专利名称：抑制绝缘管道外部腐蚀方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及通过将碱性材料同涂布于管道的涂层材料掺合来抑制绝缘管道外部腐蚀的方法。还公开了一种抗腐蚀的涂布的管道。
本发明的背景在许多工业应用中，使用管道将流体从一处转移到另一处。这些管道不断发生的问题是各种形式的腐蚀，并能使管道故障处变脆弱。最普遍的腐蚀形式之一是作为运输的主要材料或作为带污染材料运输的腐蚀而从管子内部产生的腐蚀。在许多情况下，这种腐蚀在管子中形成针孔，如果在发现之前这种腐蚀特别严重的话，最终会造成流体从针孔泄漏或更大的故障。这些故障一般主要造成运输物质的损失以及对环境的污染等。
这些管道常覆盖以涂层材料。这些涂层材料也起绝缘材料的作用。这些涂层可以是有机的或无机的纤维材料、聚合物泡沫体等。当这些材料用于涂布管子的外表面时，可能存在涂层材料中积集有水，尤其是外壳用绝缘材料绝缘的管道。这些材料常用外壳加以保护，使绝缘材料免于受到气候的影响。当在这些绝缘材料有水并同管子(一般是碳钢)的外表面接触时，水会腐蚀管子。这种方式对管线的腐蚀造成相当大面积的外表面的腐蚀，当出现增加压力等时，会造成管子的灾难性的故障。因为许多这些绝缘材料是闭孔，如果留有水，不能只通过在外壳的底部排水除去这种水。另外，这种绝缘材料可以由密封的聚合物材料等的整个外壳形成。或者外壳可以由薄金属材料如镀锌钢板形成。在任何情况下，这种原因造成的管子故障在工业都是严重的问题。这些管子常用在石油生产操作、炼油操作、化学、操作以及各种希望运输流体(尤其是温度高于常温的流体)的其它应用中。
由于在涂层材料中存在水而导致外管道腐蚀的许多管子的故障，已经要求找到方法消除这些故障。
本发明的概要本发明提供了对包括管子和管子周围的涂层材料的绝缘管道抑制外部腐蚀的方法。此法主要是将碱性材料和涂层材料掺合涂布管子，碱性材料的含量应足以使涂层材料中的水的pH约为8-12。
本发明还包括一种腐蚀得到抑制的管道，所述管道包括具有外表面的管子、含碱性材料的涂层材料(碱性材料的含量应足以使涂层材料的水的pH达到8-12)以及具有内表面的外壳，涂层材料基本上是充满管子外表面和外壳的内侧之间的环形空间。
附图的简单说明
图1是具有下面截面的管道的示意图。
图2是管子各截面的连接点的示意图。
优选的具体实施方案的说明在许多情况下，聚合物泡沫体材料、无机纤维材料、有机纤维材料等可用于涂布管道的外表面以绝缘或保护输送流体的管道。这些材料由作为覆盖材料的一部分的基本上防水的外表面形成或它们可以被包入涂布涂层材料的壳内以阻止水的进入损害涂层材料等。在所有这些情况下，在水与管道外表面接触的的区域内，电势的存在将水积累在涂层材料内。长期的水同管子的接触造成管道外部的腐蚀，在管道广泛区域造成故障。由于管道一般由碳钢制造，所以难以经受同水接触的腐蚀，特别是在pH低于约8.0下同水的接触。
按照本发明，将碱性材料掺合或作为一部分或置于涂层材料内。碱性材料的量应足以使涂层材料的水的pH达到8.0-12.0。当碳钢用作管线材料时希望pH为9.5。
以1升的水饱和的涂层材料的摩尔数计算，碱性材料存在于涂布内材料的量希望为0.001-1.0摩尔。
可使涂层材料中的水达到所希望的pH的任何碱性材料都是适宜的，条件是这种碱性材料不妨碍涂层材料的涂布或造成涂层材料的降解或在涂层材料中产生不希望的效果。某些适宜的碱性材料是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化锂水合物、硫化钠一水合物、正磷酸三钠、磷酸氢二钠、硅酸钠、正磷酸钾、硫化钾1-5水合物以及它们的掺合物。优选的碱性材料是正磷酸三钠(tribasic sodium orthophosphate)。
