CN102094135A - 一种防蜡防垢防腐蚀合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防蜡防垢防腐蚀合金材料，该合金材料用于工业生产中管线或者设备的防护设置，例如，防蜡防垢防腐蚀器。该合金材料由九种成份熔炼而成，各成份的重量百分比分别为52wt％＜Cu＜65wt％、14.2wt％＜Zn＜20wt％、15wt％＜Ni＜19wt％、2wt％＜Pb＜3wt％、3wt％＜Sn＜5wt％、0.23wt％＜Fe＜0.43wt％、Sb＜0.005wt％，其余的成份为S和Mn。采用该合金材料制造的防蜡防垢防腐蚀器，使得冶金设备和采油设备的抗腐蚀、防结垢结蜡功能都有了相当大的提高，不仅延长了工业设备维修和更换周期，还降低了生产成本。

Description

一种防蜡防垢防腐蚀合金材料

技术领域

本发明涉及一种防蜡防垢防腐蚀合金材料，尤其涉及一种用于工业生产中管线或者设备防蜡防垢防腐蚀合金材料。

背景技术

工业生产中，如钢铁厂、化工厂、冶炼厂、食品厂、造纸厂的管线、设备结蜡、结垢、腐蚀问题严重，目前处理这类问题普遍采用的是化学方法和物理方法。化学药剂处理方法以化学反应为基础，而化学药剂本身就是一种污染腐蚀性物质，而且容易与管线和设备发生化学反应，因此，容易造成环境污染并且腐蚀设备，影响设备的使用寿命；而采用物理方法处理设备，管线防蜡防垢防腐蚀往往达不到理想的效果，而且需要外接电源，并且四周不能有磁场干扰，否则使用效果就会很差。

从而，如何开发一种新的解决管线、设备结蜡、结垢、腐蚀问题的方法或者材料将是本领域技术人员一直以来努力寻找的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的合金材料，该合金材料通过不同组分的适当配比，抑制固相粒子、蜡和垢的形成，改变流体的静电位，将固相矿物质悬浮在液相中，防止蜡、垢的形成以及对设备的腐蚀，从而解决了管线、设备结蜡、结垢、腐蚀的问题，并且避免了环境污染以及设备腐蚀。

本发明所述的这种新的合金材料，即一种防蜡防垢防腐蚀合金材料，在该合金材料中，各成份的重量百分比含量范围分别为：52wt％＜Cu＜65wt％、14.2wt％＜Zn＜20wt％、15wt％＜Ni＜19wt％  2wt％＜Pb＜3wt％、3wt％＜Sn＜5wt％、0.23wt％＜Fe＜0.43wt％、Sb＜0.005wt％，其余的成份为S和Mn。

优选地，合金材料中各成份的重量比分别为Cu＝61.13wt％、Zn＝15.6wt％、Ni＝16.83wt％、Pb＝2.51wt％、Sn＝3.35wt％，Fe＝0.33wt％，Sb＜0.005wt％，其余的为S和Mn，例如其含量可以分别为S＝0.125wt％、Mn＝0.12wt％。

本发明所述合金材料防蜡防垢防腐蚀的原理：

当流体在通过由本发明所述合金材料制备的设备时，流体中固相粒子、蜡和垢的形成受到了抑制，流体的静电位被改变，固相矿物质悬浮在液相中，从而防止了流体管线设备的结蜡结垢以及腐蚀情况。对经过这种设备处理的流体进行检测，可知流体的PH值、密度、挥发性、溶解性、张力、电导率、沸点、冰点都有不同的改变，经过研究以及实验，可知这种改变和9种合金金属材料有密切的关系。

例如流体为水时，水中的结垢物质CaCO₃、Ca(HCO₃)₂、MgCO₃等高硬度物质，以颗粒物质存在于水中。当水以一定的流速与该合金材料(CPRS金属)接触时，水中的粒子及缔合分子获得催化反应，影响分子能级的跃迁，水分子易被极化。由于极化使粒子间相互排斥或碰撞，使分子健扭曲、伸长以致断裂取得自由能量低状态。同样，缔合水分子在催化的作用下，氢键变化，聚合度降低，水分子团变小溶解力增强，水中的碳酸钙的亚稳过饱和区扩大。由于极化水中碳酸钙的过饱和度比普通水中的高，改变了钙镁粒子的水解度和半径，使碳酸钙倾向于水中成膜，易粘附于器壁的固相颗粒可随水排出，故防止结垢。由于极化水溶解力变大，渗透性增强，老水垢浸泡在极化水中，可以逐渐溶解松动脱落，故而有除垢功能。

