专利名称：不粘设备的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种具有改进的不粘涂层的液体存储和运输制品。
背景技术：
各种涂层和其它表面处理已经被应用到管、罐以及其它液体存储和运输制品的内表面和外表面。美国专利公开US2006/0186023公开了一种在限制所期望的管内壁位置处的沉积物时通过管运输产出的流体的方法，所述方法包括提供管，该管在所期望的管内壁位置处具有粗糙度Ra小于2. 5微米的内表面；迫使产出的流体通过管，其中产出的流体在所期望的管内壁位置处具有至少1达因/平方厘米的壁剪应力。美国专利公开US2006/0186023 在此通过弓I用将其全部内容合并于本文。美国专利US 7，300, 684公开了工件内表面的涂层通过连接偏置电压以使得工件用作阴极并且通过在工件的每个开口处连接阳极而实现。气源在入口开口处被引入，而真空源被连接在出口开口处。工件内的压力被监测，并且最终压力信息用于保持显示空心阴极作用的状态。可选地，可通过引入烃混合物以及对工件施加负偏压来进行预清洗，以便使用氩气从工件喷涂污染物。氩气还可在涂覆处理期间被引入以预喷涂该涂层，从而沿着工件的长度改善均勻性。该涂层可以是菱形的碳材料，该碳材料具有通过控制离子轰击能量而确定的性能。美国专利US 7，300，684在此通过引用将其全部内容合并于本文。本领域需要用于液体存储和运输制品的内表面的不粘的、改进的、低成本和/或可替代的涂层。
发明内容
本发明的一个方面提供了不粘设备，该不粘设备包括液体存储或运输制品，该液体存储或运输制品包括第一材料；涂层，该涂层位于制品的内表面上并包括第二材料；其中第二材料包括小于75mN/m的临界表面张力值和按照莫氏硬度测量的至少5的硬度值。本发明的另一方面提供了生产烃的方法，该方法包括在海床上钻出井；将含烃流体生产到海床上的井口；将管从井口连接到岸上的位置或者连接到浮式生产平台或船舶；以及用一种材料涂覆管的内表面，该材料包括小于75mN/m的临界表面张力值和按照莫氏硬度测量的至少5的硬度值。本发明的优点包括以下优点中的一个或多个用于管和罐的改进的不粘涂层；用于管和罐的改进的不刮伤涂层；
用于管和罐的低成本的不粘涂层；和/或用于管和罐的可替代的不粘涂层。
图1示出了由碳化钨的接触角测量推导出的Zisman图(Zisman plot)。图2示出了由表面Z的接触角测量推导出的Zisman图。图3示出了由表面TK-2的接触角测量推导出的Zisman图。图4示出了由表面TK-7的接触角测量推导出的Zisman图。图5示出了由表面TK-805的接触角测量推导出的Zisman图。
具体实施例方式在此公开的实施例针对具有涂覆有碳化钨的表面的管制品。尤其是，在此公开的实施例针对将碳化钨用作涂层以制造出不粘和不刮伤的管制品。在此公开的其它实施例针对石油生产系统、提炼厂及其管线，所述管线具有涂覆有碳化钨的内表面。尤其是，在此公开的实施例针对将碳化钨用作管线的内表面上的涂层，以便减小或防止不期望的固体沉淀在这些石油生产系统和提炼厂中。石油工业事实上利用了具有各种尺寸的无法估量千米长的管或管段。这些管线可在岸上结构或离岸结构、地下系统或水下系统、压力容器或任何相关结构中发现。在石油工业中使用管线、管道以及存储容器，以用于例如通过井下管来运输和/或存储各种烃(包括原油、精炼产品、以及天然气)，该井下管用于将这些烃从地下矿床输送到地表；以及用作用于烃穿过地表和/或在海床下、在海床上、或从海床运输到浮式船舶或岸上的长途运输的管线。此外，本领域的技术人员将意识到，烃的生产流可在其中包含有其它物质(溶解的固体)，该其它物质包括诸如浙青烯和蜡的重有机物；形成氢氧化物的小量烃；包括可导致盐依照比例沉淀的盐水和盐溶液的产出水；各种类型的腐蚀性化学品、研磨剂和泥浆。在生产流可在升高的温度下离开井口时，它开始冷却并且与井口压力相比压力降低，生产流随着其在温度可以是大约5°C的深水环境中行进很多英里而快速变冷。