Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО КОРРОЗИОННО-СТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА НАРУЖНУЮ И ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ТРУБЫ

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано при нанесении коррозионно-стойкого защитного покрытия на трубы, металлопрокат, изготовленные из сталей и сплавов.

Известен «Способ нанесения изоляционного покрытия на металлическую поверхность» (патент РФ №2289061, F16L 58/00, опубл. 2006.12.10), в котором проводят нагрев металлической поверхности трубопровода, нанесение грунтовочного слоя, затем дополнительный нагрев металлической поверхности до температуры 40-50°C и нанесение изоляционного полимерного ленточного покрытия с предварительным нагревом адгезионного слоя ленты до температуры 55-65°C горячим воздухом. Полученное изоляционное покрытие нагревают до его термоусаживания.

Недостаток способа заключается в возможном образовании «шатровых» зон на валике шва и, как следствие, локальных воздушных пустот под покрытием, что обеспечивает доступ воздуха и влаги к поверхности трубопровода и развитие коррозионных явлений, что, в свою очередь, снижает надежность и долговечность производимой продукции.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Способ комплексной защиты от коррозии стальных трубопроводов (варианты)» (патент РФ №2296817, C23F 17/00, опубл. 2007.04.10). В предлагаемом способе перед изоляцией разделывают кромки трубы, затем сушат и очищают трубу от загрязнений: механически обрабатывают внутреннюю поверхность трубы, проводят финишную зачистку внутренней поверхности трубы, наносят вблизи кромки трубы основное металлическое защитное покрытие, наносят на основное металлическое покрытие дополнительное металлическое защитное покрытие с частичным перекрытием основного металлического защитного покрытия, нагревают трубу до температуры плавления изоляционного пластмассового покрытия, наносят на внутреннюю поверхность трубы с частичным перекрытием основного слоя металлического защитного покрытия по меньшей мере один слой изоляционного пластмассового покрытия, механически обрабатывают наружную поверхность трубы, очищают наружную поверхность трубы от продуктов обработки, наносят по меньшей мере один слой изоляционного пластмассового покрытия.

К недостатками данного способа можно отнести:

- повышенную технологическую сложность и трудоемкость;

- большие затраты на нанесение дополнительных защитных слоев и неэффективное использование защитного материала;

- получение на выходе неравномерного, некачественного защитного покрытия, срок службы которой сокращается в разы, в связи с тем, что перед нанесением покрытия не предусматривалась очистка поверхностей трубы от масляных включений, что способствует разрушению защитного покрытия, образуя пленку между поверхностью трубы и защитным покрытием, и очистка от солевых отложений и других коррозионно-активных сред, что способствует интенсивной коррозии поверхности трубы (трубопроводов) при взаимодействии с водой, образуя кислотную среду, приводящей к аварийным разрушениям стальных трубопроводов, к снижению надежности и долговечности труб.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение недостатков, присущих аналогам и прототипу, и является следствием такого поиска.

Решаемой задачей изобретения является повышение надежности и долговечности труб, за счет увеличения коррозионной стойкости труб, путем повышения качества очистки поверхностей труб и нанесения покрытия на поверхности труб.

Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является создание надежного и долговечного защитного покрытия, за счет увеличения коррозионной стойкости труб, путем повышения качества очистки поверхностей труб и нанесения покрытия на поверхности труб.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения защитного коррозионно-стойкого покрытия на наружную и внутреннюю поверхности металлической трубы, включающем предварительную подготовку ее кромок, механическую, термическую и абразивную очистку наружной и внутренней поверхностей трубы, последующее нанесение порошкового слоя коррозионно-стойкого покрытия на наружную и внутреннюю поверхности трубы, согласно которому предварительно наружную и внутреннюю кромки трубы калибруют под вид соединения труб, затем устанавливают на обе кромки трубы оснастки, с помощью которых осуществляют вращение трубы, при сохранении наружной поверхности от воздействия внешних контактов, затем осуществляют гидродинамическую очистку внутренней и наружной поверхности трубы, а термическую очистку указанных поверхностей трубы проводят в печи при температуре 390-420°C, выдерживают один час, и затем нагретую трубу подвергают механической очистке абразивом вне печи с обеспечением заданной шероховатости поверхностям трубы, на наружную и внутреннюю поверхности которой наносят слой праймера с последующей его сушкой при комнатной температуре, при этом трубу с помощью оснасток вращают, после чего трубу нагревают в печи до температуры нанесения порошкового слоя коррозионно-стойкого покрытия и наносят указанный слой одновременно на наружную и внутреннюю поверхности трубы, затем проводят полимеризацию слоя упомянутого покрытия путем нагрева трубы в печи, которую вращают, и осуществляют последующее охлаждение водовоздушной смесью.