利用合金本身产生的电化学反应。使油包水的乳化结构稳定，防止蜡从胶束结构中释放出来而形成固态沉积。从而保证原油流动无阻碍和管壁清洁无蜡沉积。

综上所述：该合金作为电化学催化体，当流体通过本发明所述的合金时与合金材料接触使溶液发生电化学催化作用，从而：

使液相中的胶体物质呈悬浮状态，不易聚集吸附于管壁上；

使液相中的各种离子及杂质不易结合形成垢，并能使已结的垢脱落；

减弱溶液组合对金属的氧化作用，增强其还原作用，抑制金属的腐蚀。

本发明所述的这种合金材料通过铸造工艺制备，在制备的过程中，首先要选取炉料，在炉料的选取上大都以铸造黄铜(ZCuZn20)、铸造白铜(ZCuNi20)、电解铜、电解镍、电解锌、铅、锡、铁片为原料，但是也可以利用纯金属代替铸造黄铜(ZCuZn20)与铸造白铜(ZCuNi20)；其次，要对各种配料的具体需要量做计算；再次，选择熔炼工具进行熔炼工艺。

综上所述，采用本发明所述的这种合金材料来制造防蜡防垢防腐蚀器，并将这种防蜡防垢防腐蚀器应用于冶金设备和采油设备中，抗腐蚀、防结垢结蜡功能都有了相当大的提高，大大延长了工业设备维修和更换周期，降低了生产成本。

具体实施方式

为了具体了解本发明所述合金的成份，制备过程以及作用效果，下面借助几个具体实施例对其作进一步的描述。

实施例1：合金中各成份的重量百分比为Cu＝61.13wt％、Zn＝15.6wt％、Ni＝16.83wt％、Pb＝2.51wt％、Sn＝3.35wt％，Fe＝0.33wt％，Sb＜0.005wt％，其余的为S和Mn，这种合金材料的防蜡防垢防腐蚀作用尤为突出。

具体的防蜡防垢效果：某油田的油井设备，没有采用这种合金材料制备的防蜡防垢器，采油设备结蜡结垢严重，而且由于清蜡清垢方式单一，所以原油产能较低，而采用了这种合金材料制备的防蜡防垢器后有较好的效果，主要表现在平稳生产，累计运行时间长，可达到240天；累计产油量较以前提高了很多，目前为：7750吨。

具体的防腐蚀效果：某油田选用了其中一口油井作为对测试该合金材料所制备设备的防腐蚀防垢性能，该井在采用了该合金材料设备后，2006年9月到2008年8月，共检泵3次，原因均为井卡或泵故障。该井2008年8月21日由于泵故障检泵。起管柱，泵座以上第6根油管破，管杆结垢严重，通过对该井腐蚀结垢产物进行组分分析，下表为分析结果

从组分分析结果可以看到，该井腐蚀结垢产物主要以碳酸钙垢、铁腐蚀产物为主，同时伴有少量泥沙和污油，结垢产物(CaCO₃和MgCO₃)占35.64％，铁化合物占41.85％，泥沙及少量污油占22.50％，该井以腐蚀结垢为主，且结垢产物最大厚度可为5mm，腐蚀结垢速度为4.05mm/年。

该井经过处理后，再次投入使用的时候，引进了利用本实施例所述合金制备的防腐防垢设备。2009年5月4日起管柱作业后观察抽油杆和油管可以发现，抽油杆以及油管内壁上基本没有腐蚀现象，只在泵座以上100米左右处的抽油杆接头上附着有少量青褐色的垢皮，产物最大厚度0.5mm，腐蚀结垢速度为0.77mm/年，腐蚀结垢的速度和没有使用这种防腐防垢时的速度4.05nm/年相比，降低了几乎5倍，因此说明防腐防垢效果显著。

下面以本实施例所述的合金材料为例，简单叙述一下这种防蜡防垢防腐蚀合金材料的铸造工艺过程。

以配置600kg合金材料为例，

第一步骤：炉料的选取：

方案一：以铸造黄铜(ZCuZn20)、铸造白铜(ZCuNi20)、电解铜、电解镍、电解锌、铅、锡、铁片为原料。其中铸造黄铜(ZCuZn20)指的是Cu的质量百分比占80％、Zn的质量百分比占20％的合金材料；铸造白铜(ZCuNi20)是指Cu的质量百分比占80％、Ni的质量百分比占20％的合金材料。

方案二：利用纯金属代替铸造黄铜(ZCuZn20)与铸造白铜(ZCuNi20)。

第二步骤：配料计算：

本实施例所述合金材料包括九种合金材料，其中各种金属的质量百分比分别为Cu＝61.13％、Zn＝15.6％、Ni＝16.83％、Pb＝2.51％、Sn＝3.35％、Fe＝0.33％、Sb＜0.005％，其余的为S和Mn。

因此：(以配置600kg合金材料为例)

