det seg om kombinasjonskonstruksjonsdeler der det alt etter deres innsatsområde skal oppnås tekniske og/eller økonomiske fordeler ved kombinasjon av forskjellige materialer. For det meste vil man forbinde de gode korrosjonskjemiske egenskaper ved høylegerte stål med de overlegne mekaniske egenskaper for f.eks. kullstoffstål. Imidlertid kan også kombinasjonen av særlig slitesterke materialer ved vanlige konstruksjons- og spesialstål by på tekniske og økonomiske fordeler. Økonomien følger av det forhold at sjikttykkelsen av de for det meste meget kostbare pletteringsmaterialer kan reduseres i den teknisk nødvendige utstrekning for hvert enkelt innsatsområde.

Med tiltagende utnyttelse av lett tilgjengelige forekomster av kullvannstoffer, har i den senere tid i offshore industrien omgang med såkalte sure produkter tiltatt sterkt. Ved disse produkter dreier det seg om olje, gass eller kondensat med innhold av CO2, H2S og klorider. Transport av slike produkter er forbundet med betydelige korrosjons-problemer. Disse kan man forhindre delvis ved injisering av kjemiske inhibitorer. Det er imidlertid mange ganger nødvendig å benytte rør og transportledninger av tilsvarende korrosjonsbestandige legeringer. Her blir det ofte benyttet austenittisk-ferrittiske dupleksstål. Med økende transportdybde stiger også temperaturen på de produkter som skal transporteres, hvorved korrosjonsproblematikken blir vesentlig alvorligere.

Ved høyere H2S innhold og ytterligere CO2- og kloridandeler stiger faren for spenningsrisskorrosjon. Når bruk av dupleksstål ikke lenger er tilstrekkelig, må det derfor benyttes høykorrosjonsbestandige materialer som f.eks. høylegerte austenittiske stål og i ekstreme tilfeller til og med nikkelbaserte legeringer. På grunn av den lavere strekk-fasthet i glødet tilstand for disse materialer såvel som ved deres høye pris, blir det for bruk av helveggrør av disse materialer ofte ikke bare satt tekniske, men også økonomiske grenser. I slike tilfeller kan f.eks. kullstoffstålrør med tilsvarende innvendig plettering av høylegerte materialer være et interessant alternativ. Dette gjelder såvel for sømløse rør i småformater (for Tubings og Flowlines) som også for langsømsveiserør i storformat (for Pipelines).

Et annet anvendelsesområde er hydraulisk transport av faste stoffer med rørledninger. Her opptrer særlig slipende slitasje og i tillegg også korrosjonsslitasje. For slike oppgaver blir da mange ganger benyttet kombinasjonsrør som er utstyrt med tilsvarende slitesterk innvendig plettering. Pletteringen blir mange ganger påført ved sveiseplettering. Denne fremgangsmåten er meget arbeidskrevende.

Ved de her omhandlede kombinasjonsrør dreier det seg hovedsakelig om rør der deres vegg består av to sjikt av materialer med forskjellig sammensetning. Man skiller da mellom rør med en metallurgisk binding av sjiktene og slike med ren mekanisk binding (såkalte klangfaste bindinger). Kombinasjonsrør av den første type kan i tillegg til de kjente fremgangsmåter med koekstrudering, valseplettering, varmestatisk pressing også fremstilles ved sprengplettering eller ved sveiseplettering. En ulempe ved kombina-sjonsrør som fremstilles på en måte med varmeomforming, ligger mange ganger i at etter omformingen av grunnmaterialet og påleggsmaterialet er bruksegenskapene ikke i en optimal tilstand etter omformingen. For å oppnå f.eks. de nødvendige mekaniske egenskapene for bærematerialet som består av et kullstoffstål og de korrosjonskjemiske egenskapene ved pletteringsmaterialet som består av et høylegert materiale, er det derfor ofte nødvendig med ytterligere varmebehandling. For bærematerialet er dette en temperering og for pletteringsmaterialet er dette en avspennende glødning. Nødvendig-vis må begge behandlinger foregå samtidig og kan dermed ikke gjennomføres på optimal måte for hver sjikt, men det må treffes et kompromiss for temperaturut-viklingen.

Til fremstilling av kombinasjonsrør med mekanisk binding er det kjent forskjellige fremgangsmåter. Særlig følges det to veier. I begge tilfeller er utgangspunktet et indre rør med som regel høyverdig materiale og dette skyves inn i et ytre rør med som regel større veggtykkelse og av mindreverdig materiale. Den utvendige diameter på det indre rør ligger nær opp til den innvendige diameter av det ytre rør. Ved den første fremstillingsmåte blir det indre rør utvidet mot det ytre rør for å skape den mekaniske binding. Dette kan f.eks. foregå med en hydraulisk utvidelses- og kalibreringspresse slik det er kjent fra firmabrosjyren "PRODUCT-BUTTING BIMETAL PIPES". Med denne fremgangsmåten blir det også mulig å fremstille kombinasjonsrør med store diametere.

