Metallisches Rohr, insbesondere Rohr zum Befördern von Öl und Gas, mit einer metallischen Beschichtung in einem Übergangsbereich Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein metallisches Rohr, insbesondere ein Rohr zum Befördern von Öl und Gas, mit einer metallischen Beschichtung in einem Übergangsbereich, ein System aus derartigen Rohren sowie ein Verfahren zur Herstellung des Rohres und des Systems aus Rohren

Stand der Technik:

Metallische Rohre, insbesondere Rohre zum Befördern von Öl und Gas, werden bei der Verlegung an den Rohrstößen miteinander verschweißt. Zum Verhindern von Korrosion oder Abrasion auf der Innenfläche des Rohrkörpers durch das Öl oder Gas bzw. deren Bestandteile sind diese typischerweise auf den Innenflächen mit einer Grundbeschichtung aus Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff beschichtet. Durch den Wärmeeinfluss bei dem Verschweißen zweier metallischer Rohre kann sich diese Grundbeschichtung ganz oder teilweise im Bereich der Wärmeeinflusszone ablösen oder löchrig werden. Dadurch ist dieser Bereich nicht mehr gegen Korrosion oder Abrasion geschützt.

Bei einem ausreichend großen Rohrdurchmesser können diese Bereiche nachträglich wieder mit dieser Grundbeschichtung versehen werden. Dies reduziert aber die Verlegegeschwindigkeit und verursacht Anlagenkosten und / oder Materialkosten. Bei kleinen Rohrdurchmessern wird der Verschleiß an diesen Stellen bei der Auslegung der Materialdicke und Lebensdauer berücksichtigt und führt zu entsprechend höheren Stückkosten oder geringerer Lebensdauer.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein auf der Innenfläche beschichtetes metallisches Rohr dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine durchgehende verschleißhemmende Schicht bei einer Schweißverbindung zweier derartiger Rohre ohne eine Nachbeschichtung erhalten bleibt.

Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein metallisches Rohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein System aus zumindest zwei erfindungsgemäßen metallischen Rohren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen metallischen Rohres mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Verfahren zum Herstellen eines Systems aus zumindest zwei metallischen Rohren gemäß dem Anspruch 26 gelöst.

Der Übergangsbereich eines metallischen Rohres, insbesondere eines Rohres aus einem Stahlwerkstoff, ist auf der Innenfläche des Rohrkörpers mit einem metallischen, vorzugsweise schweißbaren, Werkstoff mit korrosions- und / oder abrasionsschützenden Eigenschaften beschichtet. Die zumindest teilweise Grundbeschichtung bedeckt auf der Innenseite des Rohrkörpers die metallische Beschichtung des Übergangsbereiches zumindest teilweise. Der Übergangsbereich ist dabei am Stoß des metallischen Rohres angeordnet und überdeckt die Wärmeeinflusszone einer möglichen Schweißnaht sowie einen zusätzlichen Bereich des Rohrkörpers so weit, dass durch die beim Verbinden zweier Rohre durch Schweißen eingebrachte Wärme die Grundbeschichtung des Rohrkörpers bzw. die Grundbeschichtung der metallischen Beschichtung nicht mehr schädigen kann. Hierdurch bleibt eine durchgehende Schutzschicht auf der Innenfläche des Rohres auch bei einer Schweißverbindung ohne zusätzliche Arbeiten erhalten.

Die metallische Beschichtung des Übergangsbereiches besteht bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem schweißbaren, nichtrostendem Stahlwerkstoff, vorzugsweise aus dem Werkstoff 2.4856, insbesondere schweißbare metallische Werkstoffe, lassen sich gut auf ein übliches Stahlrohr auftragen. Nichtrostende Werkstoffe als Beschichtung sind beispielsweise sehr beständig gegen chemische Angriffe der teilweise schwefelsauren Öle oder Gase.

Idealerweise weist die metallische Beschichtung eine variable Dicke im Übergangsbereich, vorzugsweise eine zum Rohrstoß hin zunehmende Dicke, auf. Aus strömungstechnischer Sicht ist es bevorzugt, wenn keine Kanten auf der Innenfläche des Rohres nach der Beschichtung verbleiben. Durch variable Schichtdicken können diese Kanten reduziert werden. Die metallische Beschichtung weist im Übergangsbereich eine mittlere Dicke von 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise eine mittlere Dicke von 0,1 mm bis 1 mm, noch mehr bevorzugt eine mittlere Dicke von 0,2 mm bis 0,4 mm, auf. Im Bereich dieser Dicken liegt ein Optimum zwischen eingesetzten Material zu Beschichtung und Schutzwirkung bei einer üblichen Lebensdauer eines Rohres im Einsatz.

