專利名稱：用于涂覆管道的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道涂覆，并且更具體地涉及用于涂覆和/或更新退化或 有凹坑的管道以延長(zhǎng)管道壽命并且提高性能的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
金屬管道具有用于多種工業(yè)用途的很多不同應(yīng)用。金屬管道的一 種示例用途在于熱交換器體系中。在熱交換器中的管道中或者上面流 動(dòng)的流體或氣體根據(jù)需耍提供加熱或冷卻。 一種這樣的熱交換器應(yīng)用 形式為冷凝器。冷凝器通常用于冷卻在熱交換器管道上流經(jīng)的流體， 該管道具有流經(jīng)其中的冷卻水。冷凝器管道的腐蝕、退化、侵蝕、銹 斑和污垢對(duì)于熱交換器設(shè)備的有效性具有重大影響。此外，維護(hù)費(fèi)用、 水、化學(xué)藥品、更換成本以及用于維修的停機(jī)時(shí)間是涉及冷凝器或熱 交換器中的管道性能的其它問(wèn)題。
在熱交換器體系中的管道的目的在于在冷卻介質(zhì)(通常形式為水) 和加熱的流體之間提供阻擋層并且促進(jìn)熱傳遞。隨著時(shí)間，管道內(nèi)表 面生銹或腐蝕，并最終開(kāi)始泄漏并不能再用作有效阻擋層。
在防止或延遲在管道中形成凹坑或侵蝕的嘗試中，使用環(huán)氧樹(shù)脂
涂層和其它修復(fù)化合物。特別地，涂層用于在進(jìn)口端處保護(hù)銅基合金 管道內(nèi)部，在此處湍流與夾帶的固體一起可加速侵蝕。向管道中延伸 三英寸到二十四英寸的涂層已被成功用于防止在該區(qū)域中的退化。
此外，最近的方法包括涂覆管道的整個(gè)長(zhǎng)度。因?yàn)橥繉咏?jīng)常顯著 減輕管道內(nèi)表面的污垢和腐蝕，涂層管道的長(zhǎng)期性能最終要好于無(wú)涂 層管道。與使用涂層有關(guān)的一個(gè)潛在副作用是熱傳遞隨著不同涂層特 性而改變的程度。各種因素將影響涂層影響熱傳遞的程度，例如但不 限于涂層熱傳導(dǎo)性、在涂層和管道之間的界面效應(yīng)、在多個(gè)涂層之間 的界面效應(yīng)、層流效應(yīng)、污垢效應(yīng)以及涂覆厚度。除了樹(shù)脂和填料混 合物中的集合程度如何，涂層熱傳導(dǎo)性是樹(shù)脂和填料混合物的一個(gè)因 素。界面效應(yīng)是涂層可潤(rùn)濕性和涂覆參數(shù)例如溫度、濕度、灰塵控制 以及多個(gè)涂層等的函數(shù)。此外，涂層涂覆厚度隨著涂層數(shù)目改變。更 具體地，傳統(tǒng)上的兩個(gè)涂層已被施加到管道內(nèi)部，然而， 一個(gè)涂層是 優(yōu)選的，因?yàn)榻档土撕穸群筒牧铣杀?。全長(zhǎng)度管道涂層目前一般使用 噴射過(guò)程進(jìn)行涂覆，結(jié)果涂層厚度在2密耳到5密耳的水平。這種厚
度能夠降低熱傳遞能力，在考慮污垢因素之前，在15%-38%的范圍中
將其降低。
一旦管道被用于熱交換器中，它們形成保護(hù)性氧化物層并且開(kāi)始 形成污垢。如果污垢速率較快，則管道性能快速退化。根據(jù)設(shè)計(jì)清潔 度設(shè)定和管道可用容量，這種性能退化在一定程度上是可接受的，直 至當(dāng)熱交換器需被凈化或管道最終被更換時(shí)。涂層可防止氧化物形成 并且還降低了產(chǎn)生污垢的速率。
與熱傳遞管道的熱傳遞特性和和整體性能的退化有關(guān)的一個(gè)重要 問(wèn)題涉及由于管道內(nèi)表面腐蝕而產(chǎn)生的針孔或凹坑的效應(yīng)。目前，用 于管道的普通材料包括銅合金、不銹鋼合金以及鈦合金和碳鋼。這些 管道通過(guò)在其預(yù)定應(yīng)用中形成鈍化薄膜而工作。當(dāng)鈍化薄膜破裂時(shí)， 腐蝕發(fā)生。設(shè)于管道內(nèi)表面上的涂層可以消除形成鈍化層的需要。

發(fā)明內(nèi)容
需要改進(jìn)涉及向管道內(nèi)表面涂覆涂層的系統(tǒng)和方法以提供保護(hù)性 涂層和維修或更新腐蝕的或有凹坑的管道內(nèi)表面。本發(fā)明涉及解決該 要求的進(jìn)一步的方案。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于向管道涂覆涂層材料的清管器裝置
(pig device)包括主體部分。涂覆器置于主體部分的第一端部處。端 部凸緣置于主體部分的第二端部處。該涂覆器構(gòu)造成將涂層材料分布 到管道上，并且端部凸緣構(gòu)造成從管道擦拭多余的涂層材料，從而在 管道內(nèi)表面上形成涂層。
根據(jù)本發(fā)明的方面，該清管器裝置構(gòu)造成使用推進(jìn)劑而被吹動(dòng)通 過(guò)管道。涂覆器和端部凸緣構(gòu)造成施加基于環(huán)氧樹(shù)脂的涂層。清管器 裝置的表面適于控制涂層材料的涂覆。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，涂覆管道內(nèi)表面的方法包括在管道中 提供涂層材料。清管器裝置設(shè)于管道中，定位成推動(dòng)涂層材料通過(guò)管 道。清管器裝置被推進(jìn)通過(guò)管道以施加涂層材料從而形成涂層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于涂覆管道內(nèi)表面的系統(tǒng)、 方法和裝置，其中使用推進(jìn)機(jī)構(gòu)沿著管道長(zhǎng)度驅(qū)動(dòng)清管器裝置。該推 進(jìn)機(jī)構(gòu)可采取多種形式，包括壓力差或機(jī)械裝置。隨著該清管器裝置 通過(guò)管道進(jìn)行推進(jìn)，由此沿著管道內(nèi)表面提供涂層。被施加的該涂層 可以具有均勻厚度并且可對(duì)管道熱傳遞特性具有最小的影響。被施加 的該涂層可填充管道中的侵蝕元素、更新管道的己退化區(qū)域、擴(kuò)展和 橋接管道中的裂縫或可用于沿著管道內(nèi)表面提供均勻涂層，其中管道 材料被封裝。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于涂覆涂層的清管器裝置可構(gòu)造成
