CN115247265A - 一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管，包括油管主体和设置在油管主体外表面的经铸造形成的牺牲阳极层，牺牲阳极层的两端部分别与相对应的油管主体的两端部间留有缝隙。油管主体直接在成型阶段即与牺牲阳极层连接为一体，使牺牲阳极层与油管主体可以同时安装和拆卸，无需增加牺牲阳极的安拆施工步骤；且由于牺牲阳极层本就与油管主体一体，提高牺牲阳极层与油管主体之间的结合力，避免了牺牲阳极层安装过程中因为安装不当导致牺牲阳极成不能达到良好的保护效果这一隐患。
Description
技术领域
本发明涉及油管防腐技术领域，具体涉及一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管及其制备方法。
背景技术
在我国高含硫气田的开采中，生产环境十分恶劣，不仅高温、高压、高流速，而且硫化氢、二氧化碳等腐蚀问题也越来越严重，由于腐蚀原因引起的事故时有发生，不仅造成财产损失、环境污染，而且可能引发重大安全事故。
油管是油田开采设备中最重要的元器件之一，其腐蚀问题由来已久，牺牲阳极保护器使井筒管柱防腐保护普遍采用的措施之一，其防腐的有效性毋庸置疑。目前，牺牲阳极通常采用套头和卡箍安装在待保护的油管表面，其安装复杂，增加了施工工序。
专利CN209260210U报道了一种保护油井套管牺牲阳极装置。为解决现有油井套管防腐蚀的技术问题，本实用新型提供了一种保护油井套管牺牲阳极装置，用于对油井套管的防腐蚀。本实用新型的一种油井套管阳极保护器，包括管状阳极、导电金属材质的卡箍和箍紧螺母，卡箍包括卡箍座和圆周分布有卡爪的卡爪单元，卡爪单元的外侧面包括靠近卡箍座的外螺纹段和外锥面，箍紧螺母的内侧面包括与卡爪单元外螺纹段匹配的内螺纹段和与卡爪单元外锥面配合的内锥面，且内锥面的锥角略大于外锥面的锥角。
专利CN208362467U报道了一种管道用牺牲阳极保护装置，包括外层护套管、牺牲阳极内衬层、滑槽、弹性密封环、连接法兰、等电位电缆、接线电极、弹片电极及检修螺栓，外层护套管两端分别与一个连接法兰相互连接，外层护套管内表面均布滑槽，牺牲阳极内衬层嵌于外层护套管内，弹性密封环位于外层护套管两端位置，外层护套管上设至少一个检测螺孔，并通过检测螺孔与检修螺栓相互连接，弹片电极嵌于检测螺孔内，与等电位电缆前端相互电气连接，等电位电缆后端与接线电极电气连接。本新型一方面可有效的实现对牺牲阳极进行安装定位作业的需要，另一方面在提高牺牲阳极设备对管道保护作可靠性的同时，另降低牺牲阳极设备日常维护、更换作业的劳动强度和成本。
专利CN203066885U报道了一种牺牲阳极防腐油管短节，上压帽(3)、下压帽(4)分别焊接在牺牲阳极(5)的两端，并通过紧固螺丝安装在中心管(6)上，上接头(1)、下接头(2)分别通过螺纹连接安装在中心管(6)两端。本实用新型具有以下特点：在油水井作业过程中一次施工，减少油井频繁加缓蚀剂的麻烦及在高温下牺牲阳极表面溶解均匀，消耗率小，弥补缓蚀剂高温(90℃以上)保护不足。
论文(崔震等，长输管道阴极保护装置的研究[D],西安石油大学，2019)设计并开发了一种基于STM32单片机的长输管道阴极保护装置。该阴极保护装置能够高精度采集输出电压、输出电流,长输管道的参比电位、温度等数据,通过RS-485总线将数据传输至LabVIEW平台设计的上位机；同时可以通过上位机准确实时调节参比电位,极大降低了长输管道的腐蚀速率。设计的阴极保护装置的体积趋于小型化,智能化、适于远程集中控制。以L245NS管道试件作为实验中的保护对象,搭建实验平台对阴极保护装置进行测试实验。实验结果表明了本文研究的阴极保护装置结构合理、响应迅速并且工作稳定,适用于长输管道的外加电流阴极保护工程。
发明内容
本发明公开一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管，将牺牲阳极与油管短节一体成型，使其能随着油管短节一起拆装，节约了牺牲阳极的安装工序；同时也挺高了牺牲阳极与油管之间的结合力。
其具体技术方案如下：一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管，包括油管主体和设置在油管主体外表面的牺牲阳极层；所述牺牲阳极层的两端部分别与相对应的所述油管主体的两端部间留有缝隙。
所述牺牲阳极层两端与所述油管主体的两端的距离不大于100mm；所述油管主体和牺牲阳极管连接为一体。
本申请中，所述油管主体直接在成型阶段即与牺牲阳极层连接为一体，使牺牲阳极层与油管主体可以同时安装和拆卸，无需增加牺牲阳极的安拆施工步骤；且由于牺牲阳极层本就与油管主体一体，提高牺牲阳极层与油管主体之间的结合力，避免了牺牲阳极层安装过程中因为安装不当导致牺牲阳极成不能达到良好的保护效果这一隐患。另外，由于牺牲阳极层与油管主体一体成型，使其无需通过螺钉等紧固件将牺牲阳极层与油管主体连接为一体，减少了油管主体因为安装牺牲阳极层而出现的破损，为油管主体增加易腐蚀点。
