способ нанесения защитного покрытия на поверхности стальных изделий

Формула изобретения

1. Способ нанесения защитного покрытия на поверхности стальных изделий, например на стыки стальных труб после их сварки в полевых условиях, включающий нагрев поверхности незащищенных участков стальных труб и нанесение на них защитного покрытия, отличающийся тем, что вначале на поверхности незащищенных участков стальных труб накладывают термоусаживающийся материал с клеевой основой, затем на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала устанавливают низкочастотный индукционный нагреватель, выполненный в виде однослойной гибкой ленты из электроизоляционного материала с размещенными внутри нее в одной плоскости однослойными катушками из электропроводного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, после чего на низкочастотный индукционный нагреватель подают электрический ток промышленной частоты и доводят одновременно температуру нагрева стальной поверхности труб и термоусаживающегося материала до требуемой величины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве термоусаживающегося материала используют термоусадочную ленту марки ТЛ-360-4.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что низкочастотный индукционный нагреватель перед установкой на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала помещают в жесткий каркас, форма которого выполнена по профилю стальной трубы, при этом каркас снабжен шарнирным и разъемным соединениями вдоль оси стальной трубы и изготовлен из неэкранирующего электромагнитные поля низкой промышленной частоты (50 Гц) материала, например из дюралюминия марки Д 16-АТ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты от коррозии поверхностей стальных изделий, например, стальных труб с применением наружных покрытий и предназначается для использования в полевых условиях преимущественно при строительстве и ремонте трубопроводов в нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей промышленностях, трубопроводном транспорте и коммунальном хозяйстве. Изобретение может быть также использовано и в других отраслях промышленности для защиты от коррозии, а также для целей гидроизоляции и электроизоляции.

Известен способ нанесения защитного покрытия трубопроводов путем спиральной навивки полиэтиленовой пленки на предварительно нагретую вращаемую трубу. При этом поверхность пленки, соприкасающаяся с металлом, распределяется и сваривается с ним - см., например, Клинов И.Я. "Применение полимеров в антикоррозионной технике". М., Машгиз, 1962, с. 208-211.

Недостатком данного способа является то, что при навивке полиэтиленовой пленки на горячую стальную трубу невозможно обеспечить натяжение, необходимое для ее плотного прилегания. При наличии даже незначительного увеличения усилия разогретая на горячей поверхности стальной трубы пленка теряет прочность и обрывается, а без натяжения на полиэтиленовой пленке образуются неровности (складки и пузыри), которые разрушаются при навивке следующего слоя, что нарушает сплошность защитного покрытия. Способ не обеспечивает также необходимой адгезии, т.к. начало адгезирования полиэтиленовой пленки к металлу трубы наблюдается при 200 - 210^oC. Поэтому снижение этой температуры недопустимо, а при ее повышении имеют место указанные недостатки, ведущие к нарушению сплошного покрытия.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому техническому решению из числа известных средств того же назначения является изобретение "Способ нанесения противокоррозионного покрытия на трубопровод" по авт. свид. СССР N 966387, М. кл. F 16 L 58/02, приоритет от 03.10.80, опубликовано 15.10.82. Способ по прототипу включает в себя нагрев поверхности незащищенных участков стальных труб и нанесение на них защитного покрытия. Способ осуществляется следующим образом. Сначала полиэтиленовую пленку подвергают радиационному облучению. Затем на поверхность трубы при нормальной температуре плотно с нахлестом навивают один или несколько слоев облученной полиэтиленовой пленки с усилием натяжения 50 - 70 кгс/см². Навивку осуществляют путем вращения трубы или с помощью намоточного приспособления. Затем поверх полиэтиленовой пленки навивают таким же образом рулонный волокнистый материал с усилием натяжения от 75 кгс/см² до предела его прочности. Затем трубу с покрытием подвергают нагреву до 240 - 250^oC, для чего, например, трубу пропускают через высокочастотный индикатор. Возможны и другие варианты нагрева. По достижении требуемой температуры изолируемую трубу охлаждают.

