RU2132013C1

RU2132013C1 - Pipe with inner protective coating

Info

Publication number: RU2132013C1
Application number: RU97115653A
Authority: RU
Inventors: К.А. Ратанов; М.М. Загиров; М.М. Залятов; А.Л. Войдер
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: construction and repair of pipelines. SUBSTANCE: protective bushing is interference fitted on each end of pipe with inner protective coating and guard bushing is fitted in protective bushing. Thermal expansion coefficient of guard bushing is less than that of protective bushing. Service part of protective bushing is arranged outside guard bushing. At thermal expansion of pipes electric contact between pipe and protective bushing is preserved. EFFECT: enhanced corrosion protection of pipes. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции трубы с внутренним защитным покрытием. The invention relates to the field of engineering, in particular to the design of pipes with an internal protective coating.

Известно, что для транспортирования высокоагрессивных сред используются стальные трубы с различного типа внутренними защитными покрытиями, которые предотвращают коррозию металла на внутренней поверхности труб [см. Протасов В. Н. Эффективность применения противокоррозионных покрытий нефтегазопромыслового оборудования // Обзорная информация. Сер. "Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности". - М. : ВНИИОЭНГ, 1984. - Вып. 2 (39). - С. 46-49]. При сооружении трубопроводов из труб с внутренним покрытием соединение осуществляют наиболее общепринятым способом - сваркой. При этом внутреннее покрытие выгорает на расстоянии 50-150 мм от сварного стыка в зависимости от типа внутреннего покрытия и толщины стенки свариваемых труб. Восстановление внутреннего покрытия на выгоревших участках после сварки труб трудно осуществимо, особенно для труб малого диаметра. Для защиты от коррозии сварных стыков труб с выгоревшим покрытием можно использовать протектор, предварительно установленный на концах стальных труб (т.е. перед сваркой труб, например, непосредственно перед или после нанесения покрытия). It is known that steel pipes with various types of internal protective coatings are used to transport highly aggressive media, which prevent metal corrosion on the inner surface of the pipes [see Protasov V.N. Efficiency of application of anticorrosive coatings of oil and gas field equipment // Overview. Ser. "Corrosion and protection in the oil and gas industry." - M.: VNIIOENG, 1984. - Issue. 2 (39). - S. 46-49]. When constructing pipelines from pipes with an internal coating, the connection is carried out in the most common way - welding. In this case, the inner coating burns out at a distance of 50-150 mm from the welded joint, depending on the type of inner coating and the wall thickness of the pipes being welded. The restoration of the inner coating on burnt areas after welding of pipes is difficult, especially for pipes of small diameter. To protect the welded joints of pipes with a burnt coating from corrosion, a tread pre-installed at the ends of steel pipes can be used (i.e., before welding pipes, for example, immediately before or after coating).

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является конструкция трубы с внутренним защитным покрытием, включающая концентрично расположенные на конце трубы, скрепленные с ним и между собой протекторную и защитную втулки [см. патент РФ N 1572141, кл. F 16 L 9/02, БИ N 21, 1994, с. 189]. Closest to the proposed design is the design of the pipe with an internal protective coating, including concentrically located at the end of the pipe, fastened with it and with each other, tread and protective bushings [see RF patent N 1572141, class F 16 L 9/02, BI N 21, 1994, S. 189].

Недостатками известной конструкции являются
1) Ненадежный, недолговременный электрический контакт между стальной (защищаемой) поверхностью и протектором. Происходит это потому, что не всякое скрепление протекторной и защитной втулки и трубы обеспечивает (как показала экспериментальная проверка вырезанных стыков данной конструкции трубы) этот необходимый контакт.The disadvantages of the known design are
1) Unreliable, short-lived electrical contact between the steel (protected) surface and the tread. This happens because not every fastening of the tread and protective sleeve and pipe provides (as shown by experimental verification of cut joints of this pipe design) this necessary contact.

2) Отверстие в защитной втулке, необходимые для связи протектора с коррозионной средой, не обеспечивают надежной связи с материалом протектора в течение длительного срока эксплуатации. 2) The hole in the protective sleeve necessary for the connection of the tread with a corrosive medium does not provide reliable communication with the tread material for a long service life.