Ved en andre fremgangsmåte blir den mekaniske binding mellom det indre og det ytre rør dannet ved at det fremtvinges en diameterreduksjon for begge rør ved at disse sammen trekkes gjennom en trekkring. Dette kan foregå uten samtidig anvendelse av et innvendig verktøy slik det er kjent fra US patent 4.125.924. Det kan imidlertid også anvendes en plugg som innvendig verktøy samtidig i formingsområdet for trekkringen slik det er kjent fra US patent 386 338. I denne publikasjonen er det som ytterligere fremstillingsmåte beskrevet en metode der utvidelsen av det indre rør mot det ytre rør skjer ved hjelp av en trekkplugg, på samme måte som ved bruk av en hydraulisk utvidelsespresse.

Alle disse fremgangsmåter har til felles at ved fremstillingen av den mekaniske binding blir så vel det indre som det ytre rør underkastet en plastisk deformasjon.

Fra Japan er det kjent en fremgangsmåte der den mekaniske binding mellom det indre og det ytre rør frembringes ved at et ytre rør av kullstoffstål utvides ved varmeutvidelse og at det tynnveggede rør, som ligger inne i røret av kullstoffstål og er av pletterings-materiale, utvides hydraulisk. Etter avkjøling av det ytre rør dannes det ved påkrymping av det ytre rør en presspasning mellom det indre og det ytre rør.

Det skal også nevnes at det fra GB 2085330 er kjent metallbelegging av et rør ved å føre et rør inn i et annet, for så å kaldtrekke sammenstillingen til et midlertidig produkt, hvoretter det midlertidige produkt blir oppvarmet og varmarbeidet til endelig form.

Fordelene ved kombinasjonsrør med rent mekanisk binding mellom det indre og det ytre rør ligger særlig i forhold til kombinasjonsrør med metallurgisk binding helt klart i lavere fremstillingsomkostninger. En ulempe er den begrensede mulighet for en videre bearbeiding f.eks. ved varmebehandling til rørbøyer. Dessuten må det sørges for at det i berøringssonen mellom det indre og ytre rør ikke trenger inn fuktighet som kan føre til korrosjonsdannelser. Det sistnevnte spiller imidlertid bare en rolle før kombinasjonsrør av denne type legges.

Ved de kjente fremgangsmåter til fremstilling av mekanisk bundne kombinasjonsrør bringer den plastiske deformasjon av et indre høylegert rør med seg en vesentlig ulempe. Denne består i at ved den plastiske deformasjonen blir korrosjonsbestandigheten uheldig påvirket. Dette gjelder særlig med hensyn til bestandigheten mot spenningsrisskorrosjon.

Formålet med oppfinnelsen er å komme frem til en fremstillingsmåte som angitt i innledningen for mekanisk bundne kombinasjonsrør der korrosjonsbestandigheten for det indre rør med henblikk på spenningsrisskorrosjon kommer opp på et høyest mulig nivå.

Dette formål oppfylles ifølge oppfinnelsen med en fremgangsmåte av den type som er omhandlet i innledningen ved at ved den tvungne passering gjennom en reduseringsring som det ytre rør med det innvendig liggende rør føres gjennom, blir reduksjonen i diameter for det ytre rør bare drevet så langt at den mekaniske deformasjonen av det indre rør som oppstår ved påkrymping av det ytre rør fremdeles ligger i det elastiske området. De krefter som under deformasjonen virker fra det ytre rør på det indre rør, blir altså begrenset slik at det indre rør ikke blir utsatt for noen plastisk deformasjon. Dermed bibeholdes de gode korrosjonskjemiske egenskaper fullstendig.

Passeringen gjennom reduksjonsringen foregår ved større rørdiametere hensiktsmessig ved at det ytre rør trykkes gjennom reduksjonsringen i røraksens retning. Fortrinnsvis foregår dette på en Erhardt-trekkpresse. Særlig for mindre rørdiametere kan gjennomføringen gjennom reduksjonsringen også foregå på i og for seg kjent måte ved trekning.

