Способ безгрунтового эмалирования внутренней поверхности стальной трубы
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и предназначено для применения в трубопроводном строительстве при сооружении подземных и надземных трубопроводов, в том числе - скважин при добыче нефти и газа. Способ включает черновой индукционный отжиг трубы со скоростью перемещения в индукторе 0,17-2 м/мин при температуре 600-750°С, дробеструйную очистку внутренней поверхности стальной трубы, обеспечивающую ее профиль с выступами и углублениями не менее 20 мкм, с технологической скоростью 1-2 м/мин с последующим обеспыливанием, осуществляемым или сжатым воздухом, или вакуумированием внутренней поверхности, или промывкой водой с просушкой воздухом температурой не менее 95°С, контроль качества поверхности, нанесение шликерного покрытия методом внутреннего заполнения с регулировкой скорости истечения шликера 0,065-0,1 м/с при кроющей способности 9,0-11,5 г/дм2, плотности 1,79-1,82 кг/дм2, температуре 18-20°С, сушку в течение 15-58 мин при температуре 100-120°С и скорости 0,17-0,67 м/мин, индукционный обжиг в течение 15-30 мин при температуре 800-930°С и скорости 0,33-0,67 м/мин и охлаждение, при этом нанесение шликерного покрытия, сушку, индукционный обжиг и охлаждение производят при вертикальном положении трубы. Изобретение позволяет осуществить промышленное безгрунтовое индукционное эмалирование внутренней поверхности стальных труб с обеспечением необходимых качества и толщины силикатно-эмалевого покрытия при высокой производительности. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и предназначено для применения в трубопроводном строительстве при сооружении подземных и надземных трубопроводов, в том числе - скважин при добыче нефти и газа.
Внутреннее силикатно-эмалевое покрытие используется для увеличения производительности трубопроводов, защищая их внутреннюю поверхность, предотвращая образование отложений от агрессивного коррозионного и абразивного воздействия транспортируемого продукта.
Известен широко используемый в различных отраслях промышленности способ эмалирования металлоизделий, при котором предусмотрены различные методы подготовки поверхности - печной черновой отжиг, пескоструйная или дробеструйная очистка, нанесение шликера грунтовой эмали, сушка и печной обжиг шликерного грунтового покрытия с последующим нанесением, сушкой и обжигом покровной эмали - А. Петцольд «Эмаль», пер. с немецкого, ГНТИ, М., 1958 г., стр.133-137, 161-162, 195-215.
Недостаток этого способа - низкая производительность технологии эмалирования, являющаяся следствием несогласованности продолжительности по времени процессов отжига, очистки, нанесения, сушки и обжига шликерных покрытий, а также - высокие энергоматериальные затраты.
Прототипом изобретения является способ эмалирования металлоизделий, при котором наносят только однослойную покровную эмаль с последующим обжигом - Варгин В.В., Антонова Е.А., Мазурек Ю.В., Сендерович В.Я., Серебрякова М.В., Гуторова Л.Л., Литвинова Е.И., Лучинский В.В. «Технология эмали и эмалирования металлов», Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, М., 1958 г., стр.325-326.
Недостаток прототипа состоит в области его применения, ограниченной возможности эмалирования только плоских и мелких стальных металлоизделий.
Невозможность широкого внедрения способа ограничивали следующие факторы:
- сложная предварительная подготовка поверхности стали, т.е. ее высокая степень очистки для хорошего сцепления эмали со сталью, состоящая в глубоком травлении и никелировании;
- использование дефицитной обезуглероженной стали, не приводящей к образованию дефектов в покрытии после ее эмалирования;
- использование дорогих белых и цветных титаносодержащих эмалей с умеренной температурой обжига 820-850°С.
Выполнение всех вышеуказанных условий не представляется технически возможным из-за высоких материальных затрат и потери при этом трубной сталью определенных механических свойств. Это препятствует производству и использованию стальных труб с внутренним безгрунтовым силикатным покрытием при сооружении подземных и надземных трубопроводов различного назначения.
Таким образом, техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании новой технологии внутреннего безгрунтового эмалирования стальной трубы.
Эта задача решена в способе безгрунтового эмалирования внутренней поверхности стальной трубы, включающем черновой индукционный отжиг трубы со скоростью перемещения в индукторе 0,17-2 м/мин при температуре 600-750°С, дробеструйную очистку внутренней поверхности стальной трубы, обеспечивающую ее профиль с выступами и углублениями не менее 20 мкм, с технологической скоростью 1-2 м/мин с последующим обеспыливанием, осуществляемым или сжатым воздухом, или вакуумированием внутренней поверхности, или промывкой водой с просушкой воздухом температурой не менее 95°С, контроль качества поверхности, нанесение шликерного покрытия методом внутреннего заполнения с регулировкой скорости истечения шликера 0,065-0,1 м/с при кроющей способности 9,0-11,5 г/дм2, плотности 1,79-1,82 кг/дм2, температуре 18-20°С, сушку в течение 15-58 мин при температуре 100-120°С и скорости 0,17-0,67 м/мин, индукционный обжиг в течение 15-30 мин при температуре 800-930°С и скорости 0,33-0,67 м/мин и охлаждение, при этом нанесение шликерного покрытия, сушку, индукционный обжиг и охлаждение производят при вертикальном положении трубы.
