用于涂覆管道的系统和方法

专利名称：用于涂覆管道的系统和方法
技术领域：
本发明涉及管道涂覆，并且更具体地涉及用于涂覆和/或更新退化或 有凹坑的管道以延长管道寿命并且提高性能的系统和方法。
背景技术：
金属管道具有用于多种工业用途的很多不同应用。金属管道的一 种示例用途在于热交换器体系中。在热交换器中的管道中或者上面流 动的流体或气体根据需耍提供加热或冷却。 一种这样的热交换器应用 形式为冷凝器。冷凝器通常用于冷却在热交换器管道上流经的流体， 该管道具有流经其中的冷却水。冷凝器管道的腐蚀、退化、侵蚀、锈 斑和污垢对于热交换器设备的有效性具有重大影响。此外，维护费用、 水、化学药品、更换成本以及用于维修的停机时间是涉及冷凝器或热 交换器中的管道性能的其它问题。
在热交换器体系中的管道的目的在于在冷却介质(通常形式为水) 和加热的流体之间提供阻挡层并且促进热传递。随着时间，管道内表 面生锈或腐蚀，并最终开始泄漏并不能再用作有效阻挡层。
在防止或延迟在管道中形成凹坑或侵蚀的尝试中，使用环氧树脂
涂层和其它修复化合物。特别地，涂层用于在进口端处保护铜基合金 管道内部，在此处湍流与夹带的固体一起可加速侵蚀。向管道中延伸 三英寸到二十四英寸的涂层已被成功用于防止在该区域中的退化。
此外，最近的方法包括涂覆管道的整个长度。因为涂层经常显著 减轻管道内表面的污垢和腐蚀，涂层管道的长期性能最终要好于无涂 层管道。与使用涂层有关的一个潜在副作用是热传递随着不同涂层特 性而改变的程度。各种因素将影响涂层影响热传递的程度，例如但不 限于涂层热传导性、在涂层和管道之间的界面效应、在多个涂层之间 的界面效应、层流效应、污垢效应以及涂覆厚度。除了树脂和填料混 合物中的集合程度如何，涂层热传导性是树脂和填料混合物的一个因 素。界面效应是涂层可润湿性和涂覆参数例如温度、湿度、灰尘控制 以及多个涂层等的函数。此外，涂层涂覆厚度随着涂层数目改变。更 具体地，传统上的两个涂层已被施加到管道内部，然而， 一个涂层是 优选的，因为降低了厚度和材料成本。全长度管道涂层目前一般使用 喷射过程进行涂覆，结果涂层厚度在2密耳到5密耳的水平。这种厚
度能够降低热传递能力，在考虑污垢因素之前，在15%-38%的范围中
将其降低。
一旦管道被用于热交换器中，它们形成保护性氧化物层并且开始 形成污垢。如果污垢速率较快，则管道性能快速退化。根据设计清洁 度设定和管道可用容量，这种性能退化在一定程度上是可接受的，直 至当热交换器需被净化或管道最终被更换时。涂层可防止氧化物形成 并且还降低了产生污垢的速率。
与热传递管道的热传递特性和和整体性能的退化有关的一个重要 问题涉及由于管道内表面腐蚀而产生的针孔或凹坑的效应。目前，用 于管道的普通材料包括铜合金、不锈钢合金以及钛合金和碳钢。这些 管道通过在其预定应用中形成钝化薄膜而工作。当钝化薄膜破裂时， 腐蚀发生。设于管道内表面上的涂层可以消除形成钝化层的需要。

发明内容
需要改进涉及向管道内表面涂覆涂层的系统和方法以提供保护性 涂层和维修或更新腐蚀的或有凹坑的管道内表面。本发明涉及解决该 要求的进一步的方案。
根据本发明的一个方面，用于向管道涂覆涂层材料的清管器装置
(pig device)包括主体部分。涂覆器置于主体部分的第一端部处。端 部凸缘置于主体部分的第二端部处。该涂覆器构造成将涂层材料分布 到管道上，并且端部凸缘构造成从管道擦拭多余的涂层材料，从而在 管道内表面上形成涂层。
根据本发明的方面，该清管器装置构造成使用推进剂而被吹动通 过管道。涂覆器和端部凸缘构造成施加基于环氧树脂的涂层。清管器 装置的表面适于控制涂层材料的涂覆。