Все вышеизложенное экспериментально подтверждается объемными исследованиями образцов - "катушек", вырезанных из действующих трубопроводов металлопластмассовых труб диаметром 114х9 мм в нефтегазодобывающих управлениях "Джалильнефть", "Азнакаевнефть", "Сулеевнефть", "Лениногорскнефть". All of the above is experimentally confirmed by volumetric studies of samples - "coils" cut from existing pipelines of metal-plastic pipes with a diameter of 114x9 mm in the oil and gas production departments of Jalilneft, Aznakaevneft, Suleevneft, Leninogorskneft.

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежности работы протектора при защите сварного стыка стальных труб с нанесенным внутренним защитным покрытием. The technical result of the invention is to ensure the reliability of the tread when protecting the welded joint of steel pipes with an internal protective coating.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в описываемой трубе с внутренним защитным покрытием, включающей концентрично расположенные на конце трубы и скрепленные с ним и между собой протекторную и защитную втулки, согласно изобретению защитная втулка внутри протекторной втулки и протекторная втулка внутри трубы установлены с натягом, материал защитной втулки имеет меньший коэффициент теплового расширения (КТР), чем КТР материала протекторной втулки, а расходная часть протектора вынесена за пределы защитной втулки. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the described pipe with an internal protective coating, including a tread and protective sleeve concentrically located at the end of the pipe and connected with it and between them, according to the invention, the protective sleeve inside the tread sleeve and the tread sleeve inside the pipe are installed with interference fit, the material of the protective sleeve has a lower coefficient of thermal expansion (CTE) than the CTE of the material of the tread sleeve, and the consumable part of the tread is outside side of the protective sleeve.

Установка с натягом защитной втулки внутри протекторной втулки (причем материал защитной втулки имеет меньший КТР, чем КТР материала протекторной втулки) и протекторной втулки внутри трубы устраняет причину потери электрического контакта между стальной (защищаемой) поверхностью и поверхностью протектора, которой является, прежде всего, окисление контактирующих поверхностей (преимущественно протектора) из-за следующих возможных факторов:
1) Наличие незначительного зазора между стальной поверхностью трубы и поверхностью протектора или зазора между поверхностью протектора и защитной втулкой, который может существовать первоначально не по всей длине соприкасающихся поверхностей (например, после скрепления системы защитная втулка-протекторная втулка-стальная труба путем дорнования изнутри, как происходит в рассматриваемом случае), дает возможность агрессивной жидкости (находящейся под давлением) вступать в контакт с соприкасающимися поверхностями, образовывать слой продуктов окисления или растворения поверхности протектора и стальной поверхности (как показывают результаты осмотра соединений вышеуказанной конструкции) и постепенно уменьшить размеры (площадь) электрического контакта вплоть до полного его устранения.The interference fit of the protective sleeve inside the tread sleeve (and the material of the protective sleeve has a smaller CTE than the CTE of the material of the tread sleeve) and the tread sleeve inside the pipe eliminates the cause of the loss of electrical contact between the steel (protected) surface and the tread surface, which is, first of all, oxidation contacting surfaces (mainly the tread) due to the following possible factors:
1) The presence of a slight gap between the steel surface of the pipe and the tread surface or a gap between the tread surface and the protective sleeve, which may not initially exist along the entire length of the contacting surfaces (for example, after fastening the system, the protective sleeve-tread sleeve-steel pipe by burning from the inside, as occurs in the case under consideration), makes it possible for an aggressive liquid (under pressure) to come into contact with contacting surfaces, to form a layer of ucts oxidation or dissolution of the tread surface and the steel surface (as shown by results of examination of compounds the above structure), and gradually reduce the size (area) in electric contact up to its complete elimination.

