RU2362938C2

RU2362938C2 - Device for vacuum-tight sealing interior of main pipelines

Info

Publication number: RU2362938C2
Application number: RU2005140624/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Алексеевич Деулин (RU); Евгений Алексеевич Деулин; Сергей Сэмович Машуров (RU); Сергей Сэмович Машуров; Павел Игоревич Коновалов (RU); Павел Игоревич Коновалов
Original assignee: Сергей Сэмович Машуров
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2009-07-27
Also published as: RU2005140624A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to pipeline construction and can be used in cleaning and depositing protective coating on the inner surface of pipes. Air-tight disc-shaped metal membranes with annular seals and packing rings are provided with axial supports for loading packing rings, actuators for tightening the disc-shaped metal membranes, which form two adjacent air-free volumes, one for plasma cleaning device, and the other - for multicomponent magnetron evaporator. The device is provided with systems for discharging working gases into the cleaning zone and zone for depositing coating and is made with possibility of creating a vacuum in the given compartments.

EFFECT: wider range of equipment.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области вакуумной техники и технологий, связанных с использованием вакуума как технологической среды при очистке поверхности труб и нанесении на поверхность труб магистральных трубопроводов защитных покрытий.The invention relates to the field of vacuum equipment and technologies associated with the use of vacuum as a process medium when cleaning the surface of pipes and applying protective coatings to the surface of pipes of main pipelines.

В настоящее время для предотвращения процессов развития «коррозионного растрескивания под напряжением» (КРН) используются следующие технические решения:Currently, the following technical solutions are used to prevent the development of "stress corrosion cracking" (SCC):

- использование труб с заводским изоляционным покрытием на участках трубопроводов с внешними условиями, благоприятными для протекания процесса КРН стенок трубы;- the use of pipes with a factory insulating coating on sections of pipelines with external conditions favorable for the process of the SCC of the pipe walls;

- переизоляция участков действующих магистральных газопроводов (МГ), подверженных КРН, изоляционными покрытиями, исключающими их отслоение в процессе эксплуатации. Процесс восстановления работоспособности газопроводов путем замены труб и переизоляции участков трубопроводов, пораженных КРН, в настоящее время находится в начальной стадии (см., например, Карпов С.В. Перспектива решения проблемы КРН магистральных трубопроводов. - Четырнадцатая международная деловая встреча «Диагностика-2004", Москва, 2004, с.3-15).- re-isolation of sections of existing trunk gas pipelines (MG), subject to SCC, with insulating coatings that exclude their delamination during operation. The process of restoring the performance of gas pipelines by replacing pipes and re-insulating sections of pipelines affected by SCC is currently in the initial stage (see, for example, Karpov S.V. The prospect of solving the SCC problem of main pipelines. - Fourteenth international business meeting "Diagnostics-2004" Moscow, 2004, p. 3-15).

Существует множество методов нанесения тонкопленочных защитных покрытий в вакууме (см., например, Handbook of Thin Film Technology /Ed by L.I.Maissei and R.Gland/ Mc.Graw Hill HOOK Company. 1970. V1. - 668 pp. или Handbook of Thin Film Technology /Ed by L.I. Maissei and R.Gland/ Mc.Graw Hill HOOK Company. 1970. V2. - 766 pp.).There are many methods for applying thin-film protective coatings in a vacuum (see, for example, Handbook of Thin Film Technology / Ed by LIMaissei and R. Gland / Mc.Graw Hill HOOK Company. 1970. V1. - 668 pp. Or Handbook of Thin Film Technology / Ed by LI Maissei and R. Gland / Mc.Graw Hill HOOK Company. 1970. V2. - 766 pp.).

Также известны решения, обеспечивающие реализацию вакуумных технологических процессов в больших герметизированных объемах, образованных цилиндрическими корпусами, близкими по геометрии формы к магистральным газопроводам и нефтепроводам, (см. авторское свидетельство SU №171930, кл. H01J 9/48, 01.01.1965).Solutions are also known that ensure the implementation of vacuum technological processes in large sealed volumes formed by cylindrical bodies close in shape to the gas pipelines and oil pipelines (see copyright certificate SU No. 171930, class H01J 9/48, 01.01.1965).