使用可壓縮材料制造涂覆器或可選地利用不可壓縮材料制造涂覆器。 在一個(gè)實(shí)施例中，該可壓縮涂覆器的尺寸使得在向清管器裝置應(yīng)用推 進(jìn)機(jī)構(gòu)時(shí)，涂覆器壓縮。在另一實(shí)施例中，不可壓縮涂覆器還可含有 與涂覆器關(guān)聯(lián)的多個(gè)脊和肋。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
參考下面的描述和附圖可以更好理解本發(fā)明的前述特征和優(yōu)點(diǎn)以
及其它特征和方面，其中


圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的清管器裝置的透視圖1B是根據(jù)本發(fā)明可選方面的清管器裝置的透視圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的清管器裝置的另一透視圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的清管器裝置的端帽的透視圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的用于管道中的清管器裝置的概略
示意圖4B是根據(jù)本發(fā)明另一方面的用于管道中的清管器裝置的概略 示意圖5A、 5B、 5C、 5D和5E是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在使用中的 清管器裝置的概略示意圖6是示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的使用清管器裝置的一種方法 的流程圖；以及
圖7A、 7B、 7C、 7D、 7E和7F是根據(jù)本發(fā)明方面的可選清管器 裝置實(shí)施例的透視示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的示意性實(shí)施例涉及用于涂覆和/或更新管線或管道例如 熱交換器管道的內(nèi)表面的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法包括提供清管器 裝置，該裝置構(gòu)造成以選定量的涂層材料而被插入管道中。該清管器 裝置被壓縮空氣推動(dòng)通過(guò)管道。當(dāng)清管器裝置沿著管道內(nèi)表面行進(jìn)時(shí)， 清管器裝置輸送涂層材料并且向管道內(nèi)表面涂覆涂層材料以形成涂 層。如果在管道內(nèi)表面上存在凹坑或其它退化或侵蝕元素，則涂層填
充這種元素以維修或更新管道表面。該清管器裝置可用于現(xiàn)場(chǎng)涂覆， 其中熱交換器管道處于其已被安裝的構(gòu)造中。可選地，可以使用相同 裝置和方法在制造環(huán)境中涂覆管道，其中管道被制造用于最終安裝到 熱交換器中，或用于要求涂覆管道的某些其它應(yīng)用。
圖1到7F，其中相同的部件利用相同的參考數(shù)字表示，示意出根 據(jù)本發(fā)明的用于涂覆涂層和/或維修管道內(nèi)表面的系統(tǒng)和方法的示例性 實(shí)施例。雖然參考如在圖中示意的示例性實(shí)施例描述本發(fā)明，應(yīng)該理 解很多可選形式可以體現(xiàn)本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還將理解以仍 然保持本發(fā)明精神和范圍的方式改變所公開(kāi)實(shí)施例的參數(shù)的不同方 式，這些參數(shù)例如尺寸、形狀或者元件或材料類型。
清管(pigging)技術(shù)屬于流體力學(xué)、管線技術(shù)和化學(xué)工程的范疇。
清管技術(shù)的一般定義是通過(guò)管線推進(jìn)可移動(dòng)插塞式清管器，該清管器 可在管線或管道中執(zhí)行某些活動(dòng)。清管技術(shù)可被用于例如使用刷子以 機(jī)械方式凈化管線，或者使用攝影機(jī)以檢查管線或管道的內(nèi)部狀態(tài)。 在清管時(shí)，管線中的物質(zhì)被稱為清管器(pig)的密配合插塞推動(dòng)，其 n的是從管線將該物質(zhì)幾乎完全地移除。該清管器被氣體或液體推進(jìn) 劑推進(jìn)通過(guò)管線。該清管器可為球形的、細(xì)長(zhǎng)的或由多個(gè)部件構(gòu)成。
該清管器關(guān)于管線形成過(guò)大尺寸；因此，管線在清管器前面和后面被 密封。這使得清管器被氣體或液體推進(jìn)劑驅(qū)動(dòng)通過(guò)管線。最經(jīng)常使用 的氣體是壓縮空氣，并且液體可以是水或清潔劑或產(chǎn)品。
