用于通过金属合金给管加衬里的方法
【技术领域】
[0001]该描述总体上涉及管道(piping)，更具体地说涉及管(pipe)和空腔的加衬里。
【背景技术】
[0002]金属管例如可延展的铁管等可用来输送液体及其他材料。典型地，管可在金属或树脂衬里的模具中使用离心浇铸进行制造。管可设置有保护性的内衬里和外涂层以抑制腐蚀或延长磨损。铁管可具有水泥灰浆的内衬里并可具有外涂层(coating)，该外涂层可包括金属、沥青、油漆等。管的预期寿命取决于一些因素，包括环境的腐蚀性以及在管中流动的材料的磨蚀性。
[0003]加衬里会是希望的以使得会经受腐蚀或磨损的成本有效的管材料可形成支撑结构。然后，更坚韧的但更昂贵的材料或涂层可被涂覆以保护基底材料免遭腐蚀和/或磨损的影响。
[0004]传统的加衬里可以以各种方式施加，包括喷漆、电镀、热浸等。像镀覆(plating)的工艺可具有不利的环境影响，因为镀液处理会是有问题的。因此，会希望能够将金属内部涂层涂覆到管或等同的空心结构，其是环境友好的、有效的、经济的和耐用的。
[0005]在整个行业特别地油气行业中经历的通常的问题已经是保护贵重的工艺设备、密闭容器和管道系统以防暴露到严酷的腐蚀性的操作条件下，以及合适尺寸的加衬里的管的制作。
【发明内容】
[0006]以下示出本公开内容的简化的概要以便提供基本理解给读者。该概要不是本公开内容的广泛的概述并且它不识别本发明的重要/关键要素或者界定本发明的范围。它的仅有的目的是要示出一些在此以简化形式公开的构思，作为稍后提供的更详细描述的序言。
[0007]本例子提供了一种系统和方法，用于通过利用大体上360度能量辐射发出热源来冶金接合一层金属合金或复合材料以为典型地直径为从0.5"到8"范围的钢管或相似的基于金属的管和管材的内表面的形成衬里。这样的一层材料可等同地描述为耐腐蚀合金，耐化学作用的合金，或CRA。所公开的用于制作这样的具有衬里的管的设备和方法尤其对在油气和采矿行业中的热、腐蚀剂和/或磨蚀的流体的运输和/或输送是有用的。
[0008]许多相关特征将更容易被认识到，因为这些相关特征通过参照以下详细描述并与附图结合考虑而得以更好地理解。
【附图说明】
[0009]本描述从以下参照附图阅读的详细描述将被更好地理解，在附图中:
[0010]图1示出一传统的管，其示出来自流过该管的材料引起的内部磨损，或其他的磨损机理；
[0011]图2示出一管道系统，其包括由在此描述的用于给管加衬里的系统和方法制作的加有衬里的管；
[0012]图3是如在此描述的用于制作加有衬里的管的总工艺流程图；
[0013]图4是管准备的子工艺即冲洗和干燥工艺的流程图；
[0014]图5是管准备的子工艺即除腐蚀和除尘工艺流程图；
[0015]图6是CRA材料准备工艺和CRA材料施加工艺的子工艺流程图；
[0016]图7是干燥CRA材料工艺的子工艺流程图；
[0017]图8是CRA材料工艺的熔接和熔融CRA材料的固化工艺的子工艺流程图；
[0018]图9是水压试验和非破坏性评估(NDE)工艺的子工艺流程图；
[0019]图10是示出用来实施在此描述的工艺的各种控制软件模块的方框图；
[0020]图11示出其中用于制作在该申请中描述的加有衬里的管的工艺可被实施的示例性的计算环境；
[0021]图12示出用于混合和输送未固化的衬里材料的设备；
[0022]图13示出用于施加未固化的衬里材料到管的内表面或其他的长型的内表面的设备;
[0023]图14示出用于当衬里材料正在被固化时旋转管的设备；
[0024]图15示出用于在未固化衬里的处理期间和在固化工艺期间旋转管的设备；
