способ нанесения однослойного покрытия на внутреннюю поверхность стальной трубы

Формула изобретения

1. Способ нанесения однослойного покрытия на внутреннюю поверхность стальной трубы, включающий: очистку внутренней поверхности стальной трубы с приданием шероховатости 50-100 мкм; установку трубы на опорное устройство с возможностью вращения; нагрев трубы до температуры 20-60°С; вращение трубы в одном из направлений с заданной угловой скоростью; ввод в трубу стрелы с двумя шлангами, подводящими две жидкие компоненты эпоксидной композиции, нагретые до температуры 50-65°С, смесителем компонент и соплом, установленным на конце стрелы; нанесение жидкой эпоксидной двухкомпонентной композиции на внутреннюю поверхность трубы в процессе ее вращения в процессе вывода стрелы с соплом из трубы с заданной скоростью, обеспечивающей при заданной подаче жидкой эпоксидной композиции и при заданной частоте оборотов трубы толщину покрытия не менее 300 мкм; снятие с опорного устройства трубы с нанесенным покрытием; установку следующей трубы на опорное устройство, отличающийся тем, что вводят стрелу в трубу со скоростью

_B>L_mp/T_n,

где _В - скорость перемещения стрелы от ближнего конца трубы к дальнему, м/мин;

L_mp - длина трубы или участка трубы, на который наносится эпоксидное покрытие, м;

T_n - период времени от окончания подачи жидкой эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения, мин;

- наносят эпоксидную композицию при скорости вывода стрелы из трубы

_p=(0,05÷0,55)D_вн·n _mp,

где _p - скорость рабочего движения стрелы при нанесении эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность трубы, м/мин;

D_вн - внутренний диаметр трубы, м;

n _mp - частота вращения трубы, мин^-1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снятие трубы с нанесенным внутренним эпоксидным покрытием, установку следующей трубы на опорное устройство и ввод стрелы в трубу от ближнего конца до дальнего конца выполняют за время, меньшее периода времени от прекращения подачи эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность трубы в виде покрытия, имеющего утолщение в форме винтовой полосы шириной

b=(0,03÷0,45)D_вн,

и шагом

s=(0,05÷0,55)D_вн,

где b и s - ширина и шаг винтовой полосы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отклонение толщины слоя эпоксидной композиции находится в пределах

=±(3%÷5%) _н,

где - отклонение толщины слоя эпоксидной композиции на внутренней поверхности трубы;

_н - номинальная толщина слоя эпоксидного покрытия на внутренней поверхности трубы, мкм.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность трубы наносится эпоксидная безрастворная двухкомпонентная композиция Amercoat 391 PC, состоящая из основной компоненты и отвердителя.

6. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность спиральношовной трубы диаметром наружной поверхности 530-1420 мм и длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более чем на 0,3 мм.

7. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность трубы с диаметром наружной поверхности, выбираемым из диапазона 270-1420 мм, и длиной до 12,5 м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессу нанесения жидких эпоксидных безрастворных композиций на внутренние поверхности труб, предназначенных для строительства трубопроводов различного назначения: водоводов высокого и низкого давления, газопроводов, нефтепроводов.

Известен способ покрытия внутренней поверхности металлической трубы (патент JP публ. № 56056275 от 11.10.1979 г.), при котором внутренняя поверхность трубы подвергается очистке и нагреванию, устанавливается на платформу с роликами и приводится во вращение приводными роликами; стрела с установленным соплом вдвигается в трубу, при этом движении через сопло подается эпоксидный материал и наносится на внутреннюю поверхность трубы. Равномерное распределение эпоксидного материала обеспечивается его распылением в виде порошка и осаживанием в электростатическом поле на внутреннюю поверхность разогретой трубы.

Известно быстросохнущее эпоксидное покрытие, наносимое без растворителя в виде жидкой двухкомпонентной композиции, обладающее стойкостью к нефтям, топливам, промышленным сточным водам, а также ударным нагрузкам и истиранию (http://www.tpaint.ru/amercoat/pdf/ph391pc.pdf).

Эпоксидное покрытие Amercoat 391РС имеет объемное соотношение двух компонент: смола эпоксидная - 2 части, отвердитель - 1 часть, и наносится на внутреннюю поверхность трубы способом безвоздушного горячего нанесения при температуре 50-65°С под высоким давлением через сопло с углом раскрытия факела от 20° до 60°. Минимальная температура трубы для нормального отверждения эпоксидной композиции - 10°С. Период времени до начала полимеризации после смешивании эпоксидной смолы и отвердителя в смесителе, расположенном перед соплом - 5 мин. Если интервал времени межу прекращением подачи компонентов эпоксидной композиции через смеситель и сопло и ее возобновлением составляет 5 мин или более, то после прекращения подачи эпоксидной композиции для покраски смеситель и сопло необходимо промыть растворителем.