К сожалению, существующие вакуумные методы нанесения защитных покрытий на участках действующих магистральных газопроводов в настоящее время неприемлемы из-за отсутствия устройств для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов (см., например, Рот А. Вакуумные уплотнения. - М.: Энергия, 1974. - 235 с.), внутри которых должна производиться защита поверхности, что не позволяет получить требуемое разряжение внутри герметизируемого объема рабочей трубы.Unfortunately, the existing vacuum methods for applying protective coatings on sections of existing gas pipelines are currently unacceptable due to the lack of devices for vacuum-tight sealing of the internal volumes of main pipelines (see, for example, Rot A. Vacuum seals. - M .: Energy, 1974. - 235 p.), Inside of which surface protection should be carried out, which does not allow to obtain the required vacuum inside the sealed volume of the working pipe.

Известны устройства для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов, имеющих кольцевую форму и использующих радиальную деформацию уплотнительных колец за счет использования силы осевого нагружения и осевого сжатия этих колец (см., например, Пипко А.И. и др. Конструирование и расчет вакуумных систем, Москва, Энергия, 1970, табл.3-4, схемы 7, 8), однако они также не приспособлены для использования на газопроводах и нефтепроводах.Known devices for vacuum-tight sealing of internal volumes having a ring shape and using radial deformation of the sealing rings through the use of axial loading and axial compression of these rings (see, for example, A. Pipko and others. Design and calculation of vacuum systems, Moscow, Energy, 1970, Tables 3-4, schemes 7, 8), but they are also not suitable for use on gas pipelines and oil pipelines.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов, содержащее герметичные дисковые металлические перегородки с кольцевыми уплотнениями, посредством которых дисковые металлические перегородки соединены с трубой, и нажимные кольца, сжимающие кольцевые уплотнения с деформацией последних в радиальном сечении, достаточной для перекрытия высоты микронеровностей уплотняемого профиля поверхности трубы (см. авторское свидетельство SU №1252604, кл. F16L 55/18, 23.08.1986).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for sealing the internal volumes of pipelines, containing sealed disk metal partitions with O-rings, through which disk metal partitions are connected to the pipe, and pressure rings compressing the ring seals with deformation of the latter in radial section sufficient to cover the height of the microroughness of the compacted profile of the pipe surface (see author's certificate Tel. SU No. 1252604, class F16L 55/18, 08/23/1986).

Данное устройство позволяет герметично перекрывать трубопровод. Однако оно не приспособлено для создания вакуумно-плотноизолированных объемов внутри трубопровода для проведения очистки его стенок и нанесения на них защитного покрытия.This device allows you to tightly block the pipeline. However, it is not suitable for creating vacuum tightly insulated volumes inside the pipeline for cleaning its walls and applying a protective coating to them.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание вакуумно-плотных герметизирующих устройств, защищающих рабочие объемы металлических (в основном стальных) труб магистральных трубопроводов, в которых производится вакуумная плазменная очистка и нанесение защитных покрытий от проникновения в материал трубы водорода, благоприятствующего в дальнейшем КРН стенок трубы и ее усталостному или механическому разрушению со временем, в первую очередь, в зонах около сварных швов.The problem to which the present invention is directed, is the creation of vacuum-tight sealing devices that protect the working volumes of metal (mainly steel) pipes of the main pipelines, in which vacuum plasma cleaning and coating is applied to prevent the penetration of hydrogen into the pipe material, which is favorable in the future The SCC of the pipe walls and its fatigue or mechanical failure with time, primarily in the areas near the welds.

