способ очистки поверхности труб от полимерного покрытия

Формула изобретения

Способ очистки поверхности труб от полимерного покрытия, включающий нагрев покрытия и механическую очистку поверхности воздействием на покрытие лезвийным инструментом с последующим удалением снимаемого покрытия, при этом покрытие нагревают в зоне контакта с инструментом до 67 - 115^oС при помощи горячего воздуха и других теплоносителей, отличающийся тем, что очистку продолжают сначала электродуговыми разрядами при атмосферном давлении в среде защитного, восстановительного или защитно-восстановительного газа, а затем в вакууме в режиме возрастающего участка вольт-амперной характеристики с использованием в качестве анода графита и в качестве катода - изделия, причем электродуговые разряды перемещают по поверхности очищаемого изделия механически и/или магнитными полями.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к строительству и ремонту магистральных газо- и нефтепроводов и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где требуется производить очистку поверхности труб, тел вращения, а также других изделий от пленочных изоляционных покрытий, скрепленных с поверхностью изделий с помощью клеящих мастик (грунтовок).

Известны способы очистки поверхностей от полимерных покрытий, основанные на охлаждении изделия до температуры охрупчивания полимерного покрытия и дальнейшем удалении его механическим путем (авт. свид. СССР N 648293, B 08 B 3/10, 1975), устройства, основанные на использовании хладоагента (авт. свид. СССР N 1154010, 1985).

Очистка покрытия путем его охлаждения применима только для полимерного покрытия, способного к охрупчиванию при глубоком охлаждении.

Однако ряд изоляционных полимерных покрытий, применяемых для изоляции газонефтепроводов, в частности изоляционное покрытие типа "Kendall" имеют температуру охрупчивания, близкую к температуре кипения азота. Поэтому снятие таких покрытий по данному способу осуществить практически невозможно и это, кроме того, не экономично.

Известен способ очистки трубопроводов от полимерных покрытий по авт. свид. СССР N 1712006, B 08 B 9/02, 1992, который заключается в резке покрытия перемещением контактируемого с изделием нагретого инструмента с последующим удалением снимаемого покрытия. При этом температура инструмента в зоне контакта с изделием должна быть 200 - 300^oC, а температура трубопровода до 100 - 150^oC.

Недостатком этого способа, а также всех других способов, основанных на использовании иглофрез, щеток, резцов и т.п. являются низкие качество и эффективность очистки при больших затратах на нагрев инструмента и трубы. Это связано с тем, что полимерные покрытия при обычных эксплуатационных температурах, равных климатическим температурам (усредненный интервал от -30 до + 30^oC), имеют наибольшую адгезию (сцепляемость с трубопроводом). Вследствие этого при воздействии на покрытие нагретого инструмента оно с большим трудом лишь частично удаляется с трубопровода, с тех участков, где адгезивные свойства ослаблены. На остальных же участках поверхности трубопровода изоляционное покрытие остается из-за проскальзывания инструмента, т.е. инструмент не создает общего прогрева полимерного покрытия. Увеличение усилия прижатия резцов эффекта не дает, т.е. происходит подрезание тела трубопровода, что является недопустимым по условиям эксплуатации трубопровода (снижается его надежность и возникает опасность его разрушения из-за ослабления).

Наряду с этим способ одновременного нагрева покрытия со стороны металла до температур коксования в принципе не применим для полимерных изоляционных пленок, используемых в газонефтепроводах, так как при этих температурах происходит пригорание пленок к поверхности трубопровода, и их адгезия не уменьшается, а наоборот возрастает, что затрудняет процесс очистки. Кроме того, обеспечить нагрев покрытия со стороны металла (трубопровода), как требуется по данному способу, на действующем газонефтепроводе нельзя, так как доступ к внутренней поверхности закрыт. Все эти обстоятельства свидетельствуют о нереальности осуществления рассматриваемого способа применительно к газонефнепроводам.

Известны также способы очистки поверхности трубопроводов, основанные на использовании гидросбива (патент ФРГ N 4007727, B 21 B 45/04, 1990); порошкового абразивного материала (патент Японии N 58-172605, B 21 B 45/04, 1983); шлифовальных станков (патент Японии N 58-122112, B 21 B 45/06, 1983); окалиноломателей (патент Франции N 2702973, B 21 B 45/04, 1994; патент США N 5201206, B 21 B 45/04, 1993); дробометных колес (авт. свид. СССР N 1063492, B 08 В 13/00, 1982); водных растворов обычных моющих средств и растворителей, представляющих собой органические жидкости различной полярности (бензол, керосин, ацетон, дихлорэтан и другие) (патент Японии N 63-8273, B 21 B 45/06, 1988; Фролов В.В. и др. Подготовка поверхности металлических изделий для последующих технологических операций, М., 1990); нагрева полимерного покрытия в зоне контакта с инструментом очистки до температуры минимальной адгезии горячим воздухом и/или при помощи другого теплоносителя с последующим удалением покрытия с трубопровода (патент РФ N 2060063, B 08 B 9/02, 1986) и другие.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ очистки поверхности трубопроводов от полимерного покрытия (патент РФ N 2060063, B 08 B 9/02, 1996), включающий нагрев полимерного покрытия и механическую очистку поверхности трубопровода воздействием на покрытие лезвийных инструментом с последующим удалением снимаемого покрытия. Покрытие в зоне контакта с инструментом нагревают до температуры минимальной адгезии покрытия, равной 67 - 115^oC, причем нагрев ведут горячим воздухом и другими теплоносителями при помощи теплоотражателя.