碱性材料可以以各种方法加入到涂层材料中。例如，当使用聚合物泡沫体时，碱性材料可以同一种或所有的形成聚合物泡沫体的聚合物材料掺合，在涂于管子等等之前，碱性材料可以在与涂层掺合的纤维涂层材料内形成，也可以与其结合。
在一特别优选的具体实施方案中，碱性材料同用于涂布管道的聚合物泡沫体掺合。
优选的聚合物泡沫体是聚氨酯泡沫体。聚氨酯泡沫体对熟悉该技术领域的人来说象其它涂层材料一样是众所周知的材料。聚氨酯泡沫体公开在McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology，6th Ed.，McGraw-Hi11 Book Co.，1987，pp.168中。
本发明的优选具体实施方案的一说明示于图1和2。在图1中示出管道10的绝缘截面。管道10包括管子12、壳14、管子周围12的绝缘体16，壳14用在图1中所示的下面截面18包围着绝缘材料16。在示于图1类型的管道中，要求壳14是基本上是防水的。因此，管道10可以如图2中所示形成，图2中示出第二截面10’。每一截面10和10’有管线末端部分20或20’，它们在各自的管线截面延伸超过绝缘16或16’。这些末端截面在焊缝22相交。为了接合壳14和壳14的外表面，有接头24。用于涂布截面10和10’的一般同类型的绝缘材料经口26注入，以绝缘焊缝区，在绝缘材料注入后安装插塞28以封闭口26。
所示的系统特别适于使用聚氨酯或其它的聚合物泡沫体作为绝缘材料，其中将形成聚氨酯泡沫体必须的成分注入到管子12的外表面和壳14的内侧之间的环状空间以就地形成绝缘泡沫体。碱性材料按需要加到用于形成聚氨酯泡沫体的一种或所有的成分中。类似地，碱性材料用于在上述焊缝区周围形成的聚氨酯泡沫体的成分中。
尽管本发明已经在具体以聚氨酯泡沫体为对象的这一优选的具体实施方案中讨论过，但是应该理解，各种泡沫体和其它涂层材料能用于覆盖管子12。这些涂层材料可以用或不用壳14。希望在这些涂层材料中包括碱性材料，上述碱性材料的含量应足以提供在涂层材料中水的所要求的pH。在涂层材料中的水的适宜的pH约为8-12，希望约为9.5。因为担心由于应力腐蚀破裂会损伤管子，希望pH不高于12。结果，当使用高碱性材料时，希望用对该领域的熟悉人员熟知的缓冲化合物控制pH在所要求的限制内。
以在1升水饱和的涂层材料中碱性材料的摩尔数计，碱性材料的含量约为0.001-1.0摩尔。当用正磷酸三钠作为碱性材料时，则正磷酸三钠的量约为0.005-0.10摩尔。
适用于本发明的许多聚合物泡沫体是闭孔泡沫体。这些泡沫体一般认为在各孔之间几乎没有或根本没有流体交流，因此是相对不透水的。而且，已经发现，长时间蒸汽扩散或未能搞清楚的其它方法，使得在这些闭孔泡沫体中常含有水。当在这些闭孔泡沫体中含有水时，水能接触管子并能腐蚀管子。然而，因为这种水不能从涂层自由流动，所以不能从这些涂层中排除这种水。壳和该涂层的渗透将只能就在渗透处附近除去少量水。所以，必须除去这种水以减少它的腐蚀。
已经发现，碱性材料可以以足可使涂层材料中的水的pH达到所要求的范围内的量加入到绝缘和涂层材料中而不会影响这些材料。这会大大延长在这些应用中管子的使用寿命。在许多这些应用中，如果它能持续到整个操作期间，则管子的寿命已足矣。换言之，如果这种管子用于从油井生产石油，管子能持续到油井生产的完成，则管子可以最终会除去。相同的考虑可以用到其它应用中。由于使用本发明，管子的寿命可以比使用传统涂层材料的管子延长十倍。
实施例1制备含有表1所示的碱性材料的许多泡沫体样品。将这些样品截断并在每一截面上置一碳钢试件。将样品在常温下置于水中三个月并观察产生的腐蚀。泡沫体样品置于足以提供表1所示的摩尔浓度的体积水中。
表1
在氢氧化钠从泡沫体沥滤出一定程度得到所要求的pH后，观察到用氢氧化钠的试验在试验的很早就出现生锈。据认为，在此试验中，在低pH下开始生锈后抑制了腐蚀。
