CN204849038U - 一种金属管道表面抗腐蚀的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属管道表面抗腐蚀的装置，其特征在于，该金属管道表面抗腐蚀的装置包括振荡电路(10)、线圈(1)和导磁环；金属管道(4)套在所述导磁环内；所述线圈(1)缠绕在所述导磁环上，并且该线圈(1)与所述振荡电路(10)相连形成电流回路；所述导磁环用于向所述金属管道(4)引入交变电磁场，使金属管道(4)表面抗腐蚀。该金属管道表面抗腐蚀的装置金属抗腐蚀效果稳定，不会额外引入杂质，能量传输效果好、安全性高，便于实际应用。

Description

一种金属管道表面抗腐蚀的装置

技术领域

本实用新型属于金属抗腐蚀领域，更具体地，涉及一种利用电磁场/波实现金属管道表面抗腐蚀的装置。

背景技术

腐蚀是长期困扰工业生产的一大问题，以石油化工行业为例，每年石油化工行业由于腐蚀而造成的损失远远大于水灾、火灾及地震等自然灾害所造成的损失，其中，金属管道腐蚀占很大比例。在技术进步和工业要求下，各种新型管道生产制造技术迅速发展，各种抗腐蚀方法也应运而生。

常用的金属抗腐蚀方法主要有以下几种。第一种是通过在金属管道内添加抗腐蚀剂，这种方式能较为有效地防止管道内介质与金属管道发生化学反应，但由于试剂的添加会改变管道内介质的化学组成，因而该方法不被广泛采用。第二种是用溅射的方式制造非晶态金属抗腐蚀涂层，该涂层性质稳定，不会改变管道内介质的化学组成，由于涂层对金属管道和管道内流体介质起到了隔离作用，能够抑制腐蚀的发生；但是，由于非晶态金属涂层受热时倾向于结晶，对氢脆也很敏感，对涂层的制备工艺、以及管道的应用条件有诸多限制。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种金属管道表面抗腐蚀的装置，其中通过对其关键组件的结构及其设置方式、材料、电磁场产生方式、能量传输方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有金属抗腐蚀效果不稳定、且可能引入杂质的问题，并且该装置的能量传输效果好、安全性好，便于实际应用。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种金属管道表面抗腐蚀的装置，其特征在于，该金属管道表面抗腐蚀的装置包括振荡电路、线圈和导磁环；金属管道套在所述导磁环内；所述线圈缠绕在所述导磁环上，并且该线圈与所述振荡电路相连形成电流回路；所述导磁环用于向所述金属管道引入交变电磁场，使金属管道表面抗腐蚀。

作为本实用新型的进一步优选，所述振荡电路(10)还通过功率开关电路与脉冲产生电路相连。

作为本实用新型的进一步优选，所述导磁环为铁氧体环，该铁氧体环为四边形环、五边形环、六边形环和圆形环中的任意一种。

作为本实用新型的进一步优选，所述振荡电路用于向所述线圈输送振荡电流，该振荡电流的频率为20KHz～1000KHz。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本实用新型中的金属管道表面抗腐蚀装置采用纯物理的方式，通过振荡电路、线圈、导磁环(如铁氧体环)等，将交变电磁场传递到金属管道里，不引入其他杂质，稳定性高。该金属管道表面抗腐蚀的装置，铁氧体环以闭合形式环绕在金属管道上，交变电信号通过铁氧体环，耦合到金属管道，使金属管道中也产生交变电流；高频交流电会产生交变磁场，磁场方向垂直于交流电电流方向，带电离子或者电子在该交变磁场中受到指向管道外侧表面的洛伦兹力，从而产生了趋肤效应；趋附效应使电流只从管道表面流过，管道内部输运的液体中电流很小，甚至为零；管道内表面金属失去的电子将转移到管道的外侧，从而抑制管道和液体(如水等)发生化学反应，防止管道腐蚀。

2.本实用新型产生交变电磁场在管道中左右延伸，即使较远距离会存在些衰减，但是仍能大大扩展交变电磁场对金属管道的作用范围。导磁环(尤其是铁氧体环)具备导磁率较高，磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小，能够更好地将交变电磁场(尤其是高频交变电磁场)引入到金属管道中，并将电感线圈的能量耦合到金属管道。比起直接在管道上缠绕线圈引入电磁场的方式，本实用新型通过采用含有导磁环的互感线圈，能有效降低电磁场的能量损失，高效的实现电磁场的传递。