Известны установки для подачи двух компонент эпоксидной композиции (основной компоненты и отвердителя) по двум шлангам, их смешивания перед соплом и распыления через сопло с углом раскрытия факела от 20° до 60° (http://www.wiwa.su).

Известен способ нанесения эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность трубы большого диаметра (патент KR публ. № 100141653 В1 от 30.05.1994) при ее вращении на устройстве с опорными и приводными роликами и при перемещении стрелы с соплом на ее конце, направленным к внутренней поверхности трубы, через которое подается и распыляется жидкая эпоксидная композиция.

Способ включает следующие действия: очистку внутренней поверхности стальной трубы с приданием шероховатости 50-100 мкм; установку трубы на опорное устройство с возможностью вращения; нагрев трубы до температуры 20-60°С; вращение трубы в одном из направлений с заданной угловой скоростью; ввод в трубу стрелы с двумя шлангами, подводящими две жидких компоненты эпоксидной композиции, нагретые до температуры 50-65°С, смесителем компонент и соплом, установленным на конце стрелы; нанесение жидкой эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность трубы в процессе ее вращения и при перемещении стрелы с соплом с заданной скоростью, обеспечивающей при заданной подаче жидкой композиции толщину покрытия не менее 300 мкм; вывод стрелы из трубы; снятие с опорного устройства трубы с нанесенным покрытием; установка следующей трубы на опорное устройство.

Недостаток способа в том, что в его описании не раскрыты параметры вращательного движения трубы и поступательного движения стрелы, при которых обеспечивается распределение эпоксидной композиции по поверхности трубы и нет данных о степени неравномерности толщины эпоксидного покрытия по длине трубы при шероховатости ее очищенной поверхности не менее 50 мкм.

Техническая задача изобретения - создание такого способа нанесения однослойного покрытия на внутреннюю поверхность стальной трубы, при котором заданная толщина нанесенного слоя покрытия за одно рабочее перемещение стрелы с соплом составит не менее 300 мкм при небольших дополнительных затратах эпоксидной композиции, связанных с отклонением толщины слоя покрытия от заданной.

Техническая задача решена в способе нанесения однослойного эпоксидного покрытия на внутреннюю поверхность стальной трубы, включающем: очистку внутренней поверхности стальной трубы с приданием шероховатости 50-100 мкм; установку трубы на опорное устройство с возможностью вращения; нагрев трубы до температуры 20-60°С; вращение трубы в одном из направлений с заданной угловой скоростью; ввод в трубу стрелы с двумя шлангами, подводящими две жидких компоненты эпоксидной композиции, нагретые до температуры 50-65°С, смесителем компонент и соплом, установленным на конце стрелы; нанесение жидкой эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность трубы в процессе ее вращения и при выводе стрелы с соплом из трубы с заданной скоростью, обеспечивающей при заданной подаче жидкой эпоксидной композиции и при заданной частоте оборотов трубы толщину покрытия не менее 300 мкм; снятие с опорного устройства трубы с нанесенным на ее внутренние поверхности покрытием; установку следующей трубы на опорное устройство, при этом вводят стрелу в трубу со скоростью

_B>L_mp/T_n,

где _B - скорость перемещения стрелы от ближнего конца трубы к дальнему, м/с;

L_mp - длина трубы или участка трубы, на который наносится эпоксидное покрытие, м;

T_n - период времени от окончания подачи жидкой эпоксидной композиции через сопло до начала ее полимеризации (затвердевания), мин;

- наносят эпоксидную композицию при скорости вывода стрелы из трубы

_p=(0,05÷0,55)D_вн·n _mр,

где _p - скорость рабочего движения стрелы при нанесении эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность трубы, м/мин,

D_вн - внутренний диаметр трубы, м,

n_mр. - частота вращения трубы, мин ^-1;

- снятие трубы с нанесенным внутренним эпоксидным покрытием, установку следующей трубы на опорное устройство и ввод стрелы в трубу от ближнего конца до дальнего конца выполняют за время, меньшее периода времени от прекращения подачи эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения;

- эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность трубы в виде покрытия, имеющего утолщение в форме винтовой полосы шириной

b=(0,03÷0,45)D_вн

и шагом

s=(0,05÷0,55)D_вн,

где b и s - ширина и шаг винтовой полосы.

- отклонение толщины слоя эпоксидной композиции находится в пределах:

=±(3%÷5%) _н,

где - отклонение толщины слоя эпоксидной композиции на внутренней поверхности трубы,

_н - номинальная толщина слоя эпоксидного покрытия на внутренней поверхности трубы, мкм;

- на внутреннюю поверхность трубы наносится эпоксидная безрастворная двухкомпонентная композиция Amercoat 391 PC, состоящая из основной компоненты и отвердителя;

- эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность спиральношовной трубы диаметром наружной поверхности 530-1420 мм и длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более чем на 0,3 мм;

- эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность трубы с диаметром наружной поверхности, выбираемым из диапазона 270-1420 мм, и длиной до 12,5 м.

