NO791922L - Roerformet element for undersjoeiske roerledninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår rørformede elementer av stål

for rørledninger til sjøs, særlig rørledninger som forløper over store havstykker, nærmere bestemt rørelementer eller for-bindelseselementer av legert stål, beregnet som avstivningselementer for å hindre deformasjoner i undersjøiske rørled-ninger for offshore-virksomhet, dvs. i stor avstand fra kysten.

Det er kjent at under bestemte betingelser med hensyn til rør-ledningenes lengde, dybden og vanntrykket kan rørene deformeres lokalt. Deformasjonene opptrer som bølger, særlig der rørene er formet til såkalt "dog leg" og til U-form. Deformasjonene kan også opptre ved plutselige forandringer av trykket eller en sjokkbølge. Slike deformasjoner kan forplante seg i hele den lengde av rørledningen som er nedsenket, eller er avbrutt der rørledningen stiger opp til plattformer over vannflaten.

For å unngå en katastrofal utbredelse av bølgedannelsen er

det på rørledningen anordnet avstivningselementer eller "bølgestoppere" med jevne innbyrdes avstander, beregnet til

å stanse bølgene i å forplante seg.

Dessuten kan det under visse betingelser, ved dynamiske på-kjenninger, dannes sprekker, eller utvikles større sprekker dersom det på forhånd var tilløp til sprekkdannelse, og sprekkene kan forplante seg meget hurtig langs rørledningen.

Det er kjent rørformede avstivningselementer beregnet til å motvirke bølgeutbredelse, i form av mansjetter som rager i en begrenset del av lengden til et rørformet element, idet mansjetten har en diameter som er større enn den ytre diameter til rørledningen, og rommet mellom mansjetten og det rørformede element er fylIt med en mørtel som ikke krymper. Rørlengdene mellom slike elementer utgjør de partier som må repareres i tilfelle av bølgedannelse.

Disse elementer eller bølgestoppere utgjør metalliske og fysiske diskontinuiteter langs rørledningen, og medfører.."der-for visse ulemper: diskontinuitet i de mekaniske egenskaper kan gjøre at avstivningen ikke blir effektiv, og det kan opp-stå korrosjon på de fortykkede partier, dvs. mansjetten, på grunn av elektriske diskontinuiteter med anoder på selve røret.

Dessuten er avstivningselementene ikke i stand til å stanse utbredelsen av sprekker. Endelig er de kjente elementer ikke enkle å anvende.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå disse ulemper, ved å komme frem til rørformede avstivningselementer eller bølgestoppere som er fremstilt etter en fremgangsmåte som kjennetegnes ved at det tas utgangspunkt i et stål med lavt karboninnhold og som inneholder mangan og molybden og i det minste et element som danner karbider, slik som molybden, at stålet støpes i en sentrifugalform med innvendige vegger som har i det minste en sylinderflate som tilsvarer den utvendige overflate av elementet, at sentrifugalformen utsettes for stor rotasjonshastighet under stopningen, slik at stålet utsettes for en stor sentrifugalkraft, og at det dannede, rørformede element utsettes for en termisk behandling som ender med en anløping.

Med denne fremgangsmåte kan det oppnås rørformede elementer

i et stykke og som kan sveises sammen eller sveises til rør som har samme diameter som det sylindriske parti som har den minste diameter. Slike rørformede elementer kan ha store diametere og store veggtykkelser.

Et rørformet avstivningselement i henhold til oppfinnelsen, beregnet til å stanse utbredelsen av bølger og sprekker i undersjøiske rørledninger, kjennetegnes videre ved at det er laget i et stykke og har et sylindrisk parti med samme diameter som rørledningen forøvrig, samt et sylindrisk parti med en diameter og veggtykkelse som er vesentlig større enn det førstnevnte parti, idet de to partier henger sammen over et parti med konisk ytterflate, og at det innvendige, sylindriske hulrom i elementet har konstant diameter fra ende til ende, hvilket element er fremstilt av stål med lavt karboninnhold og som inneholder mangan og molybden, og med i det minste et element som danner karbider, slik som molybden,

idet stålet har finkornet, homogen, ferrittisk struktur ,med karbider som er homogent dispergert i ferritten.

Ytterligere trekk og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av utførelseseksempler vist på de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom et rørformet element i henhold til oppfinnelsen, og som utgjør en avstivning som for-hindrer bølgedannelse og sprekkdannelse i undersjøiske rør-ledninger. Fig. 2 viser skjematisk og i liten målestokk et lengdesnitt gjennom en innretning for sentrifugalstøping av elementer i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser på samme måte som fig. 1 en annen utførelsesform av et rørformet element i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4 viser i liten målestokk en undersjøisk rørledning som er utstyrt med avstivningselementer i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 viser et mikrografisk bilde forstørret 400 ganger, av en ferrittisk struktur oppnådd for et rørformet element i henhold til oppfinnelsen.