根据本发明的一个实施例，涂覆管道内表面的方法包括在管道中 提供涂层材料。清管器装置设于管道中，定位成推动涂层材料通过管 道。清管器装置被推进通过管道以施加涂层材料从而形成涂层。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于涂覆管道内表面的系统、 方法和装置，其中使用推进机构沿着管道长度驱动清管器装置。该推 进机构可采取多种形式，包括压力差或机械装置。随着该清管器装置 通过管道进行推进，由此沿着管道内表面提供涂层。被施加的该涂层 可以具有均匀厚度并且可对管道热传递特性具有最小的影响。被施加 的该涂层可填充管道中的侵蚀元素、更新管道的己退化区域、扩展和 桥接管道中的裂缝或可用于沿着管道内表面提供均匀涂层，其中管道 材料被封装。
根据本发明的一个实施例，用于涂覆涂层的清管器装置可构造成
使用可压縮材料制造涂覆器或可选地利用不可压縮材料制造涂覆器。 在一个实施例中，该可压縮涂覆器的尺寸使得在向清管器装置应用推 进机构时，涂覆器压缩。在另一实施例中，不可压缩涂覆器还可含有 与涂覆器关联的多个脊和肋。
附图简要说明
参考下面的描述和附图可以更好理解本发明的前述特征和优点以
及其它特征和方面，其中


图1A是根据本发明一个方面的清管器装置的透视图1B是根据本发明可选方面的清管器装置的透视图2是根据本发明一个方面的清管器装置的另一透视图3是根据本发明一个方面的清管器装置的端帽的透视图4A是根据本发明一个方面的用于管道中的清管器装置的概略
示意图4B是根据本发明另一方面的用于管道中的清管器装置的概略 示意图5A、 5B、 5C、 5D和5E是根据本发明一个方面的在使用中的 清管器装置的概略示意图6是示意根据本发明的一个方面的使用清管器装置的一种方法 的流程图；以及
图7A、 7B、 7C、 7D、 7E和7F是根据本发明方面的可选清管器 装置实施例的透视示意图。
具体实施例方式
本发明的示意性实施例涉及用于涂覆和/或更新管线或管道例如 热交换器管道的内表面的系统和方法。该系统和方法包括提供清管器 装置，该装置构造成以选定量的涂层材料而被插入管道中。该清管器 装置被压缩空气推动通过管道。当清管器装置沿着管道内表面行进时， 清管器装置输送涂层材料并且向管道内表面涂覆涂层材料以形成涂 层。如果在管道内表面上存在凹坑或其它退化或侵蚀元素，则涂层填
充这种元素以维修或更新管道表面。该清管器装置可用于现场涂覆， 其中热交换器管道处于其已被安装的构造中。可选地，可以使用相同 装置和方法在制造环境中涂覆管道，其中管道被制造用于最终安装到 热交换器中，或用于要求涂覆管道的某些其它应用。
图1到7F，其中相同的部件利用相同的参考数字表示，示意出根 据本发明的用于涂覆涂层和/或维修管道内表面的系统和方法的示例性 实施例。虽然参考如在图中示意的示例性实施例描述本发明，应该理 解很多可选形式可以体现本发明。本领域普通技术人员还将理解以仍 然保持本发明精神和范围的方式改变所公开实施例的参数的不同方 式，这些参数例如尺寸、形状或者元件或材料类型。
清管(pigging)技术属于流体力学、管线技术和化学工程的范畴。
清管技术的一般定义是通过管线推进可移动插塞式清管器，该清管器 可在管线或管道中执行某些活动。清管技术可被用于例如使用刷子以 机械方式净化管线，或者使用摄影机以检查管线或管道的内部状态。 在清管时，管线中的物质被称为清管器(pig)的密配合插塞推动，其 n的是从管线将该物质几乎完全地移除。该清管器被气体或液体推进 剂推进通过管线。该清管器可为球形的、细长的或由多个部件构成。
该清管器关于管线形成过大尺寸；因此，管线在清管器前面和后面被 密封。这使得清管器被气体或液体推进剂驱动通过管线。最经常使用 的气体是压缩空气，并且液体可以是水或清洁剂或产品。
应该指出，下面的描述使用热交换器做为用于要求本发明功能的 管道的示例性体系。然而，本领域普通技术人员可以理解热交换器管 道仅是具有流经其中的流体并且耍求涂覆或维修管道内表面的管道结 构的一个示例应用。相应地，本发明不限于用于热交换器管道，而是 可用于在多种不同体系中并且具有多种不同功能的多种不同类型的管 道。实施本发明的最终目的在于实现被涂覆和/或被维修或被更新的管 道内表面。因此，本发明可被用于要求这种服务的任何应用中。