Технический эффект - нанесение на внутреннюю поверхность трубы эпоксидного покрытия заданной толщины не менее 300 мкм за одно рабочее перемещение стрелы с соплом при небольшом отклонении толщины эпоксидного покрытия от ее номинального значения достигается за счет следующих отличительных признаков способа:

- вводят стрелу в трубу со скоростью

_B>L_mp/T_n,

где _B - скорость перемещения стрелы от ближнего конца трубы к дальнему, м/мин;

L_mp - длина трубы или участка трубы, на который наносится эпоксидное покрытие, м;

T_n - период времени от окончания подачи жидкой эпоксидной композиции через сопло до начала ее полимеризации (затвердевания), мин;

- наносят эпоксидную композицию при скорости вывода стрелы из трубы

_p=(0,05÷0,55)D_вн·n _mр,

где _p - скорость рабочего движения стрелы при нанесении эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность трубы, м/мин,

D_вн - внутренний диаметр трубы, м,

n_mp. - частота вращения трубы, мин ^-1;

- снятие трубы с нанесенным внутренним эпоксидным покрытием, установку следующей трубы на опорное устройство и ввод стрелы в трубу от ближнего конца до дальнего конца выполняют за время, меньшее периода времени от прекращения подачи эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения;

- эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность трубы в виде покрытия, имеющего утолщение в форме винтовой полосы шириной

b=(0,03÷0,45)D_вн

и шагом

s=(0,05÷0,55)D_вн.

где b и s - ширина и шаг винтовой полосы;

- отклонение толщины слоя эпоксидной композиции находится в пределах:

=±(3%÷5%) _н,

где - отклонение толщины слоя эпоксидной композиции на внутренней поверхности трубы,

_н - номинальная толщина слоя эпоксидного покрытия на внутренней поверхности трубы, мкм;

- на внутреннюю поверхность трубы наносится эпоксидная безрастворная двухкомпонентная композиция Amercoat 391 PC, состоящая из основной компоненты и отвердителя;

- эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность спиральношовной трубы диаметром наружной поверхности 530-1420 мм и длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более чем на 0,3 мм;

- эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность трубы с диаметром наружной поверхности, выбираемым из диапазона 270-1420 мм, и длиной до 12,5 м.

При предложенном способе не выполняют очищение растворителем смесителя и сопла в течение времени нанесения покрытия на всю партию труб или в течение рабочей смены, так как не только быстро вводят стрелу с соплом в трубу, но и снятие трубы с нанесенным внутренним эпоксидным покрытием, установку следующей трубы на опорное устройство и ввод стрелы в трубу от ближнего конца до дальнего выполняют за время, меньшее периода времени от прекращения подачи эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения.

Отличительные признаки или признаки, им эквивалентные, не обнаружены в научно-технической и патентной информации, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию «новизна».

Приведенные выше отличительные признаки, обеспечивающие достижение технического эффекта, не следуют явно из уровня техники, а получены в результате проведенных экспериментов, исследований и испытаний, поэтому изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 показан продольный разрез трубы с однослойным эпоксидным покрытием.

На фиг.2 показана схема, иллюстрирующая способ нанесения однослойного покрытия на внутреннюю поверхность трубы.

На фиг.3 показана диаграмма толщины эпоксидного покрытия Amercoat 391 PC в пределах одного шага винтовой полосы при средней ширине утолщения в форме винтовой полосы.

Способ нанесения однослойного покрытия 1 на внутреннюю поверхность 2 стальной трубы 3 (фиг.1) включает

- очистку внутренней поверхности 2 стальной трубы 3 с приданием шероховатости 50-100 мкм;

- установку трубы 3 на опорное устройство 4 с возможностью вращения;

- нагрев трубы 3 до температуры 20-60°С;

- вращение трубы 3 в одном из направлений с заданной угловой скоростью;

- ввод в трубу 3 стрелы 5 с двумя шлангами 6 и 7, подводящими две жидких компоненты эпоксидной композиции, нагретые до температуры 50-65°С, смесителем компонент 8 и соплом 9, установленным на конце стрелы 5;

- нанесение жидкой эпоксидной двухкомпонентной композиции на внутреннюю поверхность 2 трубы 3 в процессе ее вращения при заданной частоте оборотов в процессе вывода стрелы 5 с соплом 9 из трубы с заданной скоростью, обеспечивающей при заданной подаче жидкой эпоксидной композиции и при заданной частоте оборотов трубы 3 толщину покрытия 1 не менее 300 мкм;

