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梁根選1,3，王琪2，王惠3

(1.西安石油大學(xué),西安710065;2.中國石油天然氣集團公司,北京100000;3.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司,陜西寶雞721008)

摘要:根據(jù)Q/SYXQ5—2002《西氣東輸管道工程現(xiàn)場防腐補口補傷施工及驗收規(guī)范》中的要求,分析了埋地鋼質(zhì)管道防腐補口材料的種類,比較了各自的優(yōu)缺點。介紹了新型的防腐和補口材料聚脲涂料,通過試驗數(shù)據(jù)對比可知,這種材料具有良好的理化性能、防腐性能和工藝性能,可以用于鋼質(zhì)管道的防腐和補口。

關(guān)鍵詞:鋼質(zhì)管道;防腐;補口;材料;聚脲涂料

中圖分類號:TE988.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-3938(2009)10-0030-03

0前言

管道運輸是石油天然氣最為經(jīng)濟和方便快捷的一種運輸方式,隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展,以及石油天然氣工業(yè)的快速發(fā)展,我國油氣管道建設(shè)取得了長足的進步。目前,長輸管道已達(dá)2萬多km,管道安全也已經(jīng)成為我國人們重點關(guān)注的問題。其中,管道的腐蝕是造成管道安全事故的主要原因之一,而管道外涂層補口更是關(guān)系到整條管道的防腐層質(zhì)量。據(jù)調(diào)查,腐蝕多發(fā)生在管道之間的補口、補傷和彎頭等部位。如中原油田至洛陽輸油管道、花土溝至格爾木輸油管道、沈陽至撫順輸油管道等都是由于防腐層補口質(zhì)量問題,投產(chǎn)1~2年就發(fā)生多起腐蝕穿孔漏油事故,造成了巨大的經(jīng)濟損失[1]。埋地鋼管采用的是加強級或特加強級防腐,設(shè)計壽命是30~50年。而管道的防腐補口是埋地鋼制管道防腐工程的重要環(huán)節(jié),補口質(zhì)量的高低是決定管道防腐成敗的關(guān)鍵。管道的補口、補傷不合格,管道埋地后3~5年就會穿孔,將會導(dǎo)致整條管線報廢,因此,管線補口涂層技術(shù)對管道使用壽命和運行安全起著至關(guān)重要的作用。

1·常用的補口材料

目前,我國埋地鋼質(zhì)管道主干線外防腐層主要采用熔接環(huán)氧粉末(FBE)和三層聚乙烯(3PE),3PE結(jié)構(gòu)防腐層目前是我國埋地鋼質(zhì)管道外防腐的首選,它結(jié)合了高密度聚乙烯包覆和熔結(jié)環(huán)氧粉末的優(yōu)點。該體系環(huán)氧粉末與鋼管表面結(jié)合牢固,利用高密度聚乙烯抗機械損傷,兩層之間特殊的膠粘劑層使三(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))者形成分子鍵結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)了防腐性能、力學(xué)性能的良好結(jié)合。

根據(jù)Q/SYXQ5—2002《西氣東輸管道工程現(xiàn)場防腐補口補傷施工及驗收規(guī)范》[2]規(guī)定,采用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料、液體環(huán)氧涂料(無溶劑型)和熱收縮套用于管道的補口。補口材料及結(jié)構(gòu)應(yīng)與主體防腐層一致,補口后應(yīng)達(dá)到主體防腐層的各項性能指標(biāo)。下面分析這三種補口材料的優(yōu)缺點。

1.1熔結(jié)環(huán)氧粉末補口

熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)補口采用現(xiàn)場噴砂除銹、靜電加熱噴涂工藝,一次成膜。這種補口的優(yōu)點是:熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層對管道基體附著力強,抗土壤應(yīng)力能力好,綜合防腐效果好。缺點是:抗機械破壞能力較差,對管道的表面處理要求高,難度大,施工要求嚴(yán)格,常見的質(zhì)量問題是環(huán)氧粉末未熔化、未固化及搭接部位粘結(jié)失效,造成漏點較多,補口質(zhì)量很難達(dá)到要求。

1.2液態(tài)環(huán)氧涂料(無溶劑)補口

主要用于管道環(huán)焊的接口處和彎頭處。這種補口的優(yōu)點是:能夠在常溫的條件下進行防腐施工,既可手工涂覆又可機涂,質(zhì)量容易保證,形成的涂層堅硬、光滑,具有良好的耐酸堿性,維護方便。

缺點是:不能用于PE的補口(與PE不粘結(jié)),受環(huán)境和操作人員的熟練程度影響較大,特別是冬季施工易產(chǎn)生漏點[3]。另外,與石油瀝青類似,液態(tài)環(huán)氧涂料與FBE都屬可滲透性涂層,補口處的液態(tài)環(huán)氧涂料和FBE都存在漏點,漏點處的粘結(jié)強度降低,易發(fā)生陰極剝離,在漏點附近起泡,從而形成高pH值下的應(yīng)力腐蝕開裂[4]。