图1A是根据本发明一个实施例的清管器装置IO的透视示意图。 如图所示，清管器装置IO是基本柱形的，用于通常构造的柱形管道中。 然而，本领域普通技术人员可以理解具有圆形截面的该柱形形状可根 据具体应用而改变，例如正方形、长方形或其它截面可由本发明使用。 本发明因此不限于基本柱形的形状。
清管器装置10由主体部分12形成，该主体部分在一端处具有带 凸缘的端部14。该凸缘端部14提高了清管器装置IO在凸缘顶端处的 直径尺寸以执行如将在后面描述的擦拭功能。在与凸缘端部14相对的 端部处，主体部分12支撑涂覆器16。涂覆器16可根据需要采用多种 形式以用于涂覆涂料，包括在图1A中示意的可压縮海绵状布置。在可 选实施例中，如图1B示意的，涂覆器16'可以是刚性的基本圆盖形状 的端帽，其尺寸适于插入欲被涂覆的管道中。涂覆器16和16'可由多 种不同材料制成，包括但不限于塑料、合成物、聚合物、橡胶等。而 且，涂覆器可具有与涂覆器16、 16'有关的各种物理特性，包括根据 图1A实施例的被稍微压縮从而插入管道中的能力。在可选实施例中， 如图1B示意地，涂覆器可由不易于压縮的致密材料制造。本领域普通 技术人员易于认识到，存在与涂覆器16、 16'有关的多种不同的物理 特性，其中这些物理特性由管道结构和涂层涂覆要求决定。如将在后 面描述地，在用于施加涂层和/或维修管道中的凹坑或侵蚀元素的过程 的第一步骤中，涂覆器16、 16'将涂料涂布到管道内表面上。
图2是以不同角度示出的图1清管器装置10的透视示意图。如图 所示，清管器装置IO被示为不具有中空内腔。然而，本领域普通技术 人员将理解清管器装置10的主体部分12的主耍目的在f提供种可 被推动通过管道，不会在管道中堵塞，并且根据需要适当的涂布涂料 的结构。因此，本发明不限于实心结构，或者甚至限于被封装的结构， 而是可以在清管器装置10中具有中空内腔以改进性能。主体部分12 可由多种不同材料制成，包括但不限于塑料、合成物、金属、聚合物
材料及其组合等。
图3是清管器装置10的涂覆器16'部分的透视示意图。该图中的
涂覆器16被提供用于示意性的目的。在该图3中，详细示出的涂覆器 16与图1B所示的涂覆器16'相同。本领域普通技术人员易于认识到， 如前所述，涂覆器可采取多种形式和形状，并且利用多种兼容材料制造。
在该实例中，涂覆器16'是独立于清管器装置IO的主体部分12的 构件。然而，涂覆器16'和主体部分12可为单一构件，如本领域普通 技术人员可以理解地。图3的涂覆器16'具有多个特征，其中之一在于 从圆盖基部向圆盖顶端部分延伸的一系列的或多个肋40。肋40在圆盖 顶端变尖从而以与圆盖顶部齐平的方式终止。然而，这种变尖对于实 现该装置而言不是必需的。
图4A是前面在图1B中示意的在插入管道18或管线之后的清管 器装置10的概略示意图。为了明晰起见，图1B的清管器装置IO和联 结的涂覆器16'被用于示意清管器装置IO当位于管道18或管线中时的 定向。然而，该实施例不以任何方式限定，本领域普通技术人员易于 认识到，多种清管器装置和相关涂覆器能够类似地位于管道18或管线 的内部区域中。例如，如图4B所示意地，图1A的清管器装置10和相 关涂覆器16易于被插入管道18中以施加涂料。
管道18能够以多种不同材料，例如金属、塑料、合成物、陶瓷、 合金等制成。然而在热交换器管道的情形中，目前使用的最普通的材 料是铜合金、不锈钢或钛合金。管道18具有由管道18的壁形成的内 表面20。在所示意的示例中，管道18具有侵蚀元素22 (例如，凹坑、 退化、侵蚀、腐蚀、针孔等)。侵蚀元素22代表能够在热交换器或其 它管道中随着时间发生的缺陷的类型。所述侵蚀元素能够降低管道18 进行热传递的效率和效果，并且能够最终导致形成泄漏处以及流体的
交叉污染(从热交换器内部和从热交换器外部)。相应地，经常期望维
修这种侵蚀元素22，或最终将含有这种侵蚀元素22的任何管道更换以
保持管道性能。