應(yīng)該指出，下面的描述使用熱交換器做為用于要求本發(fā)明功能的 管道的示例性體系。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解熱交換器管 道僅是具有流經(jīng)其中的流體并且耍求涂覆或維修管道內(nèi)表面的管道結(jié) 構(gòu)的一個(gè)示例應(yīng)用。相應(yīng)地，本發(fā)明不限于用于熱交換器管道，而是 可用于在多種不同體系中并且具有多種不同功能的多種不同類型的管 道。實(shí)施本發(fā)明的最終目的在于實(shí)現(xiàn)被涂覆和/或被維修或被更新的管 道內(nèi)表面。因此，本發(fā)明可被用于要求這種服務(wù)的任何應(yīng)用中。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的清管器裝置IO的透視示意圖。 如圖所示，清管器裝置IO是基本柱形的，用于通常構(gòu)造的柱形管道中。 然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解具有圓形截面的該柱形形狀可根 據(jù)具體應(yīng)用而改變，例如正方形、長(zhǎng)方形或其它截面可由本發(fā)明使用。 本發(fā)明因此不限于基本柱形的形狀。
清管器裝置10由主體部分12形成，該主體部分在一端處具有帶 凸緣的端部14。該凸緣端部14提高了清管器裝置IO在凸緣頂端處的 直徑尺寸以執(zhí)行如將在后面描述的擦拭功能。在與凸緣端部14相對(duì)的 端部處，主體部分12支撐涂覆器16。涂覆器16可根據(jù)需要采用多種 形式以用于涂覆涂料，包括在圖1A中示意的可壓縮海綿狀布置。在可 選實(shí)施例中，如圖1B示意的，涂覆器16'可以是剛性的基本圓蓋形狀 的端帽，其尺寸適于插入欲被涂覆的管道中。涂覆器16和16'可由多 種不同材料制成，包括但不限于塑料、合成物、聚合物、橡膠等。而 且，涂覆器可具有與涂覆器16、 16'有關(guān)的各種物理特性，包括根據(jù) 圖1A實(shí)施例的被稍微壓縮從而插入管道中的能力。在可選實(shí)施例中， 如圖1B示意地，涂覆器可由不易于壓縮的致密材料制造。本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員易于認(rèn)識(shí)到，存在與涂覆器16、 16'有關(guān)的多種不同的物理 特性，其中這些物理特性由管道結(jié)構(gòu)和涂層涂覆要求決定。如將在后 面描述地，在用于施加涂層和/或維修管道中的凹坑或侵蝕元素的過(guò)程 的第一步驟中，涂覆器16、 16'將涂料涂布到管道內(nèi)表面上。
圖2是以不同角度示出的圖1清管器裝置10的透視示意圖。如圖 所示，清管器裝置IO被示為不具有中空內(nèi)腔。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將理解清管器裝置10的主體部分12的主耍目的在f提供種可 被推動(dòng)通過(guò)管道，不會(huì)在管道中堵塞，并且根據(jù)需要適當(dāng)?shù)耐坎纪苛?的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明不限于實(shí)心結(jié)構(gòu)，或者甚至限于被封裝的結(jié)構(gòu)， 而是可以在清管器裝置10中具有中空內(nèi)腔以改進(jìn)性能。主體部分12 可由多種不同材料制成，包括但不限于塑料、合成物、金屬、聚合物
材料及其組合等。
圖3是清管器裝置10的涂覆器16'部分的透視示意圖。該圖中的
涂覆器16被提供用于示意性的目的。在該圖3中，詳細(xì)示出的涂覆器 16與圖1B所示的涂覆器16'相同。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于認(rèn)識(shí)到， 如前所述，涂覆器可采取多種形式和形狀，并且利用多種兼容材料制造。
在該實(shí)例中，涂覆器16'是獨(dú)立于清管器裝置IO的主體部分12的 構(gòu)件。然而，涂覆器16'和主體部分12可為單一構(gòu)件，如本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員可以理解地。圖3的涂覆器16'具有多個(gè)特征，其中之一在于 從圓蓋基部向圓蓋頂端部分延伸的一系列的或多個(gè)肋40。肋40在圓蓋 頂端變尖從而以與圓蓋頂部齊平的方式終止。然而，這種變尖對(duì)于實(shí) 現(xiàn)該裝置而言不是必需的。
圖4A是前面在圖1B中示意的在插入管道18或管線之后的清管 器裝置10的概略示意圖。為了明晰起見(jiàn)，圖1B的清管器裝置IO和聯(lián) 結(jié)的涂覆器16'被用于示意清管器裝置IO當(dāng)位于管道18或管線中時(shí)的 定向。然而，該實(shí)施例不以任何方式限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于 認(rèn)識(shí)到，多種清管器裝置和相關(guān)涂覆器能夠類似地位于管道18或管線 的內(nèi)部區(qū)域中。例如，如圖4B所示意地，圖1A的清管器裝置10和相 關(guān)涂覆器16易于被插入管道18中以施加涂料。
管道18能夠以多種不同材料，例如金屬、塑料、合成物、陶瓷、 合金等制成。然而在熱交換器管道的情形中，目前使用的最普通的材 料是銅合金、不銹鋼或鈦合金。管道18具有由管道18的壁形成的內(nèi) 表面20。在所示意的示例中，管道18具有侵蝕元素22 (例如，凹坑、 退化、侵蝕、腐蝕、針孔等)。侵蝕元素22代表能夠在熱交換器或其 它管道中隨著時(shí)間發(fā)生的缺陷的類型。所述侵蝕元素能夠降低管道18 進(jìn)行熱傳遞的效率和效果，并且能夠最終導(dǎo)致形成泄漏處以及流體的
交叉污染(從熱交換器內(nèi)部和從熱交換器外部)。相應(yīng)地，經(jīng)常期望維
修這種侵蝕元素22，或最終將含有這種侵蝕元素22的任何管道更換以
保持管道性能。