Техническим результатом, достигаемым в результате реализации изобретения, является повышение качества защитных покрытий, наносимых на стенки магистральных трубопроводов.The technical result achieved by the invention is to improve the quality of the protective coatings applied to the walls of the main pipelines.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов содержит герметичные дисковые металлические перегородки с кольцевыми уплотнениями, посредством которых дисковые металлические перегородки соединены с трубой, и нажимные кольца, сжимающие кольцевые уплотнения с деформацией последних в радиальном сечении, достаточной для перекрытия высоты микронеровностей уплотняемого профиля поверхности трубы, при этом оно снабжено осевыми упорами для нагружения нажимных колец, приводами стяжки дисковых металлических перегородок с нажимными кольцами, плазменным очистным устройством и многокомпонентным магнетронным испарителем, при этом металлические перегородки образуют два смежных вакуумных объема, один для плазменного очистного устройства, а другой для многокомпонентного магнетронного испарителя, причем устройство снабжено системами напуска рабочих газов в зону очистки и в зону нанесения покрытия и выполнено с возможностью формирования противоположно направленных сил, возникающих в результате разницы атмосферного давления и давления вакуума, действующей на наружные дисковые металлические перегородки, взаимно передаваемых кольцевым уплотнениям, которые посредством приводов стяжки дисковых металлических перегородок с нажимными кольцами предварительно радиально деформированы.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of the main pipelines contains sealed disk metal partitions with O-rings, through which disk metal partitions are connected to the pipe, and pressure rings compressing the O-rings with deformation the latter in a radial section sufficient to overlap the height of the microroughness of the sealing profile of the pipe surface, while it is sn Axial stops for loading pressure rings, screed drives of metal disk partitions with pressure rings, a plasma cleaning device and a multicomponent magnetron evaporator, while the metal partitions form two adjacent vacuum volumes, one for a plasma cleaning device and the other for a multicomponent magnetron evaporator, the device equipped with systems for the inlet of working gases into the cleaning zone and into the coating zone and is configured to form but directed forces arising from the difference of atmospheric pressure and vacuum pressure acting on the outer disc dividers mutually transmitted annular seals which, through coupler disk drives metallic partitions with the pressure ring radially previously deformed.

Создание вакуумно-плотных герметичных объемов внутри рабочей трубы с помощью предлагаемого устройства герметизации создает основу для процесса формирования защитной пленки методами осаждения в вакууме. Для предотвращения процесса «наводораживания», т.е. процесса растворения атомов водорода в материале стенки трубы (атомы которого обычно сорбируются на поверхности), поверхность защищаемого металла должна быть «ювенильной», т.е. совершенно чистой от сорбата - слоя молекул водородосодержащих газов, являющихся источником наводораживания (см. Deulin Е.А., "Exchange of gases at friction in vacuum", ECASIA '97 /John Wiley & Sons/ Nov. 1997, pp.1170-1175 или E.A.Deulin, S.A.Goncharov, J.L. de Segovia and R.A.Nevshoupa, "Mechanically stimulated solution of adsorbed hydrogen and deuterium in steel" /Surface and Interface Analysis./ 30 (2000) pp.635-637).The creation of vacuum-tight sealed volumes inside the working pipe using the proposed sealing device creates the basis for the process of forming a protective film by deposition in vacuum. To prevent the process of "hydrogen disturbance", i.e. the process of dissolution of hydrogen atoms in the material of the pipe wall (whose atoms are usually sorbed on the surface), the surface of the protected metal must be “juvenile", i.e. completely clean from sorbate - a layer of molecules of hydrogen-containing gases that are a source of hydrogenation (see Deulin EA, "Exchange of gases at friction in vacuum", ECASIA '97 / John Wiley & Sons / Nov. 1997, pp.1170-1175 or EADeulin, SAGoncharov, JL de Segovia and RANevshoupa, "Mechanically stimulated solution of adsorbed hydrogen and deuterium in steel" / Surface and Interface Analysis./ 30 (2000) pp. 635-637).

Осаждение защитной пленки на ювенильную поверхность реализуется в электронике, как правило, на высоковакуумном или сверхвысоковакуумном технологическом оборудовании (см. Вакуумное оборудование тонкопленочной технологии производства изделий электронной техники; Под ред. проф. Л.К.Ковалева и Н.В.Василенко. - Т.1. Сиб. Аэрокосм. Акад., 1995. - 265 с. или Вакуумное оборудование тонкопленочной технологии производства изделий электронной техники; Под ред. проф. Л.К.Ковалева и Н.В.Василенко. - Т.2. Сиб. Аэрокосм. Акад., 1996. - 416 с.), где очистка поверхности до ювенильного состояния решается вакуумными методами в связи с требованиями т.н. «Вакуумной Гигиены» (см. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учебник для вузов. - Москва, Высшая школа, 1990, 320 с.). Для очистки «грязной» поверхности газопроводов или нефтепроводов может использоваться плазменный метод, который позволяет в считанные минуты очистить поверхность трубы, покрытую слоями окисных пленок, окалиной, следами механической обработки, даже в низком или в среднем вакууме.The deposition of a protective film on a juvenile surface is realized in electronics, as a rule, on high-vacuum or ultra-high-vacuum technological equipment (see Vacuum equipment of thin-film technology for manufacturing electronic products; Edited by Prof. L.K. Kovaleva and N.V. Vasilenko. - T .1. Sib. Aerospace Akad., 1995. - 265 p. Or Vacuum equipment of thin-film technology for the production of electronic equipment; Edited by Prof. L.K. Kovaleva and N.V. Vasilenko. - T.2. Sib. Aerospace. Akad., 1996. - 416 p.), Where surface cleaning up to venilnogo state solved vacuum methods in connection with the requirements of the so-called “Vacuum Hygiene” (see Rozanov LN Vacuum technology: Textbook for universities. - Moscow, Higher School, 1990, 320 pp.). To clean the “dirty” surface of gas pipelines or oil pipelines, the plasma method can be used, which allows you to clean the pipe surface covered with layers of oxide films, scale, traces of machining, even in low or medium vacuum in a matter of minutes.

