CN103062574A - 金属陶瓷内衬管线管及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属陶瓷内衬管线管，基管内壁沿径向由内到外依次为由刚玉和金属钛组成的金属陶瓷层、由铬、镍、铁组成的合金层。金属陶瓷层由内到外依次为占金属陶瓷层厚度的1/4的α-Al2O3层、占金属陶瓷层厚度的1/2的由α-Al2O3和金属钛两相结合的过渡层、占金属陶瓷层厚度的1/4的金属钛层。管线管制备方法简单，将Fe2O3粉、Al粉、TiO2粉、Cr2O3粉、NiO粉混合放入基管内，然后将基管放入超长离心机上，即可生产出10多米长的管线管，防腐、防垢、防磨性能极佳，具有高结合强度、压溃强度、耐冲击等力学性能；长时间使用不会增阻，管道不用维护，内衬层耐高温，可进行真正的无内补口焊接，提高了焊口的防腐性能，也就是提高了管线整体的防腐性能。

Description

金属陶瓷内衬管线管及制备方法
技术领域  
本发明涉及一种油气集输、注水领域的金属陶瓷内衬管线管，特指一种内衬金属陶瓷，防腐蚀、防结垢、耐磨、耐高温，有超长使用寿命、可无内补口焊接、无维护工作量的管线管的制造方法。
背景技术  
由于油气集输或注水等介质中含有大量的腐蚀性物质、成垢物质，使管道在运行一定的时间以后或腐蚀穿孔，或结垢堵塞，轻者影响生产，重者发生安全事故，这种现象在国际国内并不鲜见。因此，油气田非常重视管道的防腐、防垢处理，尤其是内防腐。
目前油气集输管道内防腐有以下几种措施：
1、根据不同的介质和使用条件选用合适的金属材料，如合金钢、13Cr等。价格高，投资大，易结垢，防腐效果稍强于碳钢；
2、选用非金属材料如玻璃钢、防腐有机涂层等。易结垢，可维护性差，不耐磨，涂层会鼓包、脱皮；
3、介质处理，去除介质的有害成分、降低PH值等，以减低介质的腐蚀性。缺点是增加运营成本和工作量；
4、添加化学药剂，如缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂等。这也会增加运营成本和工作量。
因此，研究开发一种综合性能高的内防腐管道是当务之急，对油气集输有非常重大的经济效益和社会效益。
金属陶瓷是由金属在陶瓷中含量渐增的结构材料，既象钢铁那样有一定的韧性，又象陶瓷一样高硬度、耐腐蚀、耐高温，是强度高，硬度大、抗氧化能力强，并具有一定的延展性和良好的热稳定性的复合材料。
发明内容
本发明目的是提供一种耐腐蚀、不结垢、无维护工作量、耐高温可以无内补口焊接的金属陶瓷内衬管线管制造方法，既有陶瓷的化学稳定性、无腐蚀，又有金属的韧性；内壁的陶瓷层表面能低、无极性，不结垢，不会增加流体输送的阻力，是油气田油气集输和注水的最好内防腐管材。
为达到上述目的，本发明提供一种金属陶瓷内衬管线管，其特征在于：基管内壁沿径向由内到外依次为由刚玉和金属钛组成的金属陶瓷层、由铬、镍、铁组成的合金层。
金属陶瓷层由内到外依次为占金属陶瓷层厚度的1/4的α-Al2O3层、占金属陶瓷层厚度的1/2的由α-Al2O3和金属钛两相结合的过渡层、占金属陶瓷层厚度的1/4的金属钛层。
管线管制备方法包括下列步骤：
1、反应物为100~200目化学纯粉料，预热120℃，保温2小时，按化学反应比混合；按生成物65%Fe、25%Ti、5%Cr、5%Ni计算反应物总量；反应式为：
2Al +Fe2O3=Al2O3 +2Fe        （1）
2Al +Cr2O3=Al2O3+2Cr         （2）
4Al+3TiO2=2Al2O3 +3Ti        （3）
2Al +3NiO=Al2O3+3Ni         （4）；
2、物料放入基管内，然后将基管放入超长离心机，按150g的离心力确定转速。
本发明的有益效果是：
1、金属陶瓷内衬管线管采用含有金属陶瓷的内防腐层，防腐（是碳钢的数百倍，是不锈钢的几十倍）、防垢（结垢速率为零）、防磨性能极佳（是碳钢的27倍），均优于其它内防腐方法；金属陶瓷层与管壁为冶金结合，具有高结合强度、压溃强度、耐冲击等力学性能；长时间使用不会增阻，管道不用维护（投球、投药等）。
2、内衬层耐高温，可进行真正的无内补口焊接，提高了焊口的防腐性能，也就是提高了管线整体的防腐性能。
该系列产品管径为38～800mm，长度可达6000～12000mm。金属陶瓷内衬管线管的直度小于0.2%，满足美国石油协会API的规范；金属陶瓷内衬层厚度3～5mm，没有普通陶瓷内衬复合钢管的针孔和裂纹，质量是国际领先的。
本发明是国际国内第一个走出实验室进入实际应用的金属陶瓷内衬管线管；也是国际国内第一个达到12米长的产品。
附图说明  
附图1为金属陶瓷内衬管线管结构示意图。
1、金属陶瓷层，1.1、α-Al2O3陶瓷层，1.2、过渡层，1.3、钛层，
2、合金层，3、基管。
具体实施方式
实施例1：
规格为φ89mm*6mm的金属陶瓷内衬管线管，长度11.8米。反应物Fe2O3粉23.5kg；Al粉17kg； TiO2粉5.9kg；Cr2O3粉1.17kg；NiO粉1.17kg。离心机转速1867r/min。反应后，金属陶瓷内衬厚度3.2mm，直度0.1%。
实施例2：
规格为φ114mm*14mm的金属陶瓷内衬管线管，长度12米。反应物Fe2O3粉27.2kg；Al粉20.3kg； TiO2粉6.8kg；Cr2O3粉1.35kg；NiO粉1.35kg。离心机转速1766r/min。反应后，金属陶瓷内衬的厚度3.8mm，直度0.15%。
实施例3：
规格为φ159mm*22mm的金属陶瓷内衬管线管，长度12米。反应物Fe2O3粉36.2kg；Al粉26.7kg； TiO2粉9kg；Cr2O3粉1.8kg；NiO粉1.8kg。离心机转速1527r/min。反应后，金属陶瓷内衬的厚度4.1mm，直度0.15%。

Claims (3)

1.一种金属陶瓷内衬管线管，其特征在于：基管内壁沿径向由内到外依次为由刚玉和金属钛组成的金属陶瓷层、由铬、镍、铁组成的合金层。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷内衬管线管，其特征在于：金属陶瓷层由内到外依次为占金属陶瓷层厚度的1/4的α-Al2O3层、占金属陶瓷层厚度的1/2的由α-Al2O3和金属钛两相结合的过渡层、占金属陶瓷层厚度的1/4的金属钛层。
3. 根据权利要求1或2所述的金属陶瓷内衬管线管的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
（1）反应物为100~200目化学纯粉料，预热120℃，保温2小时，按化学反应比混合；按生成物65%Fe、25%Ti、5%Cr、5%Ni计算反应物总量；反应式为：
2Al +Fe2O3=Al2O3 +2Fe        （1）
2Al +Cr2O3=Al2O3+2Cr         （2）
4Al+3TiO2=2Al2O3 +3Ti        （3）
2Al +3NiO=Al2O3+3Ni         （4）；
（2）物料放入基管内，然后将基管放入超长离心机，按150g的离心力确定转速。
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