Vorzugsweise weist der Rohrstoß eine zumindest teilweise metallische Beschichtung, vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff wie die Beschichtung des Übergangsbereiches, auf. Hierdurch kann effektiv der Rohrstoß vor Verschleiß geschützt werden. Das Umgreifen des Rohrstoßes mit einer idealerweise durchgehenden metallischen Beschichtung verbessert die Verbindung zwischen Rohrwerkstoff und metallischer Beschichtung.

Die metallische Beschichtung des Rohrstoßes weist eine variable Dicke auf. Hierdurch können denkbare Verzahnungen, Oberflächenverläufe, die bisher durch den Rohrstoß selbst ausgebildet sind, auch durch einen beschichteten Rohrstoß ausgebildet werden.

Die metallische Beschichtung des Rohrstoßes weist eine mittlere Dicke von 0,1 mm bis 5 mm, vorzugsweise eine mittlere Dicke von 0, 1 mm bis 1 mm, noch mehr bevorzugt eine mittlere Dicke von 0,2 mm bis 0,4 mm auf. Diese Dicken stellen ein Optimum zwischen erwünschter Schutzwirkung und Materialeinsatz dar. Bevorzugt ist die Länge des Rohrkörpers größer als 10 m. Ab dieser Länge ist meist eine nachträgliche Beschichtung einer Rohrverbindung nicht mehr sinnvoll möglich oder wirtschaftlich. Weiterhin weist der Rohrkörper bevorzugt einen Innendurchmesser von mehr als 150 mm, bevorzugt von mehr als 250 mm, auf. Diese Durchmesser werden bevorzugt im Pipelinebau verwendet. In diesem Anwendungsfall ist insbesondere die Verschleißfestigkeit von besonderer Bedeutung und die Verlegegeschwindigkeit dominiert die Investitionskosten. Beides wird durch eine erfindungsgemäße Ausführung eines metallischen Rohres verbessert.

Idealerweise ist eine Kante der metallischen Beschichtung des Übergangsbereiches und / oder des Rohrstoßes angefast. Dadurch muss die Kante vor einem Schweißvorgang nicht mehr vorbereitet werden. Die Fase an der Kante der metallischen Beschichtung bildet dabei bevorzugt einen Teil ein V- oder J-Nut aus. Diese Nuten sind verbreitete Formen bei der Verbindung von zwei Rohren durch Schweißen. Die Fase kann auch mit einer thermisch instabilen Beschichtung vor Korrosion geschützt werden, so dass ein Anschleifen der Fase vor dem Schweißen entfällt. Dadurch werden die Arbeitsschritte beim Herstellen einer Rohrleitung auf einer Baustelle reduziert.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein System aus zumindest zwei metallischen Rohren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die metallischen Rohre sind durch eine Schweißnaht miteinander verbunden und weisen auf der Innenfläche eine durchgehende Beschichtung mit korrosions- und / oder abrasionsschützenden Eigenschaften auf. Ein derartiges System ermöglicht lange Rohrleitungen mit einer durchgehenden verschleißhemmenden Schutzschicht auf der Innenfläche der Rohrleitung. Schweißen ist dabei ein etabliertes Verfahren, insbesondere im Pipelinebau, zum Verbinden von einzelnen Rohren zu einer Rohrleitung. Bevorzugt sind die metallischen Rohre durch eine Schweißnaht aus dem metallischen Beschichtungswerkstoff miteinander verschweißt. Insbesondere bei einer Verbindung mit einem Schweißvorgang auf der Innen- und Außenfläche bzw. Kante des Rohrstoßes bleibt die Schutzschicht auf der Innenseite erhalten.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Rohres nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Der Übergangsbereich des Rohres wird mit einem metallischen Werkstoff mit korrosions- und / oder abrasionsschützenden Eigenschaften mittels einer Auftragsschweißung beschichtet und eine

Grundbeschichtung, vorzugsweise nichtmetallische Beschichtung, wird anschließend auf der Innenfläche des Rohres aufgetragen, wobei die Grundbeschichtung die Innenfläche des Rohrkörpers und teilweise die metallische Beschichtung des Übergangsbereiches bedeckt. Auftragsschweißen umfasst im erfindungsgemäßen Sinne die Verfahren Plasmaspritzen, Laserauftragsschweißen oder auch ein Aufbringen einer Schicht durch ein Lichtbogenschweißverfahren.

