一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制备方法与流程

一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制备方法
【技术领域】
1.本发明涉及油气勘探开发、油气管道输送、石油化工等使用的需要外表面防腐蚀管道的结构与制造技术领域，尤其涉及一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制备方法。


背景技术：

2.在石油、天然气的管道输送以及石油炼化、化工原料生产企业，大量的管道长期在具有腐蚀介质的环境中运行。同时，管道长期暴露在具有腐蚀介质的潮湿空气或地层下，其结果是导致管道内、外表面腐蚀严重，直接影响管道的使用安全和使用寿命，严重时将因管道泄漏导致重大的安全事故，造成物资损耗、环境污染，甚至出现人员伤亡的严重后果。当前，整个管道采用耐腐蚀的金属材料内衬复合或在管道外表面涂覆防腐涂层是解决此类防腐问题的有效手段。内衬复合方式主要采用水压和爆炸的方式，水压复合对管体的密封要求高，而爆炸方式对生产企业要求高，尤其是对炸药的管控。而管道外表面涂覆的防腐涂层容易老化、脆裂，时效短。如果整个管道采用耐腐蚀的金属材料，将使管道的生产和运行成本大大增加。
3.因此，有必要研究一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制备方法，通过在基础管道内表面采用机械式扩孔方式复合一层比基础管道的防腐蚀性和氧化性更强的金属管，以及在管道外表面增加一层防腐蚀的金属管，有效提高整个管道的防腐蚀性能，提高管道的使用寿命和安全可靠性，同时，降低管道的生产运营成本。
5.一方面，本发明提供一种基于阴极保护的多层复合金属管，所述多层复合金属管包括基础金属管、表层耐蚀金属管和内层耐蚀金属管；在基础金属管与表层耐蚀金属管的环空间隙内充填有起密封作用和粘结作用的金属胶；在基础金属管与内层耐蚀金属管的环空间隙内充填有起密封作用和粘结作用的金属胶；表层耐蚀金属管通过挤压头热挤压形变与基础金属管实现物理复合；内层耐蚀金属管通过扩孔器冷扩孔与基础金属管实现物理复合；基础金属管与表层耐蚀金属管的壁厚比为3～4。；基础金属管与内层耐蚀金属管的壁厚比大于4.5。
6.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述基础金属管为内、外表面光滑的无缝轧管或焊管，承受金属管服役工况下的应力和载荷，基础金属管的内、外圆周的不圆度均小于3％。
7.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述表层耐蚀金属管和内层耐蚀金属管的耐蚀性能层均优于基础金属管，表层耐蚀金属管材料和内层耐蚀金属管材料的氧化还原性强于基础金属管材料。
8.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，表层耐蚀金属管材料强度低于基础金属管材料强度的60％-75％，且适用于挤压成型，内层耐蚀金属管材料强度低于基础金属管材料强度的55％。
9.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，内层耐蚀金属管材料的伸长率大于16％。
10.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，表层耐蚀金属管材料和内层耐蚀金属管材料均优选纯铝或5000系铝合金。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种多层复合金属管的制备方法，用于制备所述的多层复合金属管，所述制备方法包括以下步骤：
12.s1：准备基础金属管和表层耐蚀金属管，基础金属管的外径比表层耐蚀金属管的内径小3～5mm，基础金属管的内径比内层耐蚀金属管的外径大3～5mm，；
13.s2：在基础金属管的外表面间距1.5～2m涂覆一层金属胶，在内层耐蚀金属管的外表面间距1.5～2m涂覆一层金属胶；
14.s3：进行复合，先进行基础金属管与内层耐蚀金属管的复合，再进行基础金属管与表层耐蚀金属管的复合，得到多层复合金属管坯体；
15.s4：将多层复合金属管坯体自然空冷，削掉两端飞边，得到多层复合金属管。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，s2中两次涂覆的金属胶宽度均为280～320mm，厚度均为0.4～0.6mm，候凝时间均为30～40min。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，s3中基础金属管与内层耐蚀金属管复合前，基础金属管预热至280-320℃，保温5～10min。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，s3中基础金属管与表层耐蚀金属管复合时，表层耐蚀金属管先预热至400-480℃，保温5～10min，基础金属管插入挤压表层耐蚀金属管内，挤压头内挤压表层耐蚀金属管，基础金属管随表层耐蚀金属管挤压成型同步移动。