For å holde de krefter som virker på det indre rør under deformasjonen av det ytre rør innenfor de tillatte grenser, må de geometriske påvirkningsverdier som er målgivende for deformasjonen, på tilsvarende måte avstemmes til hverandre. Dette gjelder særlig de følgende verdier:

Innvendig diameter av reduksjonsringen ved utgang

Utvendig diameter på det benyttede ytre rør

Veggtykkelse resp. innvendig diameter på det benyttede ytre rør

Utvendig diameter på det benyttede indre rør.

Ved reduksjonen av det ytre rør må deformasjonen være innstilt slik at den nye innvendige diameter av det ytre rør under hensyntagen til en tilstrekkelig forspenning (pressbinding mellom det indre og det ytre rør) stemmer overens med den utvendige diameter av det indre rør. Den opprinnelige luftspalte mellom det indre og det ytre rør må altså lukkes fullstendig.

For det indre og det ytre rør kan det etter valg særlig benyttes sømløse eller rør som er sveiset med langsgående søm. Metallrør med skruelinjeformet sveisesøm er mindre foretrukket. Som materiale for det ytre rør kan det i tillegg til vanlige kullstoffstål også anvendes martenittiske kromstål, dupleksstål eller i særlige tilfeller også austenittiske eller ferrittiske edelstål. Til sammenligning med disse er materialet for det indre rør som regel høyverdig og her blir det da tale om særlig martenittiske kromstål, dupleksstål, austenittiske edelstål, titan eller titanlegeringer og sluttelig også nikkelbaserte legeringer. I særlige tilfeller kan det indre rør også være dannet av en høyfast varme-bestandig legering. Det ytre rør har fortrinnsvis en veggtykkelse som ligger betydelig over veggtykkelsen for det indre rør. Ved en hensiktsmessig utførelse av oppfinnelsen er veggtykkelsen på det ytre rør minst 3 mm og dens utvendige diameter er minst 110 mm. Veggtykkelsen for det indre rør bør særlig av kostnadsmessige årsaker ved rør av stort format om mulig ikke være mer enn 6 mm. For å beskytte det ytre rør mot korro-sjon, særlig når dette består av kullstoffstål, er det fordelaktig å forsyne kombinasjonsrør utvendig med et korrosjonsbeskyttende belegg. En særlig hensiktsmessig utførelse av korrosjonsbeskyttelsen er en trelags isolasjon med et epoksyplast grunnlag, et etylen-kopolymerisat klebelag og et avsluttende polyetylen dekklag. Det kan imidlertid også som eksempel påføres epoksyplast tykklags isoleringer eller bitumenbelegg. Kombina-sjonsrøret som er fremstilt ifølge oppfinnelsen blir på endeflatene hensiktsmessig mekanisk bearbeidet og i tilslutning til dette blir det ringformede området ved for-bindelsesstedet mellom det ytre og det indre rør sveiset gasstett slik at fuktighet ikke kan trenge inn i bindingsområdet mellom det indre og ytre rør, hverken ved lagring eller under transport.

Under henvisning til den eneste figur som er et snitt gjennom et kombinasjonsrør i deformasjonsområdet med en trekkring, blir oppfinnelsen i det følgende forklart nærmere. I et ytre rør 1 blir det teleskopaktig innskjøvet et indre rør 2 hvis ytre diameter er noe mindre enn den innvendige diameter i det ytre rør. Den innvendige overflate av det ytre rør og den ytre overflate av det indre rør er metallisk rene og blir eventuelt renset før de skyves i hverandre. Denne løse enhet av det ytre rør 1 og det indre rør 2 blir så ved hjelp av et for eksempel hydraulisk drevet stempel 3 som på hensiktsmessig måte har en styredor for koaksial sentrering av det indre rør 2, trykket gjennom en stasjonær reduksjonsring 4. Reduksjonsringen 4 reduserer såvel den ytre som den indre diameter av det ytre rør 1 på en slik måte at den opprinnelige luftspalte mellom det indre rør 2 og det ytre rør 1 lukkes fullstendig. Utover dette blir den innvendige diameteren av det ytre rør redusert så meget at det oppstår en forspenning når det gjelder den ytre overflate av det indre rør 2, idet denne forspenning i alle tilfeller er begrenset slik at deformasjonen av det indre rør 2 blir liggende i det elastiske området. Den plastiske deformasjonen som finner sted i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir altså ute-lukkende begrenset til det ytre rør 1. På grunn av den frembrakte presspasning mellom det ytre rør 1 og det indre rør 2, dannes det en såkalt klangfast binding.