Частными случаями реализации способа являются следующие:
- после контроля качества поверхности трубу, выступы и углубления на которой не превышают значения 20 мкм, возвращают на дополнительную подготовку профиля ее внутренней поверхности;
- дробеструйную очистку внутренней поверхности трубы производят с использованием высококремнеземистого песка с фракцией 0,8-1,4 мм, вылетающего со скоростью 70-80 м/мин при угле атаки 30-45°;
- технологические операции по нанесению шликерного покрытия, сушке, индукционному обжигу с последующим охлаждением проводят одновременно при поточном эмалировании труб.
На чертеже представлена блок-схема линии эмалирования, с помощью которой реализуется описываемый способ.
Линия содержит склад 1, с которого трубы поступают на обработку. Черновой индукционный отжиг стальной трубы производят в индукторе 2, после которого труба поступает в устройство 3 дробеструйной очистки и обеспыливания. Далее - на стенде 4 производят контроль качества поверхности трубы: если выступы и углубления на ее обработанной поверхности не превышают значения 20 мкм, то производят дополнительную подготовку профиля внутренней поверхности, т.е. возвращают ее в устройство 3. Если труба прошла контроль качества на стенде 4, то с помощью механизма 5 ее устанавливают вертикально и подают в устройство 6 для нанесения шликерного покрытия на внутреннюю поверхность. В сушках 7 и 8 труба подвергается сушке, а затем проходит обжиг в индукторе 9. После охлаждения трубы в устройстве 10 механизмом 5 она возвращается в горизонтальное положение и проходит окончательный контроль качества на стенде 11, после чего транспортируется на склад 12 готовой продукции.
Представленная линия позволяет производить поточное эмалирование стальных труб с одновременным проведением технологических операций по нанесению шликерного покрытия, сушке и индукционному отжигу с последующим их охлаждением.
После нанесения шликерного покрытия первая труба из устройства 6 транспортируется в сушки 7, 8. Одновременно с этим, вторая труба, прошедшая контроль качества на стенде 4 и установленная механизмом 5 в вертикальное положение, поступает в устройство 6 для нанесения шликерного покрытия. Таким образом трубы последовательно одна за другой проходят ряд операций. В одном цикле эмалирования может быть задействовано как минимум до шести труб.
Технология эмалирования внутренней поверхности стальной трубы по приведенной схеме осуществляется следующим образом.
Черновой индукционный отжиг в индукторе 2 трубы, поступившей со склада 1, происходит при частоте 2,4-10 кГц со скоростью ее перемещения 0,17-2 м/мин при температуре 600-750°С. Процесс сопровождается сгоранием на поверхности трубы органических соединений (масел, жиров и т.п.), снятием напряжений, возникающих при изготовлении стальных труб, а также образованием окалины, состоящей из оксидов железа с целью ее лучшего отделения при последующей дробеструйной очистке.
В устройстве 3 дробеструйной очистки с обеспыливанием внутренней поверхности трубы происходит очистка с технологической скоростью 1-2 м/мин. Эта скорость зависит от диаметра труб и окалины в результате чернового отжига. Обеспыливание трубы может производиться различными методами, осуществляемыми или сжатым воздухом под давлением не менее 0,55-0,65 МПа, или вакуумированием внутренней поверхности, или промывкой водой с последующей просушкой воздухом температурой не менее 95°С.
Подготовка профиля внутренней поверхности трубы дробеструйной очисткой в устройстве 3 заключается в требовании соблюдения высоты выступов и углублений, которые должны быть не менее 20 мкм. При условии несоблюдения указанных значений, определяемого на стенде 4, требуется повторная обработка в устройстве 3.
В качестве обеспечения необходимых параметров очистки используется высококремнеземистый песок с фракцией 0,8-1,4 мм, вылетающий из сопел со скоростью 70-80 м/мин при угле атаки 30-45°.
Устройство 6 для нанесения шликерного покрытия является основным в технологической линии эмалирования. При известности конструкций таких устройств, они не позволяли получать качественные покрытия по причине отсутствия технологических параметров, которые были получены в результате опытных работ в заводских условиях производства по нанесению эмалевого шликера на внутреннюю поверхность труб.