19.与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
20.1)：本发明提供的一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制造方法，通过在基础金属管的内、外表面分别复合材料耐蚀性更好、氧化性更强、强度更低的内、外耐蚀合金管，从而在基础金属管内、外表面形成防腐蚀金属层，有效提高复合管的整体防腐蚀性能，提高复合管的使用寿命和安全性；
21.2)：复合管环空间的金属胶，一是有效保证了双层金属管之间的环空密封，二是使复合金属管的结合更紧密，从而增加了复合金属管的附着力；
22.3)：本发明突出特点是：即使内、外层耐蚀金属管发生破坏或长期使用而腐蚀减薄穿孔时，由于表层金属的氧化性更强，在破损点处的基础金属管将受到阴极保护作用，整个双金属复合管的防腐蚀性能没有发生变化，基础金属管继续受到保护，不会发生腐蚀，从而使整个双金属复合管的使用性能不发生变化，大大延长双金属复合管的使用寿命。
【附图说明】
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域
普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
24.图1是本发明一个实施例提供的多层复合金属管在制备时的示意图。
25.其中，图中：
26.1-基础金属管，2-表层耐蚀金属管，3-内层耐蚀金属管，4-基础金属管与表层耐蚀金属管之间的金属胶，5-基础金属管与内层耐蚀金属管之间的金属胶，6-滚轮式扩孔锥，7-挤压头。
【具体实施方式】
27.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
28.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
30.本发明提供一种基于阴极保护的多层复合金属管，所述多层复合金属管包括基础金属管、表层耐蚀金属管和内层耐蚀金属管；在基础金属管与表层耐蚀金属管的环空间隙内充填有起密封作用和粘结作用的金属胶；在基础金属管与内层耐蚀金属管的环空间隙内充填有起密封作用和粘结作用的金属胶；表层耐蚀金属管通过挤压头热挤压形变与基础金属管实现物理复合；内层耐蚀金属管通过扩孔器冷扩孔与基础金属管实现物理复合；基础金属管与表层耐蚀金属管的壁厚比为3～4。；基础金属管与内层耐蚀金属管的壁厚比大于4.5。
31.所述基础金属管为内、外表面光滑的无缝轧管或焊管，承受金属管服役工况下的应力和载荷，基础金属管的内、外圆周的不圆度均小于3％。所述表层耐蚀金属管和内层耐蚀金属管的耐蚀性能层均优于基础金属管，表层耐蚀金属管材料和内层耐蚀金属管材料的氧化还原性强于基础金属管材料。表层耐蚀金属管材料强度低于基础金属管材料强度的60％-75％，且适用于挤压成型，内层耐蚀金属管材料强度低于基础金属管材料强度的55％。内层耐蚀金属管材料的伸长率大于16％。表层耐蚀金属管材料和内层耐蚀金属管材料均优选纯铝或5000系铝合金。
32.本发明还提供一种多层复合金属管的制备方法，用于制备所述的多层复合金属管，所述制备方法包括以下步骤：
33.s1：准备基础金属管和表层耐蚀金属管，基础金属管的外径比表层耐蚀金属管的内径小3～5mm，基础金属管的内径比内层耐蚀金属管的外径大3～5mm，；
34.s2：在基础金属管的外表面间距1.5～2m涂覆一层金属胶，在内层耐蚀金属管的外表面间距1.5～2m涂覆一层金属胶；
35.s3：进行复合，先进行基础金属管与内层耐蚀金属管的复合，再进行基础金属管与表层耐蚀金属管的复合，得到多层复合金属管坯体；
36.s4：将多层复合金属管坯体自然空冷，削掉两端飞边，得到多层复合金属管。
37.s2中两次涂覆的金属胶宽度均为280～320mm，厚度均为0.4～0.6mm，候凝时间均为30～40min。s3中基础金属管与内层耐蚀金属管复合前，基础金属管预热至280-320℃，保温5～10min。s3中基础金属管与表层耐蚀金属管复合时，表层耐蚀金属管先预热至400-480℃，保温5～10min，基础金属管插入挤压表层耐蚀金属管内，挤压头内挤压表层耐蚀金属管，基础金属管随表层耐蚀金属管挤压成型同步移动。
38.如图1所示，一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制造方法，复合金属管由基础金属管1、表层耐蚀金属管2和内层耐蚀金属管3组成；在基础金属管1与表层耐蚀金属管2的环空间隙内，等间距充填有起密封作用和粘结作用的金属胶4；在基础金属管1与内层耐蚀金属管2的环空间隙内，等间距也充填有起密封作用和粘结作用的金属胶5；表层耐蚀金属管2通过挤压头6热挤压形变与基础金属管1实现物理复合；内层耐蚀金属管3通过扩孔器7冷扩孔与基础金属管1实现物理复合；基础金属管1的厚度为9mm，表层耐蚀金属管2的厚度为2.0mm，内层耐蚀金属管3的壁厚为1.5mm。