参考图3，涂覆器16的刚性圆盖形状便于均匀地分布在管道18 或管线中施加的涂料，这将在后面描述。然而，本领域普通技术人员 易于理解，多种可选涂覆器16设计可适用于本发明，其中与在这里示 意的涂覆器相比这些可选涂覆器采用不同形状或利用不同材料制造。
涂覆器的肋40提供当其行进通过管道18时定中和稳定清管器装 置10的功能。肋40的尺寸和大小适于接近清管器IO的有效直径，该 有效直径稍小于管道18的内径。例如，根据本发明的一个示例实施例， 通过一个肋40的深度并且继续沿着涂覆器16的剩余直径所取的有效 直径测量值比管道18的内径大致小0.4毫米。本领域普通技术人员将 理解0.4毫米的准确尺寸不是限制性的尺寸。事实上，肋40和涂覆器 16的大小使得涂覆器16能够滑动通过管道18而不会被摩擦地楔入管 道18中。类似地，涂覆器16的有效直径应该足够大以提供稳定性和 防止清管器装置IO在管道18中摇晃。
在示例性实施例中，肋40如此定位，从而没有两个肋是沿直径方 向相对的或者基本沿直径方向相对的。该特征通过围绕圆盖周边均匀 间隔地定位奇数个肋40而实现。然而，可以设置偶数个肋40，并且在 肋40之间具有不同间距从而实现没有任何两个肋沿直径方向相对的或 者基本沿直径方向相对的相同效果。如果两个肋是沿直径方向相对的， 则涂覆器16的有效直径可在相对肋40的位置处显著增加(有效直径将是涂覆器直径与两个肋的深度/厚度的总和)。如果两个肋40是沿直径方向相对的，则这种布置增加了清管器装置IO将在管道中停滞的可 能性，如果例如一个肋通过管道内表面上的突出缺陷，该突出缺陷将 沿直径方向相对的肋压靠到管道的相对壁上，因此摩擦地阻止清管器 装置10移动通过管道。以沿直径方向相对的构形定位肋40降低了这
种情况的可能性。
涂覆器16'还具有唇突42，它从主体部分44向外延伸。唇突42 延伸用于围绕圆盖基部的涂覆器的周边。唇突42的尺寸和大小适于邻 接清管器装置10的主体部分12，从而当涂覆器16被置于清管器装置 的主体部分12中时，主体部分12的表面与唇突42齐平。这种构造沿 着清管器装置IO的外侧形成基本光滑的表面，因此避免涂层材料在涂 覆器16'和主体部分12之间相交处聚集。而且，涂覆器16'可由可压縮 材料制造从而当在清管器装置IO上应用推进力时，涂覆器16'可被压 缩以允许涂层超过涂覆器16'。
涂覆器16'的主体部分44的直径尺寸和大小适于紧密地配合在清 管器装置10的主体部分12的内部空腔中。为便于结合涂覆器16和主 体部分12，平面46设于涂覆器16的一侧上。平面46使得当涂覆器 16与主体部分12装配到一起时停留在清管器装置IO的主体部分12中 的任何空气泄漏。因此，涂覆器16'更易于被安装在清管器装置10的 主体部分12中。
如上所述，涂覆器16'的主体部分44紧密地配合在清管器装置的 主体部分12中。这种配合可以是摩擦配合，将部件保持在一起。可选 地，可以使用粘结剂或其它机械粘接方法，如本领域普通技术人员可 以理解地，以将涂覆器16'联接到清管器装置10的主体部分12。
图5A、 5B和5C示意出清管器装置10在被用于管道18，并且还 示出通过使用本发明而实现的最终维修结果。在图5A中，使用带有肋 的实心涂覆器的清管器装置IO被示为位于管道18的一端处。如上所 述，使用带有肋的实心涂覆器16、 16'仅被用作本发明的示意性实例。 本领域普通技术人员易于认识到，多种可选涂覆器布置可被直接用于 本发明。这些适当的可选涂覆器16、 16'设计和材料选择可基于多种 因素，包括但不限于管道内径、所用涂层、预计涂层厚度以及将由清
管器装置10经历的管道18的长度。