Установлено, что необходимая толщина силикатно-эмалевого покрытия зависит от скорости слива эмалевого шликера и его кроющей способности при постоянной температуре и плотности.
Нанесение шликерного покрытия на стальные трубы производят методом внутреннего заполнения с регулировкой скорости истечения шликера 0,065-0,1 м/с при кроющей способности шликера 9,0-11,5 г/дм2, плотности 1,79-1,82 кг/дм2 и при его температуре 18-20°С. Именно эти параметры дают возможность обеспечить необходимую толщину силикатно-эмалевого покрытия, которая в результате индукционного обжига составляет не менее 200 микрон.
Зависимость толщины покрытия от скорости истечения эмалевого шликера, его кроющей способности, плотности и температуры представлена в Таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| № п/п | Геометрические размеры труб (диаметр, толщина), мм | Скорость слива шликера, м/сек | Кроющая способность шликера, г/дм2 | Плотность шликера, кг/дм2 | Темпера тура шликера, °С | Толщина силикатно-эмалевого покрытия, мкм |
| 1 | 57×3,5 | 0,065 | 10,0 | 1,815 | 18 | 270 |
| 2 | 73×3,5 | 0,065 | 10,0 | 1,815 | 18 | 270 |
| 3 | 76×3,5 | 0,07 | 9,3 | 1,815 | 18 | 245 |
| 4 | 89×4 | 0,08 | 9,7 | 1,815 | 18 | 215 |
| 5 | 89×8 | 0,1 | 9,2 | 1,815 | 18 | 235 |
| 6 | 108×4 | 0,07 | 9,6 | 1,815 | 18 | 205 |
| 7 | 108×4 | 0,08 | 11,2 | 1,815 | 18 | 250 |
| 8 | 114-426×4-14 | 0,1 | 9,2 | 1,815 | 18 | 235 |
Примечание: параметры таблицы указаны для трубы длиной 10 пог. м.
Сушка силикатно-эмалевого шликерного покрытия, содержащего до 40% воды, производится в вертикальной камере сушек 7 и 8 и осуществляется в подачей горячего воздуха при температуре 100-120°С как на наружную поверхность трубы, так и на внутреннюю непосредственно на слой шликерного покрытия по всей длине трубы для исключения конденсации влаги на поверхность покрытия, приводящей к его браку. Скорость сушки составляет 0,17-0,67 м/мин и для ряда диаметров труб превышает продолжительность их обжига в индукторе, что может привести к снижению производительности агрегата. Для ликвидации этой задержки предусмотрены две сушки.
Сушка производится от автономного источника, например электрокалорифера, а также за счет использования утилизированного тепла, выделяющегося при обжиге шликерного покрытия в индукторе при температуре 800-930°С.
Оптимальное время сушки исключает повреждение покрытия за счет конденсации влаги, т.е. его повторного увлажнения, потеков; ускоренная сушка приводит к трещиноватости покрытия.
Оптимальное время и технологическая скорость сушки силикатноэмалевого покрытия на внутренней поверхности стальной трубы при температуре 120°С приведены в Таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| № п/п | Диаметр трубы, мм | Толщина стенки, мм | Оптимальное время, мин | Технологическая скорость, м/мин |
| 1 | 57 | 3,5 | 15 | 0,667 |
| 2 | 73 | 5,5 | 15 | 0,667 |
| 3 | 76 | 3,5 | 15 | 0,667 |
| 4 | 89 | 4,0 | 15 | 0,667 |
| 8,0 | 20 | 0,5 | ||
| 5 | 102, 108, 114 | 4,5 | 20 | 0,5 |
| 6,0 | 20 | 0,5 | ||
| 10,0 | 30 | 0,334 | ||
| 6 | 159 | 4.0 | 20 | 0,5 |
| 5,0 | 20 | 0,5 | ||
| 7,0 | 30 | 0,334 | ||
| 10,0 | 40 | 0,25 | ||
| 7 | 168 | 14,0 | 46 | 0,217 |
| 16,0 | 51 | 0,196 | ||
| 8 | 219 | 5,0 | 30 | 0,334 |
| 7,0 | 40 | 0,25 | ||
| 10,0 | 46 | 0,217 | ||
| 14,0 | 52 | 0,19 | ||
| 9 | 273 | 6,0 | 40 | 0,25 |
| 8,0 | 46 | 0,217 | ||
| 10,0 | 50 | 0,196 | ||
| 10 | 325 | 6,0 | 42 | 0,238 |
| 8,0 | 48 | 0,2 | ||
| 11 | 377 | 9,0 | 58 | 0,172 |
| 12 | 426 | 7,0 | 53 | 0,188 |
| Примечание: параметры таблицы указаны для трубы длиной 10 пог. м. Индукционный обжиг шликерного покрытия производят в проходном индукторе 9 при вертикальном положении трубы и температуре 800-930°С. |