參考圖3，涂覆器16的剛性圓蓋形狀便于均勻地分布在管道18 或管線中施加的涂料，這將在后面描述。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 易于理解，多種可選涂覆器16設(shè)計(jì)可適用于本發(fā)明，其中與在這里示 意的涂覆器相比這些可選涂覆器采用不同形狀或利用不同材料制造。
涂覆器的肋40提供當(dāng)其行進(jìn)通過(guò)管道18時(shí)定中和穩(wěn)定清管器裝 置10的功能。肋40的尺寸和大小適于接近清管器IO的有效直徑，該 有效直徑稍小于管道18的內(nèi)徑。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例， 通過(guò)一個(gè)肋40的深度并且繼續(xù)沿著涂覆器16的剩余直徑所取的有效 直徑測(cè)量值比管道18的內(nèi)徑大致小0.4毫米。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將 理解0.4毫米的準(zhǔn)確尺寸不是限制性的尺寸。事實(shí)上，肋40和涂覆器 16的大小使得涂覆器16能夠滑動(dòng)通過(guò)管道18而不會(huì)被摩擦地楔入管 道18中。類似地，涂覆器16的有效直徑應(yīng)該足夠大以提供穩(wěn)定性和 防止清管器裝置IO在管道18中搖晃。
在示例性實(shí)施例中，肋40如此定位，從而沒(méi)有兩個(gè)肋是沿直徑方 向相對(duì)的或者基本沿直徑方向相對(duì)的。該特征通過(guò)圍繞圓蓋周邊均勻 間隔地定位奇數(shù)個(gè)肋40而實(shí)現(xiàn)。然而，可以設(shè)置偶數(shù)個(gè)肋40，并且在 肋40之間具有不同間距從而實(shí)現(xiàn)沒(méi)有任何兩個(gè)肋沿直徑方向相對(duì)的或 者基本沿直徑方向相對(duì)的相同效果。如果兩個(gè)肋是沿直徑方向相對(duì)的， 則涂覆器16的有效直徑可在相對(duì)肋40的位置處顯著增加(有效直徑將是涂覆器直徑與兩個(gè)肋的深度/厚度的總和)。如果兩個(gè)肋40是沿直徑方向相對(duì)的，則這種布置增加了清管器裝置IO將在管道中停滯的可 能性，如果例如一個(gè)肋通過(guò)管道內(nèi)表面上的突出缺陷，該突出缺陷將 沿直徑方向相對(duì)的肋壓靠到管道的相對(duì)壁上，因此摩擦地阻止清管器 裝置10移動(dòng)通過(guò)管道。以沿直徑方向相對(duì)的構(gòu)形定位肋40降低了這
種情況的可能性。
涂覆器16'還具有唇突42，它從主體部分44向外延伸。唇突42 延伸用于圍繞圓蓋基部的涂覆器的周邊。唇突42的尺寸和大小適于鄰 接清管器裝置10的主體部分12，從而當(dāng)涂覆器16被置于清管器裝置 的主體部分12中時(shí)，主體部分12的表面與唇突42齊平。這種構(gòu)造沿 著清管器裝置IO的外側(cè)形成基本光滑的表面，因此避免涂層材料在涂 覆器16'和主體部分12之間相交處聚集。而且，涂覆器16'可由可壓縮 材料制造從而當(dāng)在清管器裝置IO上應(yīng)用推進(jìn)力時(shí)，涂覆器16'可被壓 縮以允許涂層超過(guò)涂覆器16'。
涂覆器16'的主體部分44的直徑尺寸和大小適于緊密地配合在清 管器裝置10的主體部分12的內(nèi)部空腔中。為便于結(jié)合涂覆器16和主 體部分12，平面46設(shè)于涂覆器16的一側(cè)上。平面46使得當(dāng)涂覆器 16與主體部分12裝配到一起時(shí)停留在清管器裝置IO的主體部分12中 的任何空氣泄漏。因此，涂覆器16'更易于被安裝在清管器裝置10的 主體部分12中。
如上所述，涂覆器16'的主體部分44緊密地配合在清管器裝置的 主體部分12中。這種配合可以是摩擦配合，將部件保持在一起。可選 地，可以使用粘結(jié)劑或其它機(jī)械粘接方法，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可 以理解地，以將涂覆器16'聯(lián)接到清管器裝置10的主體部分12。
圖5A、 5B和5C示意出清管器裝置10在被用于管道18，并且還 示出通過(guò)使用本發(fā)明而實(shí)現(xiàn)的最終維修結(jié)果。在圖5A中，使用帶有肋 的實(shí)心涂覆器的清管器裝置IO被示為位于管道18的一端處。如上所 述，使用帶有肋的實(shí)心涂覆器16、 16'僅被用作本發(fā)明的示意性實(shí)例。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于認(rèn)識(shí)到，多種可選涂覆器布置可被直接用于 本發(fā)明。這些適當(dāng)?shù)目蛇x涂覆器16、 16'設(shè)計(jì)和材料選擇可基于多種 因素，包括但不限于管道內(nèi)徑、所用涂層、預(yù)計(jì)涂層厚度以及將由清
管器裝置10經(jīng)歷的管道18的長(zhǎng)度。
在將清管器裝置IO插入管道18中之前，將選定量的涂層材料24 置于管道18中?？蛇x地，涂層材料24可被置于清管器裝置IO的涂覆 器16的端部上。所提供的涂層材料24的數(shù)量依賴于多個(gè)因素，包括 欲被涂覆的管道18的長(zhǎng)度、涂層厚度、用于分布涂層材料24的清管 器裝置IO的特定構(gòu)造、環(huán)境(例如濕度和溫度)、涂層材料24的類型 和相關(guān)涂層特性(例如粘度)等。形成涂層材料24的材料實(shí)例包括但 不限于環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、乙烯基酯、聚酯、氨基甲酸酯、其它聚 合物，以及其它涂層材料。所使用的涂層材料的具體類型將主要依賴 于涂層的目的及其在其中被施加和被保持的環(huán)境，如本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員可以理解地。例如，涂層材料可含有多種添加劑以改進(jìn)管道性能 或減少其它問(wèn)題。適當(dāng)添加劑的非完全的列表包括臘、硅樹(shù)脂和其它 干潤(rùn)滑劑例如二硫化鉬。