Som vist i fig. 1, omfatter oppfinnelsen et rørformet avstivningselement fremstilt ved sentrifugalstøping av et legert stål med passende sammensetning, hvilket element er beregnet til å hindre eller stanse bølger og sprekker, og har stor diameter og stor tykkelse, slik at det utgjør en fortyk-ning med en del av sin lengde, samt har følgende utformning: Fortykningen R er et rør med stor lengde, av hvilket et lite parti er vist. Elementet har et parti 1 med liten diameter d og liten tykkelse e, idet dette parti har samme diameter og veggtykkelse som det tilhørende rør som danner rørledningen. Fortykningen R har i en ende et rørformet parti 2 med maksimal diameter D og maksimal veggtykkelse el, vesentlig større enn henholdsvis diameteren d og veggtykkelsen e. De rørformede partier 1 og 2 henger sammen over et overgangsparti 3 som utvendig er konisk og innvendig er sylindrisk.

Fortykningen R har et innvendig, sylindrisk hulrom med konstant diameter, lik diameteren til rørledningen.

To elementer R er sammenføyd ved sveising av en sveisestreng

6, som forbinder de tykke ender 2.

Hver av de tykke partier 2 kan ha en lengde på mellom noen titalls cm og to meter, mens det tynne parti kan ha en lengde på mellom flere meter og eventuelt flere titalls meter. Veggtykkelsen e i det tynne parti 1 er f.eks. i området 25 mm, mens veggtykkelsen el i det tykke parti 2 er større enn 50 mm, for en innvendig diameter i hulrommet 4 som er større enn 500 mm.

I henhold til oppfinnelsen anvendes det for fremstilling av

et element som vist i fig. 1 et legert stål med lavt karboninnhold, maksimalt 0,08 % karbon, og med mangan og molybden, slik at metallet inneholder et metall som danner karbider, særlig slik som molybden, men også eventuelt niob, vanadium eller tantal, idet stålet har følgende prosentvise sammensetning i vekt%, foruten jern:

karbon: mindre eller lik 0,08 %,

silisium: mindre eller lik 0,30 %,

mangan: 1,20 - 2,20 %,

molybden: 0,20 - 0,50 %,

svovel: mindre eller lik 0,010 %,

fosfor: mindre eller lik 0,015 %.

Stålet sentrifugalstøpes, f.eks. ved hjelp av en innretning

som er vist skjematisk i fig. 2.

Det anvendes en støpeform 6 med horisontal eller tilnærmet horisontal akse X-X. Formen 6 har et avtrappet, sylindrisk hulrom, med et parti 7 som har stor diameter, tilsvarende det tykke parti på det rørformede element som skal fremstilles,

og et annet parti 8 med liten diameter, tilsvarende det tynne parti 1 av det rørformede element. Mellom disse partier har formen et konisk overgangsparti 9, tilsvarende den koniske overgangsflate 3 på elementet R.

Sentrifugalformen 6 er f.eks. opplagret på trinser 10, og holdes

i rotasjon av f.eks. en tannkran 11 som samvirker med et tann-hjul 12, drevet av en drivenhet med motor og eventuelt reduksjons-gir.

Sentrifugalformen 6 kan være en spesial sand eller et spesial stål. I det sistnevnte tilfelle er formen en permanent form eller kokille som kjøles på passende måte. Formen tilføres flytende stål, f.eks. fra en konverter 13, særlig dersom lengden av formen, og følgelig lengden av elementet R, ikke er for stor, eller ved hjelp av en renne som ikke er vist,

som fordeler stålet langs hulrommet i formen, når formen har stor lengde, kan den være utstyrt med en støpekanal eller to motstående kanaler, idet det anordnes translatorisk bevegelse mellom formen og hver kanal for å fordele stålet over hele lengden av formen. Under rotasjonen av formen 6

med stor hastighet fordeles stålet over hele lengden av formen og utsettes for stor sentrifugalkraft.

Etter nedkjøling og uttagning fra formen er det oppnådd et element R i et stykke som, for bruk som avstivning som hindrer eller stanser bølger og sprekker, har en overgangstemperatur mellom duktilitet og sprøhet som ligger så lavt som mulig, og i alle tilfeller er lavere enn - 20°C. En slik rørformet avstivning R er sveisbar uten forutgående behandling, slik at følgelig strukturen med hensyn til karbonekvivalenten spiller en stor rolle.

Det at det tilstrebes en elastisitetsgrense som er så høy som mulig skyldes alle de forutgående anstrengelser som har ført til at det er kommet frem til bare to praktisk brukbare mulig-heter for behandling som kan gjennomføres uten noen termomekanisk behandling:

dannelse av ferrittisk kornstruktur,

herding for å frembringe en karbonfase som er tilstrekkelig stabil og homogent dispergert i ferritten.

Disse to metallurgiske prosesser gjennomføres ved hjelp av

en passende termisk behandling, inkludert en kontrollert ned-kjøling, herding og anløping.

Således utsettes det rørformede element R for en homogeni-serende behandling ved temperatur inntil 1050°C i en ovn, beskyttet mot luft, deretter en termisk herding ved regulert hastighet fra en temperatur mellom 800 og 950°C samt en anløping ved en temperatur mellom 600 og 700°C. Når et element R undersøkes mikrografisk (fig. 5) konstateres det at den meget homogene struktur er dannet av meget finkornet ferritt, med kornstørrelse større enn 10 etter ASTM-skala. Karbidene er jevnt fordelt i ferritten.