Новизной данного изобретения являются:

- определенная последовательность технологических процессов, позволяющая качественно очистить поверхности трубы и равномерно нанести на очищенные поверхности защитное покрытие,

- изготовление и установка специальных оснасток на кромки труб, позволяющих производить вращение трубы, с возможностью сохранения наружной поверхности от внешних контактов, а также наносить равномерное покрытие на поверхности труб.

Осуществление способа

Вначале, после входного контроля трубы, выполняют калибровку обеих кромок трубы под известные виды соединения специальным устройством калибратором. После калибровки производят контроль геометрических параметров.

Далее, в заводских условиях, изготавливают и устанавливают специальные оснастки на обе кромки трубы на наружную поверхность, предназначенные:

- для передачи вращательного движения трубе во время очистки, нагрева и нанесения защитного покрытия на наружную и внутреннюю поверхности трубы;

- для сохранения наружной поверхности от внешних контактов (т.е. перемещение трубы вдоль цепного конвейера происходит за счет установленных на обе кромки трубы на наружную поверхность специальных оснасток, которые, в свою очередь, устанавливают на направляющие цепного конвейера).

Специальные оснастки изготовлены из жаропрочной стали, типа сплав 20Х23Н18, имеют зажимное устройство для установки на кромки труб. Специальные оснастки, установленные на кромки труб, не затрудняют доступ к внутренней поверхности трубы, так как имеют отверстия, предназначенные для доступа устройств гидродинамической очистки, механической очистки, устройств нанесения слоя праймера и слоя (слоев) защитных покрытий к внутренней поверхности трубы.

Затем производят гидродинамическую очистку наружной и внутренней поверхностей трубы. При этом разрушаются, измельчаются и удаляются солевые отложения, рыхлая ржавчина и другие коррозионно-активные вещества высоконапорными струями воды, образующимися благодаря использованию специальных сопловых насадок. Гидродинамическую очистку осуществляют высоконапорными струями рабочей жидкости без подогрева и/или с химическими добавками ПАВ (поверхностно-активные вещества).

После обработки поверхностно-активными веществами поверхности трубы становятся химически активными, что улучшает межмолекулярную связь между поверхностью трубы и защитным покрытием.

Далее производят термическую очистку (обезжиривание) в печи при температуре 390-420°С. Трубы нагревают до температуры 390°С, позволяющей удалить с поверхности все виды жировых загрязнений, и до температуры 420°C, при этом избегая структурных изменений в металле трубы, и выдерживают при данной температуре около одного часа для испарения остатков жидкости с поверхностно-активными веществами, жировых загрязнений и других веществ, уменьшающих адгезионную прочность между поверхностями трубы и наносимым защитным покрытием. Во время выдержки около одного часа с наружной и внутренней поверхностей трубы удаляются (испаряются) остатки воды (ПАВ), использованной при гидродинамической очистке поверхностей трубы, различные виды жировых загрязнений и другие вещества, уменьшающие адгезионную прочность между поверхностями трубы и наносимым защитным покрытием.

Во время термической очистки поверхностей трубы, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью этих оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс струйно-абразивной очистки (механической очистки) поверхностей трубы становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы.

После термической очистки поверхностей трубы, нагретая наружная и внутренняя поверхности трубы подвергаются механической (струйно-абразивной) очистке одним из известных способов (например, по патенту РФ №2353506, где поверхность после механической (струйно-абразивной) очистке (дробью или песком и др.) получается матовой, развитой, что очень важно для дальнейшего нанесения защитного покрытия, параметры шероховатости изменяются в зависимости от режимов обработки и зернистости рабочего материала (абразива). Требуемая шероховатость поверхностей трубы для данного технологического процесса - Rz=40…90 мкм.

Адгезионная прочность - сила, необходимая для разрушения адгезионного соединения, отнесенная к площади адгезионного контакта [Н/м²] (Богданов Ю.Г. «Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов», 2010). При шероховатой поверхности трубы площадь поверхности трубы увеличивается в разы, что способствует увеличению адгезионной прочности между поверхностью трубы и наносимым защитным покрытием.

В случае очистки дробью - одновременно происходит упрочнение поверхностей труб. На поверхностях труб увеличивается твердость на 20-40%, в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия достигают 400-800 МПа.

В случае термоабразивной очистки происходит одновременная очистка, обезжиривание, обеспыливание, создание требуемой шероховатости, нагрев и активирование поверхностей труб. После очистки поверхность трубы становится равномерно шероховатой, обезжиренной, подогретой на 50-60°C и химически активной. Такие свойства поверхности обеспечивают высокую степень адгезии с наносимым на нее защитным покрытием.

В основу метода термоабразивной очистки заложен принцип одновременного термического и интенсивного ударно-абразивного воздействия на обрабатываемую поверхность двухкомпонентной сверхзвуковой высокотемпературной струей, состоящей из газового потока продуктов сгорания и частиц абразивного материала. Абразивные частицы подаются в поток сверхзвуковой газовой струи, генерируемой аппаратом, ускоряются до сверхзвуковой скорости и вместе с продуктами сгорания бомбардируют обрабатываемую поверхность.

