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油气管道涂层防腐技术现状及发展趋势

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油气 管道 涂层 防腐 技术 现状 发展趋势
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油、气管道涂层防腐技术现状及发展趋势张莉林竹范云鹏徐翠竹(中国石油集团工程技术研究院,300451)摘要:介绍了油气管道防腐层技术的发展情况和各种技术的主要特点,包括:石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、胶带、液体环氧涂料、熔结环氧粉末(三层聚乙烯(三层双层环氧粉末、100%固体含量聚氨酷防腐涂料、聚脉涂料和内减阻涂料等,并介绍了油气管道防腐层技术的发展趋势。关键词:管道;防腐涂层;特点我国天然气管道的建设已进入快速增长时期,原油和成品油管道也将进入新的调整和发展时期〔u。管道建设的大发展,为管道建设、运行、维护等方面的相关技术的应用发展提供了很好的机遇。防腐层技术是新建管道和在役管道安全生产的保障技术之一,在某种程度上,防腐层的质量决定着管道的使用寿命〔幻,因此了解油、气管道防腐层技术现状及发展趋势,抓住目前发展机遇,提升防腐技术水平是适时和必要的。一、管道外防腐涂层技术现状及发展趋势国内外管道外防腐层技术经历了石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、胶带、夹克、液体环氧涂料、熔结环氧粉末(、三层聚乙烯(三层发展过程。目前,我国管道防腐层基本实现了标准化,新建的长输管道的外防腐层主要为熔结环氧粉末(三层聚乙烯(三层少量的煤焦油瓷漆;油田内部主要集输管道的防腐层为熔结环氧粉末(三层聚乙烯(三层非主要管道的防腐层多为沥青类和液体环氧涂料(环氧煤沥青)。表1提供了1992年一1996年国外各类防腐层的用量〔2]0表1 19921996年国外各类防腐层的用量年份熔结环氧粉末煤焦油二层聚乙烯三层聚乙烯石油沥青煤沥青胶带其它%%%%%%%% 000年国内新建长输管道防腐材料使用情况〔310表2 1992"'2000年国内管道外防腐层材料使用面积统计煤焦油瓷漆石油沥青二层聚乙烯三层聚乙烯m 2 m 2 2 m 2层聚乙烯防腐层技术三层聚乙烯防腐层是目前世界范围内广泛采用的管道涂层体系,我国除陕京线、西气东输等重大工程全部使用外,库都线、涩一宁一兰线、忠武线、西南成品油等重大工程部分使用或半数左右使用[[47。它的特点是融合了环氧粉末涂层高附着力和防腐性及聚乙烯层的抗渗透性和机械性能,可工业化生产,比较环保。三层聚乙烯防腐层包括底漆、中间胶粘剂及聚乙烯面层,底漆一般采用环氧粉末涂料,熔结环氧粉末涂层在整个涂层结构中起防腐蚀作用,熔结环氧粉末涂层质量应符合0315的规定;胶粘剂的主要成分是乙烯基共聚物,它与面层和底层都有很好的粘结力,起连接熔结环氧粉末涂层和粘剂的性能应符合0413的规定;聚乙烯面层起机械保护作用和防腐作用,国内一般采用高密度聚乙烯,聚乙烯层的性能应符合0413的规定。三层聚乙烯防腐层存在的缺陷:(1)熔结环氧粉末涂层的质量难以控制,在线涂装时喷涂环氧粉末到缠绕胶和聚乙烯的时间间隔很短,不好保证环氧粉末涂层固化成膜,且无法检测到涂膜是否连续均匀。(2)大口径管道侧缠绕聚乙烯层时,管道焊道处(特别是螺旋焊管)难以压实,易出现空隙缺陷。