[0025]图16示出用于旋转管的设备的端视图；
[0026]图17示出用于固化衬里材料的灯组件的细节；
[0027]图18示出用于控制灯组件和管旋转的系统。
[0028]在附图中相同的附图标记用来表示相同的部件。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图提供的详细描述是用来作为这些例子的描述，并且不是用来示出其中本例子可被构造或使用的仅有的形式。所述描述阐述了所述例子的功能以及用于构造和操作所述例子的步骤的顺序。然而，相同的或等同的功能和顺序可通过不同的例子来实现。
[0030]下面的例子描述了用于给管加衬里的系统和方法。虽然这些例子在此被描述和示出为在管道系统中实施，但是所描述的系统被提供作为例子而非限制。如本领域内的技术人员将认识到的，这些例子适合于应用在各种不同类型的系统例如管，管材及其他的长型的、空心构件。
[0031]如在此使用的“针刺件”指的是用来保持装置在其末端的杆或长型的构件。针刺件允许该装置被插入到管状腔中例如管或类似物的内部，以及被抽出。
[0032]本发明涉及将衬里或包层形式的一层金属合金或复合材料借助于360°能量辐射发出热源冶金接合到直径主要从0.5”到8”的范围的管和管材的内表面。这典型地是比可使用热灯的传统方法来加衬里的直径小得多的直径。
[0033]在示例性的油气行业中，所使用的管和管道系统的内表面经常地暴露到侵蚀性的溶液。高强度的碳钢管经常被使用并且本质上它不耐侵蚀性溶液的攻击并且典型地衬有耐腐蚀的衬里物，该衬里物能够在管或管道系统的整个设计寿命中经得起侵蚀性环境。
[0034]基于聚合物的衬里材料例如环氧树脂，乙烯基酯，和酚醛塑料或化学化合物膜例如EDPM，SBR,和NPR橡胶或HDPE，PVDF，和海拉尔(Halar)类型或相似的塑料被用于许多加衬里的应用。这些材料成本较低，适于应用，并且对于那些耐受能力内的条件和暴露具有可接受的使用寿命。然而，在当前的油气行业装置中，这些以前使用的涂层已经是不能令人满意的，因为需要具有更长期的耐受能力的材料。
[0035]结果，油气行业已经经常使用抗腐蚀钢例如铬镍铁合金625，铬镍铁合金825，和316L不锈钢，用于这些暴露于新的使用条件并且不能在确定期限或定期地被更换或维修/换衬里的管或管道系统。这包括大部分的集油管线，井，立管(riser)，以及许多其他重要的包括许多管线的上游或提炼前的应用。然而，这类管典型地成本超过以前使用的聚合物或化合物膜衬里的碳钢管的4到5倍。
[0036]低成本的替代选择是使用包层的或覆层的高强度碳钢管，具有一层CRA(耐化学品合金)在内表面上以抵抗侵蚀性的使用条件。包层金属层的厚度和碳钢管的厚度和强度由使用环境和设计寿命确定。结果是，显著的成本节省，而与以前使用的管相比性能仅降低很小。
[0037]存在若干用CRA材料给高强度钢管包层或加衬里的方法。一个方法是焊接包层，焊接包层是一种将耐腐蚀和/或耐磨损的金属焊层构建在表面上而不是将两个表面结合在一起的焊接工艺。覆层金属的珠状或薄的迹线(tracks)通过注入粉末流或丝到焊接弧中，产生熔融的覆层金属的金属池，而建立。当焊机往复越过表面时，焊接金属覆层表面得以建立。焊接包层通常特别用于无缝管中。
[0038]由于焊接设备和支持设备的尺寸，管的焊接包层在生产效率上限于8”内径管，但是通常接受的是12”外径管或更大的。(为了成本和制造考虑)由于在焊接包层工艺期间基部到CRA的相互混合/污染，包层的层的一般特定厚度是3毫米。然而，对长期耐用的CRA的可用的厚度大约是I到1.25毫米。