1.3熱收縮套(帶)補口

熱收縮套(帶)目前應(yīng)用最為廣泛,可在100℃下使用。這種補口的優(yōu)點是:可以用于3PE和FBE補口。缺點是:在施工過程中,對管體預(yù)熱溫度和熱收縮套(帶)的加熱溫度要求高,管體預(yù)熱溫度不夠或熱收縮套(帶)加熱不夠,熱熔膠未熔融都將大大影響粘結(jié)性能,從而容易造成熱收縮套(帶)內(nèi)外表面起皺、失粘,導(dǎo)致粘結(jié)密封不良;熱收縮套(帶)溫度過高又將使外層聚乙烯焦化,破壞補口的完整性;要保證熱收縮套(帶)的均勻收縮,對操作人員的技術(shù)要求較高;熱收縮套(帶)在施工過程中還必須有加熱裝置。有資料表明,熱收縮施工合格率在50%左右,對全部采用熱收縮套補口的某條長110km的三層聚乙烯防腐管道的調(diào)查,有漏點的補口高達(dá)80%,由于補口失敗,導(dǎo)致管道嚴(yán)重腐蝕[5]。

2·新型防腐及補口材料———聚脲涂料

聚脲涂料是一種新型高效的雙組分、噴涂施工的彈性材料,是由異氰酸酯組分(簡稱A組分)與氨基化合物組分(簡稱R組分)反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。

聚脲是經(jīng)噴涂設(shè)備高溫高壓狀態(tài)下噴涂施工的,幾秒內(nèi)就可凝膠,其固化不受濕度或溫度影響。聚脲涂層是柔韌、牢固、一體無縫的彈性薄膜,具有良好的防水、耐化學(xué)腐蝕、抗沖擊和耐磨性能。同時,又具有高抗張強度和良好的柔韌性、延伸率,能避免因基材移動而產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象。

聚脲涂料用于管道外防腐和補口、補傷,是一種理想的選擇。國際上主要的管道公司都非?？春镁垭宓膬?yōu)越特點,因為它不僅擁有獨特的性能,而且施工工藝簡單。直管部分可在工廠預(yù)制完成,接頭、彎頭和修補處在現(xiàn)場噴涂連接。其中聚脲連接面經(jīng)特殊處理后能保持高分子鏈的連續(xù)性和完整性,使整個管道系統(tǒng)密封完整且一體無縫。圖1為聚脲噴涂設(shè)備,圖2為鋼管的聚脲防腐現(xiàn)場。

2.1聚脲涂料的性能

聚脲涂料的性能主要包括:①化學(xué)性能穩(wěn)定在酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)的作用下不易變質(zhì)失效能耐濃度為10%的強酸、40%的強堿,耐鹽性能穩(wěn)定,可以在海洋環(huán)境下使用;②機械強度高,粘結(jié)力強,抗巖石沖擊、土壤應(yīng)力能力強,搬運吊裝過程中不易損傷;③疏水材料,抗?jié)B水性強,施工時不受潮濕或寒冷表面影響;④抗陰極剝離性能好,能與電法保護配合使用(若單獨使用,亦有很長的使用壽命);⑤在海洋環(huán)境下使用不會受海貝類生物的侵蝕;⑥施工方法簡便,底材無需加熱,即便在-50℃下也可照常噴涂,而且噴涂完之后即可搬運;⑦適用溫度范圍廣泛,工作溫度為-50℃~121℃;間歇溫度可高達(dá)149℃,不會因溫度的變化而開裂;⑧環(huán)保型材料,對生態(tài)環(huán)境無污染。

聚脲涂料的濕態(tài)、干態(tài)的性能以及固化時間見表1~表3。

2.2聚脲涂料與同類產(chǎn)品的性能比較

聚脲涂料與其他防腐產(chǎn)品的各項性能對比見表4。

2.4聚脲涂層的試驗情況

為了研究聚脲涂料的性能,我們參照SY/T4013—2002《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》在中國石油管道公司管道科技研究中心進行了試驗,試驗結(jié)果見表5。從表5可以看出,聚脲防腐層各項試驗結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

我們又在中國石油天然氣集團公司防腐保溫產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進行了針對PE、鋼、FBE的剝離強度試驗,在23℃±2℃的情況下,剝離強度分別為80N/cm、85N/cm和82N/cm?？梢钥闯?聚脲涂層不論是對鋼管,還是對PE和FBE均具有良好的黏結(jié)性能。

聚脲涂層集優(yōu)異的物理性能、防腐性能和施工性能于一體,可以作為一種很好的管道防腐、補口和修復(fù)材料。據(jù)不完全統(tǒng)計,浙江余姚熱力公司蒸汽管道、上海大眾汽車公司蒸汽管道、無錫協(xié)聯(lián)熱電廠埋地管道、山東管道煤氣公司煤氣管道、山東成山公司原油管道、大慶油田原油管道、新興鑄管公司供水管道等已經(jīng)使用聚脲涂層作為管道的防腐層。

3·結(jié)語(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))

通過對管道防腐補口材料進行對比,聚脲涂料作為一種新型的防腐和補口材料,憑借其優(yōu)異的綜合性能和施工工藝可以用于長輸管道的防腐和補口。聚脲涂層在油氣長輸管道的應(yīng)用,國外已有近10年的時間,取得了非常好的防腐效果和經(jīng)濟、社會效益,我國在這方面的研究和應(yīng)用才剛剛起步。

參考文獻(xiàn):

[1]陳向新.長輸管道外防腐補口技術(shù)[J].油氣儲運,1995,14(5):59-62.

[2]Q/SYXQ5—2002,西氣東輸管道工程現(xiàn)場防腐補口補傷施工及驗收規(guī)范[S].

[3]董振豐,趙常英.埋地鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外防腐層補口方法比較[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2002(3):30-31.

[4]吳艷陽,郭生武,陳開勛.埋地鋼質(zhì)管道補口材料的選擇[J].全面腐蝕控制,2003,17(3):31-374.

[5]姚文燕,王雷.防腐材料和補口技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用發(fā)展分析[J].浙江建筑,2008,25(6):59-61.

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