ТРУБА С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к области защиты стальных труб от коррозии и может быть использована для протекторной защиты и увеличения срока службы труб, в первую очередь, для воды, жидких обводненных коррозионно-активных и газосодержащих сред, теплообменного оборудования и систем отопления, а также продуктопроводов разного назначения.
Из-за коррозионных и эрозионных разрушений защитные покрытия, применяемые в настоящее время для труб, не обеспечивают долгосрочной защиты в ряде случаев и условий применения. Нанесение жидкофазных металлических покрытий на трубы обеспечивает защиту с меньшим расходом цветных металлов и возможность изгиба труб без повреждения покрытия.
Известна труба с внутренним защитным покрытием (патент РФ №2132013, F16L 58/02, F16L 9/02, опубл. 1999.06.20), на каждом конце которой установлена с натягом протекторная втулка, а внутри нее - защитная втулка. Материал защитной втулки имеет коэффициент теплового расширения, меньший соответствующего коэффициента протекторной втулки. Расходная часть протекторной втулки расположена вне защитной втулки. Обеспечивается защита участков труб от коррозии.
Известна защита внутренней поверхности в зоне сварного соединения труб (патент №2004626, C23F 13/06, опубл. 1993.12.15), включающая наплавку на определенном расстоянии вдоль свариваемых кромок растворимого протектора из сплава на основе алюминия.
Однако в этих конструкциях протекторная защита осуществляется локально. А для защиты зоны сварного шва вдоль трубы на внутренней поверхности нужно местное увеличение массы протектора. Без такой
защиты невозможно применение трубопроводов для воды и обводненных жидкостей из-за быстрой коррозии зоны сварного шва.
Возможно выполнение труб с металлическими покрытиями большей толщины (А.Ф.Шулежко и др. «Сталь», 1986, №9, с.67-69). Но это дорого и для защиты сварных швов невыгодно.
Известна сварная труба, изготовленная из ленты с металлическим покрытием, поверхность сварного шва которой зачищена после сварки, и вдоль нее дополнительно осуществлено напыление сплава покрытия с диффузионной обработкой плазменной горелкой (заявка Японии №56-4326, В21С 37/08, В21В 45/00, В21С 37/30 и др., опубл. 1981.29.01).
Однако изготовление таких труб обходится очень дорого и неприемлемо для труб малых диаметров.
Наиболее близким решением, принятым в качестве прототипа, является труба с протекторным покрытием, выполненная сваркой из ленты с двухсторонним металлическим жидкофазным протекторным покрытием на основе сплавов цинка и/или алюминия и с продольными утолщениями покрытия вдоль свариваемых кромок для защиты зоны сварного шва («Практика противокоррозионной защиты», Москва, «КАРТЭК», 2005, №3 (37), с.29-37). Трубы с протекторными покрытиями обеспечивают более долговременную защиту (и за счет изоляции, и электрохимически) при малом расходе цветных металлов и низкой себестоимости. Толщина слоя протекторного покрытия 15÷30 мкм (при нанесении жидкофазным способом) во многих случаях достаточна для долговременной защиты. При этом допустима неравномерность толщины слоя покрытия, а высота утолщений покрытия может быть выполнена в пределах 50÷60 мкм.
Недостатками прототипа являются:
- Не используются возможности повышения долговечности защиты при возможном увеличении массы протектора при небольших затратах.
- Сортамент труб для длительной защиты в ряде сред и условий ограничен до диаметра 40÷80 мм, так как мала масса протекторного покрытия. Для
защиты труб диаметром более 80 мм необходимо добавление массы протектора.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении долгосрочной и дешевой защиты стальных труб с протекторными жидкофазными металлическими покрытиями за счет увеличения массы протектора и расширения сортамента и номенклатуры труб с покрытиями.
Поставленная задача решается за счет того, что в трубе с защитным покрытием, выполненной с двухсторонним металлическим жидкофазным протекторным покрытием на основе сплавов цинка и/или алюминия и с продольными утолщениями покрытия вдоль внутреннего сварного шва, согласно полезной модели, на внутренней поверхности трубы выполнены дополнительные утолщения из материала того же протектора.
Кроме того, содержание алюминия с микродобавками олова до 0,05% в протекторном покрытии составляет от 55 до 98%. Труба выполнена с дополнительным покрытием наружной поверхности из неметаллических материалов. А также труба выполнена с дополнительным полимерным покрытием внутренней поверхности.
2
2
2
Выполнение дополнительных утолщений из материала протектора на внутренней поверхности трубы позволяет, не увеличивая толщину протекторного покрытия на всей защищаемой поверхности и, соответственно, стоимость, обеспечивать более длительную защиту за счет увеличения массы протектора. Высоту и массу дополнительных утолщений из материала протектора можно регулировать в зависимости от величины диаметра трубы, сплава покрытия и назначения при незначительном (на 5÷10%) увеличении расхода цветных металлов. Утолщение слоя покрытия на 1 мкм увеличивает расход цветных металлов на 3÷7,3 г/м в зависимости от состава покрытия (7,3 г/м для цинковых покрытий и 3÷3,8 г/м для покрытий с 55÷98% алюминия).
2
2
При увеличении массы протектора за счет локальных утолщений расход цветных металлов увеличится на 18÷60 г/м для цинковых покрытий и на 5÷10 г/м для покрытий сплавами с содержанием алюминия от 55 до 98%. Т.е. выгоднее увеличивать массу протектора путем локальных утолщений, чем путем увеличения толщины слоя покрытия всей защищаемой поверхности.