Den vesentlige fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen sammenlignet med de beskrevne kjente fremgangsmåter der det benyttes en hydraulisk utvidelse av det indre rør til oppnåelse av den mekaniske binding, ligger i den betydelig enklere prosess såvel som i det forhold at det indre rør ikke blir utsatt for plastisk deformasjon. På denne måte opprettholdes de optimale korrosjonskjemiske egenskaper som tidligere ble tilpasset f.eks. ved en avspenningsglødning for det indre rør i sin helhet også i det ferdige kombinasjonsrør. I tillegg til dette er fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen egnet til fremstilling av kombinasjonsrør innenfor et meget bredt dimensjonsområde. Særlig rør med storformat med utvendige diametere opp til 660 mm og veggtykkelse på det ytre rør opp til 35 mm, kan fremstilles uten problemer. For dette kan allerede eksisterende produksjonsinnretninger, som f.eks. en Erhardt-trekkpresse, benyttes uten særlige investeringer, noe som også gjelder de standardverktøy som benyttes til reduksjon av diametere.

En ytterligere fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ligger i det forhold at den plastiske deformasjonen ikke spiller noen rolle for materialet i det indre rør. Dette tillater et meget stort antall kombinasjoner av rørmaterialer. I motsetning til dette må ved fremgangsmåter der den mekaniske binding oppnås ved innvendig utvidelse, de plastiske deformasjonsegenskaper for de rørmaterialer som anvendes, avstemmes til hverandre. Således må f.eks. den gjenværende plastiske deformasjonen av det ytre rør være mindre enn for det indre rør for å frembringe en spalteløs binding. Ved tilnærmet like E-moduler kommer det ved begge kombinasjonsmaterialer an på høyden av strekk-grensene og/eller det videre forløpet av fasthetskurvene (spennings-strekk-kurver). Således må f.eks. ved tilnærmet like strekkgrenser for materialene i de ytre og indre rør, fasthetskurven for det sistnevnte forløpe flatere enn for materialet i det ytre rør om det skal frembringes et godt pressfeste. Disse krav innskrenker ved fremgangsmåter der den mekaniske binding skal foregå ved plastisk deformasjon av begge rør, utvalget av egnede rørmaterialer. Ved foreliggende oppfinnelse er dette ikke tilfellet.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av innvendig pletterte rør i form av kombinasjonsrør med en utvendig diameter på minst 60 mm til transport av korroderende og/eller slipende fluider der det i et ytre rør av et kullstoffstål eller et annet høyfast metallisk materiale skyves inn et andre (indre) rør med en utvendig diameter som er litt mindre enn den innvendige diameter av det ytre rør og som har en veggtykkelse på minst 1 mm, idet det indre rør består av et annet, særlig korrosjonsbestandig og/eller slitesterkt metallisk materiale og det ytre rør ved tvungen passering gjennom en reduksjonsring får sin diameter så meget redusert at det ytre rør krympes mekanisk på det indre rør som en presspasning, karakterisert ved at reduksjonen av det ytre rørets diameter i reduksjonsringen bare drives så langt at den mekaniske deformasjon av det indre rør ved påkrympingen av det ytre rør forblir i det elastiske området.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at passeringen av reduksjonsringen foregår under trykning av det ytre rør i retning av rørets lengdeakse.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert v e d at trykkingen foregår på en Erhardt-trekkpresse.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert v e d at passeringen gjennom reduksjonsringen foregår ved trekking.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at endeflatene av det dannede kombinasjonsrør, etter en mekanisk bearbeiding av det ringformede området ved bindingsstedet mellom det ytre og det indre rør, sveises gasstett.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at det som ytre rør benyttes et sømløst rør eller rør som er sveiset med langsgående søm.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at det som indre rør benyttes et sømløst rør eller et rør som er sveiset med langsgående søm.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at det for det ytre rør benyttes et martensittisk kromstål, et dupleksstål eller et austenittisk edelstål.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-8, karakterisert ved at det for det indre rør benyttes et martensittisk kromstål, et dupleksstål, et ferrittisk eller austenittisk edelstål, titan eller en titanlegering eller en nikkelbasert legering.

10. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-9, karakterisert ved at det for det indre rør benyttes en legering som har høy varmefasthet.

11. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 -10, karakterisert ved at det for det ytre rør anvendes et rør med betydelig større veggtykkelse enn det indre rør.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert v e d at veggtykkelsen på det ytre rør er minst 3 mm.

13. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-12, karakterisert ved at veggtykkelsen på det indre rør maksimalt er 6 mm.

14. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-13, karakterisert ved at kombinasjonsrøret utvendig forsynes med et korrosjonsbeskyttende lag, særlig en trelags omhylning av epoksyplast grunnlag, et etylen-kopolymerisat klebelag og et avsluttende polyetylendekklag.

15. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-14, karakterisert ved at bindingsstedet mellom det indre og ytre rør ved endene er sveises gasstett.