(3)必须在工厂预制生产,能耗大,成本高。2、熔结环氧粉末(腐层技术熔结环氧粉末(腐层在美国是指定的管道涂料,正常使用厚度为16密尔(51;中国大规模使用开始于上世纪90年代中期,目前己建成的都乌线、陕甘宁中部气田内部集输管线、琉璃河至石家庄输气管线、沧州到淄博输气管线、中武线江汉平原段、中石化的甫沪宁成品油管线等采用的是熔结环氧粉末(腐层〔51,其涂层质量应符合0315的要求。熔结环氧粉末(腐层的特点是高附着力、使用温度范围宽、优良的耐阴极剥离性、耐酸碱盐、耐冷热交变及比较环保等。熔结环氧粉末(腐层存在的缺陷:(1)抗冲击强度不高,水汽渗透率高;(2)必须在工厂预制生产,能耗大,成本高;(3)用作补口材料时,现场施工质量无法与管体相同,易发生未熔、未固化及搭接部位粘结失效,且漏点较多〔6)03、液体环氧涂料防腐层技术西方国家一般将液体环氧涂料用于不便于上涂敷作业线的管件、异型件、埋地阀门等的防腐蚀,我国则在油气田和城市管网和中大量使用。管道外防腐常使用的液体环氧涂料为环氧煤沥青防腐蚀涂料和环氧无溶剂防腐蚀涂料,环氧煤沥青防腐蚀涂料与玻璃布增强材料一起用于埋地管道外防腐,涂层质量应符合《埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准》(0447);环氧无溶剂防腐蚀涂料常用于补口、弯管及熔结环氧粉末(腐层的补249伤。它们的主要特点是:施工方便,可刷涂、可喷涂,可现场涂装、可工厂预制;涂层附着力好,耐阴极剥离好;成本较低。液体环氧涂料防腐层存在的缺陷:(1)固化时间较长,短期内不便于吊装、码垛;(2)低温施工性差,下固化困难;(3)溶剂型液体环氧涂料环保性差。4、煤焦油瓷漆防腐层技术煤焦油瓷漆(由高温煤焦油分馏得到的重质馏分和煤沥青组成基料,添加不活拨的矿物填料使其塑化。煤焦油瓷漆(层在国外的应用己超过80年,我国在20世纪90年代开始在管道建设上应用,如中海油的崖13南一库尔勒原油管道、塔中一轮南原油和天然气管道、靖边一西安天然气管道等〔7]0煤焦油瓷漆(层质量应符合焦油瓷漆(层的特点是:价格低廉、化学稳定性好、耐阴极剥离性好、耐微生物性和抗植物根茎穿透性等。煤焦油瓷漆防腐层存在的缺陷:(1)熬制和涂敷过程(230发致癌物质且气味难闻,对环境污染较大;(2)高温软化、低温发脆,吊装、码垛即可造成涂层的大面积损坏。5、聚乙烯胶带防腐层技术聚乙烯胶带防腐层由聚乙烯膜和底胶两部分组成,一般用在要求使用年限不长的中、小口径管道上,特点是:抗冲击性能好、低吸水率、施工方便。聚乙烯胶带防腐层存在的缺陷:(1)高温(高于500C)耐阴极剥离差;(2)耐土壤应力性能低;<3)在螺旋管上使用时,易在焊道处出现空隙缺陷。国内外管道防腐层技术发展一直以无污染、无溶剂、省能源、省经济为原则,目前的三层结环氧粉末涂层基本上符合这一原则。随着环境保护要求的日益严格,对于石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆等材料的使用限制将越来越多,在《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》(已明确不推荐使用上述材料。目前,国外的管道外防腐层发展趋势是改进三层展双层熔结环氧粉末〔2l。国内的管道外防腐层技术发展趋势与国外基本相符合,另外又提出了发展弯头及补口防腐层技术,以使管道安装后拥有一个性能一致的较为完整的防护体系。国内现在较为看好的弯头及补口防腐材料是100%固体聚氨酷防腐涂料、聚脉防腐涂料。