导磁环套在管道上，线圈则缠绕在导磁环上(既可缠绕导磁环的一部分了，例如四边形环的某一边，也可缠绕整个导磁环)，形成等效变压器电路；优选的，导磁环为铁氧体、钴和镍的一种或其混合物，该导磁环所在平面的法线方向与管道的轴线方向的夹角为0°～60°，能够很好的传输振荡电路的能量，便于对金属管道表面进行抗腐蚀保护。

3.本实用新型的趋肤深度(即△)优选为不超过2mm(例如，可进一步的优选为0.5mm、1mm、1.5mm)，既确保了交变电磁场对金属管道表面的保护效果，又避免了电磁波能量其他方面的损失。另外，由于趋肤深度使电磁场的能量集中在管道表面位置附近，管道内部输送的液体(如水)中的电磁场能量极小，在管道外壁传输的电磁场也最终会导入大地，安全性高。

附图说明

图1是本实用新型中金属管道表面抗腐蚀的装置的结构示意图；

图2是导线周围磁场随导线根数增加的示意图，其中图2a对应1根导线，图2b对应2根导线，图2c对应多根导线；

图3是管道状结构的磁力线示意图(即趋肤效应产生机理的原理示意图)，其中图3a对应组合成管道状的多根导线，图3b对应管道。

附图中，各附图标记的含义如下：1是线圈，2是固定铁氧体组件用塑料螺栓，3是铁氧体组件(组合后形成铁氧体环)，4是金属管道，5是自由电子示意，6是金属管道内部的磁场磁力线示意；7是导线周围磁场示意，8是金属导线的横截面示意(×、·为本领域惯用的含义，即×表示垂直于纸面指向里，·表示垂直于纸面指向外)；9是开关电源；10是振荡电路(即交变信号产生电路)。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型中的金属管道表面抗腐蚀装置包括开关电源，交变信号产生电路和铁氧体环；铁氧体环以闭合形式环绕在金属管道上，交变信号通过铁氧体环，耦合到金属管道，使金属管道中也产生交变电流。高频的交变电流在金属管道中引起趋肤效应，使管道内电场强度为零，金属管道的自由电子只能转移到管道外表面，从而抑制管道内液体介质和管道材料的化学反应，防止了腐蚀的发生。

其中，开关电源是可选器件，起到将220V的交流市电转换为电压恒定的直流电的恒压源的作用，它能为交变信号产生电路提供足够的能量，以使装置为金属管道抗腐蚀的过程提供较大的功率。

交变信号产生电路可以用多种不同方式产生交流电信号。如利用LC振荡的原理，通过恒压源不断给电容和电感线圈充放电产生一系列连续且呈指数衰减的正弦振荡电流信号；也可以用其他含电子管、半导体晶体管的电子振荡器产生任意频率较高的交变信号，如方波、锯齿波、三角波等(即任意高频交变信号，包括阻尼信号与非阻尼信号)均能在金属管道中引起趋肤效应，从而用于抗腐蚀。

在实际应用中，可根据不同管材(材质、厚度)，选择合适的交变电流信号频率，从而控制趋附深度，产生最佳的抗腐蚀效果。趋肤深度的计算公式为：其中，ω为角频率，ω＝2πf(rad/s)，μ为管道材料磁导率(H/m)，γ为管道材料电导率(S/m)。当管道材料一定时，趋肤深度主要和信号频率f有关，因此信号频率的选择要能使趋肤深度尽可能小(本实用新型优选在2mm内)。

铁氧体环在装置中起到能量耦合的作用。铁氧体环一端与交变信号产生电路的电感线圈相连，另一端则套接在金属管道上。装置整体上相当于一个变压器，将原端线圈交变信号的能量耦合到副端的金属管道中；金属管道则可视为一个直径很大的单匝副端线圈。

为了更进一步地说明本实用新型提供的金属管道表面抗腐蚀装置，现参照附图并结合具体实施例详述如下：

实施例1

如图1所示，该装置由开关电源9，交变信号产生电路10，铁氧体环3以及金属管道4构成，其中1是金属排线，2是固定用塑料螺栓，5是自由电子示意，6是金属管道内部的磁场示意。

实施例2

实际操作中，我们可以根据管道壁的材料和厚度，改变交变信号的频率，从而改变趋肤深度，提高防腐效果。趋肤深度与频率成反比例关系，通过理论计算，当交变信号频率在20KHz～1000KHz时，抗金属管道腐蚀效果较好。

如图2所示，用圆圈7表示金属导线的横截面，小叉号表示某一时刻导线中电流的流动方向，通过“右手法则”可以判断导线周围磁场的方向8，为图2a所示情况。在此基础上，考虑两条靠得很近的导线，这时它们周围的磁力线会发生扭曲，呈现一种双回路的形状，但仍然会沿顺时针方向运行。添加额外的一些导线，磁力线会进一步弯曲，如图2b和2c所示。