实施例2制备含定量碱性材料的一些聚氨酯泡沫体并加以细粉碎。将此材料置于水中并观察pH。pH迅速升高到很高水平，表明当水存在下碱性材料从聚氨酯泡沫体材料中被有效地除去。
上述的实施例和讨论中可以清楚地认为，在用于管子的涂层材料(特别是聚合物泡沫体和无机和有机纤维材料)中包括碱性材料可以有效地防止在涂层材料中水的积累或存在引起的对管子的外部腐蚀。
已经参考某些优选的具体实施方案讨论过本发明，应该指出，在本发明的范围内可以有许多改变和改进。对于该领域熟练的人员来说，基于优选的具体实施方案的综述，许多这些改变和改进可以认为是显而易见的和所希望的。
已经讨论了本发明后，我们提出下面的
权利要求
权利要求
1.一种抑制包括管子和管子周围的涂层材料的管道外部腐蚀的方法，此法包括将碱性材料同管道周围的涂层材料掺合，碱性材料的量足以使涂层材料中的水的pH达到约8.0-12.0。
2.权利要求1的方法，其中pH约为9.5。
3.权利要求1的方法，其中以1升的水饱和的涂层材料中的摩尔数计，碱性材料的含量约为0.001-1.0摩尔，。
4.权利要求3的方法，其中碱性材料选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化锂水合物、硫化钠一水合物、正磷酸三钠、磷酸氢二钠、硅酸钠、正磷酸钾、硫化钾1-5水合物、以及它们的掺合物。
5.权利要求4的方法，其中碱性材料是正磷酸三钠。
6.权利要求5的方法，其中正磷酸三钠的含量约为0.005-0.10摩尔。
7.权利要求4的方法，其中有缓冲材料存在以维持涂层材料中水的pH约为8.0-12.0。
8.权利要求7的方法，其中pH约为9.5。
9.权利要求1的方法，其中有涂层材料是聚合物泡沫体绝缘材料。
10.权利要求1的方法，其中有泡沫体绝缘材料是聚氨酯泡沫体。
11.权利要求1的方法，其中涂层材料是聚氨酯泡沫体材料，此泡沫体是在管子外表面和和壳的内侧之间的环形空间通过掺合并注入聚氨酯各成分到该环形空间使几乎充满该环形空间而就地形成的，壳用于限定管子外表面和壳的内侧的环形空间，形成含碱性材料的聚氨酯泡沫体，碱性材料的含量应使泡沫体绝缘材料中的水pH达到约8.0-12。
12.权利要求1的方法，其中涂层材料是纤维绝缘材料。
13.一种抑制腐蚀的管道，该管道包括有外表面的管子和含足以使涂层材料中的水的pH达到约8.0-12.0的碱性材料的涂层材料，涂层材料位于管子外表面和外壳的周围，外壳用于限定管子的外表面周围并有内侧，涂层材料几乎充满管子的外表面和外壳的内侧之间的环形空间。
14.权利要求13的管道，其中碱性材料的含量足以产生pH约9.5。
15.权利要求13的管道，其中碱性材料的含量以1升的水饱和的涂层材料中摩尔数计算约为0.001-1.0摩尔。
16.权利要求13的管道，其中碱性材料选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氢氧化铵、氢氧化锂、氢氧化锂水合物、硫化钠一水合物、正磷酸三钠、磷酸氢二钠、硅酸钠、正磷酸钾、硫化钾1-5水合物、以及它们的掺合物。
17.权利要求16的方法，其中碱性材料是正磷酸三钠。
18.权利要求13的方法，其中缓冲材料存在在于泡沫体绝缘材料中，以维持pH为约8.0-12.0。
19.权利要求13的管道，其中涂层材料是聚合物泡沫体绝缘材料。
20.权利要求13的管道，其中涂层材料是纤维绝缘材料。
全文摘要
一种通过将碱性材料置于涂层材料中，使包括管子和管子周围的涂层材料的绝缘管道可以抑制外部腐蚀的方法。
文档编号F16L9/14GK1439085SQ01811675
公开日2003年8月27日 申请日期2001年5月16日 优先权日2001年5月16日
发明者W·M·波翰, G·R·鲁沙奥 申请人:菲利浦石油公司