Устройство для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов построено таким образом, что три подвижные герметичные дисковые металлические перегородки герметично уплотняют «грязную» трубу и образуют два рабочих смежных вакуумных объема внутри трубы, что позволяет одновременно работающим в смежных вакуумных объемах плазменному очистному устройству и многокомпонентному магнетронному испарителю работать так, что слой сорбата не успевает образоваться на очищенной поверхности до начала процесса нанесения защитной пленки.The device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of the main pipelines is constructed in such a way that three movable sealed disk metal partitions hermetically seal the “dirty” pipe and form two working adjacent vacuum volumes inside the pipe, which allows a plasma cleaning device and a multi-component working simultaneously in adjacent vacuum volumes work with the magnetron evaporator so that the sorbate layer does not have time to form on the cleaned surface before applying protection film.

На фиг.1 схематически представлено устройство для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов.Figure 1 schematically shows a device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of pipelines.

На фиг.2 более детально представлена конструкция и принцип действия устройства для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов.Figure 2 presents in more detail the design and principle of operation of the device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of pipelines.

Устройство для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов для нанесения защитных покрытий на металлические поверхности магистральных трубопроводов (см. фиг.1) содержит защищаемую трубу 1 нефтепровода или газопровода, дисковую металлическую перегородку 2 многокомпонентного магнетронного испарителя 3, промежуточную дисковую металлическую перегородку 4, плазменное очистное устройство 5, дисковую металлическую перегородку 6 плазменного очистного устройства 5, систему откачки плазменного вакуумного объема 7, систему откачки испарительного вакуумного объема 8, систему напуска 9 рабочих газов в зону очистки и систему напуска 10 рабочего газа в зону нанесения покрытия.A device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of the main pipelines for applying protective coatings to the metal surfaces of the main pipelines (see Fig. 1) contains a protected pipe 1 of an oil pipeline or gas pipeline, a disk metal partition 2 of a multi-component magnetron evaporator 3, an intermediate disk metal partition 4, a plasma purification device 5, disk metal partition 6 of the plasma purification device 5, pumping system of the plasma vacuum volume ma 7, evaporative vacuum pumping system volume 8, lapping system 9 of the working gases to the purification zone and the inlet system 10 of the working gas in the coating zone.

Более подробно принцип действия и схема устройства для вакуумно-плотной герметизации внутренних объемов магистральных трубопроводов представлена на фиг.2, где показаны 2 - герметичная дисковая металлическая перегородка, 11 - кольцевые уплотнения - эластомерные (резиновые) кольца, 12 - нажимное кольцо, 13 - осевой упор для нагружения нажимного кольца 16, 14 - осевой упор для нагружения нажимного кольца 12, 16 - нажимное кольцо, 17 - привод стяжки дисковой металлической перегородки 4 с нажимным кольцом 15, 18 - привод стяжки дисковой металлической перегородки 2 с нажимным кольцом 12, 4 - промежуточная дисковая металлическая перегородка, 15 - нажимное кольцо, 19 - вакуумные вводы вращения приводов стяжки, 6 - герметичная дисковая металлическая перегородка.In more detail, the principle of operation and the scheme of the device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of the main pipelines is shown in Fig. 2, where 2 is a sealed disk metal partition, 11 is a ring seal - elastomeric (rubber) rings, 12 is a pressure ring, 13 is an axial emphasis for loading the pressure ring 16, 14 - axial emphasis for loading the pressure ring 12, 16 - pressure ring, 17 - the drive of the coupler disk metal partition 4 with the pressure ring 15, 18 - the drive of the coupler disk metal burnout ki 2 with the pressure ring 12, 4 - an intermediate metal partition disk 15 - the pressure ring, 19 - vacuum inlets rotation screed actuators 6 - Sealed metallic disk partition.

