Способ восстановления наружной и внутренней поверхностей стальных труб, не имеющих внутренней изоляции
METHOD FOR RECONSTRUCTING OUTSIDE AND INNER SURFACES OF STEEL PIPES WITHOUT INSIDE INSULATION

Изобретение касается восстановления наружной и внутренней поверхностей стальных труб, не имеющих внутренней изоляции, и демонтированных из магистральных трубопроводов (паро-, газо-, нефте-, водопроводов). Способ включает в себя очистку и восстановление геометрии труб, а также механическую подготовку кромок труб к сварке. Изобретение относится к ресурсосберегающим технологиям, позволяющим повторное использование труб, в том числе в качестве опор, свай, футляров различного назначения для строительных и хозяйственных конструкций, для транспортировки газа, нефти, пара, а также в системе водоотведения.
В пункте 5 Инструкции по повторному применению труб при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов» (Москва, «ОАО «Газпром», 2010), предлагается предварительную очистку труб выполнять механизированным способом или вручную гидравлическим, пескоструйным, дробеметным или другим способом, обеспечивающим удаление старой изоляции и продуктов коррозии.
Известны способы механической очистки труб с использованием щеток, скребков и т.п. (см. патенты RU 2093280, RU 2145911, RU 2212959, US 4771499, KR 20100094919)
Указанные способы механической очистки не обеспечивают высокого качества очистки, и, кроме того, на поверхности трубы остаются риски, что снижает прочность трубы. Механическая очистка скребками и металлическими щетками требует частой замены рабочего инструмента.
Известны способы, сочетающие механическую очистку с последующей промывкой трубы (см. патенты RU 2437727, В08В 9/04, 2011; JP 2004291527, В29С 63/34, 2004; CN 201108910, В08В 9/043, 2011; KR 20140085731, В08В 9/032, 2014).
При очистке трубы с помощью промывки на нижней горизонтальной поверхности трубы неизбежно остается вода, которая вызывает коррозию при высыхании внутренней поверхности трубы. Кроме того, отработанная вода требует утилизации, что приводит к дополнительным затратам.
Известен способ очистки наружной поверхности трубы, в котором демонтированные трубы очищают от старой изоляции, например, предварительно с помощью металлических щеток с последующей чистовой очисткой наружной поверхности труб/трубных секций, например, с помощью водоструйной установки высокого давления и сушкой наружной поверхности труб/трубных секций и подготавливают наружную поверхность труб/трубных секций под нанесение покрытия, например, дробеструйной (дробеметной) обработкой (RU 2462653, F16L 58/02, 2012).
Известен также способ очистки внутренней поверхности трубы с помощью дробеструйной обработки (пункты 6 и 17 заявки RU 2007114880, В63В 9/00, 2008; KR 20110004956, В63В 9/027, 2011).
Недостатком дробеструйной очистки является возможность повреждения поверхности трубы вылетающей с большой скоростью дробью.
Указанный недостаток частично устраняется в способе очистки поверхностей труб с помощью пескоструйной установки.
Например, известен способ механической обработки поверхности трубопровода с помощью блока обрабатывающего инструмента, который включает металлические щетки, иглофрезы, а также пескоструйную установку (RU 2011126422, F16L 58/12, 2013).
Известен также способ ручного восстановления внутренней поверхности стальной гофрированной трубы, при котором финишную обработку внутренней поверхности трубы осуществляют путем пескоструйной обработки (RU 2010128533, E01F 5/00, 2012).
Недостатком способа является то, что механическая очистка без предварительного размягчения снимаемой изоляции не обеспечивает высокого качества очистки.
Известны способы очистки поверхностей труб с применением температурного воздействия (выжигания).
Например, известны способы плазменной очистки поверхностей труб. В том числе и в сочетании с предварительной механической очисткой (RU 2349829, F16I 58/02, 2009; патент на полезную модель RU 158106, В08В 9/00, 2015).
Недостатками способа являются, прежде всего, высокая вероятность произвольного горения продуктов очистки и старой изоляции и связанная с этим опасность загрязнения окружающей среды и высокая пожарная опасность. Кроме того, за счет высокой температуры могут возникнуть неустранимые деформации трубы.
Известен способ очистки наружной и внутренней поверхностей трубы. Термическую очистку указанных поверхностей проводят в печи при температуре 390-430°С, выдерживают один час и затем нагретую трубу подвергают механической очистке абразивом вне печи с обеспечением заданной шероховатости поверхностям трубы (RU 2553742, C23C 24/04, F16L 58/02, 2015).
Недостатком способа является ограничение габаритов труб габаритами печи. Кроме того, недостатком способа является сложность изготовления и монтажа печей и введение их в эксплуатацию (согласование с надзорными органами).