而且，為了抑制生物沿著管道內(nèi)表面的生長(zhǎng)，各種除藻劑、生物 殺滅劑和殺真菌劑可被添加到涂層以殺滅或抑制這些生物的生長(zhǎng)。生 物例如藻類、真菌類、細(xì)菌和其它微生物沿著管道內(nèi)表面的生長(zhǎng)可導(dǎo) 致在管道表面上形成污垢以及在管道中形成障礙物。污垢和障礙物例 如能夠降低管道中的熱傳遞以及限制或抑制流體流動(dòng)。而且，存在的 生物生長(zhǎng)可進(jìn)一步引起沿著管道壁的各種類型的腐蝕，由此導(dǎo)致管道 退化和最終失效。將除藻劑、生物殺滅劑和殺真菌劑引入涂層材料中 由此用于防止或減少這些問(wèn)題。用于抑制生物生長(zhǎng)的適當(dāng)物質(zhì)包括但 不限于鄰苯基苯酚(OPPS);異噻唑啉酮類化合物(例如2-正辛基-4 異噻唑啉-3—酮(OIT);胍和雙胍；氨基甲酸鹽和二硫代氨基甲酸鹽；吡啶硫酮銅、吡啶硫酮鈉、吡啶硫酮鋅；苯并咪唑；n-鹵代烷基硫代化合物；1-(3-氯烯丙基)3，5，7-三氮雜-l-氮鑰金剛烷氯化物；四氯間苯 二甲腈；順式[l-(3-氯烯丙基)-3，5,7-三氮雜-1-氮鎗金剛烷]氯化物和 2，2-二溴-3-氰基丙酰胺(DBNPA);和季銨化合物。
而且，本發(fā)明涂層材料可具有不同的粘度。不象傳統(tǒng)涂覆方法， 其中使用溶劑使得涂層材料是足夠稀薄的，本發(fā)明涂層可在非稀薄的 高粘度狀態(tài)中使用。使用稀薄化溶劑有助于現(xiàn)有涂料在整個(gè)管道中流 動(dòng)并且便于控制固化時(shí)間特性。在利用稀薄涂料涂覆管道之后，需要 等待溶劑從涂層材料蒸發(fā)以使得涂料固化。由于熱交換器管道具有很 低的直徑和長(zhǎng)度比以提高用于熱傳遞的表面面積，這種有限空間經(jīng)常 使得溶劑難以遷移。進(jìn)一步加重這種困難的是在管道壁中的任何凹坑， 該凹坑可被溶解的涂料填充，由此一些溶劑可積聚在這些凹坑中的可 能性被大大提高。
相反，由于本發(fā)明中的涂料被推動(dòng)通過(guò)管道，具有更高的初始粘
度的涂料可在非稀薄狀態(tài)中使用。例如，易于使用具有100000cps或更
高的粘度的涂料。鑒于此，涉及非充分的溶劑去除的危險(xiǎn)被消除。
如圖5B所示，清管器裝置IO在箭頭A的方向中被沿著管道18 推動(dòng)，在后面形成涂層26，該涂層由涂層材料24的薄層形成。清管器 裝置IO通過(guò)管道18的方向?qū)τ趯?shí)施本發(fā)明而言是不重要的，只要清 管器裝置10利用涂覆器16、 16'引導(dǎo)。為了描述清管器裝置10的作 用，提供下面的內(nèi)容。涂層材料24圍繞涂覆器16、 16'聚集。這種作 用是由于當(dāng)該裝置行進(jìn)通過(guò)管道18時(shí)推動(dòng)涂層材料24進(jìn)入清管器裝 置10中的曳力和摩擦力產(chǎn)生的。當(dāng)清管器裝置IO移動(dòng)通過(guò)管道18時(shí)， 在一個(gè)實(shí)施例中的涂覆器16的肋40之間的空間使得一定量的涂層材 料24繞過(guò)涂覆器16并且沿著清管器裝置10的主體部分12，在凸緣端 部14之前在主體12和管道18內(nèi)表面20之間積聚。當(dāng)清管器裝置10 繼續(xù)沿著箭頭A的方向移動(dòng)時(shí)，凸緣端部14到來(lái)并且擦拭涂層材料 24以形成涂層26。在另示例性實(shí)施例中，當(dāng)清管器裝置10移動(dòng)通 過(guò)管道時(shí)，涂覆器16壓縮由此允許涂層材料通過(guò)由涂覆器限定的區(qū)域。
通過(guò)結(jié)合涂覆器16、 16'對(duì)于被引入主體部分12之間的區(qū)域中 的涂層材料24的初始量的控制以及帶凸緣端部14擦拭內(nèi)表面20的作
用而實(shí)現(xiàn)了涂層材料24的均勻分布。如前所述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員
易于認(rèn)識(shí)到涂覆器16和16'可采用多種形式并且利用多種材料制造。 無(wú)論材料選擇或涂覆器16形式如何，涂覆器應(yīng)該能夠使得預(yù)定量的涂 料通過(guò)涂覆器16、 16'并且進(jìn)入由主體部分12和帶凸緣的端部14所
限定的區(qū)域中。
在存在侵蝕元素22的情形中，清管器裝置10可被用于提供涂料 補(bǔ)丁 28。簡(jiǎn)言之，涂層材料24被涂覆器16、 16'控制到如此程度， 從而可以獲得足夠的數(shù)量以填充凹坑或缺陷形式的侵蝕元素22，當(dāng)其 存在于管道18中時(shí)并且當(dāng)清管器裝置10經(jīng)過(guò)該凹坑或缺陷時(shí)。當(dāng)清 管器裝置10經(jīng)過(guò)侵蝕元素22時(shí)，涂層材料24填充任何孔隙。然后當(dāng) 帶凸緣端部14經(jīng)過(guò)侵蝕元素22時(shí)，任何多余的涂層材料24被擦掉以 留下足夠的材料從而形成涂料補(bǔ)丁28，從而填充侵蝕元素22。在侵蝕 元素22的每一側(cè)上的區(qū)域中，涂料26被施加到內(nèi)表面20。
