一种管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统及方法转让专利
申请号 : CN202111068750.9
文献号 : CN113798133B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 阿达依·谢尔亚孜旦 , 汤子钦 , 金晟
申请人 : 新疆大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于,包括:内衬(50),
高压气源(20),以及
注胶装置(30);
所述内衬(50)位于两管道(10)对接形成的接缝内侧,表面具有耐腐蚀涂层,内衬(50)一端与其中一管道(10)内壁焊接,该端设置在管道内流体上游段,另一端外环面设有环形注胶槽(53),该端设置在管道内流体下游段,环形注胶槽(53)两侧具有密封圈(54),密封圈(54)置于内衬(50)外环面上开设的环槽(541)内,内衬(50)外环面与焊缝对齐位置处设有注胶孔(55)、溢胶孔(56)和充气孔(57),内衬(50)中开设有:第一胶道(511),用于连通所述环形注胶槽(53)和注胶孔(55);
第二胶道(512),用于连通所述环形注胶槽(53)和溢胶孔(56);
以及气道(513),用于连通两密封圈(54)所在的环槽(541)和充气孔(57);
所述两管道(10)的端部与注胶孔(55)、溢胶孔(56)和充气孔(57)对应位置处分别设有半圆形缺口;
所述高压气源(20)通过管路与充气孔(57)连通;
所述注胶装置(30)通过管路与注胶孔(55)连通。
2.根据权利要求1所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于,还包括:两管道(10)接缝外侧的
过渡层:铜镍合金涂层(101),铜镍均为微米级粉末,微米级粉的粒径为40微米到90微米,铜粉的质量百分比为50%至70%,垂直喷涂在接缝焊接完成后的焊缝表面;
阳极性金属涂层:锌涂层(102),锌为微米级粉末,微米级粉的粒径为40微米到80微米,喷涂在所述铜镍合金涂层(101)表面;
抗菌性疏水层(103),该层为纳米级别的二氧化硅颗粒,颗粒的最大尺寸在250纳米,并含有质量分数为10%的铬、10%的镍、10%的钼元素,该层喷涂在锌涂层(102)表面;抗菌性疏水层(103)的厚度为200微米;
热缩带(104),包覆在喷涂完上述各涂层后的焊缝外侧。
3.根据权利要求1所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于:所述内衬(50)由内圈(51)和外圈(52)相互嵌套而成,其中所述环形注胶槽(53)、环槽(541)、注胶孔(55)、溢胶孔(56)和充气孔(57)开设在外圈(52)上,所述注胶孔(55)和充气孔(57)的孔壁上设有螺纹,所述第一胶道(511)、第二胶道(512)和气道(513)开设在内圈(51)的外环面上;所述环形注胶槽(53)的槽底部开设有贯穿外圈(52)的第一通孔(521)和第二通孔(522),所述环槽(541)的槽底开设有贯穿外圈(52)的第三通孔(523),所述第三通孔(523)沿外圈(52)周向间隔设置多个。
4.根据权利要求3所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于:所述第一胶道(511)和第二胶道(512)是平行于内衬(50)轴线设置的直线槽,其中第一胶道(511)的两端分别与注胶孔(55)和第一通孔(521)对齐,第二胶道(512)的两端分别与溢胶孔(56)和第二通孔(522)对齐;
所述气道(513)包括:
环形段(5131),与外圈(52)上远离接缝的一环槽(541)对应,并与该环槽(541)底部的第三通孔(523)连通;
两对称布置的弧形段(5132),与外圈(52)上靠近接缝的一环槽(541)对应,并与该环槽(541)底部的第三通孔(523)连通;
两平直段(5133),用于将两弧形段(5132)与环形段(5131)连通,其中一平直段(5133)延伸至所述充气孔(57);
所述两弧形段(5132)的两端彼此断开,所述第一胶道(511)和第二胶道(512)分别从两弧形段(5132)之间的两处断开区域穿过。