Известен способ очистки поверхности труб от полимерного покрытия, включающий нагрев покрытия и механическую очистку поверхности воздействием на покрытие лезвийным инструментом с последующим удалением снимаемого покрытия, при этом покрытие нагревают в зоне контакта с инструментом до 67-115°С при помощи горячего воздуха и других теплоносителей и очистку продолжают сначала электродуговыми разрядами при атмосферном давлении в среде защитного, восстановительного или защитно-восстановительного газа, а затем в вакууме в режиме возрастающего участка вольт-амперной характеристики с использованием в качестве анода графита и в качестве катода - изделия, причем электродуговые разряды перемещают по поверхности очищаемого изделия механически и/или магнитными полями (RU 2139152, В08В 7/04, 1999).
Недостатком способа является то, что требуется высокая квалификация персонала, осуществляющего очистку электродуговыми разрядами, что удорожает способ, а также необходимость производить очистку этим способом только в крытых помещениях.
Известен способ очистки внутренней и наружной поверхностей труб, преимущественно нефтяного сортамента, с применением тепловых газогенераторов, например, отработавших свой летный ресурс газотурбинных двигателей (RU 94007868, В08В 9/00, 1996; RU 2238805, В08В 5/00, 2001; RU 2363569, В08В 9/04, 2009; патент на полезную модель RU 71569, В08В 9/04, 2008). Наружную и внутреннюю поверхность трубы подвергают нагреву высокотемпературным газовоздушным потоком (выжигание), при этом возможна одновременная очистка наружной поверхности посредством подачи газовоздушного потока, насыщенного абразивным материалом.
Недостаток способ заключается в том, что воздействие высокой температуры и одновременной подачи абразива на поверхность трубы приводит к прилипанию абразива к расплавленному изолирующему полимерному покрытию и к трубе. Абразив добавляется к стекающей массе полимера, и отдельные части трубы не очищаются. Кроме того, недостатком способа является его высокая стоимость и высокая квалификация обслуживающего персонала, что также удорожает способ.
Известен способ очистки поверхности трубопровода от полимерного покрытия, включающий нагрев покрытия и механическую очистку поверхности воздействием на покрытие лезвийным инструментом с последующим удалением снимаемого покрытия, при котором покрытие нагревают в зоне контакта с инструментом до температуры минимальной адгезии покрытия. Полимерное покрытие нагревают до 67 до 115°С при помощи горячего воздуха и других теплоносителей (RU 2060063, В08В 9/02, 1996).
Недостатком способа является невысокое качество очистки, т.к. интервал температуры нагрева от 67 до 115°С не позволяет производить демонтаж двух-трехслойного весьма усиленного изолирующего слоя, который имеется у большинства нефтегазовых труб.
Известны способы восстановления геометрии труб с помощью всевозможных клеев, полимерных материалов и т.д. Так, например, известен способ регенерации стальной трубы, заключающийся в заполнении дефектного места полимерным материалом, который вводят внутрь или снаружи трубы и ламинируют эту часть трубы (CN 204852768, F16L 55/17, 2015).
Недостатком способа является низкое качество восстановления, т.к. даже при незначительном давлении при полном заполнении трубы восстановленный таким способом участок будет разрушен протекающим в трубе нелинейным потоком среды.
Известен способ сборки и сварки неповоротных кольцевых стыков стальных труб, включающий механическую подготовку кромок труб, которую производят по прямолинейной образующей с углом раскрытия 35-37° по отношению к вертикальной оси. Эта фаска выполняется механическим способом только с наружной стороны трубы. (RU 2155655, В23K 31/02, 2000).
Недостатком способа является низкое качество сварки и, соответственно, наплавки изнутри из-за ограниченного доступа к внутренней поверхности трубы, особенно для труб небольших диаметров. Практически внутренний шов не проваривается, что ухудшает качество сваренных труб.
Задачей изобретения является повышение качества восстановленных труб.
Поставленная задача решается тем, что в способе восстановления наружной и внутренней поверхностей стальных труб, не имеющих внутренней изоляции, включающем очистку обеих поверхностей труб с применением нагрева газовоздушным потоком и механической очистки, восстановление геометрии труб, а также механическую подготовку кромок труб к сварке, газовоздушный поток с температурой 150-600°С подают внутрь трубы для одновременного нагрева внутренней и наружной поверхностей трубы, затем остатки покрытия с наружной поверхности трубы удаляют с помощью механического инструмента, а наружную и внутреннюю поверхности трубы обрабатывают посредством подачи газовоздушного потока, насыщенного сухим песком, после чего механическим путем восстанавливают геометрию труб и осуществляют подготовку кромок труб под сварку с образованием фаски с наружной стороны кромки под углом 30-40° и внутренней фаски под углом 5-20° по отношению к вертикальной оси трубы.
Совокупность существенных признаков заявленного способа, на наш взгляд, является новой.