Использование покрытий на основе алюминия с микродобавками олова до 0,05% с содержанием от 55 до 98% значительно увеличивает диапазон и температуру сред, в которых обеспечивается защита и долговечность протектора. Электрохимический эквивалент (мера потерь массы протектора в процессе защиты) цинкового и цинк-алюминиевых сплавов (с содержанием алюминия от 5 до 15%) равен 700÷850 а-ч/кг, алюминий - цинковых сплавов с 55% алюминия - 1400÷1800 а-ч/кг, а сплава с содержанием 98% алюминия - 2900 а-ч/кг.
Утолщения из материала протектора могут быть нанесены вдоль образующей трубы, а также произвольно в виде локальных регулируемых участков.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображено поперечное сечение трубы, изготовленной с помощью высокочастотной сварки из ленты с двухсторонним металлическим жидкофазным протекторным покрытием с утолщениями вдоль свариваемых кромок ленты и на самой поверхности ленты.
Трубу 1 сваривают из ленты 2, выполненной с двухсторонним металлическим жидкофазным протекторным покрытием 3 на основе сплавов цинка и/или алюминия. На ленте 2 вдоль свариваемых кромок нанесены продольные утолщения 4 из материала того же протектора и дополнительно на той стороне ленты, которая будет внутренней поверхностью трубы - утолщения 5, количество которых регулируется и зависит от диаметра трубы и свойств среды, находящейся в трубопроводе.
Утолщения 4 необходимы для защиты зоны термического воздействия L сварного шва 6. Ширина этой зоны, в которой в процессе сварки трубы из-за нагрева и диффузионных явлений повреждается целостность покрытия, зависит от толщины стенки трубы. При высокочастотной сварке (с ферритовым сердечником) труб с толщиной стенки 1÷3,5 мм величина L=6÷8 мм. При толщине стенки 4÷10 мм величина L может достигать 15÷16 мм. При этом каждое утолщение 4 будет защищать зону L на расстоянии не менее 10 мм.
Размеры утолщений можно регулировать в пределах от 50 до 300 мкм, но вполне достаточно 50÷60 мкм. При этих значениях, как показали эксперименты и научно-обоснованный прогноз, длительность эксплуатации труб в горячей проточной воде составит 20÷30 лет и более.
Дополнительные утолщения из материала протектора могут быть выполнены продольными с расстоянием между ними 20÷25 мм. Но для более жестких условий с применением особо агрессивных сред и высоких температур целесообразно увеличить массу протектора за счет нанесения дополнительных утолщений с меньшими промежуточными расстояниями или за счет нанесения локальных утолщений разной формы, например, в виде многочисленных точечных. При этом повышается долговечность и снижается себестоимость покрытий, появляется возможность использовать предлагаемые трубы для трубопроводов разной длины и назначения, в том числе для труб диаметром 114÷900 мм с протекторными и комбинированными покрытиями «протекторный подслой + неметаллическое покрытие» наружной поверхности. Важно, что протекторное покрытие наружной поверхности трубопроводов (особенно при содержании 55÷98% алюминия и с микродобавками олова) облегчают защиту от блуждающих токов в грунтах и почвах и могут облегчить электрохимическую защиту от внешних источников со снижением на это затрат.
Возможно изготовление спиральношовных труб диаметром более 300 мм путем сварки из ленты с покрытием.
В лабораторных условиях наносили локальные утолщения разной формы с возможностью регулирования их массы, числа и формы. Для этого возможны разные способы и разные конструкторские решения.
Предлагаемая модель позволяет использовать бунты труб диаметром от 20 до 300 мм с муфтовыми соединениями.
Длинномерные трубы и трубы в бунтах, выполненные согласно предлагаемой полезной модели, наиболее эффективно использовать для тонкостенных водопроводов и промысловых нефтепроводов, продуктопроводов разного назначения, в качестве насосно-компрессорных труб с уменьшением количества муфт, для быстро развертываемых и свертываемых систем в аварийных ситуациях, для обводных временных проводок при ремонтах газо- и нефтепроводов, для усовершенствования систем орошения, отопления, теплообменников и нагревателей в энергетике, товаров массового спроса.
Следует учитывать и другие преимущества полезной модели:
- Себестоимость труб с двухсторонними протекторными покрытиями, изготовленных из ленты, на 20÷40% ниже, чем при нанесении традиционных покрытий на готовые трубы.
- Срок службы таких труб может существенно повышаться во многих коррозионных ситуациях по сравнению с применяемыми трубами при относительно небольших дополнительных затратах на нанесение локальных утолщений.
- Протекторные покрытия как цинковые, так и с высоким содержанием алюминия, обеспечивают хорошую адгезию материалов (алюминиевые даже лучшую, чем цинковые). Поэтому выгодно применение комбинированных покрытий «протекторный подслой + полимерное или лакокрасочное покрытие», которые в 1,5÷2,5 раза дешевле, чем покрытия без подслоя -
из-за большего расхода дорогих материалов для обеспечения беспористости и сплошности.
- В ряде случаев целесообразно использование комбинированных покрытий «протекторный подслой + тонкий слой эпоксидного покрытия» для обеспечения не только защиты внутренней поверхности труб, но и обеспечения повышенной гладкости с увеличением производительности трубопровода.