(1)不记锌的烧损的炉料成份为：

$\mathrm{Cu}:\frac{61.13}{100}\×600=366.78\mathrm{kg}$

$\mathrm{Ni}:\frac{16.83}{100}\×600=100.98\mathrm{kg}$

$\mathrm{Zn}:=\frac{15.60}{100}\×600=93.6\mathrm{kg}$

$\mathrm{Fe}:\frac{0.33}{100}\×600=1.98\mathrm{kg}$

$\mathrm{Pb}:=\frac{2.51}{100}\×600=15.06\mathrm{kg}$

$\mathrm{Sn}:\frac{3.53}{100}\×600=21.18\mathrm{kg}$

$\mathrm{Sb}:<\frac{0.005}{100}\&times;600=0.030\mathrm{kg}$

(2)黄铜(ZCuZn20)和白铜(ZCuNi20)带入：(假设使用黄铜(ZCuZn20)和白铜(ZCuNi20)各100Kg)

100kg黄铜(ZCuZn20)带入

Zn：20kg

Cu：80kg

100kg白铜(ZCuNi20)带入

Ni：20kg

Cu：80kg

所以黄铜和白铜总共带入

Zn：20kg

Ni：20kg

Cu：80kg+80kg＝160kg

(3)加入新金属：

Cu：366.78kg-160kg＝206.78kg

Zn：93.6kg-20kg＝73.6kg

Ni：100.98kg-20kg＝80.98kg

Fe：1.98kg

Pb：15.06kg

Sn：21.18kg

Mn：0.036kg

S：0.048kg

Sb：＜0.030kg

(4)由于锌在熔炼的时候存在烧损，所以应在配料时考虑锌的烧损量，一般锌的烧损量为2.5％，所以锌的量应为：

(5)600kg的铸造合金的配料

配料时，应严格控制黄铜和白铜的纯度，由于配料中的黄铜和白铜本身含有少量的Mn、S、Sb，所以，配料时，不加入Mn、S、Sb等元素。

黄铜(ZCuZn20)：100kg

白铜(ZCuNi20)：100kg

Cu：206.78kg

Zn：73.6kg+(95.9kg-93.6kg)＝75.9kg

Ni：80.98kg

Fe：1.98kg

Pb：15.06kg

Sn：21.18kg

第三步骤；选择熔炼工具

一般选用感应炉熔炼，注意不能采用石墨坩埚熔炼，可采用镁砂为炉衬的感应炉熔炼。

熔炼工艺：

(1)依次加入加常规熔炼覆盖剂、电解铜(铺底)、电解镍、铁片、电解铜；

(2)升温熔化，并过热到1300℃-1350℃；

(3)加脱氧剂脱氧；(Cu-P合金等)

(4)加锌、铅、锡搅拌；

(5)炉前检验；

(6)除气；

(7)加Cu-Mn脱氧(浇注前3分钟内进行)；

(8)调整温度，出炉浇注。一般浇注温度控制在1200℃～1250℃。

实施例2：该实施例所述的合金材料与实施例1相比，其功能效果以及原理都一样，唯一不同的是合金中各成份的重量百分比，该实施例合金中各成份的重量百分比分别为Cu＝52wt％、Zn＝14.2wt％、Ni＝15wt％、Pb＝2wt％、Sn＝3wt％，Fe＝0.23wt％，Sb＜0.005wt％，其余的为S和Mn。

实施例3：该实施例所述的合金材料与实施例1和2相比，其功能效果、原理以及配料计算也都一样，唯一不同的是合金中各成份的重量百分比，该实施例合金中各成份的重量百分比分别为Cu＝65wt％、Zn＝20wt％、Ni＝19wt％、Pb＝3wt％、Sn＝5wt％，Fe＝0.43wt％，Sb＜0.005wt％，其余的为S和Mn。

另外，前述的合金材料中，S和Mn的重量百分比可以优选的实施为S＝0.125wt％、Mn＝0.12wt％。

Claims (3)

1.一种防蜡防垢防腐蚀合金材料，其特征在于，在该合金材料中，各成份的重量百分比含量范围分别为：52wt％＜Cu＜65wt％、14.2wt％＜Zn＜20wt％、15wt％＜Ni＜19wt％ 2wt％＜Pb＜3wt％、3wt％＜Sn＜5wt％、0.23wt％＜Fe＜0.43wt％、Sb＜0.005wt％，其余的为S和Mn。

2.如权利要求1所述的合金材料，其特征在于，在该合金材料中，各成份的重量百分比分别为：Cu＝61.13wt％、Zn＝15.6wt％、Ni＝16.83wt％、Pb＝2.51wt％、Sn＝3.35wt％，Fe＝0.33wt％，Sb＜0.005wt％，其余的为S和Mn。

3.如权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于，S和Mn的重量百分比为S＝0.125wt％、Mn＝0.12wt％。