进一步地，所述油管主体包括中心管和设置在中心管内外侧壁上的防腐涂层；所述牺牲阳极层与位于中心管外侧壁上的防腐涂层连接。
进一步地，所述牺牲阳极层为铝基合金。
进一步地，所述铝基合金为Al-Zn-C-Mg系合金，其中，所述Al-Zn-C-Mg系合金，包括以下质量分数的成分：4～6％锌、0.3～1％碳纳米颗粒、0.05～0.1％铟、0.05～0.2％镉、0.2～0.25％锰、0.1～0.2％镁、0.3～0.5％其他元素，余量为铝。
进一步地，所述碳纳米颗粒为碳量子点或氮掺杂碳量子点或介孔碳纳米颗粒中的任一种。
进一步地，所述碳纳米颗粒为介孔碳纳米颗粒；所述介孔碳纳米颗粒的粒径为50～100nm；所述介孔碳纳米颗粒的介孔不超过5nm。
进一步地，所述其他元素包括0.08％～0.12％铈、0.01～0.2％镓、0.01～0.015％钍和0.06～0.1％锡；所述其他元素的余量为杂质。
本发明还公开了一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管的制备方法：其具体包括以下步骤：
S1)制备油管主体；
S2)制备牺牲阳极层的液态熔液；
S3)将牺牲阳极层通过挤压铸造工艺铸造在油管主体的表面。
进一步地，所述步骤S3)中注入的牺牲阳极层的也液态熔液温度不超过450℃。
进一步地，所述步骤S3)中挤压铸造工艺所采用的压力参数为25MPa～35MPa。
附图说明
图1为本发明所提供的一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管的结构示意图。
图1中附图标记如下：
1油管主体，2牺牲阳极层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管，包括油管主体1和设置在油管主体1外表面的牺牲阳极层2；所述牺牲阳极层的两端部分别与相对应的所述油管主体的两端部间留有缝隙。
其中，所述牺牲阳极层2两端与所述油管主体1的两端的距离不大于100mm；所述油管主体1和牺牲阳极管连接为一体。
油管主体直接在成型阶段即与牺牲阳极层连接为一体，使牺牲阳极层与油管主体可以同时安装和拆卸，无需增加牺牲阳极的安拆施工步骤；且由于牺牲阳极层本就与油管主体一体，提高牺牲阳极层与油管主体之间的结合力，避免了牺牲阳极层安装过程中因为安装不当导致牺牲阳极成不能达到良好的保护效果这一隐患。另外，由于牺牲阳极层与油管主体一体成型，使其无需通过螺钉等紧固件将牺牲阳极层与油管主体连接为一体，减少了油管主体因为安装牺牲阳极层而出现的破损，为油管主体增加易腐蚀点。
在一些实施例中，所述油管主体1包括中心管和设置在中心管内外侧壁上的防腐涂层；所述牺牲阳极层2与位于中心管外侧壁上的防腐涂层连接。
在一些实施例中，所述牺牲阳极层2为铝基合金。
在一些实施例中，所述铝基合金为Al-Zn-C-Mg系合金，其中，所述Al-Zn-C-Mg系合金，包括以下质量分数的成分：4～6％锌、0.3～1％碳纳米颗粒、0.05～0.1％铟、0.05～0.2％镉、0.2～0.25％锰、0.1～0.2％镁、0.3～0.5％其他元素，余量为铝。
在一些实施例中，所述碳纳米颗粒为碳量子点或氮掺杂碳量子点或介孔碳纳米颗粒中的任一种。
在一些实施例中，所述碳纳米颗粒为介孔碳纳米颗粒；所述介孔碳纳米颗粒的粒径为 50～100nm；所述介孔碳纳米颗粒的介孔不超过5nm。
在一些实施例中，所述其他元素包括0.08％～0.12％铈、0.01～0.2％镓、0.01～0.015％钍和 0.06～0.1％锡；所述其他元素的余量为杂质。
如下为牺牲阳极的具体的实施例：
实施例1-样品1
所述牺牲阳极包括以下质量分数的成分：5％锌、1％碳量子点、0.08％铟、0.15％镉、0.22％锰、0.12％镁、0.1％铈、0.15％镓、0.012％钍、0.08％锡、0.037％杂质，余量为铝。
实施例2
4％锌、0.5％碳纳米颗粒、0.05％铟、0.2％镉、0.2％锰、0.2％镁、0.5％其他元素，余量为铝；其中其他元素为：0.12％铈、0.2％镓、0.01％钍、0.06％锡、0.11％杂质；产物为样品2。
实施例3
6％锌、0.3％碳纳米颗粒、0.1％铟、0.05％镉、0.25％锰、0.1％镁、0.3％其他元素，余量为铝；其中其他元素为：0.08％铈、0.02％镓、0.015％钍、0.1％锡和0.085％的杂质，产物为样品 3。
进一步的，做如下六个对比例：
对比例1：其他成分不变，去掉铟，余量为铝；
对比例2：其他成分不变，去掉镉，余量为铝；
对比例3：其他成分不变，碳以片状石墨加入；
对比例4：其他成分不变，碳以絮状石墨加入；
对比例5：其他成分不变，其他元素全部为锡；
对比例6：其他成分不变，其他元素中去掉铈，铈的含量增加到锡上。
对于三个样品和六个对比例的实验结果，见如下附表。
本发明还公开了一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管的制备方法：其具体包括以下步骤：
S1)制备油管主体1；
