Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы (варианты)

Группа изобретений относится к нефтегазовой и другим отраслям промышленности, в частности к производству труб, используемых при изготовлении и строительстве трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды.

Известен способ защиты стальной трубы от коррозии, включающий футерование внутренней поверхности трубы пластмассовой оболочкой, облицовку внутренней поверхности концов трубы коррозионно-стойкой сталью на длину, превышающую длину зоны термической деструкции оболочки от места сварки труб, и прикрепление концов оболочки к трубе защемляющими кольцами путем радиальной деформации колец или трубы (патент RU 2217651, опубл. 27.11.2003, МПК F16L 58/02). В известном способе к концам трубы приваривают откалиброванные по внутреннему диаметру не менее чем до наибольшего предельного размера для данного типоразмера труб наконечники с внутренней облицовкой из коррозионно-стойкой стали длиной, превышающей длину зоны термической деструкции оболочки, футерование трубы производят с перекрытием части длины наконечников, а защемляющие кольца, выполненные в коррозионно-стойком исполнении, размещают, по крайней мере, частично внутри наконечников.

Однако облицовка внутренней поверхности трубы втулкой из нержавеющей стали с использованием радиальной деформации колец или трубы имеет существенный недостаток. В связи с отсутствием металлической связи между трубой и внутренним наконечником возможно развитие коррозионных процессов из-за проникновения коррозионной среды между стенкой трубы и втулкой. Несомненно, такое решение является наиболее простым, но при этом оно весьма не надежно защищает монтажные стыки от коррозии.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой группе изобретений является способ изготовления коррозионно-стойкой трубы, известный из патента 2215928, опубл. 10.11.2013, F16L 58/02, F16L 9/12. В известном способе к концам труб присоединяют сваркой встык наконечники, облицованные по внутренней поверхности коррозионно-стойкой сталью и откалиброванные по внутреннему диаметру не менее чем до наибольшего предельного размера для данного типоразмера труб, а покрытие нанесено на внутреннюю поверхность трубы с перекрытием, по крайней мере, части длины наконечников.

Однако наконечник имеет сложную нетехнологичную конструкцию, требующую изготовление фактически биметаллической конструкции с внутренней облицовкой из нержавеющей стали. Известное решение предполагает традиционный способ сварки биметалла: сначала сварка нержавеющего слоя, затем сварка переходного слоя специальными сварочными материалами и только затем сварка тела трубы. Такой способ изготовления коррозионно-стойкой трубы является очень трудоемким.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемая группа изобретений, является разработка простого и надежного способа изготовления коррозионно-стойкой трубы.

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, является упрощение способа изготовления коррозионно-стойкой трубы при повышении ее коррозионной стойкости за счет повышения механической прочности и пластичности сварного соединения трубы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления коррозионно-стойкой трубы, включающем в себя присоединение к концам стальной трубы сваркой встык наконечников из нержавеющей стали, имеющих длину 50-150 мм и толщину, равную толщине трубы. При этом наконечники со стороны прямой кромки присоединяют к концам трубы с применением прессового метода сварки в твердой фазе, образующееся после сварки усиление удаляют до величины 0,5-2,0 мм, после чего на внутреннюю поверхность стальной трубы с перекрытием, по крайней мере, части длины наконечников наносят антикоррозионное покрытие.

Наконечники из нержавеющей стали могут быть присоединены к концам стальной горячедеформированной трубы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления коррозионно-стойкой трубы, включающем в себя присоединение к концам трубы из нержавеющей стали сваркой встык наконечников из нержавеющей стали, имеющих длину 50-150 мм и толщину, равную толщине трубы. При этом наконечники со стороны прямой кромки присоединяют к концам трубы с применением прессового метода сварки в твердой фазе, а образующееся после сварки усиление удаляют до величины 0,5-2,0 мм.

Наконечники из высоколегированной аустенитной стали могут быть присоединены к концам трубы, выполненной из хромистой нержавеющей стали типов XI3 или XI7.