2) Вторым фактором, влияющим на устранение электрического контакта, является следующее. Динамические нагрузки (циклическое изменение давления) в трубопроводе и перепады температур в процессе эксплуатации трубопровода при разности коэффициентов теплового расширения материала протектора и стали определяют различие деформаций протекторной и защитной втулок и стальной трубы и вследствие этого способствуют образованию или увеличению зазора между поверхностью протектора и поверхностями защитной втулки и стальной трубы, а следовательно, дальнейшему проникновению в зазор коррозионной жидкости, окислению поверхностей и исчезновению контакта между стальной поверхностью и поверхностью протектора. Установка с натягом защитной втулки (с меньшим КТР) и протекторной втулки дает возможность в течение длительного срока эксплуатации при соединении сваркой стальных труб с внутренним покрытием обеспечить надежный постоянный контакт протектора, служащего для защиты сварных стыков, с металлом стальной трубы. Этот контакт, определяющийся величиной контактного давления между поверхностями протектора и стальной трубы и который может уменьшаться вплоть до нуля при изменении температуры, в данном случае гарантируется установкой внутри протектора защитной втулки с натягом, имеющей меньший КТР. Толщины защитной втулки и протекторной втулки в месте ее зажатия определяется соответствующим температурным расчетом из условия недопущения напряжений в защитной втулке и стальной трубе выше предела текучести материала. Такая установка такой защитной втулки поддерживает, не дает уменьшаться первоначальному контактному давлению между протекторной втулкой и стальной трубой и тем самым обеспечивает надежный электрический контакт между протектором и стальной поверхностью при колебаниях температур и давления, необходимый для протекторной защиты сварного стыка стальных труб. 2) The second factor affecting the elimination of electrical contact is the following. Dynamic loads (cyclic pressure changes) in the pipeline and temperature differences during operation of the pipeline with a difference in the coefficients of thermal expansion of the material of the tread and steel determine the difference in deformation of the tread and protective sleeves and the steel pipe and, as a result, contribute to the formation or increase of the gap between the tread surface and the surfaces of the protective sleeve and steel pipe, and consequently, further penetration into the gap of the corrosive liquid, oxidation of surfaces and znoveniyu contact between the steel surface and the tread surface. Installing an interference fit of the protective sleeve (with a smaller CTE) and the tread sleeve makes it possible for a long service life when connecting steel pipes to the inner coating by welding to ensure reliable permanent contact of the tread, which serves to protect the welded joints, with the metal of the steel pipe. This contact, determined by the magnitude of the contact pressure between the surfaces of the tread and the steel pipe and which can decrease down to zero as the temperature changes, is guaranteed in this case by installing a protective sleeve with an interference fit with a smaller CTE inside the tread. The thickness of the protective sleeve and the tread sleeve in the place of its clamping is determined by the corresponding temperature calculation from the condition of avoiding stresses in the protective sleeve and steel pipe above the yield strength of the material. Such installation of such a protective sleeve supports, does not reduce the initial contact pressure between the tread sleeve and the steel pipe, and thereby provides reliable electrical contact between the tread and the steel surface under temperature and pressure fluctuations, necessary for the tread protection of the welded joint of the steel pipes.

Вынесение части протектора за пределы защитной втулки устраняет другой недостаток известной конструкции - это то, что отверстия в защитной втулке, необходимые для связи протектора с коррозионной средой, не обеспечивают надежной связи с материалом протектора в течение длительного срока эксплуатации. В начальный момент эта связь (протектора с коррозионной средой) существует, но затем продукты взаимодействия протектора со средой, которые остаются в близлежащей зоне к отверстиям в защитной втулке, препятствуют прохождению коррозионной среды через эти продукты окисления протектора до еще неотработанного материала протекторной втулки. Вынесение части протектора за пределы защитной втулки дает возможность осуществить надежную связь коррозионной среды с материалом протектора, что является необходимым условием работы протектора. Вынесенная часть протектора является расходной частью протектора и обеспечивает защиту стальной поверхности, а электрический контакт между протекторной втулкой и стальной трубой обеспечивает зажатая между защитной втулкой и стальной трубой часть протекторной втулки, которая не соприкасается с коррозионной средой. Для упорядочивания расхода протектора вынесенную часть протектора покрывают антикоррозионным материалом, за исключением его торца. Таким образом, соприкосновение агрессивной жидкости происходит по кольцу (торцевой части) протектора; отработавшая часть протектора отслаивается и уносится потоком жидкости, открывается чистый металл протектора, давая тем самым возможность свободного подхода жидкости к чистому (неотработанному) металлу протектора. The removal of part of the tread outside the protective sleeve eliminates another disadvantage of the known design - this is that the holes in the protective sleeve necessary for connecting the tread with a corrosive medium do not provide reliable communication with the tread material for a long service life. At the initial moment, this connection (of the tread with the corrosive medium) exists, but then the products of the interaction of the tread with the medium, which remain in the adjacent zone to the holes in the protective sleeve, impede the passage of the corrosive medium through these products of tread oxidation to the untreated material of the tread sleeve. Removing part of the tread outside the protective sleeve makes it possible to reliably bond the corrosive medium with the tread material, which is a necessary condition for the tread to work. The removed tread portion is a tread expendable part and provides protection for the steel surface, and the electrical contact between the tread sleeve and the steel pipe ensures that the tread sleeve that is sandwiched between the protective sleeve and the steel pipe does not come into contact with the corrosive medium. To streamline the tread flow, the outer part of the tread is coated with an anticorrosive material, with the exception of its end. Thus, the contact of aggressive fluid occurs along the ring (end part) of the tread; the spent part of the tread is exfoliated and carried away by the fluid flow, a clean tread metal is opened, thereby giving the liquid a free approach to the clean (untreated) tread metal.