В результате опытно-промышленного освоения производства по эмалированию стальных труб различной металлоемкости установлены технологические скорости в зависимости от металлоемкости, времени чернового отжига и температуры при индукционном отжиге шликерного покрытия толщиной не менее 200 мкм, обеспечивающие качественное покрытие. Значения этих скоростей приведены в Таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| № п/п | Диаметр трубы, мм | Толщина стенки, мм | Масса трубы, кг | Оптимальное время отжига, мин | Технологическая скорость, м/мин |
| 1 | 57 | 3,5 | 46,2 | 15 | 0,667 |
| 2 | 73 | 3,5 | 60,0 | 15 | 0,667 |
| 3 | 76 | 3,5 | 62,6 | 15 | 0,667 |
| 4 | 89 | 4,0 | 83,9 | 15 | 0,667 |
| 8,0 | 159,8 | 20 | 0,5 | ||
| 5 | 102 | 4,5 | 108,2 | 20 | 0,5 |
| 6 | 108 | 6,0 | 150,9 | 20 | 0,5 |
| 7 | 114 | 10,0 | 256,5 | 30 | 0,334 |
| 8 | 159 | 4,0 | 152,9 | 20 | 0,5 |
| 5,0 | 189,9 | 20 | 0,476 | ||
| 7,0 | 262,4 | 30 | 0,334 | ||
| 10,0 | 367,5 | 30 | 0,334 | ||
| 9 | 168 | 14,0 | 531,7 | 30 | 0,334 |
| 16,0 | 599,8 | 30 | 0,334 | ||
| 10 | 219 | 5,0 | 263,9 | 30 | 0,334 |
| 7,0 | 366,0 | 30 | 0,334 | ||
| 10,0 | 515,4 | 30 | 0,334 | ||
| 14,0 | 707,8 | 30 | 0,334 | ||
| 11 | 273 | 6,0 | 395,1 | 30 | 0,334 |
| 8,0 | 522,8 | 30 | 0,334 | ||
| 10,0 | 648,6 | 30 | 0,334 | ||
| 12 | 325 | 6,0 | 472,0 | 30 | 0,334 |
| 8,0 | 625,4 | 30 | 0,334 | ||
| 13 | 377 | 9,0 | 816,8 | 30 | 0,334 |
| 14 | 426 | 7.0 | 723,3 | 30 | 0,334 |
Примечание: параметры таблицы указаны для трубы длиной 10 пог. м.
Таким образом решена техническая задача создания поточного способа эмалирования, позволяющего осуществлять промышленное безгрунтовое индукционное эмалирование внутренней поверхности стальных труб с обеспечением необходимых качества и толщины силикатно-эмалевого покрытия (не менее 200 мкм) и высокой производительности.
1. Способ безгрунтового эмалирования внутренней поверхности стальной трубы, включающий черновой индукционный отжиг трубы со скоростью перемещения в индукторе 0,17-2 м/мин при температуре 600-750°С, дробеструйную очистку внутренней поверхности стальной трубы, обеспечивающую ее профиль с выступами и углублениями не менее 20 мкм, с технологической скоростью 1-2 м/мин с последующим обеспыливанием, осуществляемым или сжатым воздухом, или вакуумированием внутренней поверхности, или промывкой водой с просушкой воздухом температурой не менее 95°С, контроль качества поверхности, нанесение шликерного покрытия методом внутреннего заполнения с регулировкой скорости истечения шликера 0,065-0,1 м/с при кроющей способности 9,0-11,5 г/дм2, плотности 1,79-1,82 кг/дм2, температуре 18-20°С, сушку в течение 15-58 мин при температуре 100-120°С и скорости 0,17-0,67 м/мин, индукционный обжиг в течение 15-30 мин при температуре 800-930°С и скорости 0,33-0,67 м/мин и охлаждение, при этом нанесение шликерного покрытия, сушку, индукционный обжиг и охлаждение производят при вертикальном положении трубы.
2. Способ по п.1, в котором после контроля качества поверхности трубу, выступы и углубления на которой не превышают значения 20 мкм, возвращают на дополнительную подготовку профиля ее внутренней поверхности.
3. Способ по п.1, в котором дробеструйную очистку внутренней поверхности трубы производят с использованием высококремнеземнистого песка с фракцией 0,8-1,4 мм, вылетающего со скоростью 70-80 м/мин при угле атаки 30-45°.
4. Способ по п.1, в котором технологические операции по нанесению шликерного покрытия, сушке, индукционному обжигу с последующим охлаждением проводят одновременно при поточном эмалировании труб.