39.在一个具体实施例中，基础金属管1为内、外表面光滑的低合金碳素钢材质的无缝轧管，材料屈服强度为551mpa，承受金属管服役工况下的应力和载荷。
40.在一个具体实施例中，基础金属管1的内、外圆周在复合前的不圆度小于2％。
41.在一个具体实施例中，表层耐蚀金属管2为2000系铝合金，材料强度为380mpa，其耐蚀性能层优于基础金属管1，氧化还原性强于基础金属管1材料。
42.在一个具体实施例中，内层耐蚀金属管5材料为5000系铝合金，材料强度为220mpa，伸长率为20％，其耐蚀性能层优于基础金属管1，氧化还原性强于基础金属管1材料。
43.在一个具体实施例中，复合前，基础金属管1的外径比表层耐蚀金属管2的内径小4mm。基础金属管1的内径比内层耐蚀金属管3的外径大4mm
44.在一个具体实施例中，多层复合金属管在复合前，在基础金属管1的外表面间距1.8m涂覆一层金属胶4，在内层耐蚀金属管3的外表面间距1.8m涂覆一层金属胶5。
45.在一个具体实施例中，复合前，金属胶4和金属胶5的宽度为300mm，厚度为0.5mm，候凝时间36min。
46.在一个具体实施例中，多层复合金属管复合时，先进行基础金属管1与内层耐蚀金属管3的复合，再进行基础金属管1与表层耐蚀金属管2的复合。
47.在一个具体实施例中，基础金属管1与内层耐蚀金属管3复合前，基础金属管1预热至300℃，保温8min。
48.在一个具体实施例中，基础金属管1与内层耐蚀金属管3复合时，内层耐蚀金属管3套入基础金属管1内，通过冷扩孔内层耐蚀金属管3的方式实现双金属复合。
49.在一个具体实施例中，基础金属管1与内层耐蚀金属管3复合时，内层耐蚀金属管3的冷扩孔采用滚轮式扩孔锥6边旋转边扩孔的机械扩孔方式。
50.在一个具体实施例中，基础金属管1与表层耐蚀金属管2复合前，将表层耐蚀金属管坯2加热到450℃。
51.在一个具体实施例中，基础金属管1与表层耐蚀金属管2复合时，基础金属管1插入挤压表层耐蚀金属管2内，挤压头内7挤压表层耐蚀金属管2，基础金属管1随表层耐蚀金属管2挤压成型同步移动。
52.在一个具体实施例中，多层复合金属管复合后自然空冷，车削掉管体两端飞边。
53.本发明通过利用内、表层耐蚀金属管具有较大的热膨胀冷收缩的效应，且内、表层耐蚀金属管材料比基础金属管材料的耐蚀性更好、氧化性更强、强度更低，适宜挤压成型的特点，通过热挤压成型方式，在基础金属管的内、外表面复合上一层厚度较薄的表层耐蚀金属管，从而在基础金属管内、外表面形成一层防腐蚀金属层，有效提高基础金属管的整体防腐蚀性能，提高复合管的使用寿命和安全性。在两层金属管环空间添加的金属胶，使金属管与金属管之间的结合更紧密，从而增加了整体的结合力和整体性。本发明的基于阴极保护的防腐复合金属管突出优点是：即使在内、表面耐蚀金属层发生破坏或长期使用而腐蚀减薄至穿孔时，由于表层金属的氧化性更强，在破损点处的基础金属管将受到阴极保护作用，整个复合管的防腐蚀性能没有发生变化，基础金属管继续受到保护，不会发生腐蚀，从而使整个复合管的使用性能不发生变化，大大延长复合管的使用寿命。具体为：优势1、内、外层金属管材料为耐蚀合金，具有防腐功能。利用内、外层金属完整隔绝基础金属与外界腐蚀环境的接触通道，从而实现对基础金属管的保护。优势2、利用金属材料电位差原理，采用牺牲阳极的阴极保护。该保护一方面是内、外层耐蚀金属材料与基础材料自身因电位差形成微电流的阴极保护，另一方面是处于埋地环境、大气环境和/或输送液体环境中存在的杂散电流实现外加电流式的阴极保护。相较于现有的内、表层镀层技术，由于镀层往往是铬、镍等电位更低的金属，当镀层不完整(破损)后，就会在破损点的镀层金属和基础金属间形成微电池效应，加速基体金属的腐蚀。优势3、由于管道长期暴露在大气和/输送材料中，容易受到外界和/或输送材料的物质撞击而出现破损，如外机械损伤，从而导致基体材料的暴露，因此对内、表层耐蚀金属管的强度和厚度提出了一定的要求，防破损能力远高于常规的低强度的塑料涂覆层和微米级厚度的金属镀层。综上所述，本技术可有效解决石油、天然气的管道输送以及石油炼化、化工原料生产企业管道长期暴露在具有腐蚀介质的潮湿空气或地层下而导致管道内、外表面腐蚀问题，提高管道的使用安全和使用寿命。
54.以上对本技术实施例所提供的一种基于阴极保护的多层复合金属管及其制备方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
55.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
56.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还
存在另外的相同要素。
57.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
58.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。