Три подвижные герметичные дисковые металлические перегородки 2, 4 и 6 вместе с многокомпонентным магнетронным испарителем 3 и плазменным очистным устройством 5 располагают в трубе 1 и таким образом образуют два рабочих смежных вакуумных объема внутри трубы 1. С помощью приводов стяжки 17 и 18 дисковых металлических перегородок 2, 4 и 6 соответственно, с нажимными кольцами 12, 15 и 16 производят герметизацию вакуумных объемов, образованных дисковыми металлическими перегородками 2, 4 и 6. С помощью системы откачки плазменного вакуумного объема 7 и системы откачки испарительного вакуумного объема 8 в вакуумных объемах формируют требуемую величину разрежения. В результате тремя подвижными герметичными дисковыми металлическими перегородками 2, 4 и 6 образовано два рабочих смежных вакуумных объема внутри трубы, что позволяет одновременно работающим в смежных вакуумных объемах плазменному очистному устройству 5 и многокомпонентному магнетронному испарителю 3 производить вакуумную плазменную очистку и нанесение защитного покрытия от проникновения в материал трубы 1 водорода, в первую очередь в зонах около сварных швов, а слой сорбата не успевает образоваться на очищенной поверхности трубы 1 до начала процесса нанесения защитного покрытия. После обработки поверхности трубы 1 и нанесения на ее поверхность защитного покрытия производят перемещение устройства. В результате очищается новый участок поверхности трубы, а на очищенный участок трубы 1 наносится защитное покрытие.Three movable sealed disk metal partitions 2, 4 and 6, together with a multicomponent magnetron evaporator 3 and a plasma cleaning device 5, are placed in the pipe 1 and thus form two working adjacent vacuum volumes inside the pipe 1. Using the coupler drives 17 and 18, the disk metal partitions 2 , 4 and 6, respectively, with pressure rings 12, 15 and 16, they seal the vacuum volumes formed by the disk metal partitions 2, 4, and 6. Using the pumping system of the plasma vacuum volume 7 and the system The pumping volumes of the evaporative vacuum volume 8 in the vacuum volumes form the required rarefaction value. As a result of three movable sealed disk metal partitions 2, 4 and 6, two adjacent adjacent vacuum volumes are formed inside the pipe, which allows a plasma cleaning device 5 and a multi-component magnetron evaporator 3 working simultaneously in adjacent vacuum volumes to carry out vacuum plasma cleaning and applying a protective coating against penetration into the material of the hydrogen pipe 1, primarily in areas near the welds, and the sorbate layer does not have time to form on the cleaned surface of the pipe 1 until acala process for applying a protective coating. After processing the surface of the pipe 1 and applying a protective coating to its surface, the device is moved. As a result, a new section of the pipe surface is cleaned, and a protective coating is applied to the cleaned section of the pipe 1.

Настоящее изобретение может быть использовано при создании надежных распределительных и транспортных систем газа и нефти, в частности систем, используемых ОАО «Газпром» и «Оргнефтегаз».The present invention can be used to create reliable distribution and transportation systems for gas and oil, in particular the systems used by Gazprom and Orgneftegaz.

Claims

A device for vacuum-tight sealing of the internal volumes of pipelines, containing sealed disk metal partitions with O-rings, through which disk metal partitions are connected to the pipe, and pressure rings compressing O-rings with a deformation of the latter in a radial section sufficient to overlap the height of the microroughness of the profile being sealed pipe surface, characterized in that it is provided with axial stops for loading the pressure rings, drives with heavy metal disk partitions with pressure rings, a plasma cleaning device and a multicomponent magnetron evaporator, while the metal partitions form two adjacent vacuum volumes, one for a plasma cleaning device and the other for a multicomponent magnetron evaporator, and the device is equipped with systems for injecting working gases into the cleaning zone and into the coating zone and is configured to form oppositely directed forces resulting from atmospheric differences of pressure and vacuum pressure acting on the outer disc dividers mutually transmitted annular seals which, through coupler disk drives metallic partitions with the pressure ring radially previously deformed.