Труба стальная металлическая прямошовная большого диаметра с однослойным эпоксидным покрытием внутренней поверхности для нефти, газа и водоснабжения

Изоретение относится к трубам стальным с эпоксидным покрытием внутренней поверхности. Труба стальная (фиг.1) с однослойным покрытием внутренней поверхности толщиной слоя более 300 мкм, покрытие внутренней поверхности которой имеет утолщение в форме винтовой полосы, ширина и шаг которой определяются по следующим зависимостям от диаметра внутренней поверхности трубы: b=(0,03÷0,45)D _вн, s=(0,05÷0,55)D_вн, где b и s - ширина и шаг утолщения в форме винтовой полосы. Разность между максимальной толщиной покрытия в области винтовой полосы и его минимальной толщиной между смежными витками полосы не превышает 70 мкм. Отклонение толщины эпоксидного покрытия от ее номинального значения находится в пределах =±(3%÷5%)_н, где - отклонение толщины эпоксидного покрытия, _н - номинальное значение толщины покрытия. Труба с покрытием может являться прямошовной с наружным диаметром, находящимся в интервале 270-1420 мм длиной до 12,5 м или сварной спирально-шовной диаметром 530-1420 мм длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более, чем на 0,3 мм. Эпоксидное покрытие является двухкомпонентной композицией Amercoat 391 PC. 6 п.ф., 4 фиг.

Полезная модель относится к трубам стальным с эпоксидным покрытием внутренней поверхности, используемым для транспортирования воды, нефти и газа.

Известна труба (патент JP 63171680 от 09.01.1987), внутренняя поверхность которой покрыта эпоксидной композицией, которая после полимеризации приобретает твердость, теплостойкость, высокое сопротивление коррозии.

Известна труба с внутренним эпоксидным покрытием толщиной 300 мкм и более, имеющая хорошее сопротивление отрыву слоя от металла трубы, не оказывающая вредного воздействия на воду и используемая для водоснабжения (патент KR 1019960015379 от 05.01.1994).

В известных патентах не отражены конструктивные особенности трубы и ее внутренней поверхности с нанесенным слоем эпоксидной композиции толщиной 300 мкм и более.

Известна эпоксидная композиция Amercoat 391 PC, которую рекомендуется наносить на внутреннюю поверхность трубы с образованием слоя толщиной 400 мкм и более. Покрытие из данной композиции имеет высокие эксплуатационные показатели при условии обеспечения его сплошности.

Известна труба большого диаметра с равномерно нанесенным на внутреннюю поверхность покрытием из эпоксидной композиции (патент KR 100141653 от 30.05.1994).

Нанесение равномерно распределенного покрытия внутренней поверхности трубы невозможно.

В описании к патенту не приведены параметры, характеризующие толщину эпоксидного слоя, величину отклонений толщины слоя от заданной, которые влияют как на качество эпоксидного покрытия, так и на расход эпоксидной композиции.

Техническая задача, решаемая полезной моделью - повышение эксплуатационных показателей внутренней поверхности стальной трубы с нанесенным на нее слоем эпоксидной композиции и экономия эпоксидной композиции.

Техническая задача решена в конструкции трубы стальной с безрастворным однослойным эпоксидным покрытием внутренней поверхности с толщиной слоя более 300 мкм, при этом часть покрытия имеет утолщение в форме винтовой полосы, ширина и шаг которой определяются по следующим зависимостям от диаметра внутренней поверхности трубы:

b=(0,03÷0,45)D_вн,

s=(0,05÷0,55)D_вн,

где b и s - ширина и шаг утолщения в форме винтовой полосы.

Для ограничения расхода компонентов эпоксидной композиции при сохранении качества однослойного покрытия внутренней поверхности трубы разность между максимальной толщиной покрытия в области винтовой полосы и его минимальной толщиной между смежными витками полосы не превышает 70 мкм.

отклонение толщины эпоксидного покрытия от ее номинального значения находится в пределах

=±(3%÷5%)_н,

где - отклонение толщины эпоксидного покрытия,

_н - номинальное значение толщины покрытия.

Параметры покрытия (b, s, , _н) получены для прямошовных труб длиной до 12,5 м, наружный диаметр которых находится в интервале 270-1420 мм, и для сварных спиральношовных труб диаметром 530-1420 мм длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более, чем на 0,3 мм.

В частности, указанные выше параметры покрытия внутренней поверхности трубы получены с использованием двухкомпонентной композиции Amercoat 391 PC.

Технический эффект - повышение качества внутренней поверхности трубы и экономия эпоксидной композиции, - достигается за счет отличительных признаков стальной трубы с однослойным покрытием внутренней поверхности, у которой:

- часть покрытия внутренней поверхности имеет утолщение в форме винтовой полосы, ширина и шаг которой определяются по следующим зависимостям от диаметра внутренней поверхности трубы

b=(0,03÷0,45)D_вн,

s=(0,05÷0,55)D _вн.