温度和压力的这些改变可能导致包含在烃生产流内的溶解固体的析出和/或新固体的产生。例如， 溶解的浙青烯和蜡可形成粘附到管线内壁的固体。具体地，存在于生产流中的长链石蜡可结晶并且形成大的蜡晶体，该蜡晶体具有海绵状结构，这导致其它成分夹杂在晶体结构中， 从而导致它们沉积在管线内表面上，以及导致这种生产设备的阻塞。另外地，浙青烯(大的极化的多环芳香烃)是一种主要的管线阻塞源，这是因为它们不仅在温度和压力降低时沉淀，而且它们还与诸如石蜡的其它重有机物相互作用而沉淀。而且，存在于生产流中的低分子量烃可被捕获在水分子的晶格中，以形成固体水合物，这些固体水合物同样可粘附到管线壁上。进一步地，包括重晶石、方解石和盐的无机物固体可按比例单独沉淀在管线上或者与重的有机物相结合地沉淀在管线上。由于这些固体沉淀在管线和管道的内表面上，它们随着时间的推移可减小管线的通过量以及来自井的生产量。因此，根据本发明的实施例，这些管线可在其内表面上设置有涂层，以减小或者防止固体沉积在内表面上，尤其是位于井田(诸如海底井田)的管线中，其中温度和压力被降低。在特定的实施例中，这些管线在其上设置有碳化钨涂层，以减小或防止固体沉积。这种管道可由钢(例如碳或低合金钢)形成，或者由塑料(例如聚乙烯)形成；然而，不旨在对可涂覆有本发明所公开的碳化钨涂层的材料类型进行限制。同样落入本发明所公开的范围内的是，管线的基底材料可以是单层材料，或可以已经涂覆有一层或多层各种其它材料层 (例如防护层)，该防护层在腐蚀环境与钢表面之间形成了物理屏障。根据本公开，提供了一种具有涂覆有碳化钨的内表面的管或容器的制品。在一个实施例中，涂层是碳化一钨，WC。在另一个实施例中，使用了碳化二钨，W2C。在又一个实施例中，涂层包含碳化钨彼此的混合物。在再一个实施例中，涂层包含碳化钨与钨或自由碳的混合物。碳化钨具有大约为20mN/m的临界表面能量Y。。固体表面的临界表面张力是其相关的疏水性或亲水性的标志。低的临界表面张力表示该表面每单位面积具有低的能量。 对于表面来说，该值越低，在这种表面上越可能发生粘附。碳化钨Y。值比大部分从商业可获得的涂层的Y。值低，从商业可获得的涂层例如为碳钢(Y。= 100mN/m)、铜(Y。= 140mN/m)以及金(Y。= 230mN/m)，以及可相比较的典型地用于管应用中的聚四氟乙烯 (Y。= 18mN/m)。在这种表面能量水平下，碳化钨基底可通常具有小于大部分液体的临界表面张力，液体的临界表面张力典型地大于20mN/m。因此，只要基底具有比液体低的临界表面张力，就不可能发生固体沉积，因为这些固体可缓慢地沉积，并且如果它们沉积，则由于碳化钨涂层的低表面能量水平而使这些沉积的移除较容易。在使用之后清洗表面期间， 这种碳化钨涂层因而可以大大地降低固体粘附在石油生产系统和提炼厂的内表面上。在其它实施例中，可单独使用或与碳化钨组合使用其它碳化物涂层，该其它碳化物例如为碳化钛、碳化钽和/或碳化锆。而且，这些碳化钨涂层可极其硬(莫氏硬度为大约9)并且耐磨。碳化钨的这种固有材料特性可使得本公开的涂覆有碳化钨涂层的管耐刮伤和/或耐磨损。这种特性还可使得这种管制品用已知装置(包括擦刷或垫)进行冲洗，而无需考虑其完整性。比较而言，聚四氟乙烯(PTFE)涂层通常具有小于大约3的莫氏硬度。碳化钨涂层还可为有涂层的管线提供改进的抗腐蚀性。这些管制品可由管领域中已知的各种材料形成，例如钢、铜、铝、钛、铸铁或不锈钢；然而，不旨在对可涂覆有本发明所公开的碳化钨涂层的材料类型进行限制。进一步地， 同样落入本发明范围内的是，制品的基底材料可以是单层材料，或者其可作为镀层复合物结合各种其它材料层。在本公开的一个实施例中，沉积的碳化钨涂层可具有大约1 μ m到大约20 μ m的厚度。在另一实施例中，碳化钨层具有大约2μπι到大约ΙΟμπι的厚度。在一个实施例中，本公开的碳化钨涂层作为单层施加到基底材料上。在另一实施例中，碳化钨涂层作为多层沉积在基底材料上。