在将清管器装置IO插入管道18中之前，将选定量的涂层材料24 置于管道18中。可选地，涂层材料24可被置于清管器装置IO的涂覆 器16的端部上。所提供的涂层材料24的数量依赖于多个因素，包括 欲被涂覆的管道18的长度、涂层厚度、用于分布涂层材料24的清管 器装置IO的特定构造、环境(例如湿度和温度)、涂层材料24的类型 和相关涂层特性(例如粘度)等。形成涂层材料24的材料实例包括但 不限于环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯、聚酯、氨基甲酸酯、其它聚 合物，以及其它涂层材料。所使用的涂层材料的具体类型将主要依赖 于涂层的目的及其在其中被施加和被保持的环境，如本领域普通技术 人员可以理解地。例如，涂层材料可含有多种添加剂以改进管道性能 或减少其它问题。适当添加剂的非完全的列表包括腊、硅树脂和其它 干润滑剂例如二硫化钼。
而且，为了抑制生物沿着管道内表面的生长，各种除藻剂、生物 杀灭剂和杀真菌剂可被添加到涂层以杀灭或抑制这些生物的生长。生 物例如藻类、真菌类、细菌和其它微生物沿着管道内表面的生长可导 致在管道表面上形成污垢以及在管道中形成障碍物。污垢和障碍物例 如能够降低管道中的热传递以及限制或抑制流体流动。而且，存在的 生物生长可进一步引起沿着管道壁的各种类型的腐蚀，由此导致管道 退化和最终失效。将除藻剂、生物杀灭剂和杀真菌剂引入涂层材料中 由此用于防止或减少这些问题。用于抑制生物生长的适当物质包括但 不限于邻苯基苯酚(OPPS);异噻唑啉酮类化合物(例如2-正辛基-4 异噻唑啉-3—酮(OIT);胍和双胍；氨基甲酸盐和二硫代氨基甲酸盐；吡啶硫酮铜、吡啶硫酮钠、吡啶硫酮锌；苯并咪唑；n-卤代烷基硫代化合物；1-(3-氯烯丙基)3，5，7-三氮杂-l-氮鑰金刚烷氯化物；四氯间苯 二甲腈；顺式[l-(3-氯烯丙基)-3，5,7-三氮杂-1-氮鎗金刚烷]氯化物和 2，2-二溴-3-氰基丙酰胺(DBNPA);和季铵化合物。
而且，本发明涂层材料可具有不同的粘度。不象传统涂覆方法， 其中使用溶剂使得涂层材料是足够稀薄的，本发明涂层可在非稀薄的 高粘度状态中使用。使用稀薄化溶剂有助于现有涂料在整个管道中流 动并且便于控制固化时间特性。在利用稀薄涂料涂覆管道之后，需要 等待溶剂从涂层材料蒸发以使得涂料固化。由于热交换器管道具有很 低的直径和长度比以提高用于热传递的表面面积，这种有限空间经常 使得溶剂难以迁移。进一步加重这种困难的是在管道壁中的任何凹坑， 该凹坑可被溶解的涂料填充，由此一些溶剂可积聚在这些凹坑中的可 能性被大大提高。
相反，由于本发明中的涂料被推动通过管道，具有更高的初始粘
度的涂料可在非稀薄状态中使用。例如，易于使用具有100000cps或更
高的粘度的涂料。鉴于此，涉及非充分的溶剂去除的危险被消除。
如图5B所示，清管器装置IO在箭头A的方向中被沿着管道18 推动，在后面形成涂层26，该涂层由涂层材料24的薄层形成。清管器 装置IO通过管道18的方向对于实施本发明而言是不重要的，只要清 管器装置10利用涂覆器16、 16'引导。为了描述清管器装置10的作 用，提供下面的内容。涂层材料24围绕涂覆器16、 16'聚集。这种作 用是由于当该装置行进通过管道18时推动涂层材料24进入清管器装 置10中的曳力和摩擦力产生的。当清管器装置IO移动通过管道18时， 在一个实施例中的涂覆器16的肋40之间的空间使得一定量的涂层材 料24绕过涂覆器16并且沿着清管器装置10的主体部分12，在凸缘端 部14之前在主体12和管道18内表面20之间积聚。当清管器装置10 继续沿着箭头A的方向移动时，凸缘端部14到来并且擦拭涂层材料 24以形成涂层26。在另示例性实施例中，当清管器装置10移动通 过管道时，涂覆器16压缩由此允许涂层材料通过由涂覆器限定的区域。
通过结合涂覆器16、 16'对于被引入主体部分12之间的区域中 的涂层材料24的初始量的控制以及带凸缘端部14擦拭内表面20的作
用而实现了涂层材料24的均匀分布。如前所述，本领域普通技术人员
易于认识到涂覆器16和16'可采用多种形式并且利用多种材料制造。 无论材料选择或涂覆器16形式如何，涂覆器应该能够使得预定量的涂 料通过涂覆器16、 16'并且进入由主体部分12和带凸缘的端部14所
限定的区域中。