Størrelsen til karbidene overskrider ikke to mikron.

Denne struktur er således homogen og dessuten isotrop.

Oppfinnelsen er således basert på kombinasjonen av følgende:

fremstilling av et sveisbart stål med lavt karboninnhold,

og som er lavlegert for å begrense produksjonsomkostningene, sentrifugalstøping,

dannelse av et rørformet element i et stykke ved sentri-fugal støpingen,

termisk behandling for å oppnå ønsket homogen struktur.

Som vist i fig. 3 er en annen utførelsesform av et element

Ri i henhold til oppfinnelsen dannet i form av en mansjett

med stor lengde og med et rørformet parti 14 med liten veggtykkelse e og en utvendig diameter d, slik som elementet R,

men i hver av endene, og ikke bare i en ende, og med et mellom-liggende, rørformet, tykt parti 15 med veggtykkelse el, og mellom disse partier er det koniske overgangspartier 16. Lengden av partiene 14 og 15 er ikke vist i riktig skala,

idet elementet er vist avkortet av plasshensyn. Elementet RI

er på samme måte som elementet R fremstilt ved sentrifugal-støping ved hjelp av en innretning som tilsvarer den som er vist i fig. 2, men der formen har en sylindrisk flate som tilsvarer flaten 15 på elementet Ri, idet flatene 14 og 16 på elementet er dannet ved bearbeidning.

Det-sammensatte, rørformede element RI kan ved hjelp av sveising sammenføyes med et rørformet element T ved hjelp av sveisesømmer 17.

Som vist i fig. 4 omfatter en undersjøisk rørledning i henhold til oppfinnelsen flere rør T, som ved hjelp av sveisesømmer 17 er sammenføyd med rørformede avstivningselementer, slik som Ri, eller som er sammensatt av rørformede elementer slik som elementene R, hvilke er sammenføyd ved hjelp av sveisesømmer 5.

De utvendige flater på elementene R og Ri kan være slik de dannes ved sentrifugalstøpingen, mens de innvendige, sylindriske flater 4 bearbeides, i det minste i en viss grad 'for å begrense trykktapet under bruk av rørledningen.

Eksempelvis kan elementet RI (fig. 3) ha en lengde på 12 m og består av tre partier:

Et parti med utvendig diameter på 508 mm og veggtykkelse

25 mm, med lengde 1200 mm, tilsvarende det ene endeparti 14 med liten veggtykkelse e.

Et parti med utvendig diameter på 558 mm, veggtykkelse

51 mm, tilsvarende det tykke parti 15 med veggtykkelse el,

Et parti med utvendig diameter 508 mm, veggtykkelse 25 mm, og lengde 8800 mm, tilsvarende det annet endeparti 14 med liten veggtykkelse e.

Claims (6)

1. Rørformet avstivningselement beregnet til å hindre utbredelse av bølgedannelse og sprekker i rør i en undersjøisk rørledning som elementet er festet til ved sveising, idet elementet har stor tykkelse i forhold til røret forøvrig, karakterisert ved at elementet er utformet i et stykke, av sveisbart, lavlegert stål med lite karboninnhold, sentrifugalstøpt og med en ferrittisk struktur som har stabile karbider og foruten et parti med stor veggtykkelse (el) og samme innvendige diameter som et rør (T) i rørledningen, har et parti med samme diameter (e) som røret (T), idet de to partier henger sammen, på i og for seg kjent måte, over et parti (3, 16) som har konisk ytterflate.

2. Element som angitt i krav 1, karakterisert ved at det sylindriske parti (15) med diameter (D) og veggtykkelse (el) som er vesentlig større enn diameteren (d) og veggtykkelsen (e) i et rørparti (14) danner en midtre sone som forløper over størstedelen av lengden til det rørformede element (Ri), mellom to rørpartier (14) med diameter (d) og veggtykkelse (e) som danner endene til det rørformede element (RI).

3. Element som angitt i krav 1, karakterisert ved at det sveisbare, lav-legerte stål med lavt karboninnhold omfatter, i vekt%, foruten jern, inntil 0,08 % karbon, inntil 0,30 % silisium, mangan mellom 1,20 og 2,20 %, i .det minste et metall som danner karbider, slik som molybden, mellom 0,20 og 0,50 %, og at det etter termisk behandling er dannet en finkornet, homogen, ferrittiskstruktur med stabile karbider dispergert homogent i ferritten, på i og for seg kjent måte.

4. Element som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at den ferrittiskestruktur omfatter ferrittkorn med størrelse som overstiger 10 i ASTM-skalaen, samt karbider som er jevnt fordelt, med størrelse som ikke overskrider 2 mikron.

5. Element som angitt i krav 1, karakterisert ved at det har en lengde som er flere ganger den innvendige diameter, som minst er 4 00 mm, idet lengden er flere meter.

6. Element som angitt i krav 1, karakterisert ved at det har en overgangs temperatur mellom duktilitet og sprøhet som ligger så lavt som mulig, og i alle tilfeller er lavere enn - 20°C.