Важно, что в данном случае протектор разделен на две части, каждая из которых выполняет свою функцию: одна часть протектора зажата (установлена с натягом) между стальной трубой и защитной втулкой и обеспечивает электрический контакт между защищаемыми поверхностями стальной трубы и защитной втулки в зоне сварного стыка, а вторая служит в качестве расходной части протектора. It is important that in this case, the tread is divided into two parts, each of which performs its function: one part of the tread is clamped (installed with an interference fit) between the steel pipe and the protective sleeve and provides electrical contact between the protected surfaces of the steel pipe and the protective sleeve in the area of the welded joint and the second serves as a consumable part of the tread.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение конца трубы с внутренним покрытием. The invention is illustrated in the drawing, which shows a cross section of the end of the pipe with an inner coating.

Предлагаемая конструкция трубы с внутренним защитным покрытием содержит установленную с натягом на конце стальной трубы 1 с внутренним полимерным (эпоксидным) покрытием 2 протекторную втулку 3 из алюминиевого сплава АМг3 и концентричную с ней, также установленную с натягом (посадка H8/z8) стальную защитную втулку 4 (коэффициент теплового расширения стали равен 0,12•10^-4 1/^oC, КТР алюминиевого сплава равен 0,24•10^-4 1/^oC). Часть 5 протекторной втулки вынесена за пределы защитной втулки. Вынесенная часть протекторной втулки покрыта антикоррозионным покрытием 6, за исключением торца 7 протекторной втулки. Толщины защитной втулки и протекторной втулки в месте ее зажатия определяют температурным расчетом из условия недопущения напряжений в защитной втулке и стальной трубе выше предела текучести материала при максимально возможных предполагаемых перепадах температур. Установку защитной и протекторной втулок производят следующим образом: протекторную втулку устанавливают с натягом на защитную втулку; после этого защитную втулку в сборе с протектором устанавливают в стальную трубу. Для лучшего захода при посадке в стальную трубу на передней части протекторной втулки снята фаска.The proposed design of the pipe with an internal protective coating contains an interference fit 3 on the end of the steel pipe 1 with an internal polymer (epoxy) coating 3 made of aluminum alloy AMg3 and concentric with it, and also an interference fit (fit H8 / z8) steel protective sleeve 4 (coefficient of thermal expansion of steel is 0.12 • 10 ^-4 1 / ^o C, CTE of the aluminum alloy is 0.24 • 10 ^-4 1 / ^o C). Part 5 of the tread sleeve is outside the protective sleeve. The remote part of the tread sleeve is coated with an anti-corrosion coating 6, with the exception of the end 7 of the tread sleeve. The thicknesses of the protective sleeve and the tread sleeve in the place of its clamping are determined by temperature calculation from the condition of preventing stresses in the protective sleeve and steel pipe above the yield strength of the material at the maximum possible expected temperature drops. The installation of the protective and tread bushings is carried out as follows: the tread bush is installed with an interference fit on the protective sleeve; after that, the protective sleeve assembly with the tread is installed in a steel pipe. For a better approach when landing in a steel pipe on the front of the tread sleeve, the chamfer is removed.