S2)制备牺牲阳极层2的液态熔液；
S3)将牺牲阳极层2通过挤压铸造工艺铸造在油管主体1的表面。
在一些实施例中，所述步骤S3)中注入的牺牲阳极层2的也液态熔液温度不超过450℃，优选为380～400℃。
在一些实施例中，所所述步骤S3)中挤压铸造工艺所采用的压力参数为25MPa～35MPa，优选为28MPa。
样品1的制备工艺中，步骤3的液态溶液温度为390℃，压力参数为28MPa.
| 序号 | 100℃、30d | 160℃、30d | 电位下降率(％) | 腐蚀产物脱落 |
| 样品1 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体无腐蚀 | 0.3 | 完全脱落 |
| 样品2 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体无腐蚀 | 0.72％ | 少量未脱落 |
| 样品3 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体无腐蚀 | 0.51％ | 完全脱落 |
| 对比例1 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体轻微腐蚀 | 11.7 | 大量脱落 |
| 对比例2 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体轻微腐蚀 | 10.5 | 完全脱落 |
| 对比例3 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体轻微腐蚀 | 12.5 | 部分脱落 |
| 对比例4 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体轻微腐蚀 | 7.3 | 完全脱落 |
| 对比例5 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体轻微腐蚀 | 7.7 | 完全脱落 |
| 对比例6 | 油管主体无腐蚀 | 油管主体轻微腐蚀 | 3.1 | 完全脱落 |
Claims (10)
1.一种铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，包括油管主体和设置在所述油管主体外表面的经铸造形成的牺牲阳极层，所述牺牲阳极层的两端部分别与相对应的所述油管主体的两端部间留有缝隙。
2.根据权利要求1所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，所述油管主体包括中心管和设置在中心管外侧壁的防腐涂层，所述牺牲阳极层与位于中心管外侧壁上的防腐涂层连接。
3.根据权利要求2所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，所述牺牲阳极层为铝基合金。
4.根据权利要求3所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，所述铝基合金为Al-Zn-C-Mg系合金，其中，所述Al-Zn-C-Mg系合金，包括以下质量分数的成分：4～6％锌、0.3～1％碳纳米颗粒、0.1～0.2％镁、0.05～0.2％镉、0.2～0.25％锰、0.05～0.1％铟、0.3～0.5％其他元素，余量为铝。
5.根据权利要求4所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，所述碳纳米颗粒为碳量子点或氮掺杂碳量子点或介孔碳纳米颗粒中的任一种。
6.根据权利要求5所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，所述碳纳米颗粒为介孔碳纳米颗粒；所述介孔碳纳米颗粒的粒径为50～100nm；所述介孔碳纳米颗粒的介孔不超过5nm。
7.根据权利要求4所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管，其特征在于，所述其他元素包括0.08％～0.12％铈、0.01～0.2％镓、0.01～0.015％钍和0.06～0.1％锡；所述其他元素的余量为杂质。
8.权利要求1～7任一所述的铸造式耐高温牺牲阳极的油管的制备方法，其特征在于，其具体包括以下步骤：
S1)制备油管主体；
S2)制备牺牲阳极层的液态熔液；
S3)将牺牲阳极层通过挤压铸造工艺铸造在油管主体的表面。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3)中注入的牺牲阳极层的也液态熔液温度不超过450℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3)中挤压铸造工艺所采用的压力参数为25MPa～35MPa。
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