5.根据权利要求2所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于,还包括:热缩带支撑机构(40),用于在包覆热缩带(104)的初期将热缩带(104)的两端沿管道(10)周向均匀张紧,其包括:
绑带(41),以及
垫块(42);
所述绑带(41)沿管道(10)周向绑扎在焊缝两侧的管道(10)上;
所述垫块(42)固定在绑带(41)上,垫块(42)朝向焊缝的一端设有坡面,垫块(42)设有多个并沿绑带(41)的长度方向等距间隔设置。
6.根据权利要求5所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于:至少其中一个所述垫块(42)为如下结构,包括:固定部(421),以及
活动部(422);
所述固定部(421)与绑带(41)固接;
所述活动部(422)沿平行于管道(10)轴线的方向与固定部(421)活动连接,活动部(422)上转动设置有一螺杆(423),螺杆(423)转过固定部(421)上开设的螺孔,螺杆(423)的端部设有旋钮(424)。
7.根据权利要求1所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于:所述高压气源(20)为移动式空压机。
8.根据权利要求1所述的管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统,其特征在于:所述注胶装置(30)为螺旋式挤出机,螺旋式挤出机的外壁上设有加热装置。
9.一种应用权利要求6所述抗腐蚀处理系统处理管道焊缝的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:在两根管道(10)需要对接的一端加工出坡口,并在坡口上加工出与所述注胶孔(55)、溢胶孔(56)和充气孔(57)对应的半圆形缺口;
步骤2:在两根管道(10)对接之前将内衬(50)的一端焊接在其中一根管道(10)的内壁上,并对焊接区域进行防腐处理,焊接后的内衬(50)的另一端凸出于该管道(10)的端部;
步骤3:将焊接有内衬(50)的管道(10)与另一根管道(10)对接,对接时确保两管道(10)端部的半圆形缺口相互对齐,并使内衬(50)的凸出部分插入上述另一根管道(10)内;
步骤4:将高压气源(20)的出气口通过管路连接在充气孔(57)上,将注胶装置(30)的出料口通过管路连接在注胶孔(55)上,利用火焰喷枪对管道(10)接缝两侧10cm范围内的区域进行预热,预热温度为80℃‑120℃;
步骤5:启动高压气源(20),向环槽(541)充气,此时密封圈(54)在高压气体作用下向外膨胀并抵紧管道(10)内壁;
步骤6:将热熔性防腐胶注入注胶装置(30)内,注胶装置(30)对热熔胶进行加热以提高其流动性,注胶装置(30)将加热后的热熔性防腐胶注入环形注胶槽(53)内,当热熔性防腐胶从溢出孔溢出时,停止注胶;
步骤7:待热熔性防腐胶冷却至常温后,将充气管路和注胶管路从内衬(50)上拆除,再采用堆焊工艺将注胶孔(55)、溢胶孔(56)和充气孔(57)封堵,然后对两管道(10)坡口之间形成的V形槽实施堆焊焊接;
步骤8:焊缝冷却后,利用喷砂抛光机对焊缝表面两侧5厘米内进行抛光除锈,将管道外部存在的焊接飞溅物、油污、焊渣处理干净;
步骤9:利用手持喷枪,依次将铜镍冷喷涂料、镀锌冷喷涂料和疏水涂料喷涂在焊缝表面,其中,铜镍冷喷涂料送粉速率为100g/min至500g/min,送粉距离为30mm至100mm;镀锌冷喷涂料送粉速率为100g/min至500g/min,送粉距离为30mm至100mm;疏水涂料送粉速率为
30g/min30g/min至50g/min,送粉距离为30mm至60mm;每种涂料喷涂0.5毫米后对外表面均进行打磨处理,打磨掉0.1毫米至0.3毫米的厚度使得该层表面无明显缺陷,最终得到致密结构的保护层,并将涂层与管道外部过渡处打磨圆滑平整后进行下一层的喷涂,铜镍冷喷涂料和镀锌冷喷涂料喷涂完毕后,需要利用火焰喷枪对涂层进行烘烤,使其充分固化后再进行抗菌性疏水层(103)的喷涂;
步骤10:将所述热缩带支撑机构(40)分别绑扎在焊缝两侧的管道(10)上,然后开始贴敷热缩带(104),具体方法如下:步骤a:利用火焰喷枪对热缩带(104)的一端进行预热,使其表面成熔融状态,然后将该端贴敷在焊缝及焊缝两侧指定宽度的区域内;
