CN104896260A - 一种管道内保护补口器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道内保护补口器。主要解决了现有内补口装置不能满足寒冷天气及快速施工使用要求及安装后需要常规补口密封检验的问题。其特征在于：所述电极体（2）为中心管钢芯管（5）及外套管空心铝电极棒（6）构成，所述钢芯管（5）外部固定连接空心铝电极棒（6）；所述电极体（2）内的钢芯管两端伸出铝电极棒外部部分分别连接导电稳定环（1）及导电定位环（3），所述导电定位环（3）外圆周边向上垂直连接导电定位体（4）。该管道内保护补口器，能够适应寒冷天气使用或短工期施工即能达到控制腐蚀的目的，省略了常规补口密封检验工序。

Description

一种管道内保护补口器

技术领域

本发明涉及油田地面工程管道领域中一种补口器，尤其是一种管道内保护补口器。

背景技术

在油田地面工程管道施工过程中，为了保证管道的质量，防止管道焊口内腐蚀，需要对钢质管道焊口作内补口。而目前所用的“内补口机涂敷法”，在东北高纬度工况环境下，由于天气寒冷，工期短，造成内补口的施工及检验周期长，延误正常工期，实际操作可行性比较低，无法达到控制腐蚀的目的。另外，其它内衬耐蚀补口装置在应用中需要管道出厂前或者施工中进行扩管，提高管道圆度，才能进行补口安装，如果不进行管道扩管，致使安装后隔离密封质量不合格，达不到补口的目的，造成补口失效，降低管道使用寿命。并且工序复杂，费时费力，效率低。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有内补口装置不能满足寒冷天气及快速施工使用要求及安装后需要常规补口密封检验的问题，而提供一种管道内保护补口器。该管道内保护补口器，能够适应寒冷天气使用或短工期施工即能达到控制腐蚀的目的，省略了常规补口密封检验工序。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该管道内保护补口器，包括若干电极体，所述电极体为中心管钢芯管及外套管空心铝电极棒构成，所述钢芯管外部固定连接空心铝电极棒；所述电极体内的钢芯管两端伸出铝电极棒外部部分分别连接导电稳定环及导电定位环，所述导电定位环外圆周边向上垂直连接导电定位体。

所述合金中锌含量用于在流动介质中控制电极的消耗速度，提高合金的电化学性能，同时避免电极体表面形成氧化膜，铟及锡用于提升合金电极均匀腐蚀的控制能力。主体结构采用铝合金材质，与管道焊接后完成电化学连接，当介质电阻率满足要求并在管道中流动时，管道内补口部位电位极化，达到防腐要求。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该管道内保护补口器，安装在管道连接焊口热影响区域位置，在流动的介质中，电极体为补口处管壁提供稳定均匀的保护电位。对于稳定流动的介质，能确保合金电极寿命及其均匀溶解，确保在防腐层热影响破损区域内管道电位达到-0.85V～-1.20V(相对于饱和硫酸铜参比电极)。现场安装方便，节省时间，安装不受环境温度限制，对于高纬度区域现场环境能够节省工期，能有效控制腐蚀。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的电极体的径向截面图。

图中：1-导电稳定环，2-电极体，3-导电定位环，4-导电定位体，5-钢芯管，6-铝电极棒。

具体实施方式：

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：

如附图1、图2所示，该管道内保护补口器，包括若干电极体2，所述电极体2为中心管钢芯管5及外套管空心铝电极棒6构成，所述钢芯管5外部固定连接空心铝电极棒6；所述电极体2内的钢芯管两端伸出铝电极棒外部分别为1cm和2cm，其中伸出铝电极棒外部1cm端连接导电稳定环1，伸出铝电极棒外部2cm端连接导电定位环3；所述导电定位环3外圆周边向上垂直连接导电定位体4；所述导电稳定环1、导电定位环3、导电定位体4材质为耐蚀钢；所述铝电极棒6的组分及重量含量分别见表1。所述导电定位体4外部端头焊接到需要焊接的管道的内壁上。

铝电极棒6铝合金系列(电极体寿命30年)组分及重量含量表1

该补口器使用时，将导电定位体4外部端头焊接到管道的内壁上，在流动的介质中，电极体为补口处管壁提供稳定均匀的保护电位。对于稳定流动的介质，为确保合金电极寿命及其均匀溶解，该保护补口器中Zn成分在2.7％±0.5，其它微量成分铟0.035-0.045％，锡0.025-0.035％。

该管道内保护补口器用于模拟环道测试中，使用液体环氧涂层管道，保护补口器焊接后，在不同的流动的介质(人造海水、清水、三元液)中，极化48小时后保护电位分布如下表2：