在本公开的又一实施例中，要被涂覆的基底具有底层，该底层允许钨涂层更加牢固地结合至基底。该底层可以是本领域的技术人员所已知的任一种适当组分，并且可取决于基底的种类以及钨涂层的成分。在又一个实施例中，碳化钨涂层可包括金属粘合剂，以增强涂层与基底结合的强度，从而提供了有涂层的层的额外耐久性。碳化钨涂层的沉积可通过本领域的技术人员所已知的任何方法进行。这些方法可包括以下步骤(1)对要被涂覆的基底的表面进行粗糙化/抛光和清洁，以便于在其上附着与结合另一涂层；( 将碳化钨涂层涂覆到已经被粗糙化/抛光和清洁的表面上。为了提供较好的抗粘性，要被涂覆的表面在涂覆之前可被抛光。该抛光可以是使用砂纸的机械抛光，该砂纸例如为矾土砂纸，具有逐渐锋利的颗粒或者具有电抛光。当然， 可以理解的是，较高光泽的表面要求利用抛光轮以及介质抛光磨料进行的额外抛光，这对于成品管而言增加了一些额外花费。因而，在商业情形下，可形成增加花费与增加抗粘性之间的折衷。在各种实施例中，已处理的表面可具有小于大约0.5 μ m(大约20微英寸)的表面粗糙度。在一个实施例中，表面具有大约0. 05 μ m到0. 25 μ m之间O微英寸到10微英寸之间)的粗糙度。在另一个实施例中，表面具有大约0.05μπι到0.20μπι之间(在2微英寸到8微英寸之间)的粗糙度。在再一个实施例中，该表面具有大约0. 05 μ m到0. 13 μ m 之间(在2微英寸与5微英寸之间)的粗糙度。可在涂覆基底层之前使用很高程度的表面清洁。脏的区域可作为掩体并且防止碳化钨涂层的粘附。要被涂覆的管制品的表面可通过本领域的技术人员所已知的任何技术进行清洁、冲洗、去污和干燥。这些碳化钨涂层可借助于物理汽相沉积(PVD)、化学汽相沉积(CVD)通过滚涂法、 电沉积、热喷涂，或通过本领域的技术人员所知晓的任何其它涂覆技术进行施加。在一个实施例中，就地准备和涂覆管线。在另一个实施例中，管线的不同部分可在被成型和/或与多个相似地产生的管段相互连接之前单独准备和涂覆，以构成有涂层的管线。在又一个实施例中，管线的部分可在被成型为所期望的构造之后单独地准备和涂覆。可替代地，管线的管段可在被成型和/或与多个相似地产生的管段相互连接之后被单独地准备和涂覆，以在安装到适当位置之前构成有涂层的管线。在涂层被施加到适当位置的管的情况下，准备过程的第一步骤可以从线路中用水或任何其它适当的移动流体来移动管线产品。然后该管线可针对泄漏进行压力测试，如果没有发现泄漏，则适当的铸块(Pig)可被传送通过线路，以机械地和/或化学地从线路的内部移除内部固体以及粘附到管线内壁的一些腐蚀性物质。在将固体从管线中移除之后，可能需要若干使用水和/或其它清洗流体的冲洗步骤，这取决于管线是否仍包含某些烃，诸如石蜡或其它烃成分。为了增加涂层与基底之间的结合强度，可增加结合区域。这可通过表面的机械磨蚀(诸如喷砂)进行。然后，该管线最终被清洁，以便将所有最后的污染物(诸如尘土)移除。在一个实施例中，管线使用清洁剂进行冲洗，随后利用清水进行冲洗。在本公开的另一个实施例中，可使用超声实现清洗。在清洗过程完成之后，加压空气可流动通过管线，以干燥内壁面。碳化钨涂层可通过例如物理汽相沉积(PVD)、化学汽相沉积(CVD)、滚涂法、电沉积、热喷涂、泥浆涂覆或本领域的技术人员所已知的其它涂覆技术来施加。特定金属或塑料基底以及其它参数将决定所应用的方法。在适当位置的管上实现涂层的情况下，涂层材料可通过所附设的管子输送并在期望位置处被喷射到管的内表面上；然而，不旨在对用本公开的碳化钨涂层涂覆适当位置的管线或涂覆管线的单个部分的方法进行限制。进一步地，本领域的技术人员应意识到，通过改变反应混合物的成分以及工艺的参数(基底的温度、流速、反应混合物的总压力、所供给气体的温度等)，根据所期望的应用，可能获得具有变化特性的各种涂层。