在存在侵蚀元素22的情形中，清管器装置10可被用于提供涂料 补丁 28。简言之，涂层材料24被涂覆器16、 16'控制到如此程度， 从而可以获得足够的数量以填充凹坑或缺陷形式的侵蚀元素22，当其 存在于管道18中时并且当清管器装置10经过该凹坑或缺陷时。当清 管器装置10经过侵蚀元素22时，涂层材料24填充任何孔隙。然后当 带凸缘端部14经过侵蚀元素22时，任何多余的涂层材料24被擦掉以 留下足够的材料从而形成涂料补丁28，从而填充侵蚀元素22。在侵蚀 元素22的每一侧上的区域中，涂料26被施加到内表面20。
根据一个示例，推进机构例如压縮气体或液体可被用于沿着管道 18的长度推动清管器装置10。在示例性实施例中，该推进机构施加在 清管器装置10的带凸缘的端部14。当施加推进机构时，清管器装置 IO被驱动通过管道18以到达远端部。根据具体管道构造，清管器装置 IO能够通过连接器继续到达另一管道，或者可选地离开管道18。本领 域普通技术人员可以理解用于沿着管道18的长度驱动该清管器装置10 的推进机构可采用多种形式。这种推进机构包括但不限于压縮气体、 液体等、压力差例如真空以及可被用于手工地推动清管器装置10通过 管道的杆状结构。申请人已经发现压縮推进剂在此情形中是最为有效 的；然而其它推进装置或作用力可被用于移动清管器装置IO通过管道。
此外，清管器装置10可通过线绳被拉动通过管道18，例如由任 何数目的不同材料制成的金属丝、线、带、杆等，这些材料包括合成 材料、非合成材料、金属、塑料、合成物、织物、无纺织物等。相应 地，本发明不限于用于拉动清管器装置IO通过管道18的装置的具体
材料或结构。可选地，负压差可被用于沿着管道18的长度拉动清管器 装置10。
使用清管器装置10为使用者提供对所形成涂层26的尺寸的增加 的控制。更具体地，清管器装置10，通过改变这种部分例如涂覆器16、 16'和端部凸缘14，能够适于特殊地形成一种具有预定的和基本一致 厚度和分布的理想涂层。例如，涂覆器16、 16'的材料、尺寸或形状 可被改变以使得选定量的涂层材料绕过以用于涂覆。此外，主体部分 12的直径或宽度可被改变以控制被暴露于端部凸缘14的涂层材料24 量。此外，端部凸缘14以及主体部分12的尺寸和形状可被改变以控 帝iJ被沉积到内表面2 0上的材料分布和数量。
清管器装置10的构造以及端部凸缘14的擦拭作用，使得能够显 著改进对涂层26分布和厚度的控制。根据本发明的一个实施例，使用 本发明的清管器装置10可以实现具有在低于0.25密耳的厚度水平上的 涂层。这使得能够提供一种涂层，在其中涂层覆盖内表面的缺陷区域 的位置处对管道热传递特性具有显著降低的影响，同时还维修凹坑和 其它侵蚀元素22。因此，在存在缺陷的管道上使用本发明的清管器装 置10的总体效果在于，提供与以前的工艺相比厚度更小的涂层，具有 最低的热传递影响，但是具有改进的耐用性和抑制腐蚀和其它污垢或 退化元素的能力。在具有降低管道性能的侵蚀元素22的管道上使用本 发明的清管器装置IO的总体效果在于维修和更新管道以将管道恢复到 显著改进的状态，延迟关闭系统和更换管道的需求。而且，本发明能 够用于涂覆不遭受侵蚀元素或污垢的管道18，其中所形成的涂层具有 最小的厚度。使用本发明的这种均匀涂覆在工业应用中是有益的，其 中用于制造现有管道的材料与所提出的用于现有管道中的流体不相 容。在制冷环境中，例如，运行状态中的普通铜制热交换器可使用本 发明进行涂覆从而薄涂层被均匀施加到热交换器管道内部的所有区 域。该均匀涂层沿着管道内部覆盖所有的暴露铜表面。这这种涂覆之 后，现在可以使用在其它情形中与铜管不相容的制冷剂，因为热交换
器管道的内部不再具有任何暴露铜的区域。本领域普通技术人员易于 认识到，这只是使用本发明以提供与由该管道容纳的预期工作流体相 容的管道内表面的示意性实例。这种实例显然不是用于穷尽使用再涂 覆管道的潜在应用。