更进一步地，若许多导线被组合成一个圆柱体(做一个“由导线制成的管”)，如图3a所示，管外磁力线将沿顺时针方向，管内部的磁力线沿逆时针方向。如果我们有大量的电线，并将电线的端部排成一个圆圈，则大量电线的组合可近似为金属管道。现在管外的磁场方向为顺时针，管内部的磁场方向为逆时针。事实上，该磁场从顺时针变为反时针方向，意味着在某些地方该磁场必须为零--即管道的表面，如图3b所示，其中加粗的圆圈表示金属管道的内外壁，管道外壁处恰好是磁场为零的位置。

再来考虑金属管道中磁场不为零的区域。管道内部会存在一个不断变化的磁场，变化的磁场会激发变化的电场，感生电场进而产生反向电流。其结果是，管道内部的电流受到阻力，使得它被完全抵消至电流为零。表面附近，磁场下降到零，所以没有反势的电流。因此，流经导体的交流电流将趋向于流向表面，没有电流流过导体的中心，这便是趋肤效应产生的机理。

例如，图1中管道内发生了这样的反应，含有盐酸(HCl)杂质的水通过镀锌管道(即涂有锌Zn)。发生腐蚀反应时，金属管道中的锌原子溶解在水中，一个锌原子失去2个电子成为带正电的离子(Zn²⁺)。电子进入水中与氢离子H⁺(盐酸HCl中的氢离子)结合，产生氢气。在有本抗腐蚀装置的位置，管道中锌溶解释放的电子会通过交流信号流过管道。由于趋肤效应，他们被迫游到管道外部。这意味着不存在任何可用于化学反应的电子，阻断反应链。所以该反应不能继续，因此，腐蚀停止。

本实用新型利用变压器的工作原理将交变信号产生电路(即振荡电路)产生的高频交流信号通过铁氧体环耦合到金属管道中，不论金属管道的管径大小和管道的外围直径，该装置都能很好地在管道中产生高频交流信号；并且，由于趋肤效应，交流电将只在管道表面上毫米量级的深度流过，而管道内部不会产生电流；管道内壁金属失去的自由电子不会存在于管道内部，而是被导引到管道表面，管内流体和管内壁之间从而不会因为得失电子而发生化学反应，即抑制了管道的腐蚀。

振荡电路输出给线圈的电压幅值可根据管道需要、缠绕在铁氧体环上的线圈的匝数灵活调整，例如，该电压的峰峰值可以为20V～80V，由于电压为高频电压，平均电压值更小，能进一步提高安全性。

由于振荡电路的输入电压与市电的频率、幅值可能不完全一致，因此在振荡电路前端还可设置降压电路、脉冲产生电路、功率开关电路(对应开关电源9)等(如图1所示)，例如，可以将降压电路可将市电转换为30V的直流电，再依次经过随机信号脉冲产生电路、功率开关电路最终输入到振荡电路的转入端。随机信号脉冲产生电路、功率开关电路以及振荡电路可以集成设计在一个信号板上。脉冲产生电路可以产生控制脉冲信号来控制功率开关器件实现开启和关断，功率开关器件是用于实现电源给振荡电路提供电能的开关。

另外，铁氧体环还可以是其它四边形、五边形或圆形，各条边可以采用塑料连接件(如螺杆)连接，只要铁氧体环形成一个团合的环形缠绕管道即可；铁氧体环所在平面的法线方向与管道轴线方向的夹角优选为0°～60°，可以为15°、30°、45°；由于线圈等效于变压器电路的初级线圈，线圈既可以缠绕铁氧体环的一部分，也可以缠绕铁氧体环整体。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种金属管道表面抗腐蚀的装置，其特征在于，该金属管道表面抗腐蚀的装置包括振荡电路(10)、线圈(1)和导磁环；金属管道(4)套在所述导磁环内；所述线圈(1)缠绕在所述导磁环上，并且该线圈(1)与所述振荡电路(10)相连形成电流回路；所述导磁环用于向所述金属管道(4)引入交变电磁场，使金属管道(4)表面抗腐蚀。

2.如权利要求1所述金属管道表面抗腐蚀的装置，其特征在于，所述振荡电路(10)还通过功率开关电路与脉冲产生电路相连。

3.如权利要求1所述金属管道表面抗腐蚀的装置，其特征在于，所述导磁环为铁氧体环，该铁氧体环为四边形环、五边形环、六边形环和圆形环中的任意一种。

4.如权利要求1所述金属管道表面抗腐蚀的装置，其特征在于，所述振荡电路(10)用于向所述线圈(1)输送振荡电流，该振荡电流的频率为20KHz～1000KHz。