ТРУБА СТАЛЬНАЯ С ОДНОСЛОЙНЫМ ПОКРЫТИЕМ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

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:
вн,
b=(0,03÷0,45)D
вн,
s=(0,05÷0,55)D
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
н
δ=±(3%÷5%)Δ,
где δ - отклонение толщины эпоксидного покрытия,
н
Δ - номинальное значение толщины покрытия.
н
Параметры покрытия (b, s, δ, Δ) 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
вн
b=(0,03÷0,45)D,
вн
s=(0,05÷0,55)D.
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
н
δ=±(3%÷5%)Δ.
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:
вн,
b=(0,03÷0,45)D
вн
s=(0,05÷0,55)D.
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.
вн.
вн
вн
Технический эффект, достигаемый от полученных параметров, приведен в таблице 2. Ширина винтовой полосы, меньшая 0,05 D(b<0,05D, при s>0,55D), 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).
i
где Δ - 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
с
b
где δ и δ - отклонения толщины покрытия в зонах c и b (фиг.2-4).
ci
bi
|δ|, |δ| - 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 <img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" /> мкм
Шаг S, мм
Ширина b, мм
Толщина покрытия, <img file="00000008.tif" he="6" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />, мкм
Отклонение толщины покрытия, δ<sub>b</sub>, мкм
Ширина С, мм
Толщина <img file="00000005.tif" he="6" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" />, мкм
Отклонение δ<sub>c</sub> 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)·D<sub>вн</sub>
Обеспечивает минимальный расход эпоксидной композиции при удовлетворении всех требований, предъявляемых к покрытию
2.
s=(0,05-0,55)·D<sub>вн</sub>
Обеспечивает высокое качество покрытия, оказывает незначительное влияние на течение жидкости в трубе
3.
<img file="00000009.tif" he="6" wi="37" img-content="undefined" img-format="tif" />
Отсутствие отслаивания при испытаниях, диэлектрическая сплошность, переходное сопротивление в соответствии с требованиями технических условий
4.
δ=±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 f<sub>мак</sub>, 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 f<sub>мак</sub>, 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», σ<sub>100</sub>/σ<sub>70</sub>, не <
4. Электропроводность:
Переходное сопротивление, Ом·м<sup>2</sup>, не менее
10<sup>8</sup>
а) в исходном состоянии
б) после выдержки 100 сут. в 3%-ном растворе NaCl при температуре +80°С и давлении 6,0 МПа
10<sup>7</sup>