СПОСОБ БЕЗГРУНТОВОГО ЭМАЛИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ
PROCEDURE FOR DIRECT-ON COATING INTERNAL SURFACE OF STEEL PIPE

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.
2
2
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/дм, плотности 1,79-1,82 кг/дм, 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.
2
2
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/дм, плотности 1,79-1,82 кг/дм 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/дм<sup>2</sup>
Плотность шликера, кг/дм<sup>2</sup>
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.