图5D和5E示意出当利用可压縮涂覆器16时的清管器装置的可 选实施例。该示意性实例是本发明可选实施例，并且不是用于限制本 发明的范围。在图5D中，清管器装置IO被示为处于管道18的一端， 其中选定量的涂层材料24已被置于管道18中。如前所述，所提供的 涂层材料24的数量依赖于与具体应用有关的多个因素。
如图5E所示，清管器装置10在箭头A的方向中被沿着管道18 推动，在后面形成均匀的涂层26。在该实施例中，涂层材料24围绕涂 覆器16聚集。这种作用是由于当该装置行进通过管道18时推动涂层 材料24进入清管器装置10中的曳力和摩擦力产生的。当清管器装置 10移动通过管道18时，该实施例的涂覆器16充分收縮或压縮以使得 一定量的涂层材料24绕过涂覆器16并且沿着清管器装置10的主体部 分12，在带凸缘的端部14之前在主体12和管道18内表面20之间积 聚。当清管器装置10继续沿着箭头A的方向移动时，凸缘端部14到 来并且擦拭涂层材料24以形成涂层26。使用如在该实施例中示意的可 压縮涂覆器16，以及图5A的带有肋的刚性涂覆器不是可能的涂覆器 实施例的穷尽列表。本领域普通技术人员易于认识到，多种可选涂覆 器16实施例可用于本发明。这些可选实施例可采用多种形式或形状， 并且可由适于涂覆涂料的多种材料构造。
图6是示意使用根据本发明实施例的清管器装置IO的一个示例性 方法的流程图。涂层材料24和清管器装置IO被提供于管道18的内部 中(步骤100)。提供推进剂，吹动清管器装置IO通过管道18 (步骤 102)。当清管器装置IO沿着管道18行进时，涂层材料24沉积在管道 18的内表面20上以形式涂层26 (步骤104)。如果需要，可重复该过
程以提供另外的涂层材料24层(步骤106)。应该指出，如果施加另外 的涂层材料24层，则这些层可由不同类型的或者与初始涂层材料24 相同的涂层材料24形成。此外，如果重复该过程，可以使用具有不同 特性或特征的不同的清管器装置10，以形成具有不同特性的涂层。而 且，根据涂层材料24，可能要求一定时间以使得涂层固化。
图7A-F示意了清管器装置10的形式为清管器装置10A-1OF的多 个示例性的可选实施例。清管器装置10A和IOD具有另外方面的纵向 表面特征30。清管器装置10B和10E具有另外方面的纵向表面特征 32。添加纵向表面特征30和纵向表面特征32用于代表多种不同的可 选实施例，其中主体部分12的表面被改进以利用清管器装置影响涂层 材料24的分布。本领域普通技术人员可理解除了其它未被具体描述示 意地情形，表面特征、涂覆器布置(即形状、材料选择和可压縮性) 的不同定向和结合根据本发明是可能的。相应地，本发明不仅限于所 示意的实施例。
在图7C和7F中，清管器装置10C的端部凸缘34具有多个谷部 36。当凸缘34经过涂层材料24时，在凸缘34中的谷部36在形成于 管道18的内表面20上的涂层26中形成脊。如本领域普通技术人员可 以理解地，基于凸缘形状，在涂层26中形成的具体图案可以改变。这 种凸缘34是有用的，如果清管器装置将多次经过。涂层材料24的第 -次涂覆可具有以预定的脊图案沉积涂层材料24的基本目的，而随后 当清管器装置经过时可以平滑处理，或以其它方式改进所形成的涂层。 可选地，如果这种脊或图案是理想的，则在涂层中形成的脊或其它图 案可形成涂层的最终结构。
清管器装置10的初步使用以在管道18中提供涂层可形成大致 0.25密耳到1密耳厚度的涂层，这对内表面20提供了一致性的覆盖。 对涂层管道的热传递分析揭示出对热传递特性的最小影响。通过使用 清管器装置IO和环氧树脂涂层以利用耐用补丁修补凹坑，具有一个或
多个凹坑的管道被快速维修，因此延长了管道的工作寿命。
相应地，本发明可用于使用该清管器装置以施加涂层或涂层补丁 从而能够显著改进对管道内表面上的涂层分布和厚度的控制。现有方
法所形成的最小涂层厚度从2密耳到5密耳，而本发明可实现在0.25