因此，在作为表面涂层施加到石油生产系统和提炼厂的内部时，上述的碳化钨提供(a)有效防止无机固体和/或有机固体的沉积；(b)管线的耐刮伤和耐磨性；以及(c)所涂覆的管线的增强的抗腐蚀性。另外，当确实发生固体沉积时，对固体沉积的移除由于低的表面能量而更加容易。当制造管时，可能难以将整个内表面抛光。在这种情形中，根据本发明的一个实施例，在其形成管的期望形状之前，可将碳化钨涂层施加到已被抛光和清洗的平面金属板。替代地，可在管材料已被抛光、清洗、成型为特定结构以及再次清洗之后涂覆该涂层。虽然将这些碳化钨涂层施加到管的内表面，但是可能期望将这些涂层应用在外壁上。虽然在此已经描述了本发明的优选实施例，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的精神的情况下，可对这些实施例进行各种修改。这些修改都落入本发明的范围内。实例以下实验的目的在于测量接触角以及由此从具有许多纯液体在金属基底上的各种涂层的临界表面张力进行推导，以便将碳化钨涂层与其它可从市场上获得的涂层进行比较。这些实验是在平坦的无孔的固体试样上进行的。使用五块板进行分析一块没有涂层的高抛光的碳化钨1(板，三块有聚合体涂层的板，标记为“1￥-2”、“11(-7”、“11(-805”并且在商业上可从 Tuboscope Pipeline Services (Houston, Texas)获得，以及“Ζ”。为了分析，使用高速旋转切割轮从较大的板上切割出试样件(2. M厘米(1英寸)宽)，以使得每个有涂层的试样可由测量仪器容纳。使用数字记录小滴图像的仪器为已知表面张力(Ylv)的一定范围的溶剂(见下表 1)测量接触角。在所有情况下，已给溶剂的10 μ L小滴在随机选定的区域处沉积在试样件的表面上，以及在小滴图像(见下表加到C)的左侧和右侧上进行接触角的重复测量(n = 6)。表1 对应于用于推导试样件的临界表面张力的表面张力的溶剂系列
权利要求
1.一种不粘设备，所述不粘设备包括液体存储或运输制品，所述液体存储或运输制品包括第一材料； 涂层，所述涂层位于制品的内表面上并包括第二材料；其中第二材料包括小于75mN/m的临界表面张力值和按照莫氏硬度测量的至少5的硬度值。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二材料包括小于50mN/m的临界表面张力值。
3.如权利要求1-2中的一项或多项所述的设备，其中，所述第二材料包括小于25mN/m 的临界表面张力值。
4.如权利要求1-3中的一项或多项所述的设备，其中，所述第二材料包括按照莫氏硬度测量的至少7的硬度值。
5.权利要求1-4的一项或多项所述的设备，其中，所述第二材料包括按照莫氏硬度测量的至少8的硬度值。
6.如权利要求1-5中的一项或多项所述的设备，其中，所述第一材料选自包含钢、不锈钢、铸铁、铜和塑料的组。
7.如权利要求1-6中的一项或多项所述的设备，其中，所述第二材料包括碳化物。
8.如权利要求1-7中的一项或多项所述的设备，其中，所述第二材料包括碳化钨。
9.如权利要求1-8中的一项或多项所述的设备，其中，所述制品包括管。
10.如权利要求1-8中的一项或多项所述的设备，其中，所述制品包括罐。
11.一种用于生产烃的方法，所述方法包括 在海床上钻出井；将含烃流体生产到海床上的井口；将管从井口连接到岸上的位置或者连接到浮式生产平台或船舶；以及用一种材料涂覆管的内表面，该材料包括小于75mN/m的临界表面张力值和按照莫氏硬度测量的至少5的硬度值。
全文摘要
本发明公开一种不粘设备，该不粘设备包括包括第一材料的液体存储或运输制品；和位于制品的内表面上并包括第二材料的涂层；其中，第二材料包括小于75mN/m的临界表面张力值和按照莫氏硬度测量的至少5的硬度值。
文档编号B05D7/22GK102272416SQ201080004292
公开日2011年12月7日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月12日
发明者J·M·伯吉斯, J·拉图洛斯基, K·拉马纳坦, S·N·米拉姆, S·波托, 霍中心 申请人:国际壳牌研究有限公司