步骤b:利用火焰喷枪对热缩带(104)另一端进行预热,使其表面成熔融状态,然后将该端绕管道(10)一圈,并将其贴敷在步骤a中已经贴敷好的热缩带(104)外表面上;热缩带(104)自然长度大于管道(10)外径,缠绕热缩带(104)时应确保热缩带(104)两侧分别被两热缩带支撑机构(40)的垫块(42)张紧;
步骤c:利用火焰喷枪,沿着焊缝周向对热缩带(104)的中间区域进行加热,使该中间区域收缩并包裹在焊缝上;
步骤d:将包含有固定部(421)和活动部(422)的垫块(42)从热缩带(104)内侧抽离,具体方法为:转动旋钮(424),使活动部(422)在螺纹杆和螺纹孔的作用下向固定部(421)收拢;
步骤e:将绑带(41)断开,从步骤d所述垫块(42)处依次将各垫块(42)从热缩带(104)内侧抽离;
步骤f:利用火焰喷枪,对热缩带(104)两侧区域进行加热,使其两侧包裹在管道(10)外壁上,加热的同时手持压辊挤压热缩带(104),排出热缩带(104)下方空气。
10.根据权利要求9所述的处理管道焊缝的方法,其特征在于:所述步骤6中,注胶时所述注胶孔(55)位于管道(10)接缝的正下方,所述溢胶孔(56)位于管道(10)接缝的正上方。
说明书 :
一种管道对接焊缝的抗腐蚀处理系统及方法
技术领域
背景技术
等恶劣服役条件的威胁。钢以相对低廉的价格、可靠的性能在工业生产中被广泛应用于建
筑业、制造业,石油天然气管道一般采用焊接方式进行连接,现有技术中管道焊接完成后往
往只能对焊缝外表面进行防腐处理,而内表面由于空间狭小很难再进行防腐处理,但实际
上管道内输送的石油、天然气等物质会对管道内壁造成剧烈腐蚀,除此,还有电化学腐蚀、
微生物腐蚀和应力腐蚀等腐蚀形式,而腐蚀是金属构件与管线的失效的主要形式之一,美
国统计数据表明15%~30%的埋地管线腐蚀与微生物有关,腐蚀会导致管道发生油、气、水
的泄露,造成严重经济损失甚至造成人员伤亡以及生态环境的破坏,因此亟需一种能够对
焊缝内表面、外表面同时进行防腐蚀处理的系统和方法。
发明内容
置在管道内流体下游段,环形注胶槽两侧具有密封圈,密封圈置于内衬外环面上开设的环
槽内,内衬外环面与焊缝对齐位置处设有注胶孔、溢胶孔和充气孔,内衬中开设有:
厚度为200微米;
道和气道开设在内圈的外环面上;所述环形注胶槽的槽底部开设有贯穿外圈的第一通孔和
第二通孔,所述环槽的槽底开设有贯穿外圈的第三通孔,所述第三通孔沿外圈周向间隔设
置多个。
度为80℃‑120℃;
出时,停止注胶;
焊焊接;
锌冷喷涂料送粉速率为100g/min至500g/min,送粉距离为30mm至100mm;疏水涂料送粉速率
为30g/min30g/min至50g/min,送粉距离为30mm至60mm;每种涂料喷涂0.5毫米后对外表面
均进行打磨处理,打磨掉0.1毫米至0.3毫米的厚度使得该层表面无明显缺陷,最终得到致
密结构的保护层,并将涂层与管道外部过渡处打磨圆滑平整后进行下一层的喷涂,铜镍冷
喷涂料和镀锌冷喷涂料喷涂完毕后,需要利用火焰喷枪对涂层进行烘烤,使其充分固化后
再进行抗菌性疏水层的喷涂;
管道外径,缠绕热缩带时应确保热缩带两侧分别被两热缩带支撑机构的垫块张紧;
密封圈处于松弛的状态,本发明在焊缝上预留充气孔和注胶孔,通过高压气体使密封圈膨
胀,进而防止后续注胶过程中胶液向两侧扩散,确保胶液充满环形注胶槽,注胶完成后能够
使焊缝内壁与管道内腔完全隔离,进而提高焊缝内侧的抗腐蚀性能。与现有技术相比,本发
明具有耐腐蚀、延长油气管道使用寿命的优点,可显著降低发生油气管道泄漏的风险、减少
腐蚀维护工作和费用。
附图说明
具体实施方式
具体请求的保护范围进行严格限定。
衬50一端与其中一管道10内壁焊接,该端设置在管道内流体上游段,另一端外环面设有环
形注胶槽53,该端设置在管道内流体下游段,环形注胶槽53两侧具有密封圈54,密封圈54置
于内衬50外环面上开设的环槽541内,内衬50外环面与焊缝对齐位置处设有注胶孔55、溢胶
孔56和充气孔57,内衬50中开设有:第一胶道511,用于连通所述环形注胶槽53和注胶孔55;
第二胶道512,用于连通所述环形注胶槽53和溢胶孔56;以及气道513,用于连通两密封圈54
所在的环槽541和充气孔57;所述两管道10的端部与注胶孔55、溢胶孔56和充气孔57对应位