[0039]第二，更经济的工艺是辊压接合，辊压接合是一种这样制作包层板或片的方法:通过热压辊压复合材料的钢板和耐腐蚀材料的板在一起例如铬镍铁合金625，铬镍铁合金825，或316L不锈钢。包层板是通过将两块板材放置在烘箱中而制成的，其中在接近熔融状态下，两块板被辊压在一起，其中固相焊接得以实现。包层板的典型的使用是在压力容器和箱的制造中。当用于管的制造时，辊压接合板被辊压到设计直径和焊缝长度。
[0040]在辊压接合管的制造中，存在若干公认的供给问题。辊压接合管由于在较小直径包层管的形成期间在两种不相似的金属材料之间产生的应力差而典型地限于大直径的场合。进一步地，由两种匹配材料类型组成的焊缝在所述管的整个长度内延伸，其在某些情况下可随着时间推移削弱所述管。
[0041]存在若干其他的工艺例如使用心轴扩展和双金属挤压来机械接合CRA衬里物。
[0042]因此，通常的局限性在于有效地和/或有生产效率地给较小直径的管包层或加衬里的能力。被分类为8”直径的小直径管以及主要用在6”直径到2.5”直径之间的更小直径的管被提出。在此描述的例子可允许以前不能经济地制作的各式各样的管的经济且有效地加衬里。
[0043]图1示出一传统的管，其示出由于由材料流过所述管引起的内部磨蚀和磨损导致的磨损。典型的管材料可以是铁，钢，铜等。这些材料趋向于是经济的，并且容易与之工作。然而，这样的传统的管102可暴露到流过它或容纳在它内部的材料104，该材料会是磨蚀的，腐蚀的或反应性的等。随着时间推移，材料104可引起对管102的内表面106的腐蚀或削弱。腐蚀106可引起管壁的脆弱，其可导致管的损坏例如由管中的不断侵蚀的孔洞或替代地由管102中的压力引起的在管壁中的凸起，裂缝或孔洞108。
[0044]较低反应性的，或更耐用的管102材料可被使用。然而，替代的材料会是昂贵的，或者不具有管102的机械灌注所需要的希望的特性。在提供大体上具有管102的机械和经济方面的优点但耐磨损腐蚀等的管道的努力中，可使用耐用的、无腐蚀性等的管衬里。
[0045]图2示出包括由在此描述的给管加衬里的系统和方法制作的加有衬里的管的管道系统。多个管202可典型地使用多个装配件例如凸缘、耦接器等而结合到示例性的管道系统中。示例性的弯头204可通过焊接、熔接、MIG焊接、TIG焊接、激光焊接、摩擦焊接、铜焊而被结合210到管，或者可通过机械手段例如螺纹耦接件等实现。
[0046]管202和各种示例性的装配件204典型地包括相对便宜且耐用的基底材料208以及非反应性的，或者更耐用的衬里206例如由在此描述的为管加衬里的系统和方法制作的衬里。衬里206保护管的基底材料208使之免受可由材料212流过管道系统引起的磨蚀、腐蚀或其他的不利影响的影响。即使衬里的使用大体上降低了加有衬里的管的成本，但是仍会期望以优选改进加有衬里的管的质量的经济的方式制作这样的管和管道系统的部件。
[0047]管可通过施加半流体材料或糊状物到管的内部并且熔化它到该管来加衬里。如在此提供的，使用这样的冶金接合的金属合金或复合材料到空心构件例如管衬里的内表面可通过减小该衬里的厚度以及由于环境暴露对管材的损耗来提高管或构件的性能。如上所述的这样的厚度损耗，或磨损等，可由于泄漏，裂缝等引起管失效。因此，如在此描述的所施加的冶金接合的金属合金或复合材料将趋向于能容忍由运输和安装引起的处理引起的损坏。
[0048]如在此描述的金属合金或复合材料的冶金接合允许各段或各个长度的管材被结合以使得所生成的部分提高管或空心构件用于其它场合