Применение прессовых методов сварки (ротационная сварка трением или контактная стыковая сварка) позволяет полностью автоматизировать процесс сварки. При этом обеспечивается очень высокая производительность процесса (сварка менее 1 минуты), так как соединение образуется сразу по всему периметру трубы. В процессе сварки, в случае ротационной сварки трением, плавления металла не происходит. В процессе сварки, в случае контактной стыковой сварки, оплавленный металл выдавливается полностью из сварного соединения при окончании процесса за счет прессового усилия. Таким образом, плавленый металл в структуре разнородного сварного соединения не образуется, в результате этого не происходит образования в сварном соединении металлов переходного состава, хрупких карбидных и интерметалидных соединений. В результате такие сварные соединения имеют очень высокую механическую прочностью, а также высокую пластичность.

Большинство промысловых труб находятся в диапазоне диаметров от 114 до 325 мм, при этом толщина стенки меняется в зависимости от диаметра и рабочего давления от 5 до 15 мм. Поскольку заводское сварное соединение, выполненное прессовым методом сварки, должно быть гарантировано защищено внутренним полимерным покрытием, температура на этом сварном соединении в процессе монтажной сварки труб между собой не должна превышать 150°C. Таким образом, при толщине стенки 5 мл длины наконечника 50 мм (10 толщин) будет вполне достаточно для рассеивания тепла при монтажной сварке труб между собой. При сварке труб с более толстой стенкой (15 мм) длина наконечника должна быть увеличена вплоть до 150 мм, что также обеспечит отсутствие повреждений полимерного покрытия из-за перегрева в процессе монтажа труб.

После проката трубы из низколегированной углеродистой стали выполняют следующие операции:

- приварка наконечника и удаление избыточного усиления шва (грата);

- ультразвуковой контроль качества сварного соединения;

- далее нанесение внутреннего покрытия и отправка готовой трубы.

После проката трубы из хромистой нержавеющей стали типов X13 и X17 выполняют следующие операции:

- приварка наконечника и удаление избыточного усиления шва (грата);

- ультразвуковой контроль качества сварного соединения;

- отправка готовой трубы.

В предлагаемых способах изготовления коррозионно-стойкой трубы исключаются механическая обработка торцов трубы (разделка под сварку) и ультразвуковой контроль сплошности на участках разделки кромок на трубе. Эти операции могут проводиться при изготовлении наконечников.

Исключение операции калибровки торцов трубы, механической обработки и контроля кромок на торцах готовых труб не снижает производительности линий по производству труб в целом.

Удаление образующегося после сварки усиления до величины 0,5-2,0 мм обеспечивает дополнительный запас прочности сварного шва и сохранение пропускной способности внутреннего сечения трубы.

Пример 1

Из трубы бесшовной горячедеформированной из коррозионно-стойкой стали ГОСТ 9940 диаметром 159 мм и толщиной стенки 9 мм изготавливаются наконечники длиной 100 мм (превышает длину зоны термического воздействия тепла сварки нержавеющих труб для полиэтиленового внутритрубного покрытия). Один из терцов наконечника прямой, второй имеет разделку типа С17 по ГОСТ 16037.

К обоим концам стальной горячедеформированной трубы по ГОСТ 8732 диаметром 159 мм и толщиной стенки 9 мм с прямыми кромками приваривают встык с применением ротационной сварки трением наконечники со стороны прямой кромки. Удаляют образующееся после сварки усиление до величины 0,5-2,0 мм. После этого на внутреннюю поверхность трубы наносят полимерное покрытие с полным перекрытием сварного шва, выполненного с применением ротационной сварки трением, примерно на 20 мм.

Изготовленную таким образом трубу монтируют в нитку с применением сварки как обычную трубу из нержавеющей стали. Для сварки захлестов могут применяться катушки труб из коррозионно-стойкой стали по ГОСТ 9940 соответствующего размера. Приварка запорной арматуры из нержавеющей стали к таким трубам не требует применения специальных биметаллических переходников.

Пример 2

Вместо трубы по ГОСТ 8732 используют трубу из недорогой хромистой нержавеющей стали (плохо свариваемая дуговой сваркой) типов X13 или X17 по ГОСТ 9940, к которой с применением контактной стыковой сварки приваривают наконечники из хорошо свариваемой высоколегированной аустенитной стали. При этом нанесения внутреннего антикоррозионного покрытия не требуется.

Применение предлагаемой группы изобретений обеспечило упрощение изготовления коррозионно-стойкой трубы, а также повышение ее коррозионной стойкости за счет повышения механической прочности и пластичности сварного соединения трубы.