密耳到1密耳的水平上的更薄的涂层。因此，所形成的涂层对于管道 的热传递特性具有更低的负面效应。此外，如果需要更加耐用的或更 厚的涂层，则清管器装置可多次通过管道以提供涂层。形式为气体或 液体的压缩流体快速推进清管器装置通过管道，从而高效地向内表面
施加涂层。
根据前面的描述，本发明的多种可选实施例对于本领域普通技术 人员是明显的。相应地，该描述应被理解成仅是示意性的并且用于向 本领域普通技术人员提供用于执行本发明的最佳方式。结构的细节可 在不背离本发明精神的前提下明显地改变，并且在所附权利要求的范 围中的所有改进的专用性被保留。本发明旨在仅由所附权利要求和适 用法律条款所要求的程度而被限制。
权利要求
1. 一种用于向管道涂覆涂层材料的清管器装置，包括主体部分；设置在主体部分的第一端部处的涂覆器；设置在主体部分的第二端部处的端部凸缘；其中该涂覆器构造成将涂层材料分布到管道上，并且端部凸缘构造成从管道擦拭多余的涂层材料，从而在管道内表面上形成涂层。
2. 根据权利要求1的清管器装置，其中该清管器装置被构造成使 用推进机构而被沿着管道长度驱动。
3. 根据权利要求2的清管器装置，其中该推进机构使用压力差或 机械装置中的一种而沿着管道长度驱动清管器装置。
4. 根据权利要求2的清管器装置，其中用于推进的机械装置是拉绳。
5. 根据权利要求3的清管器装置，其中该推进机构是压縮流体。
6. 根据权利要求1的清管器装置，其中该清管器装置的表面的尺 寸和定向被设置成用于控制涂层材料的涂覆。
7. 根据权利要求1的清管器装置，其中该涂覆器是可压縮涂覆器。
8. 根据权利要求1的清管器装置，其中该可压縮涂覆器使得涂料 能够经过该可压缩涂覆器的区域。
9. 根据权利要求1的清管器装置，其中该涂覆器是不可压縮涂覆器。
10. 根据权利要求9的清管器装置，其中多个肋被关联到该不可压縮涂覆器。
11. 根据权利要求10的清管器装置，其中关联到该不可压縮涂覆器的肋使得涂料能够经过该不可压縮涂覆器的区域。
12. 根据权利要求1的清管器装置，其中所施加的涂料是环氧树脂、 酚醛树脂、乙烯基酯、聚酯、氨基甲酸酯或聚合物中的一种。
13. 根据权利要求1的清管器装置，其中所施加的涂料包括用于涂覆管道的添加剂。
14. 根据权利要求13的清管器装置，其中该添加剂是生物杀灭剂、 杀真菌剂或除藻剂中的一种。
15. —种用于涂覆管道内表面的系统，包括 具有主体部分的清管器装置；设置在第一主体部分的端部处的涂覆器； 设置在主体部分的第二端部处的端部凸缘；其中该涂覆器构造成将涂层材料分布到管道内表面上，并且端部 凸缘构造成从管道擦拭多余的涂层材料，从而在管道内表面上形成涂层。
16. 根据权利要求15的系统，其中当被施加到管道时所形成的涂 层具有均匀厚度。
17. 根据权利要求15的系统，其中所形成的涂层被选择从而对管 道的热传递具有最小的影响。
18. 根据权利要求15的系统，其中所形成的涂层填充管道中的腐蚀元素。
19. 根据权利要求15的系统，其中所形成的涂层桥接管道中的裂缝。
20. 根据权利要求15的系统，其中该涂覆器利用不可压缩材料制造。
21. 根据权利要求15的系统，其中该涂覆器利用可压缩材料制造。
22. —种用于涂覆管道内表面的方法，包括 将涂层材料引导至管道内表面；将清管器装置置于管道中，该清管器装置的尺寸和定向被设置成 用于向管道内表面提供均匀的涂层；以及使用推进机构以沿着管道长度驱动该清管器装置从而在管道内表 面上形成均匀的涂层。
全文摘要
本发明涉及管道涂覆，并且更具体地涉及用于涂覆和/或更新退化或有凹坑的管道以延长管道寿命并且提高性能的系统和方法。使用该系统和方法，薄涂层被施加到管道内表面从而该涂层厚度均匀并且覆盖管道的所有区域。该涂层材料可被选择以降低热传递的改变或者可被选择以提供管道中的工作流体的改变从而该工作流体不会不利地影响管道材料。
文档编号B05D1/28GK101378843SQ200580020108
公开日2009年3月4日 申请日期2005年6月17日 优先权日2004年6月18日
发明者迈克尔·J·霍恩 申请人:普拉斯托克公司