专利名称：储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及油田腐蚀与防护技术领域，主要涉及一种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料及其制备方法，用于解决因腐蚀引起的储罐加热盘管腐蚀穿孔问题。
背景技术：
加热盘管是原油储罐内重要附件之一，其功能是冬季加热储罐内油水混合物，以保证罐内原油温度在凝点以上，防止储罐内原油凝固和加快油水分离速度。进入储罐的原油含水比例高(含水量≥50%)，加热盘管一般安装在储罐底部，因此外部腐蚀环境主要为储罐底部沉积水，弓I起盘管腐蚀的主要是沉积水中的腐蚀性成分。罐底沉积水形成的腐蚀介质成分复杂，其特点是:矿化度较高(CF含量≥30000mg/L)，溶解有02、H2S, CO2等腐蚀性气体，另外还伴有SRB、TGB等引起腐蚀的微生物，导致盘管局部腐蚀严重，甚至穿孔。加热盘管的更换费用巨大，一次费用为40 50万，频繁的更换盘管增加生产成本，同时更换盘管时的清罐工作更影响油区正常生产。目前适用于现场加热盘管腐蚀环境的防腐措施主要为盘管表面涂层保护技术和盘管外壁牺牲阳极阴极保护技术。其中，涂层在现场应用过程中存在问题:介质腐蚀性强且温度高(长时间控制在80°C以上)，涂层在该腐蚀环境中极易出现局部脱落，形成“大阴极、小阳极”，加速盘管基体腐蚀。现场用于盘管外壁阴极保护所采用的牺牲阳极材料为国标GB/T 4948-2002提供的Al-Zn-1n系阳极，在海水中测定该种阳极电化学性能良好，其中电容量≥ 2600A h/kg、电流效率≥ 90%，但该种阳极材料应用在现场高温、高矿化度腐蚀环境中，存在以下问题:1、阳极材料溶解较快，使用寿命短；2、阳极材料表面溶解不均匀，腐蚀产物不易脱落；3、高温环境使用容易钝化、保护失效；4、成本高、熔炼工艺复杂。CNlOl 148767A公开了一种铝锌铟系牺牲阳极材料以铝为原料，添加元素锌、铟，镁、钛和硅元素，采用氩气保护感应熔炼法制备，具有良好的电化学性能，电流效率≥ 92%，电容量≥2650 A -h/kg ;CN102002715A公开了一种海洋环境中设备腐蚀场合下的阴极保护用高性能铝合金牺牲阳极，在Al-Zn-1n系基础上添加了合金元素Mg、Sn、Si，实现阳极电化学性能提高，电流效率≥92%，电容量≥2700 A.h/kg ；CN101619459A公开了一种快速活化铝合金阳极牺牲阳极，在铝合金中添加Ga、Mg、Mn等元素，细化晶粒，使牺牲阳极能快速活化。上述三种用于金属腐蚀与防护技术领域的铝合金牺牲阳极具备电化学性能优良、制备工艺简单等特点，但在80°C以上腐蚀环境中长期使用，牺牲阳极材料将因高温钝化失去保护效果，无法应用于储罐内高温腐蚀环境保护加热盘管外壁。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中储罐加热盘管防腐蚀存在的上述问题，提供一种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料及其制备方法，本发明电容量大、驱动电位大、电流效率高且能均匀溶解，有效解决国标Al-Zn-1n系阳极材料在现场高温、高矿化度腐蚀环境中使用易钝化、失效等缺陷，从而能有效降低盘管保护电位至-0.85V以下，延长加热盘管的使用寿命。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
ー种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于，按重量百分比计，成分为: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
为铝，杂质含量< 0.1%。所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为: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% ;余量为铝，杂质含量
く 0.08%o所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:5.5% ;In:0.02% ;Mg:
1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.03%，余量为铝。所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:3.5% ;In:0.03% ；Mg:
1.0% ；Ti:0.05% ；B:0.015%，余量为铝。所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:5.0% ;In:0.03% ;Mg:
1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.05%，余量为铝。
ー种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于:称取合金元素并包在铝箔中，加热至全部熔化，搅拌混合均匀后，静置至少IOmin后搅拌混合均匀，在模具中浇铸，自然冷却凝固即可。所述称取的合金元素包在铝箔中呈铝锭状，再放入炉中，温度设定在至少760°C，加热至全部熔化。所述加热至全部熔化，搅拌混合均匀后，在熔融液表面撒ー层木炭粉，再静置。采用本发明的优点在于:
一、本发明按重量百分比计，成分为: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% ;余量为铝，杂质含量彡0.1%，具有良好的活化性能，腐蚀产物易脱落，且在高温环境中不易出现钝化、失效，满足高温环境使用要求；0.01 0.09%微量硼元素，以适应高温环境使用的要求，硼元素的加入可在合金中形成TiB2细化相，能有效细化晶粒，使组织更加致密均匀，从而提高阳极材料的腐蚀均匀性，另夕卜，硼元素的原子半径为88Pm，对晶格有收缩作用，起到降低自腐蚀速度，提高电流效率和阳极电容量的作用。ニ、本发明中，所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为: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% ;余量为铝，杂质含量< 0.08%，此成分的铝合金牺牲阳极材料电化学性能优良，经检测实际电容量彡2650 A h/kg、电流效率彡90%。三、本发明中:1、所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:5.5%;In:0.02% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:0.03%，余量为铝；2、所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:3.5% ；In:0.03% ；Mg:1.0% ；T1:0.05% ；B:0.015%，余量为铝；3、所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:5.0% ；In:0.03% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:
0.05%，余量为铝；此三种成分的铝合金牺牲阳极材料，在试验过程中没有出现电位下降或钝化失效现象，阳极腐蚀均匀，腐蚀产物疏松自动脱落，电化学性能优于现有技术产品，具有保护效果好、体积小、重量轻、易于安装、使用寿命长和成本低等特点。
四、本发明的制备方法，采用常规的熔铸エ艺制造，エ艺成熟，便于制造，自然冷却不需要人工冷却，降低了能耗和人工成本。五、本发明的制备方法中，所述称取的合金元素包在铝箔中呈铝锭状，再放入炉中，温度设定在至少760V，加热至全部熔化，此方法便于各成分的混合均匀，从而提高产品质量。六、本发明的制备方法中，所述加热至全部熔化，搅拌混合均匀后，在熔融液表面撒ー层木炭粉，再静置，此方法可防止金属氧化和減少烧损，保证了产品质量。
具体实施例方式实施例1
本实施例的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的重量百分比成分为:Zn:5.5%； In:0.02% ；Mg:1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.03%，余量为铝，杂质含量彡 0.1%。根据配方，称取各种合金元素，用铝箔包紧。温度设定在760°C，将铝锭随炉一起加热至全部熔化，根据各合金元素的熔点不同，在不同温度下将其压入熔化的铝水中，多次搅拌后，在炉内静置IOmin后轻轻搅动混合均匀，于铸铁模具中浇铸，自然冷却凝固即可。实施例2
本实施例的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的重量百分比成分为:Zn:3.5%； In:0.03% ；Mg:1.0% ；Ti:0.05% ；B:0.015%，余量为铝，杂质含量彡 0.1%。根据配方，称取各种合金元素，用铝箔包紧。温度设定在760°C，将铝锭随炉一起加热至全部熔化，根据各合金元素的熔点不同，在不同温度下将其压入熔化的铝水中，多次搅拌后，在炉内静置IOmin后轻轻搅动混合均匀，于铸铁模具中浇铸，自然冷却凝固即可。实施例3
本实施例的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的重量百分比配方为:Zn:5.0%；ln:
0.03% ；Mg:1.5% ；Ti:0.05% ；B:0.05%，余量为铝，杂质含量彡 0.1%。根据合金配方，称取各种合金元素，用铝箔包紫。温度设定在760°C，将铝锭随炉一起加热至全部熔化，根据各合金元素的熔点不同，在不同温度下将其压入熔化的铝水中，多次搅拌后，在炉内静置IOmin后轻轻搅动混合均匀，于铸铁模具中浇铸，自然冷却凝固即可。实施例4
对制备的铝合金牺牲阳极材料进行电化学性能测试，參照标准GB/T17848-1999規定，采用Princeton电化学综合测试系统对本发明制备的铝合金牺牲阳极材料进行电化学性能测试。试验介质:天然 海水，试验温度:80°C 阳极电化学性能测试结果:
权利要求
1.一种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于，按重量百分比计，成分为: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% ;余量为铝，杂质含量< 0.1%。
2.根据权利要求1所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于:所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为: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% ;余量为铝，杂质含量彡 0.08%。
3.根据权利要求1所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于:所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:5.5% ；In:0.02% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:0.03%，余量为铝。
4.根据权利要求1所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于:根据权利要求I所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于:所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:3.5% ；In:0.03% ；Mg:1.0% ；T1:0.05% ；B:0.015%，余量为铝。
5.根据权利要求1所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料，其特征在于:所述铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为:Zn:5.0% ；In:0.03% ；Mg:1.5% ；T1:0.05% ；B:0.05%，余量为铝。
6.根据权利要求1所述的一种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于:称取合金元素并包在铝箔中，加热至全部熔化，搅拌混合均匀后，静置至少IOmin后并搅拌混合均匀，在模具中浇铸，自然冷却凝固即可。
7.根据权利要求6所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于:所述称取的合金元素包在铝箔中呈铝锭状，再放入炉中，温度设定在至少760°C，加热至全部熔化。
8.根据权利要求6所述的储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料的制备方法，其特征在于:所述加热至全部熔化，搅拌混合均匀后，在熔融液表面撒一层木炭粉，再静置。
全文摘要
本发明公开了一种储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料及其制备方法，储罐盘管用铝合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为Zn3.0～5.5%；In0.02～0.03%；Mg1.0～1.5%；Ti0.03～0.05%；B0.01～0.09%；余量为铝，杂质含量≤0.1%。本发明电容量大、驱动电位大、电流效率高且能均匀溶解，有效解决国标Al-Zn-In系阳极材料在现场高温、高矿化度腐蚀环境中使用易钝化、失效等缺陷，从而能有效降低盘管保护电位至-0.85V以下，延长加热盘管的使用寿命。
文档编号C23F13/14GK103088347SQ20121057752
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者郭亮, 吴保玉, 李世勇, 张新发, 陈怀兵, 徐军, 薛斌 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司