Устройство работает следующим образом. Коррозионная жидкость, соприкасаясь с торцем 7 протекторной втулки, обеспечивает протекторную защиту контактирующих с протекторной втулкой стальных поверхностей: поверхности защитной втулки в месте сварного стыкового соединения труб (протекторная защита распространяется на расстоянии до 1,5-2 м от протектора) и внутренней поверхности стальной трубы у торца протекторной втулки. В процессе взаимодействия материала протектора с агрессивной жидкостью на торце протекторной втулки образуется слой продуктов коррозии протектора, который в процессе работы протектора отслаивается и уносится потоком жидкости, открывая при этом чистый металл протектора. Защитное покрытие 6 на протекторной втулке (как правило, толщиной 100-200 мкм) также, по мере расхода протектора, разрушается, не представляя препятствий для прохода жидкости к торцу протекторной втулки. При колебаниях температур, которые неизбежны и при сооружении (например, сварка труб между собой), и в процессе эксплуатации трубопровода, первоначальный натяг зажатого между стальной трубой и защитной втулкой протектора сохраняется, т. к. при повышении температуры расширению протекторной втулки и, как следствие, снижению натяга вплоть до образования зазора препятствует стальная труба, и наоборот, при понижении температуры, например при остановке трубопровода в зимних условиях, сжатию протекторной втулки и вследствие этого уменьшению натяга, образованию зазора и исчезновению контакта между протектором и стальной трубой препятствует защитная втулка с меньшим коэффициентом теплового расширения. The device operates as follows. Corrosive fluid, in contact with the end face 7 of the tread sleeve, provides tread protection for steel surfaces in contact with the tread sleeve: the surface of the protective sleeve in place of the welded butt joint of the pipes (tread protection extends up to 1.5-2 m from the tread) and the inner surface of the steel pipe at the end of the tread sleeve. In the process of the interaction of the tread material with an aggressive fluid, a layer of tread corrosion products is formed at the end of the tread sleeve, which during tread operation exfoliates and is carried away by the fluid flow, thus revealing a clean tread metal. The protective coating 6 on the tread sleeve (typically 100-200 μm thick) also collapses as the tread is consumed, without presenting any obstacles to the passage of fluid to the end of the tread sleeve. During temperature fluctuations, which are unavoidable during construction (for example, welding pipes between each other), and during operation of the pipeline, the initial tightness of the tread sandwiched between the steel pipe and the protective sleeve is maintained, since when the temperature rises, the tread sleeve expands and, as a result , the steel pipe prevents the tightness up to the formation of a gap, and vice versa, when the temperature decreases, for example, when the pipeline stops in winter conditions, the tread sleeve is compressed and therefore Rod, formation and disappearance of the gap of contact between the tread and the steel tube prevents the protective sleeve with a lower coefficient of thermal expansion.

Использование предлагаемого изобретения позволит предотвратить исчезновение электрического контакта при колебаниях температур, осуществить надежную связь протектора с коррозионной средой и тем самым обеспечить надежность работы протектора в течение длительного срока эксплуатации. The use of the present invention will prevent the disappearance of electrical contact during temperature fluctuations, to provide a reliable connection of the tread with a corrosive environment, and thereby ensure the reliability of the tread for a long service life.

Источники информации:
1. Протасов В.Н. Эффективность применения противокоррозионных покрытий нефтегазопромыслового оборудования // Обзорная информация. Сер. "Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности". - М.: ВНИИОЭНГ, 1984. - Вып. 2 (39). - С. 46-49.Sources of information:
1. Protasov V.N. The effectiveness of the use of anticorrosive coatings for oil and gas equipment // Overview. Ser. "Corrosion and protection in the oil and gas industry." - M.: VNIIOENG, 1984. - Issue. 2 (39). - S. 46-49.

2. Патент РФ N 1572141, кл. F 16 L 9/02, БИ N 21 1994. 2. RF patent N 1572141, cl. F 16 L 9/02, BI N 21 1994.

Claims

A pipe with an internal protective coating, including a tread and protective sleeve concentrically located at the pipe end and fastened with it and between them, characterized in that the protective sleeve inside the tread sleeve and the tread sleeve inside the pipe are tightened, the material of the protective sleeve has a lower coefficient of thermal expansion than the coefficient of thermal expansion of the material of the tread sleeve, and the consumable part of the tread sleeve is outside the protective sleeve.