Bevorzugt wird für die metallische Beschichtung des Übergangsbereiches ein metallischer Werkstoff, mehr bevorzugt ein schweißbarer, nichtrostender Werkstoff, überaus bevorzugt der Werkstoff 2.4856, verwendet. Metallische

Werkstoffe, insbesondere schweißbare metallische Werkstoffe, lassen sich gut auf ein übliches Stahlrohr auftragen. Nichtrostende Werkstoffe als Beschichtung sind sehr beständig gegen beispielsweise chemische Angriffe der teilweise schwefelsauren Öle oder Gase.

Im Übergangsbereich wird idealerweise eine metallische Beschichtung mit einer variablen Dicke, vorzugsweise mit einer zum Rohrstoß hin zunehmenden Dicke, aufgetragen. Durch ein Aufträgen mit zum Rohrstoß hin zunehmender Dicke der metallischen Beschichtung kann mit der nachfolgenden Beschichtung eine durchgehende Beschichtung ohne Kanten erzeugt werden. Dadurch wird der Druckverlust im Rohr bei der Durchleitung von Öl oder Gas reduziert. Vorzugsweise wird die metallische Beschichtung im Übergangsbereich mit einer mittleren Dicke von 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise mit einer mittlere Dicke von 0,1 mm bis 1 mm, noch mehr bevorzugt mit einer mittlere Dicke von 0,2 mm bis 0,4 mm, aufgetragen. Diese Schichtdicken lassen sich prozesssicher mit bekannten Verfahren auftragen und stellen ein Optimum zwischen Materialeinsatz und Verschleißschutz dar.

Zumindest teilweise wird der Rohrstoß bevorzugt mit einer metallischen Beschichtung, vorzugsweise mit dem gleichen Werkstoff wie die Beschichtung des Übergangsbereiches, beschichtet. Eine, vorzugsweise durchgehende, Beschichtung des Übergangsbereiches und des Rohrstoßes verbessert die Haftung der metallischen Beschichtung und verbessert die Verwendungseigenschaften beim Einbau und Betrieb des Rohres.

Auf den Rohrstoß wird eine metallische Beschichtung mit einer variablen Dicke aufgetragen. Hierdurch bleiben konstruktionsbedingte Oberflächenkonturen erhalten oder können erzeugt werden. Dies vereinfacht die Handhabung bei der Montage der Rohrleitung.

Die metallische Beschichtung des Rohrstoßes wird mit einer mittleren Dicke von 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise mit einer mittleren Dicke von 0,1 mm bis 1 mm, noch mehr bevorzugt mit einer mittleren Dicke von 0,2 mm bis 0,4 mm, aufgetragen. Diese Dicken stellen ein Optimum zwischen Materialverbrauch bei der Beschichtung und erwünschtem Verschleißschutz dar.

Es werden bevorzugt Rohrkörper mit einer Länge größer als 10 m und / oder mit einem Innendurchmesser von mehr als 150 mm, mehr bevorzugt von mehr als 250 mm, verwendet. Ab diesen Grenzmaßen wir eine nachträgliche Beschichtung der Innenfläche üblicherweise unwirtschaftlich. Eine Kante der metallischen Beschichtung des Übergangsbereiches und / oder des Rohrstoßes, vorzugsweise im Bereich einer Schweißnaht, wird angefast, wobei idealerweise ein Teil einer V- oder J-Nut in die Kante gefast wird. Hierdurch reduzieren sich die notwendigen Schritte bei der Herstellung einer Rohrleitung auf der Baustelle. Ein Teil der Vorbereitungsarbeiten entfällt, da üblicherweise die Schweißnähte beim Verbinden zweier Rohre in V oder J-Nuten gelegt werden.

Bevorzugt wird in das noch unbeschichtete Rohr an den Rohrenden auf der Innenseite eine Auftragsschweißung ringförmig, vorzugsweise in eine Vertiefung des Rohrkörpers, aufgebracht und die Auftragsschweißung weist korrosions- und / oder abrasionsschützende Eigenschaften auf. Das Rohr wird anschließend von innen mit einem Grundbeschichtungsmaterial, versehen, wobei dabei ebenfalls ein Teil der Auftragsschweißung überlappend mit der Grundbeschichtung versehen wird.

Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 26 gelöst. Die Rohrstöße werden miteinander verschweißt, vorzugsweiße mit dem Werkstoff der metallischen Beschichtung. Der Beschreibung der Erfindung sind die folgenden vier Figuren beigefügt:

Figur 1 : Schnitt durch Rohr mit Beschichtung

Figur 2: Schnitt durch Rohr mit Beschichtung des Rohrstoßes

Figur 3: Schnitt durch Rohr mit Beschichtung in einer Vertiefung

Figur 4: Schnitt durch zwei verbundene Rohre ohne Schweißnaht

Figur 5: Schnitt durch zwei verbundene Rohre mit Schweißnaht

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes metallisches Rohr zum Durchleiten von Öl oder Gas. Der Rohrkörper 1 besteht beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl und bildet die Struktur des metallischen Rohres. An dem Ende des Rohrkörpers 1 ist ein Übergangsbereich 2 angeordnet, der mit einer metallischen Beschichtung 4 versehen ist. Die metallische Beschichtung 4 weist eine zum Rohrstoß 3 hin zunehmende Dicke d auf. Eine Grundbeschichtung 5, hier beispielsweise eine Kunststoffschicht, ist auf die Innenfläche 6 des Rohrkörpers 1 aufgetragen, wobei die Kunststoffschicht 5 teilweise die metallische Beschichtung 4 überdeckt. Der Versatz in der metallischen Beschichtung 4 ermöglicht hierbei eine nahezu kantenfreie Innenfläche 6 des gesamten Rohres.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein Rohr mit einer metallischen Beschichtung 4 des Übergangsbereiches 2 und eine zusätzlichen metallischen Beschichtung 4 des Rohrstoßes 3. Dabei ist die metallische Beschichtung 4 durchgehend ausgeführt, so dass sich in der Schnittansicht ein L-Form ergibt. Im Übergangsbereich 2 ist die metallische Beschichtung 4 zum Rohrstoß 3 kontinuierlich ansteigend ausgeführt. Der Rohrstoß 3 ist mit einer konstanten Dicke d beschichtet. Die Innenkante 61 der metallischen Beschichtung 4 ist zur Bildung einer teilweisen V-nut 8 entsprechend angefast.

Figur 3 stellt einen Schnitt durch ein Rohr mit einer metallischen Beschichtung 4 des Übergangsbereiches 2 in einer Vertiefung 23 des Rohrkörpers 1 und eine zusätzlichen metallischen Beschichtung 4 des Rohrstoßes 3 dar. Dabei ist die metallische Beschichtung 4 des Rohrstoßes und Übergangsbereiches 2 durchgehend ausgeführt, so dass sich in der Schnittansicht ein L-Form ergibt. Im Übergangsbereich 2 überdeckt die Grundbeschichtung 5, hier beispielsweise eine aufgespritze metallische Beschichtung, die metallische Beschichtung teilweise.

Figur 4 zeigt einen Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Rohre. Die beiden Rohrstöße 3 sind in Kontakt miteinander, so dass sich eine durchgehende Beschichtung ausbildet. Die angefasten Kanten der metallischen Beschichtung 4 bilden dabei auf der Innen- und Außenkante 61 , 71 eine V-Nut. Weiterhin weisen die zueinander benachbarten Rohrstöße 3 jeweils eine komplementäre Nut- / Federverbindung 11 auf, wobei ein Teil beschichtet bzw. durch die metallische Beschichtung 4 des Rohrstoßes 3 ausgebildet ist.

Figur 5 zeigt den Schnitt der Figur 3 mit einer entsprechenden Schweißnaht 10 in den beiden V-Nuten 8 auf der Innen- bzw. Außenkante 61 , 71 zum Verbinden der beiden Rohre zu einer Rohrleitung.

Tabelle 1: Bezugszeichen

Nummer Beschreibung

ϊ ^~ Rohrkörper

2 Übergangsbereich

21 Wärmeeinflußzone

22 Überdeckungsbereich

23 Vertiefung

3 Rohrstoß

4 metallische Beschichtung

5 Grundbeschichtung

6 Innenfläche

61 Innenkante

7 Außenfläche

71 Außenkante

8 Teil V-Nut

9 Teil J-Nut

10 Schweißnaht

1 1 Nut / Feder Rohrkörper d Dicke

L Länge

D Durchmesser