Подвергая нагретую наружную и внутреннюю поверхности трубы механической очистке (струйно-абразивной), с поверхностей удаляется ржавчина, прочно-сцепленные окислы и другие вещества, уменьшающие адгезионную прочность между поверхностями трубы и наносимым защитным покрытием.

Во время механической очистки (струйно-абразивной) поверхностей трубы, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс струйно-абразивного способа очистки поверхностей трубы становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы.

После механической очистки (струйно-абразивной) поверхности трубы очищают от абразива (дроби), мелких частиц и пыли и производят контроль шероховатости поверхностей трубы.

Далее на очищенную и шероховатую наружную и внутреннюю поверхности трубы наносят слой праймера, распылением, одним из известных способов. Во время нанесения (распыления) слоя праймера, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс нанесения (распыления) слоя праймера на поверхности трубы становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы.

Затем производят сушку слоя праймера, нанесенного на наружную и внутреннюю поверхности трубы, при комнатной температуре, и производят контроль толщины нанесенного слоя праймера. Во время сушки слоя праймера, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс формирования покрытия (праймера) становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы.

Далее трубу нагревают до заданной температуры нанесения защитного покрытия, для последующего нанесения на наружную и внутреннюю поверхности трубы слоя (слоев) защитного покрытия. Во время нагрева трубы, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс нагрева трубы становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы. После чего проверяют температуру нагретой трубы для соответствия требованиям нанесения защитного покрытия.

Затем на наружную и внутреннюю поверхности трубы, где уже имеется слой праймера, наносят слой (слои) защитного покрытия одним из известных способов, например, используя электростатический способ нанесения порошкового покрытия. При этом, во время нанесения (распыления) слоя (слоев) защитного покрытия на поверхности трубы, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс нанесения (распыления) слоя (слоев) защитного покрытия становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы.

Далее производят полимеризацию слоя (слоев) защитного покрытия, нанесенного на слой праймера, на наружную и внутреннюю поверхности трубы, нагревая трубу в печи до заданной температуры, необходимого для применяемого защитного покрытия материала. Во время полимеризации слоя (слоев) защитного покрытия, наружную поверхность трубы сохраняют от воздействия внешних контактов, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы, и трубе придают вращательное движение, с помощью специальных оснасток, установленных на обе кромки трубы. Исходя из этого процесс формирования защитного покрытия становится более качественным и равномерным по всей площади поверхности трубы.

После чего трубы с нанесенным защитным покрытием охлаждают, например, холодной водовоздушной смесью, для того, чтобы быстро уменьшить температуру нанесенного защитного покрытия и трубы.

Далее производят контроль на диэлектрическую сплошность и толщину нанесенного защитного покрытия одним из известных способов (например, патент РФ №2188414).

Затем на наружное покрытие стальной трубы устанавливают бандажи, исключающие контакт наружного покрытия с иными поверхностями, способными произвести дефект наружного покрытия во время транспортировки трубы с защитным покрытием, из материала, например резина, используя ее упругие свойства для предотвращения возникновения дефекта наружного защитного покрытия во время транспортировки труб с защитным покрытием.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными аналогами

Предлагаемый способ нанесения защитного покрытия труб по сравнению с аналогами:

1. Повышает надежность и долговечность нанесенного защитного покрытия на наружную и внутреннюю поверхности трубы, за счет контроля этапов очистки и нанесения защитного покрытий на поверхности труб, путем повышения коррозионной стойкости наружной и внутренней поверхности трубы, за счет:

1.1. Удаления с наружной и внутренней поверхностей трубы всех жировых видов загрязнений, ржавчины, прочно-сцепленных окислов, уменьшающих адгезионную прочность между поверхностью трубы и защитным покрытием, солевых отложений и других коррозионно-активных сред, увеличивающих коррозионную активность на поверхностях трубы;

1.2. Нанесения на шероховатую поверхность трубы слоя праймера, при этом увеличивая адгезионную прочность между поверхностью трубы и защитным покрытием, за счет увеличения площади поверхности трубы;

2. Повышает эффективность защитного материала за счет того, что защитный материал на наружную и внутреннюю поверхности трубы наносится электростатическим способом, и при распылении трубам придают вращательное движение, то есть используемый объем защитного материла равномерно распределен по всей площади покрываемой поверхности, что способствует экономии защитного материала;

3. Исключает применение дорогостоящих материалов в качестве дополнительных слоев защитного покрытия;

4. Снижает технологическую сложность и трудоемкость, так как исключает процессы нанесения на поверхности дополнительных слоев защитного покрытия (например, металлического покрытия);

5. Наносит защитные покрытия на разные виды труб, кромки которых откалиброваны под известные виды соединения, что делает способ более технологичным.

Положительными сторонами этого способа являются высокая степень надежности, эффективности защитного материала, контроля исполняемых этапов, простота технологии очистки поверхностей и нанесения покрытия.