專利名稱：儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料及其制備方法，用于解決因腐蝕引起的儲罐加熱盤管腐蝕穿孔問題。
背景技術(shù)：
加熱盤管是原油儲罐內(nèi)重要附件之一，其功能是冬季加熱儲罐內(nèi)油水混合物，以保證罐內(nèi)原油溫度在凝點以上，防止儲罐內(nèi)原油凝固和加快油水分離速度。進(jìn)入儲罐的原油含水比例高(含水量≥50%)，加熱盤管一般安裝在儲罐底部，因此外部腐蝕環(huán)境主要為儲罐底部沉積水，弓I起盤管腐蝕的主要是沉積水中的腐蝕性成分。罐底沉積水形成的腐蝕介質(zhì)成分復(fù)雜，其特點是:礦化度較高(CF含量≥30000mg/L)，溶解有02、H2S, CO2等腐蝕性氣體，另外還伴有SRB、TGB等引起腐蝕的微生物，導(dǎo)致盤管局部腐蝕嚴(yán)重，甚至穿孔。加熱盤管的更換費用巨大，一次費用為40 50萬，頻繁的更換盤管增加生產(chǎn)成本，同時更換盤管時的清罐工作更影響油區(qū)正常生產(chǎn)。目前適用于現(xiàn)場加熱盤管腐蝕環(huán)境的防腐措施主要為盤管表面涂層保護(hù)技術(shù)和盤管外壁犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)。其中，涂層在現(xiàn)場應(yīng)用過程中存在問題:介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)且溫度高(長時間控制在80°C以上)，涂層在該腐蝕環(huán)境中極易出現(xiàn)局部脫落，形成“大陰極、小陽極”，加速盤管基體腐蝕?，F(xiàn)場用于盤管外壁陰極保護(hù)所采用的犧牲陽極材料為國標(biāo)GB/T 4948-2002提供的Al-Zn-1n系陽極，在海水中測定該種陽極電化學(xué)性能良好，其中電容量≥ 2600A h/kg、電流效率≥ 90%，但該種陽極材料應(yīng)用在現(xiàn)場高溫、高礦化度腐蝕環(huán)境中，存在以下問題:1、陽極材料溶解較快，使用壽命短；2、陽極材料表面溶解不均勻，腐蝕產(chǎn)物不易脫落；3、高溫環(huán)境使用容易鈍化、保護(hù)失效；4、成本高、熔煉工藝復(fù)雜。CNlOl 148767A公開了一種鋁鋅銦系犧牲陽極材料以鋁為原料，添加元素鋅、銦，鎂、鈦和硅元素，采用氬氣保護(hù)感應(yīng)熔煉法制備，具有良好的電化學(xué)性能，電流效率≥ 92%，電容量≥2650 A -h/kg ;CN102002715A公開了一種海洋環(huán)境中設(shè)備腐蝕場合下的陰極保護(hù)用高性能鋁合金犧牲陽極，在Al-Zn-1n系基礎(chǔ)上添加了合金元素Mg、Sn、Si，實現(xiàn)陽極電化學(xué)性能提高，電流效率≥92%，電容量≥2700 A.h/kg ；CN101619459A公開了一種快速活化鋁合金陽極犧牲陽極，在鋁合金中添加Ga、Mg、Mn等元素，細(xì)化晶粒，使?fàn)奚枠O能快速活化。上述三種用于金屬腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的鋁合金犧牲陽極具備電化學(xué)性能優(yōu)良、制備工藝簡單等特點，但在80°C以上腐蝕環(huán)境中長期使用，犧牲陽極材料將因高溫鈍化失去保護(hù)效果，無法應(yīng)用于儲罐內(nèi)高溫腐蝕環(huán)境保護(hù)加熱盤管外壁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中儲罐加熱盤管防腐蝕存在的上述問題，提供一種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料及其制備方法，本發(fā)明電容量大、驅(qū)動電位大、電流效率高且能均勻溶解，有效解決國標(biāo)Al-Zn-1n系陽極材料在現(xiàn)場高溫、高礦化度腐蝕環(huán)境中使用易鈍化、失效等缺陷，從而能有效降低盤管保護(hù)電位至-0.85V以下，延長加熱盤管的使用壽命。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
ー種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于，按重量百分比計，成分為:Zn:
3.0 5.5% ；In:0.02 0.03% ；Mg:1.0 1.5% ；T1:0.03 0.05% ；B:0.01 0.09% ;余量
為鋁，雜質(zhì)含量< 0.1%。所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:4.0 5.0% ；In:0.022
0.028% ；Mg:1.2 1.4% ；T1:0.035 0.045% ；B:0.04 0.07% ;余量為鋁，雜質(zhì)含量
く 0.08%o所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:5.5% ;In:0.02% ;Mg:
1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.03%，余量為鋁。所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:3.5% ;In:0.03% ；Mg:
1.0% ；Ti:0.05% ；B:0.015%，余量為鋁。所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:5.0% ;In:0.03% ;Mg:
1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.05%，余量為鋁。

ー種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的制備方法，其特征在于:稱取合金元素并包在鋁箔中，加熱至全部熔化，攪拌混合均勻后，靜置至少IOmin后攪拌混合均勻，在模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。所述稱取的合金元素包在鋁箔中呈鋁錠狀，再放入爐中，溫度設(shè)定在至少760°C，加熱至全部熔化。所述加熱至全部熔化，攪拌混合均勻后，在熔融液表面撒ー層木炭粉，再靜置。采用本發(fā)明的優(yōu)點在于:
一、本發(fā)明按重量百分比計，成分為:Zn:3.0 5.5% ；In:0.02 0.03% ；Mg:
1.0 1.5% ；Ti:0.03 0.05% ；B:0.01 0.09% ;余量為鋁，雜質(zhì)含量彡0.1%，具有良好的活化性能，腐蝕產(chǎn)物易脫落，且在高溫環(huán)境中不易出現(xiàn)鈍化、失效，滿足高溫環(huán)境使用要求；0.01 0.09%微量硼元素，以適應(yīng)高溫環(huán)境使用的要求，硼元素的加入可在合金中形成TiB2細(xì)化相，能有效細(xì)化晶粒，使組織更加致密均勻，從而提高陽極材料的腐蝕均勻性，另夕卜，硼元素的原子半徑為88Pm，對晶格有收縮作用，起到降低自腐蝕速度，提高電流效率和陽極電容量的作用。ニ、本發(fā)明中，所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:4.0 5.0% ；In:0.022 0.028% ；Mg:1.2 1.4% ；T1:0.035 0.045% ；B:0.04 0.07% ;余量為鋁，雜質(zhì)含量< 0.08%，此成分的鋁合金犧牲陽極材料電化學(xué)性能優(yōu)良，經(jīng)檢測實際電容量彡2650 A h/kg、電流效率彡90%。三、本發(fā)明中:1、所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:5.5%;In:0.02% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:0.03%，余量為鋁；2、所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:3.5% ；In:0.03% ；Mg:1.0% ；T1:0.05% ；B:0.015%，余量為鋁；3、所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:5.0% ；In:0.03% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:
0.05%，余量為鋁；此三種成分的鋁合金犧牲陽極材料，在試驗過程中沒有出現(xiàn)電位下降或鈍化失效現(xiàn)象，陽極腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物疏松自動脫落，電化學(xué)性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，具有保護(hù)效果好、體積小、重量輕、易于安裝、使用壽命長和成本低等特點。
四、本發(fā)明的制備方法，采用常規(guī)的熔鑄エ藝制造，エ藝成熟，便于制造，自然冷卻不需要人工冷卻，降低了能耗和人工成本。五、本發(fā)明的制備方法中，所述稱取的合金元素包在鋁箔中呈鋁錠狀，再放入爐中，溫度設(shè)定在至少760V，加熱至全部熔化，此方法便于各成分的混合均勻，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。六、本發(fā)明的制備方法中，所述加熱至全部熔化，攪拌混合均勻后，在熔融液表面撒ー層木炭粉，再靜置，此方法可防止金屬氧化和減少燒損，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
具體實施例方式實施例1
本實施例的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的重量百分比成分為:Zn:5.5%； In:0.02% ；Mg:1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.03%，余量為鋁，雜質(zhì)含量彡 0.1%。根據(jù)配方，稱取各種合金元素，用鋁箔包緊。溫度設(shè)定在760°C，將鋁錠隨爐一起加熱至全部熔化，根據(jù)各合金元素的熔點不同，在不同溫度下將其壓入熔化的鋁水中，多次攪拌后，在爐內(nèi)靜置IOmin后輕輕攪動混合均勻，于鑄鐵模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。實施例2
本實施例的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的重量百分比成分為:Zn:3.5%； In:0.03% ；Mg:1.0% ；Ti:0.05% ；B:0.015%，余量為鋁，雜質(zhì)含量彡 0.1%。根據(jù)配方，稱取各種合金元素，用鋁箔包緊。溫度設(shè)定在760°C，將鋁錠隨爐一起加熱至全部熔化，根據(jù)各合金元素的熔點不同，在不同溫度下將其壓入熔化的鋁水中，多次攪拌后，在爐內(nèi)靜置IOmin后輕輕攪動混合均勻，于鑄鐵模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。實施例3