根據(jù)一個(gè)示例，推進(jìn)機(jī)構(gòu)例如壓縮氣體或液體可被用于沿著管道 18的長(zhǎng)度推動(dòng)清管器裝置10。在示例性實(shí)施例中，該推進(jìn)機(jī)構(gòu)施加在 清管器裝置10的帶凸緣的端部14。當(dāng)施加推進(jìn)機(jī)構(gòu)時(shí)，清管器裝置 IO被驅(qū)動(dòng)通過(guò)管道18以到達(dá)遠(yuǎn)端部。根據(jù)具體管道構(gòu)造，清管器裝置 IO能夠通過(guò)連接器繼續(xù)到達(dá)另一管道，或者可選地離開(kāi)管道18。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可以理解用于沿著管道18的長(zhǎng)度驅(qū)動(dòng)該清管器裝置10 的推進(jìn)機(jī)構(gòu)可采用多種形式。這種推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括但不限于壓縮氣體、 液體等、壓力差例如真空以及可被用于手工地推動(dòng)清管器裝置10通過(guò) 管道的桿狀結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)壓縮推進(jìn)劑在此情形中是最為有效 的；然而其它推進(jìn)裝置或作用力可被用于移動(dòng)清管器裝置IO通過(guò)管道。
此外，清管器裝置10可通過(guò)線繩被拉動(dòng)通過(guò)管道18，例如由任 何數(shù)目的不同材料制成的金屬絲、線、帶、桿等，這些材料包括合成 材料、非合成材料、金屬、塑料、合成物、織物、無(wú)紡織物等。相應(yīng) 地，本發(fā)明不限于用于拉動(dòng)清管器裝置IO通過(guò)管道18的裝置的具體
材料或結(jié)構(gòu)?？蛇x地，負(fù)壓差可被用于沿著管道18的長(zhǎng)度拉動(dòng)清管器 裝置10。
使用清管器裝置10為使用者提供對(duì)所形成涂層26的尺寸的增加 的控制。更具體地，清管器裝置10，通過(guò)改變這種部分例如涂覆器16、 16'和端部凸緣14，能夠適于特殊地形成一種具有預(yù)定的和基本一致 厚度和分布的理想涂層。例如，涂覆器16、 16'的材料、尺寸或形狀 可被改變以使得選定量的涂層材料繞過(guò)以用于涂覆。此外，主體部分 12的直徑或?qū)挾瓤杀桓淖円钥刂票槐┞队诙瞬客咕?4的涂層材料24 量。此外，端部凸緣14以及主體部分12的尺寸和形狀可被改變以控 帝iJ被沉積到內(nèi)表面2 0上的材料分布和數(shù)量。
清管器裝置10的構(gòu)造以及端部凸緣14的擦拭作用，使得能夠顯 著改進(jìn)對(duì)涂層26分布和厚度的控制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用 本發(fā)明的清管器裝置10可以實(shí)現(xiàn)具有在低于0.25密耳的厚度水平上的 涂層。這使得能夠提供一種涂層，在其中涂層覆蓋內(nèi)表面的缺陷區(qū)域 的位置處對(duì)管道熱傳遞特性具有顯著降低的影響，同時(shí)還維修凹坑和 其它侵蝕元素22。因此，在存在缺陷的管道上使用本發(fā)明的清管器裝 置10的總體效果在于，提供與以前的工藝相比厚度更小的涂層，具有 最低的熱傳遞影響，但是具有改進(jìn)的耐用性和抑制腐蝕和其它污垢或 退化元素的能力。在具有降低管道性能的侵蝕元素22的管道上使用本 發(fā)明的清管器裝置IO的總體效果在于維修和更新管道以將管道恢復(fù)到 顯著改進(jìn)的狀態(tài)，延遲關(guān)閉系統(tǒng)和更換管道的需求。而且，本發(fā)明能 夠用于涂覆不遭受侵蝕元素或污垢的管道18，其中所形成的涂層具有 最小的厚度。使用本發(fā)明的這種均勻涂覆在工業(yè)應(yīng)用中是有益的，其 中用于制造現(xiàn)有管道的材料與所提出的用于現(xiàn)有管道中的流體不相 容。在制冷環(huán)境中，例如，運(yùn)行狀態(tài)中的普通銅制熱交換器可使用本 發(fā)明進(jìn)行涂覆從而薄涂層被均勻施加到熱交換器管道內(nèi)部的所有區(qū) 域。該均勻涂層沿著管道內(nèi)部覆蓋所有的暴露銅表面。這這種涂覆之 后，現(xiàn)在可以使用在其它情形中與銅管不相容的制冷劑，因?yàn)闊峤粨Q
器管道的內(nèi)部不再具有任何暴露銅的區(qū)域。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于 認(rèn)識(shí)到，這只是使用本發(fā)明以提供與由該管道容納的預(yù)期工作流體相 容的管道內(nèi)表面的示意性實(shí)例。這種實(shí)例顯然不是用于窮盡使用再涂 覆管道的潛在應(yīng)用。
圖5D和5E示意出當(dāng)利用可壓縮涂覆器16時(shí)的清管器裝置的可 選實(shí)施例。該示意性實(shí)例是本發(fā)明可選實(shí)施例，并且不是用于限制本 發(fā)明的范圍。在圖5D中，清管器裝置IO被示為處于管道18的一端， 其中選定量的涂層材料24已被置于管道18中。如前所述，所提供的 涂層材料24的數(shù)量依賴于與具體應(yīng)用有關(guān)的多個(gè)因素。