Температура нагрева изнутри стальной трубы 150-600°С повышает качество восстановленных поверхностей труб, т.к. дает возможность очищать внутреннюю поверхность трубы от коррозии, окалины и остатков среды. Изоляция наружной поверхности трубы, в том числе наружная двух-трехслойная пленочная изоляция, используемая в нефтегазовых отраслях, от нагрева в этом интервале температур расплавляется практически полностью и сама удаляется, отслаиваясь от наружной поверхности трубы. Возможные незначительные очаги остатков изоляции счищают с помощью механического инструмента, например, скребками.
Обработка наружной и внутренней поверхностей трубы газовоздушным потоком, насыщенным сухим песком, повышает качество восстановленных труб за счет абразивных свойств песка, подаваемого под давлением. При этом процессе получается однородная структура поверхностей трубы.
Восстановление геометрии трубы механическим путем не нарушает однородность структуры ни наружной, ни внутренней поверхностей трубы, как это происходит при применении полимерных, клейких, композитных материалов. При установке на наружную поверхность трубы всевозможных стальных «заплаток» внутренняя поверхность трубы не восстанавливается. Восстановление геометрии трубы механическим путем позволяет восстановить линейность потока среды внутри трубы, что повышает качество восстановленных труб. Подготовка кромок стальных труб под сварку с образованием фаски с наружной стороны кромки под углом 30-40° и внутренней фаски под углом 5-20° по отношению к вертикальной оси трубы повышает заполняемость шва и увеличивает площадь соприкосновения между торцами труб и сварным швом, что значительно повышает качество восстановленных труб.
Способ восстановления наружной и внутренней поверхностей стальных труб, не имеющих внутренней изоляции, осуществляется следующим образом.
Трубы, не имеющие внутренней изоляции и демонтированные из магистральных трубопроводов (паро-, газо-, нефте-, водопроводов), сортируют визуально и отбирают ремонтопригодные. Далее производят очистку поверхностей труб, для чего трубы устанавливают горизонтально с возможностью вращения и сначала подают внутрь трубы газовоздушный поток температурой 150-600°С с помощью любого устройства, позволяющего получить регулируемую температуру в данном диапазоне. Устройство может быть установлено внутри трубы либо с торца трубы. Таким образом, обе поверхности трубы нагреваются. Изоляция наружной поверхности трубы, в том числе наружная двух-трехслойная пленочная изоляция, используемая в нефтегазовых отраслях, от нагрева расплавляется практически полностью и сама удаляется, отслаиваясь от наружной поверхности трубы, и перемещается к низу трубы в специальный сборник. Возможные незначительные очаги остатков изоляции счищают с помощью механического инструмента, например, скребками. На внутренней поверхности трубы продукты нефти выгорают, отложения воды отслаиваются, и их вычищают изнутри, например, поставив трубу в вертикальное положение.
Далее наружную и внутреннюю поверхности трубы обрабатывают посредством подачи среды, состоящей из газовоздушного потока, насыщенного сухим песком. Речной песок предварительно моют, сушат и просеивают. Для обработки наружной поверхности трубы подача среды осуществляется, например, с помощью шланга при вращении горизонтально расположенной трубы. Возможны другие варианты подачи среды на наружную поверхность трубы. Среду подают под давлением не менее Pn=0,8-1,0 мПа. Для обработки внутренней поверхности труба закрепляется горизонтально, а вращение осуществляет не труба, а устройство, подающее среду внутрь трубы. Это могут быть, например, компрессионные установки с устройствами, падающими абразив внутрь трубы через вращающиеся за счет реактивных сил насадки, а также специализированное устройство для круговой очистки труб - Spin Blast, которое продвигается вдоль трубы и выбрасывает среду из двух сопел, расположенных на вращающейся головке. Для обработки внутренней поверхности трубы подача среды осуществляется под давлением не менее Pn=1,0 мПа.
Демонтированные из магистральных трубопроводов трубы имеют вследствие их эксплуатации искаженную геометрическую форму (например, форму эллипса) и прогибы с наружной поверхности трубы. Восстановление геометрии труб по предлагаемому способу осуществляют только механическим путем, без применения полимерных, клейких, композитных материалов. Один из вариантов восстановления наружного прогиба трубы включает приваривание к середине прогиба цепи, за которую тянут два домкрата, выпрямляя прогиб.
Затем производят торцевание, например, газом или ленточно-пилочным оборудованием и осуществляют подготовку кромок труб под сварку, Для этого образуют фаски с наружной стороны кромки под углом 30-40° и фаски с внутренней стороны под углом 5-20° по отношению к вертикальной оси трубы.
Использование предлагаемого способа обеспечивает качественную очистку наружной и внутренней поверхностей стальных труб по всей длине, восстановить геометрию трубы с сохранением линейности потока среды внутри трубы и подготовить кромки трубы под надежную и качественную сварку, что значительно повышает качество восстановленных труб по сравнению с известными способами.