Дополнительная экономия эпоксидной композиции при сохранении качества покрытия достигается при разности между максимальной толщиной покрытия в области винтовой полосы и его минимальной толщиной между смежными витками полосы, не превышающей 70 мкм,

- при отклонении толщины эпоксидного покрытия от ее номинального значения находится в пределах

=±(3%÷5%)_н.

На фиг.1 показана конструкция трубы в продольном сечении.

На фиг.2-4 показаны диаграммы толщины эпоксидного покрытия Amercoat 391 PC в пределах одного шага винтовой полосы соответственно при средней, минимальной и максимальной ширине утолщения в форме винтовой полосы.

Труба стальная (фиг.1) имеет однослойное эпоксидное покрытие 1 внутренней поверхности 2, толщиной более 400 мкм эпоксидной безрастворной двухкомпонентной композицией Amercoat 391 PC.

Часть покрытия 1 внутренней поверхности 2 имеет утолщение 3 в форме винтовой полосы 4, ширина и шаг которой определяются по следующим зависимостям от диаметра внутренней поверхности 2 трубы:

b=(0,03÷0,45)D_вн,

s=(0,05÷0,55)D_вн.

где b и s - ширина и шаг утолщения 3 в форме винтовой полосы 4.

Разность между максимальной толщиной покрытия 1 в области винтовой полосы 4 и его минимальной толщиной в области 5 между смежными витками полосы 4 не превышает 70 мкм.

Отклонение толщины эпоксидного покрытия 1 от ее номинального значения находится в пределах ±20 мкм.

Данные параметры покрытия внутренней поверхности получены для труб длиной до 12,5 м с наружным диаметром 270-1420 мм, в том числе для труб спиральношовных с наружным диаметром 530-1420 мм со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью 2 не более, чем на 0,3 мм. Достижение заявленных параметров эпоксидного покрытия и полученный технический эффект подтверждаются результатами проведенных испытаний труб 57×4, 108×4, 273×5, 325×7, 530×10, 820×12, 1420×14 с шероховатостью внутренней поверхности 50-75 мкм, с нанесенным на нее двухкомпонентным эпоксидным безрастворным покрытием Amercoat 391 PC. Нанесение покрытия на внутреннюю поверхность трубы, нагретой до температуры 10°-60°C, проводилось при ее вращении на специальной установке с распылением через сопло соединенных перед соплом компонентов эпоксидной композиции, нагретой до температуры 55-65°С. Стрела с соплом вводилась и выводилась в трубы диаметром до 273 мм вручную; в трубы диаметром 273 и более мм - при автоматической подаче с заданной скоростью. Измерения толщины покрытия, шага и ширины полосы внутренней поверхности труб диаметром 263 мм и более выполнялись непосредственно в трубе, а также на вырезанных из труб образцах длиной, равной 2-5 шагам винтовой полосы, а для труб с внутренним диаметром менее 263 мм - на вырезанных образцах. Определяемые при испытаниях другие показатели качества эпоксидного покрытия приведены в таблице 3.

Испытания показали, что покрытие, имеющее ширину и шаг винтовой полосы в пределах, указанных в пп.1 и 2 формулы полезной модели, а также толщину покрытия и отклонения от нее, находящиеся в диапазонах значений, приведенных в пп.2, 3 формулы полезной модели, обеспечивают необходимые показатели качества эпоксидного покрытия, приведенные в таблице 1.

Технический эффект, достигаемый от полученных параметров, приведен в таблице 2. Ширина винтовой полосы, меньшая 0,05 D_вн. (b<0,05D_вн, при s>0,55D_вн), не обеспечивает в области винтовой полосы достижение свойств, указанных в таблице 3.

Разность между максимальной толщиной винтовой линии и минимальной толщиной покрытия между смежными полосами (фиг.2, табл.1), превышающая 70 мкм, приводит к существенному увеличению электропроводности (п.4 табл.3).

Среднее значение толщины покрытия рассчитывается при обработке результатов ее измерения в пределах шага s (табл.1, фиг.2).

где _i - толщина покрытия, измеряемая в точке i;

, - средняя толщина покрытия в зонах b и с,

n - число точек, в которых выполнены измерения толщины покрытия на длине шага s (фиг.2).

Отклонение от средней толщины покрытия

где _с и _b - отклонения толщины покрытия в зонах c и b (фиг.2-4).

|_ci|, |_bi| - абсолютные значения отклонений в точках i;

i, n - номер и количество точек, в которых выполняют измерения.