置处分别设有半圆形缺口;所述高压气源20通过管路与充气孔57连通;所述注胶装置30通
过管路与注胶孔55连通。本发明在焊缝内侧设置内衬50,内衬50与管道10内壁之间形成注
胶区域,为了使内衬50能够轻松插进管道10内,内衬50的外径小于管道10内径,管道10插接
到位后密封圈54处于松弛的状态,本发明在焊缝上预留充气孔57和注胶孔55,通过高压气
体使密封圈54膨胀,进而防止后续注胶过程中胶液向两侧扩散,确保胶液充满环形注胶槽
53,注胶完成后能够使焊缝内壁与管道10内腔完全隔离,进而提高焊缝内侧的抗腐蚀性能。
至70%,垂直喷涂在接缝焊接完成后的焊缝表面,铜镍之间彼此可无限固溶,从而形成连续
固溶体,铜质地较软,因而能够较好的连接焊缝与阳极性金属涂层,同时将焊缝表面不光滑
处进行填充;阳极性金属涂层:锌涂层102,锌为微米级粉末,微米级粉的粒径为40微米到80
微米,喷涂在所述铜镍合金涂层101表面;抗菌性疏水层103,该层为纳米级别的二氧化硅颗
粒,颗粒的最大尺寸在250纳米,并含有质量分数为10%的铬、10%的镍、10%的钼元素,该
层喷涂在锌涂层102表面;抗菌性疏水层103的厚度为200微米;热缩带104,包覆在喷涂完上
述各涂层后的焊缝外侧。本发明同时对焊缝外侧的抗腐蚀工艺进行了改进,其中铜镍合金
涂层101能够增加锌涂层102与焊料之间的结合强度,并且能够将焊接完毕后的焊缝表面缺
陷处进行修复,在其他涂层遭破坏后,能够作为保护层,锌涂层102主要作为牺牲层对管道
10进行阳极保护,而抗菌性疏水层103能够使焊缝与外部水汽隔离,进一步提高抗腐蚀性
能,热缩带104对焊缝进行进一步密封和机械防护。铬元素能够在金属表面形成强力的钝化
膜以保护基质,镍元素释放可以穿透细胞膜的重金属离子干扰细胞代谢过程或通过干扰各
种酶的效力,从而达到抑制细菌的繁殖的效果,钼元素具有硫酸盐还原菌的耐受性,可以抑
制生物膜的生长、可以富集到钝化膜中,以化合物的形式附着到细胞壁上,使细菌破裂死
亡。
气孔57的孔壁上设有螺纹,所述第一胶道511、第二胶道512和气道513开设在内圈51的外环
面上;所述环形注胶槽53的槽底部开设有贯穿外圈52的第一通孔521和第二通孔522,所述
环槽541的槽底开设有贯穿外圈52的第三通孔523,所述第三通孔523沿外圈52周向间隔设
置多个。
胶孔56和第二通孔522对齐;所述气道513包括:环形段5131,与外圈52上远离接缝的一环槽
541对应,并与该环槽541底部的第三通孔523连通;两对称布置的弧形段5132,与外圈52上
靠近接缝的一环槽541对应,并与该环槽541底部的第三通孔523连通;两平直段5133,用于
将两弧形段5132与环形段5131连通,其中一平直段5133延伸至所述充气孔57;所述两弧形
段5132的两端彼此断开,所述第一胶道511和第二胶道512分别从两弧形段5132之间的两处
断开区域穿过。
绑扎在焊缝两侧的管道10上;所述垫块42固定在绑带41上,垫块42朝向焊缝的一端设有坡
面,垫块42设有多个并沿绑带41的长度方向等距间隔设置。热缩带104在收缩以前,其长度
大于管道10外径,因此会向下垂落,若不对其进行支撑则会导致热缩以后各部位厚度不均
匀。
行于管道10轴线的方向与固定部421活动连接,活动部422上转动设置有一螺杆423,螺杆
423转过固定部421上开设的螺孔,螺杆423的端部设有旋钮424。
热,预热温度为80℃‑120℃;
溢出孔溢出时,停止注胶;
形槽实施堆焊焊接;
锌冷喷涂料送粉速率为100g/min至500g/min,送粉距离为30mm至100mm;疏水涂料送粉速率
为30g/min30g/min至50g/min,送粉距离为30mm至60mm;每种涂料喷涂0.5毫米后对外表面
均进行打磨处理,打磨掉0.1毫米至0.3毫米的厚度使得该层表面无明显缺陷,最终得到致
密结构的保护层,并将涂层与管道外部过渡处打磨圆滑平整后进行下一层的喷涂,铜镍冷
喷涂料和镀锌冷喷涂料喷涂完毕后,需要利用火焰喷枪对涂层进行烘烤,使其充分固化后
再进行抗菌性疏水层的喷涂;
然长度大于管道10外径,缠绕热缩带104时应确保热缩带104两侧分别被两热缩带支撑机构
40的垫块42张紧;
视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法,如无
特别说明和限定,均按照本领域的常规手段进行实施。