本實施例的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的重量百分比配方為:Zn:5.0%；ln:
0.03% ；Mg:1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.05%，余量為鋁，雜質(zhì)含量彡 0.1%。根據(jù)合金配方，稱取各種合金元素，用鋁箔包紫。溫度設(shè)定在760°C，將鋁錠隨爐一起加熱至全部熔化，根據(jù)各合金元素的熔點不同，在不同溫度下將其壓入熔化的鋁水中，多次攪拌后，在爐內(nèi)靜置IOmin后輕輕攪動混合均勻，于鑄鐵模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。實施例4
對制備的鋁合金犧牲陽極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T17848-1999規(guī)定，采用Princeton電化學(xué)綜合測試系統(tǒng)對本發(fā)明制備的鋁合金犧牲陽極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試。試驗介質(zhì):天然 海水，試驗溫度:80°C 陽極電化學(xué)性能測試結(jié)果:
權(quán)利要求
1.一種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于，按重量百分比計，成分為:Zn:3.0 5.5% ；In:0.02 0.03% ；Mg:1.0 1.5% ；T1:0.03 0.05% ；B:0.01 0.09% ;余量為鋁，雜質(zhì)含量< 0.1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于:所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:4.0 5.0% ；In:0.022 0.028% ；Mg:1.2 1.4% ；Ti:0.035 0.045% ；B:0.04 0.07% ;余量為鋁，雜質(zhì)含量彡 0.08%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于:所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:5.5% ；In:0.02% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:0.03%，余量為鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于:根據(jù)權(quán)利要求I所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于:所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:3.5% ；In:0.03% ；Mg:1.0% ；T1:0.05% ；B:0.015%，余量為鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料，其特征在于:所述鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為:Zn:5.0% ；In:0.03% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:0.05%，余量為鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的制備方法，其特征在于:稱取合金元素并包在鋁箔中，加熱至全部熔化，攪拌混合均勻后，靜置至少IOmin后并攪拌混合均勻，在模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的制備方法，其特征在于:所述稱取的合金元素包在鋁箔中呈鋁錠狀，再放入爐中，溫度設(shè)定在至少760°C，加熱至全部熔化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料的制備方法，其特征在于:所述加熱至全部熔化，攪拌混合均勻后，在熔融液表面撒一層木炭粉，再靜置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料及其制備方法，儲罐盤管用鋁合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為Zn3.0～5.5%；In0.02～0.03%；Mg1.0～1.5%；Ti0.03～0.05%；B0.01～0.09%；余量為鋁，雜質(zhì)含量≤0.1%。本發(fā)明電容量大、驅(qū)動電位大、電流效率高且能均勻溶解，有效解決國標(biāo)Al-Zn-In系陽極材料在現(xiàn)場高溫、高礦化度腐蝕環(huán)境中使用易鈍化、失效等缺陷，從而能有效降低盤管保護(hù)電位至-0.85V以下，延長加熱盤管的使用壽命。
文檔編號C23F13/14GK103088347SQ20121057752
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者郭亮, 吳保玉, 李世勇, 張新發(fā), 陳懷兵, 徐軍, 薛斌 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司