Однако данный способ характеризуется низким качеством очистки трубопроводов, нефтяных насосных штанг и насосно-компрессионных труб.

В изобретении обеспечивается технический результат - повышение качества очистки и расширение технологических возможностей за счет качественной очистки нефтяных насосных штанг и насосно-компрессионных труб.

Технический результат обеспечивается за счет того, что в способе очистки поверхности трубопровода от полимерного покрытия, включающем нагрев покрытия и механическую очистку поверхности воздействием на покрытие лезвийным инструментом с последующим удалением снимаемого покрытия, при этом покрытия нагревают в зоне контакта с инструментом до 67 - 115^oC при помощи горячего воздуха и других теплоносителей, согласно изобретению очистку продолжают сначала электродуговыми разрядами при атмосферном давлении в среде защитного, восстановительного или защитно- восстановительного газа, а затем в вакууме в режиме возрастающего участка вольтамперной характеристике (BAX) с использованием в качестве анода графита и в качестве катода - изделия, причем электродуговые разряды перемещают по поверхности очищаемого изделия механически и/или магнитными полями,

Способ очистки поверхности трубы от полимерного покрытия предусматривает сначала нагрев покрытия и механическую очистку поверхности воздействием на покрытие лезвийным инструментом с последующим удалением снимаемого покрытия. Покрытие в зоне контакта с инструментом нагревают до температуры минимальной адгезии покрытия, равной 67 - 115^oС, причем нагрев ведут горячим воздухом и другими теплоносителями при помощи теплоотражателя. Так осуществляют грубую (предварительную) очистку поверхности труб от полимерного покрытия.

Более чистую очистку внешней поверхности трубы по предлагаемому способу проводят последовательно электродуговыми разрядами при атмосферном давлении и в среде защитного, восстановительного или защитно-восстановительного газа, а затем электродуговыми разрядами в вакууме в режиме возрастающего участка ВАХ с использованием в качестве анода графита. Очистка внешней поверхности трубы от оставшихся загрязнений при атмосферном давлении в среде защитного газа сопровождается упрочнением поверхности трубы. При перемещении катодных пятен от поверхности трубы последняя не только очищается от полимерного покрытия, но и упрочняется. Очищаемая поверхность трубы служит катодом, катодные пятна перемещаются по ней с большой скоростью (10¹-10⁴ см/с), поэтому глубина поля термического воздействия не превышает нескольких десятков микрон, что способствует поверхностной закалке. Под каждым пятном происходит кратковременный, но сильный разогрев "микрообласти" (температура в области катодного пятна 5 000 - 6 000 К), соответствующей среднему диаметру катодного пятна. При этом на очищаемой поверхности трубы образуются три области, отличающиеся друг от друга агрегатным состоянием: область "взрывного" парообразования (зона пятна), область расплавленного металла и твердая область, в которой нагрев металла превышает критическую температуру фазовых превращений. Увеличение скорости потока защитного газа, продуваемого через разряд, приводит к возрастанию его тепловой мощности, что свидетельствует о повышении тепловой эффективности процесса очистки в целом.

Пары защитного газа в разрядном объеме дуги позволяют уменьшить потребляемую мощность источника электропитания за счет повышения КПД процесса.

Подача инертных и восстановительных газов позволяет создать восстановительную или нейтральную атмосферу в зоне обработки и препятствует образованию вновь окисной пленки на нагретой при обработке поверхности трубы от контакта с атмосферным воздухом. Кроме того, в атмосфере защитного, восстановительного или защитно-восстановительного газа не происходит дымообразования при очистке поверхности труб от полимерных покрытий и поэтому нет вредных выбросов в окружающую среду. Газы из камеры выбрасываются в атмосферу через фильтры, что обеспечивает экологическую чистоту этого способа очистки.

Толщина очищенного слоя на поверхности трубопровода составляет 20 - 200 мкм, структура измененная, не поддается травлению обычными реагентами (кислотами, щелочами и органическими растворителями).

Затем очистку внешней поверхности трубы проводят в вакууме электродуговыми разрядами в режиме возрастающего участка BAX с использованием в качестве анода графита. Графит при большой величине положительного анодного падения потенциала, что соответствует возрастающему участку BAX, интенсивно испаряется. В этом случае плазма электродуговых разрядов в основном состоит из электронов, ионов и возбужденных атомов углерода. При бомбардировке ионами углерода катода (внешней поверхности трубы) и при взаимодействии горячего углеродного газа и плазмы с поверхностью трубы дополнительно реализуются химические реакции восстановления железа из оксидов. Следовательно, расходуемый графитовый анод в режиме возрастающего участка BAX является источником восстановительной углеродной плазмы и горячего углеродного газа, что обеспечивает высокую производительность и качество очистки внешней поверхности трубы от оксидов и других загрязнений.

Таким образом, предложенный способ очистки поверхности труб от полимерного покрытия по сравнению с известными способами обеспечивает повышение качества очистки и расширение технологических возможностей за счет качественной очистки нефтяных насосных штанг и насосно-компрессионных труб. Это достигается вакуумно-дуговой очисткой изделий (труб, насосных штанг и насосно-компрессионных труб), которая характеризуется универсальностью, низкой себестоимостью, не требует для своей технической реализации дорогостоящего оборудования и инструмента. Устройства, реализующие предложенный способ, занимают небольшие производственные площади, отвечают требованиям, предъявляемым по технике безопасности и экологической безопасности.