6、双层环氧粉末防腐层技术为了改进熔结环氧粉末涂层抗冲击强度不高、水汽渗透率高的缺陷,原属杜邦)公司1992年推出了双层环氧粉末防腐层技术,目前北美尚无双层环氧粉末防腐层技术国家标准或行业标准,只有各企业的产品标准。我国在使用双层环氧粉末方面并不落后,已在钱塘江穿越等特殊地段和西气东输热弯弯头的防腐上使用,并颁布了中国石油集团公司企业标准《埋地钢质管道双层熔结环氧粉末外涂层技术规范》层环氧粉末防腐层是以普通环氧粉末作底涂层,以聚烯烃改性的环氧粉末作面层,聚烯烃的加入提高了面涂层的机械强度和抗渗透性,使得双层环氧粉末防腐层的性能与三层国内应用的情况来看,双层环氧粉末防腐层存在下面的问题:(1)涂敷工艺复杂:两套静电喷涂系统紧挨着连续涂敷,中间有一个交叉过渡区间,为确保250两层环氧粉末完全融合为一体,需要很好的控制。(2)成本较高:2通级)600 u m、加强级)800 u m,成本较高。7, 100%固体含量聚氨酷防腐涂料、聚脉防腐层技术100%固体含量聚氨酷防腐涂料是北美最早采用的涂层技术,它是不含任何挥发物的双组份氨酷涂料,在北美从上世纪70年代起被广泛应用于油气工业系统、饮用水和工业污水系统、地下燃料储罐、港口码头设施、电力工业设施的防腐[a)。聚氨醋和聚脉的区别见下列反应式:,一元醇,元胺聚氨醋2002年成立的聚脉发展协会对聚氨酷和聚脉体系做了界定:凡聚醚树脂中胺或聚酞胺的组分含量达到80%或以上时,称为聚脉:凡聚醚树脂中多元醇含量达到80%或以上时,称为聚氨酷;凡在这个参数之间的涂料体系称为聚脉/聚氨酷混合体系。100%固体含量聚氨酷防腐涂料、聚脉防腐层技术的特点:(1)反应活性高、固化速度快、垂直面、顶面及任意曲面可连续喷涂不流挂,可大大提高施工效率;(2) 100%固含量、无有机物挥发、无毒,系无污染;(3)可实现一次厚涂达几个毫米;(3)可低温施工,在一40℃条件下可固化;(4)涂层物理机械性能好、耐化学介质性能好、耐侯性好。缺点是必须使用专用喷涂机具施工。二、管道内防腐涂层技术现状及发展趋势管道内涂层技术在国外已被广泛应用,在我国除新建天然气长输管道采用了内减阻涂层技术,其他的油气输送管道很少采用内涂层技术。油气管道内减阻涂层的特点是光滑平整、硬度高、耐磨性好、附着力好,相对于裸管,可增加5%输气量。资料表明管道内涂层技术可给油气输送管道带来很多的好处,主要表现在:1、延长管道使用寿命;2、防止或减少结蜡和积垢;3、防止对输送介质的污染;4、延长清管周期;5,提高介质的流动效率;6、降低输送动力消耗等等。但是由于管道内涂层补口问题一直是我国内涂层防腐施工未能很好解决的问题,限制了内涂层管道的使用。随着内涂层补口技术的发展、内涂层施工技术水平的提高和油气行业对于内涂层作用的重视,管道内涂层技术将会有很好的发展。三、结语防腐涂层技术的应用对于油气管道的安全运行起到了很好的保障作用,在几十年的实践中,防腐涂层技术不断的发展,材料方面朝着环保、高性能、适合流水作业施工的方向发展,施工方面朝着自动化生产线发展,正是上述技术的发展进步使得管道的高效建设及投产得到支持。另外,防腐涂层技术也存在一些需要改善的问题,如补口和弯管两项防腐涂层技术相对于管体防腐涂层技术来看缺陷较多,尤其对于油气管道内涂层技术来说,补口和弯管是内防腐涂层技术的瓶颈,解决和完善这两项技术对于油气管道内外防腐涂层技术的提高将有很大的推进作用。参考文献:(略)251
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