Таблица 1
	Наружный диаметр и толщина стенки трубы, мм	Внутренний диаметр стальной трубы, мм	Параметры винтовой полосы покрытия	Параметры покрытия между смежными полосами	Разность между макс. толщиной винтовой полосы и минимальной толщиной между полосами мкм
Шаг S, мм	Ширина b, мм	Толщина покрытия, , мкм	Отклонение толщины покрытия, b, мкм	Ширина С, мм	Толщина , мкм	Отклонение c с, мкм
1.	57×4	49	28	10	435	±8	18	410	±8	43
2.	108×4	100	55	20	435	±8	35	410	±8	45
3.	273×5	263	130	50	435	±8	80	410	±8	48
4.	325×7	311	170	62	435	±10	108	412	±10	50
5.	530×10	510	240	90	435	±12	150	415	±12	52
6.	820×12	796	440	160	435	±16	280	420	±16	56
7.	1020×12	996	550	200	435	±18	250	420	±18	63
8.	1420×14	1392	780	280	435	±20	500	424	±20	66
Таблица 2
	Ограничения по ПФ 1-6 на покрытие	Технический эффект, обеспечиваемый ограничениями параметров покрытия
1.	b=(0,03-0,45)·Dвн	Обеспечивает минимальный расход эпоксидной композиции при удовлетворении всех требований, предъявляемых к покрытию
2.	s=(0,05-0,55)·Dвн	Обеспечивает высокое качество покрытия, оказывает незначительное влияние на течение жидкости в трубе
3.		Отсутствие отслаивания при испытаниях, диэлектрическая сплошность, переходное сопротивление в соответствии с требованиями технических условий
4.	=±20 мкм
5.	Amercoat 391 PC	По своим качествам обеспечивает параметры покрытия, заявленные в ПФ 1-3, в том числе на внутренней поверхности труб по ПФ 4, 5

Таблица 3
Свойство	Показатель	Норма
1. Дефектность внешняя:	Внешний вид	Отсутствие пропусков, подтеков, пузырей, вздули, отслоений
а) в исходном состоянии	Допускаются незначительная рябь и небольшая волнистость.
б) после выдержки 1000 ч. при температур +80°С и давлении 6,0 МПа в модельных средах:	Отсутствие пузырей, вздутий, от слоений, размягчения, значительного изменения цвета.
- в 3%-ном водном растворе NaCl
- в обезвоженной нефти
в) после декомпрессии с предварительной выдержкой 1000 ч. в газожидкостной среде (50% керосина +50% толуола) при температуре +80°С и давлении 6,0 МПа	Отсутствие пузырей, вздутий.
г) после декомпрессии с предварительной выдержкой 1000 ч. в сероводородсодержащей водной среде NaCl при температуре +80°С и давлении 6,0 МПа	Отсутствие пузырей, вздутий.
д) после циклического изменения температуры от -40°С до +20°С и числа циклов не менее 10	Отсутствие отслаивания на краевых участках.
2. Диэлектрическая сплошность:	Отсутствие электрического пробоя при напряжении, В/мкм, не менее	4,0
а) в исходном состоянии при +20°С
б) после изгиба со стрелой прогиба fмак, мм, при температуре
- плюс 20°С;
- минус 40°С
в) после выдержки в 3%-ном водном растворе NaCl при температуре +80°С и давлении 6,0 МПа в течение 100 суток с последующим изгибом со стрелой прогиба fмак, мм.
3. Адгезия к стали	Характер разрушения покрытия при Х-образном надрезе, балл Относительное изменение адгезионной прочности на двух базах времени 70	5А
- в исходном состоянии при +20°С;
- после выдержки в 3%-ном водном растворе NaCl на двух базах времени 70 сут. и 100 сут. при температуре +80°С и давлении 6,0 МПа.
	сут. и 100 сут. при нормальном отрыве «грибка», 100/70, не <
4. Электропроводность:	Переходное сопротивление, Ом·м2, не менее	10 8
а) в исходном состоянии
б) после выдержки 100 сут. в 3%-ном растворе NaCl при температуре +80°С и давлении 6,0 МПа	107

1. Труба стальная с однослойным покрытием внутренней поверхности толщиной слоя более 300 мкм, отличающаяся тем, что покрытие внутренней поверхности имеет утолщение в форме винтовой полосы, ширина и шаг которой определяются по следующим зависимостям от диаметра внутренней поверхности трубы:

b=(0,03÷0,45)D_вн ,

s=(0,05÷0,55)D_вн,

где b и s - ширина и шаг утолщения в форме винтовой полосы.

2. Труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что разность между максимальной толщиной покрытия в области винтовой полосы и его минимальной толщиной между смежными витками полосы не превышает 70 мкм.

3. Труба по п.1, отличающаяся тем, что отклонение толщины эпоксидного покрытия от ее номинального значения находится в пределах

=±(3÷5%)_н,

где - отклонение толщины эпоксидного покрытия,

_н - номинальное значение толщины покрытия.

4. Труба по п.1, отличающаяся тем, что она является прямошовной с наружным диаметром, находящимся в интервале 270-1420 мм, длиной до 12,5 м.

5. Труба по п.1, отличающаяся тем, что она является сварной спирально-шовной диаметром 530-1420 мм, длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более чем на 0,3 мм.

6. Труба по пп.1-3, отличающаяся тем, что эпоксидное покрытие является двухкомпонентной композицией Amercoat 391 PC.