Недостатком способа по прототипу является то, что его невозможно эффективно использовать в полевых условиях, т.к. например навивку полиэтиленовой пленки необходимо осуществлять путем вращения трубы, что в полевых условиях невозможно из-за большой длины трассы трубопровода. Использование намоточного приспособления для навивки полиэтиленовой пленки, а затем и навивка рулонного волокнистого материала увеличивает затраты времени вдвое только на операции навивки двух слоев покрытия. Нагрев трубы с нанесенным двухслойным покрытием до 240 - 250^oC путем пропускания трубы через высокочастотный индикатор возможно только в заводских условиях. В полевых условиях сваренные в трассу трубы невозможно пропустить через кондуктор и поэтому для нагрева труб при нанесении изоляционных материалов практически используют переносные с открытым огнем горелки типа паяльных ламп, что усложняет условия безопасного труда обслуживающего персонала вместе с необходимостью работать с радиационно облученной полиэтиленовой пленкой и загрязняет окружающую природную среду радиационным фоном, копотью и дымом от открытого источника огня. Последние не обеспечивают равномерность нагрева трубы, что ведет к снижению качества работ.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение при реализации способа в полевых условиях полного исключения загрязнения окружающей природной среды и обеспечение безопасности труда обслуживающего персонала при одновременном повышении качества работ и сокращении при этом энергетических затрат и затрат времени.

Дополнительной целью изобретения является обеспечение эксплуатационных устройств при реализации предлагаемого способа.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе нанесения защитного покрытия на поверхности стальных изделий, например, на стыке стальных труб после их сварки в полевых условиях, включающем нагрев поверхности незащищенных участков стальных труб и нанесение на них защитного покрытия, впервые вначале на поверхности незащищенных участков стальных труб накладывают термоусаживающийся материал с клеевой основной, затем на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала устанавливают низкочастотный индукционный нагреватель, выполненный в виде однослойной гибкой ленты из электроизоляционного материала с размещенными внутри ее в одной плоскости однослойными катушками из электропроводного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, после чего на низкочастотный индукционный нагреватель подают электрический ток промышленной частоты и доводят одновременно температуру нагрева стальной поверхности труб и термоусаживающегося материала до требуемой величины.

В качестве термоусаживающегося материала может быть использована термоусадочная лента марки ТЛ-360-4, а низкочастотный индукционный нагреватель перед установкой на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала может быть помещен в жесткий каркас, форма которого выполнена по профилю стальной трубы, при этом каркас должен быть снабжен шарнирным и разъемным соединением вдоль оси стальной трубы и изготовлен из неэкранирующего электромагнитные поля промышленной частоты материала, например, из дюралюминия марки Д 16-АТ.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации нам не известны способы нанесения защитного покрытия на поверхности стальных изделий, например, труб, в которых на поверхности незащищенных участков накладывали бы вначале термоусаживающийся материал с клеевой основой, а затем на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала устанавливали бы низкочастотный индукционный нагреватель, после чего путем подачи электрического тока промышленной частоты могли бы одновременно обеспечивать температуру нагрева поверхности стальных труб и термоусаживающегося материала до требуемой величины.

Отличием предлагаемого способа от прототипа является то, что в заявляемом способе в качестве защитного покрытия впервые предложено использовать новый термоусаживающийся материал с клеевой основой. Новым является и то, что такой защитный материал вначале просто накладывают на незащищенный участок трубы, а не навивают, как в прототипе. Впервые также предложено использовать для реализации способа новое устройство нагрева, а именно, низкочастотный индукционный нагреватель, выполненный в виде однослойной гибкой ленты из электроизоляционного материала с размещенными внутри ее в одной плоскости однослойными катушками из электропроводного материала с малым удельным электрическим сопротивлением, использующий для нагрева электрический ток промышленной частоты.

Новым является также и порядок проведения операций при осуществлении способа, а именно в начале термоусаживающийся материал с клеевой основой просто накладывают (не навивают) на незащищенные участки труб, а на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала (поверх его) устанавливают низкочастотный индукционный нагреватель, который собою непосредственно плотно охватывает защитное покрытие - термоусаживающийся материал. По нашему мнению, заявляемый способ соответствует критерию "Новизна".