- снятие с опорного устройства 4 трубы 3 с нанесенным покрытием 1;

- установка следующей трубы 3 на опорное устройство 4,

при этом вводят стрелу 5 в трубу 3 со скоростью

_B>L_mp/T_n,

где _B - скорость перемещения стрелы 5 от ближнего конца 10 трубы 3 к дальнему концу 11, м/мин;

L _mp - длина трубы 3 или участка трубы 3, на который наносится эпоксидное покрытие 1, м;

T_n - период времени от окончания подачи жидкой эпоксидной композиции через сопло 9 до начала ее отверждения, мин;

- наносят эпоксидную композицию при скорости вывода стрелы 5 из трубы 3

_p=(0,05÷0,55)D_вн·n _mр,

где _p - скорость рабочего движения стрелы 5 при нанесении эпоксидной композиции на внутреннюю поверхность 2 трубы 3, м/мин,

D_вн - внутренний диаметр трубы 3, м,

n_mр. - частота вращения трубы 3, мин^-1.

Снятие трубы 3 с нанесенным внутренним эпоксидным покрытием 1, установку следующей трубы на опорное устройство 4 и ввод стрелы 5 в трубу 3 от ближнего конца 10 до дальнего конца 11 выполняют за время, меньшее периода времени от прекращения подачи эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения.

Эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность 2 трубы 3 в виде покрытия 1, имеющего утолщение в форме винтовой полосы 12 шириной

b=(0,03÷0,45)D_вн

и шагом

s=(0,05÷0,55)D_вн,

где b и s - ширина и шаг винтовой полосы 12.

Отклонение толщины слоя эпоксидной композиции находится в пределах:

=±(3%-5%) _н,

где - отклонение толщины слоя эпоксидной композиции на внутренней поверхности 2 трубы 3,

_н - номинальная толщина слоя эпоксидного покрытия на внутренней поверхности трубы, мкм; при _н=400 мкм =±(12-20) мкм (фиг.3, 4).

На внутреннюю поверхность 2 трубы 3 наносится эпоксидная безрастворная двухкомпонентная композиция Amercoat 391 PC, состоящая из основной компоненты и отвердителя.

Эпоксидная композиция наносится на внутреннюю поверхность 2 трубы 3 длиной до 12,5 м с диаметром наружной поверхности 270-1420 мм, а также на внутреннюю поверхность 2 спиральношовной трубы 3 диаметром наружной поверхности 530-1420 мм и длиной до 12,5 м со сварным швом, возвышающимся над внутренней поверхностью не более чем на 0,3 мм.

Достижение заявленных параметров способа нанесения эпоксидного покрытия и полученный технический эффект подтверждаются результатами его реализации на ООО «Завод по изоляции труб».

По данному способу с помощью специальной установки наносили эпоксидное двухкомпонентное безрастворное покрытие Amercoat 391 PC на внутреннюю поверхность труб 273×5, 325×7, 530×10, 820×12, 1420×14. Нанесение покрытия на внутреннюю поверхность каждой трубы, нагретой до температуры 10°-60°С, 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 со скоростью 12-48 м/мин в трубы диаметром 273 мм и более при автоматической подаче и выводилась с задаваемой скоростью более 0,5 м/мин в процессе нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы, что соответствует пп.1 и 2 формулы изобретения.

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 п.3 формулы изобретения, а также толщину покрытия и отклонения от нее, находящиеся в диапазонах значений, приведенных в пп.2, 3 формулы изобретения, обеспечивают необходимые показатели качества эпоксидного покрытия, приведенные в таблице 1. Технический эффект, достигаемый от полученных параметров, приведен в таблице 2. Ширина винтовой полосы, меньшая 0,03 D _вн. (b<0,03 D_вн, при s>0,55 D_вн ), не обеспечивает в области винтовой полосы достижение свойств, указанных в таблице 3.

При времени от окончания подачи эпоксидной композиции через сопло до начала ее отверждения, не превышающем 5 мин, за счет высокой скорости ввода стрелы в трубу исключена необходимость очистки смесителя и сопла от эпоксидной композиции, так как до начала покрытия следующей трубы эпоксидная композиция не успеет отверждаться.

Таблица 2
№	Ограничения по ПФ 1-6 на покрытие	Технический эффект, обеспечиваемый ограничениями параметров покрытия
1.	b=(0,03-0,45)·D вн	Обеспечивает минимальный расход эпоксидной композиции при удовлетворении всех требований, предъявляемых к покрытию
2.	s=(0,05-0,55)·D вн	Обеспечивает высокое качество покрытия, оказывает незначительное влияние на течение жидкости в трубе
3.	в max- c min 70 мкм	Отсутствие отслаивания при испытаниях, диэлектрическая сплошность, переходное сопротивление в соответствии с требованиями технических условий
4.	=±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