如圖5E所示，清管器裝置10在箭頭A的方向中被沿著管道18 推動(dòng)，在后面形成均勻的涂層26。在該實(shí)施例中，涂層材料24圍繞涂 覆器16聚集。這種作用是由于當(dāng)該裝置行進(jìn)通過(guò)管道18時(shí)推動(dòng)涂層 材料24進(jìn)入清管器裝置10中的曳力和摩擦力產(chǎn)生的。當(dāng)清管器裝置 10移動(dòng)通過(guò)管道18時(shí)，該實(shí)施例的涂覆器16充分收縮或壓縮以使得 一定量的涂層材料24繞過(guò)涂覆器16并且沿著清管器裝置10的主體部 分12，在帶凸緣的端部14之前在主體12和管道18內(nèi)表面20之間積 聚。當(dāng)清管器裝置10繼續(xù)沿著箭頭A的方向移動(dòng)時(shí)，凸緣端部14到 來(lái)并且擦拭涂層材料24以形成涂層26。使用如在該實(shí)施例中示意的可 壓縮涂覆器16，以及圖5A的帶有肋的剛性涂覆器不是可能的涂覆器 實(shí)施例的窮盡列表。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于認(rèn)識(shí)到，多種可選涂覆 器16實(shí)施例可用于本發(fā)明。這些可選實(shí)施例可采用多種形式或形狀， 并且可由適于涂覆涂料的多種材料構(gòu)造。
圖6是示意使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的清管器裝置IO的一個(gè)示例性 方法的流程圖。涂層材料24和清管器裝置IO被提供于管道18的內(nèi)部 中(步驟100)。提供推進(jìn)劑，吹動(dòng)清管器裝置IO通過(guò)管道18 (步驟 102)。當(dāng)清管器裝置IO沿著管道18行進(jìn)時(shí)，涂層材料24沉積在管道 18的內(nèi)表面20上以形式涂層26 (步驟104)。如果需要，可重復(fù)該過(guò)
程以提供另外的涂層材料24層(步驟106)。應(yīng)該指出，如果施加另外 的涂層材料24層，則這些層可由不同類型的或者與初始涂層材料24 相同的涂層材料24形成。此外，如果重復(fù)該過(guò)程，可以使用具有不同 特性或特征的不同的清管器裝置10，以形成具有不同特性的涂層。而 且，根據(jù)涂層材料24，可能要求一定時(shí)間以使得涂層固化。
圖7A-F示意了清管器裝置10的形式為清管器裝置10A-1OF的多 個(gè)示例性的可選實(shí)施例。清管器裝置10A和IOD具有另外方面的縱向 表面特征30。清管器裝置10B和10E具有另外方面的縱向表面特征 32。添加縱向表面特征30和縱向表面特征32用于代表多種不同的可 選實(shí)施例，其中主體部分12的表面被改進(jìn)以利用清管器裝置影響涂層 材料24的分布。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解除了其它未被具體描述示 意地情形，表面特征、涂覆器布置(即形狀、材料選擇和可壓縮性) 的不同定向和結(jié)合根據(jù)本發(fā)明是可能的。相應(yīng)地，本發(fā)明不僅限于所 示意的實(shí)施例。
在圖7C和7F中，清管器裝置10C的端部凸緣34具有多個(gè)谷部 36。當(dāng)凸緣34經(jīng)過(guò)涂層材料24時(shí)，在凸緣34中的谷部36在形成于 管道18的內(nèi)表面20上的涂層26中形成脊。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可 以理解地，基于凸緣形狀，在涂層26中形成的具體圖案可以改變。這 種凸緣34是有用的，如果清管器裝置將多次經(jīng)過(guò)。涂層材料24的第 -次涂覆可具有以預(yù)定的脊圖案沉積涂層材料24的基本目的，而隨后 當(dāng)清管器裝置經(jīng)過(guò)時(shí)可以平滑處理，或以其它方式改進(jìn)所形成的涂層。 可選地，如果這種脊或圖案是理想的，則在涂層中形成的脊或其它圖 案可形成涂層的最終結(jié)構(gòu)。
清管器裝置10的初步使用以在管道18中提供涂層可形成大致 0.25密耳到1密耳厚度的涂層，這對(duì)內(nèi)表面20提供了一致性的覆蓋。 對(duì)涂層管道的熱傳遞分析揭示出對(duì)熱傳遞特性的最小影響。通過(guò)使用 清管器裝置IO和環(huán)氧樹(shù)脂涂層以利用耐用補(bǔ)丁修補(bǔ)凹坑，具有一個(gè)或
多個(gè)凹坑的管道被快速維修，因此延長(zhǎng)了管道的工作壽命。
相應(yīng)地，本發(fā)明可用于使用該清管器裝置以施加涂層或涂層補(bǔ)丁 從而能夠顯著改進(jìn)對(duì)管道內(nèi)表面上的涂層分布和厚度的控制?，F(xiàn)有方
法所形成的最小涂層厚度從2密耳到5密耳，而本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在0.25
密耳到1密耳的水平上的更薄的涂層。因此，所形成的涂層對(duì)于管道 的熱傳遞特性具有更低的負(fù)面效應(yīng)。此外，如果需要更加耐用的或更 厚的涂層，則清管器裝置可多次通過(guò)管道以提供涂層。形式為氣體或 液體的壓縮流體快速推進(jìn)清管器裝置通過(guò)管道，從而高效地向內(nèi)表面
施加涂層。
根據(jù)前面的描述，本發(fā)明的多種可選實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員是明顯的。相應(yīng)地，該描述應(yīng)被理解成僅是示意性的并且用于向 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式。結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)可 在不背離本發(fā)明精神的前提下明顯地改變，并且在所附權(quán)利要求的范 圍中的所有改進(jìn)的專用性被保留。