表2保护电位分布表(饱和硫酸铜参比电极)

清水管道/三元液管道0.3m附近范围之内电位(饱和硫酸铜参比电极电位-0.85V以上)达到保护要求；人造海水管道5m之内电位(饱和硫酸铜参比电极电位-0.85V以上)达到保护要求。

由于管道内介质电阻率及相应空间条件限制，介质纵向电阻较小，借助上述保护距离测试数据，在相同规格管道内，同一规格保护补口器，对于上述三种不同介质，保护寿命如下：

计算使用参数：

－保护电流密度：40mA/m²；(小部分裸钢)；

－管道内直径：144mm

－有效单支电极规格：φ12×300mm×6单重0.11kg

－不同介质电阻率：清水150Ω·cm～海水20Ω·cm～三元液150Ω·cm

－合金电极消耗率3.3kg/(A·a)

一、)管内保护电流(按照10m计)

I1＝i·S＝90mA(人造海水介质有效保护距离为5m)；

I2＝i·S＝10mA(清水介质有效保护距离为0.3m)；

I3＝i·S＝9mA(三元液介质有效保护距离为0.3m)；

式中：

I—保护电流(A)

i—保护电流密度(A/m²)

S—保护面积(m²)

二、)补口装置净重；电极寿命按照30年计；

$T=0.85\frac{W}{\mathrm{\ωI}}=30$

式中：

T—电极寿命(a)

W—电极净重(kg)

ω—电极消耗率(kg/(A·a))

I—管内壁所需保护电流(A)

W＝30ωI/0.85

W1清水管道电极净重：1.16kg；

W2人造海水管道电极净重：10.5kg；

W3三元液管道电极净重：1.05kg；

清水及三元液补口装置铝合金(电极体)配重见表3。

三、)单支电极接水电阻

$R_A=\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\πL}}(\ln \frac{4L}{r}-1)=3.42\left(\mathrm{\Ω}\right)$

单支电极输出电流

$I_a=\frac{U}{R_A}=0.2/3.42=0.058\left(A\right)$

式中：L、r--代表电极体长度及有效半径

I_a—单支电极的输出电流(A)

U—电极驱动电位(V)取0.2V

在试验管道的工况条件下，对于三元水溶液及清水单支电极能够提供足够的保护电流，保护时间为2.5年，对于人造海水两支电极能够提供够保护电流，保护时间为0.5年。

清水及三元液补口器电极体配重表表3

规格	铝合金重量(kg)	规格	铝合金重量(kg)
				DN50	0.39	DN225	1.67
DN60	0.50	DN250	1.86
				DN80	0.60	DN300	2.20
DN100	0.77	DN350	2.90
				DN150	1.15	DN400	3.09
DN200	1.50	DN410	3.25

由上述表格可见：

(1)测试数据显示油田内清水及三元液管道补口保护距离30cm内，保护补口器满足要求，海水管道补口保护距离5m内，保护补口器满足要求。

(2)管内电极体规格能满足环向电位均匀控制腐蚀、减小影响介质流动、确保管道运行寿命的最低需求。

(3)针对不同的流动介质、不同的管道内径，规定保护年限后，能够通过计算合理配置保护补口器电极体的重量。

Claims (6)

1.一种管道内保护补口器，包括若干电极体（2），其特征在于：所述电极体（2）为中心管钢芯管（5）及外套管空心铝电极棒（6）构成，所述钢芯管（5）外部固定连接空心铝电极棒（6）；所述电极体（2）内的钢芯管两端伸出铝电极棒外部部分分别连接导电稳定环（1）及导电定位环（3），所述导电定位环（3）外圆周边向上垂直连接导电定位体（4）。

2.根据权利要求1所述的一种管道内保护补口器，其特征在于：所述铝电极棒（6）的组分及配比按重量百分比如下：锌2.2-5.2%，铟0.020-0.045%，锡0.018-0.035%，余量为铝。

3.根据权利要求2所述的一种管道内保护补口器，其特征在于：所述铝电极棒（6）的组分及配比按重量百分比如下：锌2.2-3.2%，铟0.035-0.045%，锡0.025-0.035%，余量为铝。

4.根据权利要求1所述的一种管道内保护补口器，其特征在于：所述电极体（2）内的钢芯管两端伸出铝电极棒外部分别为1cm 及2cm，其中1cm端连接导电稳定环（1）；2cm端连接导电定位环（3）。

5.根据权利要求1所述的一种管道内保护补口器，其特征在于：所述导电稳定环（1）、导电定位环（3）、导电定位体（4）材质为耐蚀钢。

6.根据权利要求1所述的一种管道内保护补口器，其特征在于：所述导电定位体（4）外部端头焊接到管道焊口附近内壁上。