Внесенные нами отличительные признаки позволяет в целом заявляемому способу получить новые свойства, т.е. достичь новый технический результат, а именно: благодаря использованию термоусаживающегося материала с клеевой основой такой материал легко фиксируется на металлической поверхности трубы, что достаточно для того, чтобы поверх установить низкочастотный индукционный нагреватель, сокращая благодаря этому затраты времени на специальное приклеивание такого материала и исключая навивку такого материала, как в прототипе. Подача электрического тока промышленной частоты на низкочастотный индукционный нагреватель, установленный непосредственно на внешней поверхности наложенного на трубу термоусаживающегося материала, обеспечивает равномерный и по всей поверхности нагрев стальной трубы и термоусаживающегося материала одновременно, что обеспечивает качественное закрепление (адгезию) защитного покрытия на поверхности стальной трубы, полностью обеспечивая в полевых условиях исключения загрязнения окружающей природной среды (т.к. нет открытого огня, нет токсичных или радиационно облученных материалов, ничто не сгорает), и обеспечивает одновременно безопасность труда обслуживающего персонала.

Размещение низкочастотного индукционного нагревателя в жесткий каркас, форма которого выполнена по профилю стальной трубы, а каркас снабжен шарнирным и разъемным соединениями вдоль оси стальной трубы и изготовлен из неэкранирующего электромагнитные поля низкой промышленной частоты материала, например, из дюралюминия марки Д 16-АТ, создает удобства при эксплуатации.

Благодаря использованию термоусаживающегося материала с клеевой основой исключается необходимость использовать вначале какие-либо намоточные приспособления, как в прототипе, для закрепления защитного покрытия на поверхности трубы, что сокращает общие затраты времени и энергетические затраты. Использование низкочастотного индукционного нагревателя, потребляющего электрический ток промышленной частоты, по энергетическим затратам экономичнее, чем высокочастотный индуктор по прототипу.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого способа обеспечивают получение новых свойств, отраженных в цели изобретения, исходя из чего можно сделать вывод о том, что заявляемый способ отвечает критерию "Изобретательский уровень".

Для реализации предлагаемого способа в полевых условиях производят следующие операции в нижеуказанной последовательности:

- очищают поверхность стальной трубы в районе нанесения защитного покрытия;

- на незащищенный участок стальной трубы накладывают термоусаживающийся материал с клеевой основной;

- на внешнюю поверхность термоусаживающегося материала устанавливают низкочастотный индукционный нагреватель;

- подают электрический ток промышленной частоты на низкочастотный индукционный нагреватель;

- доводят температуру нагрева стальной поверхности трубы и термоусаживающегося материала до требуемой величины;

- после выдержки необходимого времени нагрева низкочастотный индукционный нагреватель снимают с трубы.

Предлагаемый способ был испытан в полевых условиях. Требовалось нанести защитное покрытие на незащищенные стыки сваренных стальных труб диаметром 219 мм на длину незащищенного участка 250 мм. Незащищенный участок зачистили до металлического блеска шлифмашинкой, наложили на участок термоусаживающуюся ленту марки ТЛ-360-4 в один слой с нахлестом 2 см. Поверх ленты на трубу установили низкочастотный индукционный нагреватель марки ПИЭН-7-4,5/36 мощностью 4,5 кВт, выполненный в жестком каркасе и состоящий из двух полуцилиндров, соединяемых шарнирно и закрепляемых на трубе быстроразъемными замками. После подачи напряжения в 36 В на низкочастотный индукционный нагреватель через 15 минут температура поверхности трубы вместе с наложенной на нее термоусадочной лентой под нагревателем составила 135^oC при температуре воздуха -2^oC. Через 25 минут после снятия нагревателя и остывания трубы до температуры 30^oC адгезия термоусадочной ленты к защищаемой поверхности трубы составила 12 кг/см при норме не менее 5 кг/см, удовлетворяя требования к антикоррозионной защите сварных швов стыков нефтегазопроводных стальных труб. При этом не имели место даже признаки явлений загрязнения окружающей природной среды при обеспечении полной безопасности труда обслуживающего персонала.