本發(fā)明旨在僅由所附權(quán)利要求和適 用法律條款所要求的程度而被限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于向管道涂覆涂層材料的清管器裝置，包括主體部分；設(shè)置在主體部分的第一端部處的涂覆器；設(shè)置在主體部分的第二端部處的端部凸緣；其中該涂覆器構(gòu)造成將涂層材料分布到管道上，并且端部凸緣構(gòu)造成從管道擦拭多余的涂層材料，從而在管道內(nèi)表面上形成涂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中該清管器裝置被構(gòu)造成使 用推進(jìn)機(jī)構(gòu)而被沿著管道長(zhǎng)度驅(qū)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的清管器裝置，其中該推進(jìn)機(jī)構(gòu)使用壓力差或 機(jī)械裝置中的一種而沿著管道長(zhǎng)度驅(qū)動(dòng)清管器裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的清管器裝置，其中用于推進(jìn)的機(jī)械裝置是拉繩。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的清管器裝置，其中該推進(jìn)機(jī)構(gòu)是壓縮流體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中該清管器裝置的表面的尺 寸和定向被設(shè)置成用于控制涂層材料的涂覆。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中該涂覆器是可壓縮涂覆器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中該可壓縮涂覆器使得涂料 能夠經(jīng)過(guò)該可壓縮涂覆器的區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中該涂覆器是不可壓縮涂覆器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的清管器裝置，其中多個(gè)肋被關(guān)聯(lián)到該不可壓縮涂覆器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的清管器裝置，其中關(guān)聯(lián)到該不可壓縮涂覆器的肋使得涂料能夠經(jīng)過(guò)該不可壓縮涂覆器的區(qū)域。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中所施加的涂料是環(huán)氧樹(shù)脂、 酚醛樹(shù)脂、乙烯基酯、聚酯、氨基甲酸酯或聚合物中的一種。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的清管器裝置，其中所施加的涂料包括用于涂覆管道的添加劑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的清管器裝置，其中該添加劑是生物殺滅劑、 殺真菌劑或除藻劑中的一種。
15. —種用于涂覆管道內(nèi)表面的系統(tǒng)，包括 具有主體部分的清管器裝置；設(shè)置在第一主體部分的端部處的涂覆器； 設(shè)置在主體部分的第二端部處的端部凸緣；其中該涂覆器構(gòu)造成將涂層材料分布到管道內(nèi)表面上，并且端部 凸緣構(gòu)造成從管道擦拭多余的涂層材料，從而在管道內(nèi)表面上形成涂層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中當(dāng)被施加到管道時(shí)所形成的涂 層具有均勻厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所形成的涂層被選擇從而對(duì)管 道的熱傳遞具有最小的影響。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所形成的涂層填充管道中的腐蝕元素。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所形成的涂層橋接管道中的裂縫。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中該涂覆器利用不可壓縮材料制造。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中該涂覆器利用可壓縮材料制造。
22. —種用于涂覆管道內(nèi)表面的方法，包括 將涂層材料引導(dǎo)至管道內(nèi)表面；將清管器裝置置于管道中，該清管器裝置的尺寸和定向被設(shè)置成 用于向管道內(nèi)表面提供均勻的涂層；以及使用推進(jìn)機(jī)構(gòu)以沿著管道長(zhǎng)度驅(qū)動(dòng)該清管器裝置從而在管道內(nèi)表 面上形成均勻的涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及管道涂覆，并且更具體地涉及用于涂覆和/或更新退化或有凹坑的管道以延長(zhǎng)管道壽命并且提高性能的系統(tǒng)和方法。使用該系統(tǒng)和方法，薄涂層被施加到管道內(nèi)表面從而該涂層厚度均勻并且覆蓋管道的所有區(qū)域。該涂層材料可被選擇以降低熱傳遞的改變或者可被選擇以提供管道中的工作流體的改變從而該工作流體不會(huì)不利地影響管道材料。
文檔編號(hào)B05D1/28GK101378843SQ200580020108
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者邁克爾·J·霍恩 申請(qǐng)人:普拉斯托克公司