油气长输管道防腐保温优化设计.pdf

第 1 0 期 ． s s ． 油气长输管道防腐保温优化设计 向志雄 中国石油管道华中输气分公司，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 [ 摘要]本文分析了长输管道防腐保温的主要方法，从保温结构优化设计、阴极保护优化设计、管道防腐蚀技术优化及热 喷涂玻璃釉技术等方面就长输管道防腐保温的优化设计进行 了 探讨，具有一定参考价值。 [ 关键词]长输管道；防腐保温；优化设计 随着我 国能源建 设 的快 速发 展和 能源 结 构 的优化调整，石油 、天然气 在能源消耗 中的比重 日益增大，长输管道作为铁路 、公路、海运 、航 空运输和管道输送五大运输方式之一 ，输送 油气 与其它运输方式相 比具有无可 比拟的优 点，是油 气运输 的主力军 。经过 多年 的发展，国内长输管 道施工技术有了长足进步 ，特别是近年来 ，在能 源建设的拉动下 ，以中亚天然气管道工程和西气 东输工程为标 志，我 国的长输管道建设又迎来 了 一 个高峰期，管道施工技术也有了跨越式发展 ， 已于国际水平逐步接轨 ，尤其是中亚天然气管道 建设 ，在承包商 多而复杂、协调十分 困难的条件 下 ，2 8 个月完成全线1 8 0 0 多公里的建设并顺利投 产通气，举世属 目。在此 形势下 ，长输管道防腐 保温工程的优化设计十分重要。 1 长输管道防腐保温 的主要方法 1 ． 1 熔结环氧粉末防腐层 熔 结环氧粉末防腐层是将 防腐用环氧粉末通 过静 电涂敷技术，涂敷到2 3 0 ℃左右的钢管上，环 氧粉末在钢 管表面熔融并固化 。该 防腐层的主要 优 点是对钢管表面粘结力强、抗土壤应力好 、 耐化学介质浸泡性能好、硬度 高、摩擦系数小、 阴极 剥离 半径 小、使 用范 围广 、预制 费用 适 中 等 。缺 点是 防腐层 薄且相对较脆，单层熔 结环 氧粉末防腐层的厚度仅为4 0 0 5 0 0 微米，耐冲击性 较差，对外来的人 为损坏及运输损 坏的抵御能力 差，在运输、施工过程 中极易造成 损伤 ，水汽渗 透率高 、防腐层 的修补和环焊缝补 口相对难度 较 大 。补 口和补伤不方便 ，在施工中，很难保证管 道的防腐质量。 1 ． 2双层聚 乙烯 P E 防腐层 该种防腐层 曾是上世纪7 O 年代欧洲使用最 为 广泛的外防腐层 。该防腐层 的第一层为胶粘剂 ， 第二层 为P E。该 防腐 层 的主要优 点是 具有极 其优异 的力学性能，抗冲击性好 、韧性好 、水汽 渗透率低 、抗土壤应力好 、耐化学介质浸泡 、绝 缘 电阻高、不污染环境 、补 口与补伤容 易、运输 与施工中损伤少 ；缺 点是 P E与钢管粘结性能不 理想 ，粘结力不如环氧粉末 ，易发生粘结失败， 使防腐层与钢 管脱离 。失去粘 结性 的双层聚乙烯 防腐层会形成对 阴极保护 电流起屏蔽作用的绝缘 壳 ，给阴极保护带来 困难 。一 旦进水 ，阴极保护 电流没法 穿透聚 乙烯到达钢管表面 ，极易出现防 腐层屏 蔽，发生膜下腐蚀 。一般情况下不会发生 腐蚀事故 ，但对于采用 高强度钢 、输送介质温度 高于6 0 ℃的管道 ，阴极保护产生的强碱性产物可 能诱发管道应力开裂事故 ，威胁管道的安全平稳 运 行 。 1 ． 3三层聚乙烯防腐层 该 防腐层 的结构为熔结环氧粉 末 共聚 物 胶粘剂聚 乙烯或聚丙烯 防腐层，简称3 层P E 或 3 NP P。该防腐层以环氧粉末涂料为底漆 ，改性聚 烯烃为中间层 ，聚乙 丙 烯为固层。因改性聚烯烃 分子链上连接马来酸酐，因此其可与环氧粉末底 漆形成化学结合 ，同时又可 以和面层形成物理融 合，从而形成统一的整体，表现 出优异 的性能。3 层P E 结构防腐层解决了双层聚乙烯防腐层胶粘剂 与管道的粘结性能可靠性较低的问题 ，既发挥 了 熔结环氧粉末对钢管表面的高粘结力 物理键和化 学键结合 ，又发挥 了聚烯烃抗冲击好、水汽渗透 率低、绝缘 电阻率高等优 良性 能，是一种 比较完 善的长输管道外防腐层 。目前 ，此种防护层 是我 国大型 管道工程上首选的防腐层形式 。在管道工 程施工过程 中，一般的人 为伤害和长途运输 ，不 会给 防腐层带来损伤 ，施工 中的防腐层修补量也 很少 ，可使 阴极保 护站 的站 间距增大，减少 了防 作者简介 向志雄 1 9 8 5 一，男，湖北仙桃人，助理工程 师，现在中亚天然气管道有限公司中哈项目部从事天然气管道管 理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 5 6 一 ■ 腐蚀防护 石油与 化工设备 2 0 1 0 年第 1 3 卷 腐工程总投资费用 。 2长输管道防腐保温的优化设计 2 ． 1 保温结构优化设计 目前 ，长 输管 道保温 主 要采 用聚 氨酯 泡 夹 管。因此 ，保温结构 的优化主要指聚氨酯泡夹管 的结构优化，其重 点是保证结构的整体严密性。 保温结构的防腐层设计除按非保温管道进行外， 还应考虑防腐层与保温层间的匹配性及保温层对 防腐层 的影响，例如 ，聚 乙烯胶带用于非保温 管 道 时 ，应 使用 外保 护带 ，而用 于聚 氨酯 泡夹管 时，可只采用 内防腐带 。保温层厚度的确定， 目 前应尽可能按经济厚度计算方法计算 ，当国 内制 定 了正式的经济厚度标准时，可依据标准 设计经 济保温厚度。 2 ． 2阴极保护优化设计 长输管道阴极保护应采用强制 电流法 。阴极 保护设计应达到如下 目标 1 为长输管道提供足够 的电流，达到阴极 保护的有关标准要求 ，并提供充分 的裕量 以适应 预期的随时间而发生的电流变化 。 2 提 供与长输 管道 设计寿命相 匹配 的辅 助 阳极系统 ，或提供一个定期更新 的辅助 阳极系 统 。 2 ． 3管道防腐蚀技术优化热喷涂玻璃釉 提高管道防腐蚀技术延长管道使用寿命是业 内广泛关注的课题 。目前， 世界各 国普遍应用的金 属管道防腐蚀材料都是有机高分子化合物 ，如煤 焦油涂料、沥青、环氧涂层 、3 P E 涂层。由于这 些防腐蚀材料存在老化变质 问题 ，使涂盖传统有 机涂料的管道存在不 同程度 的老化现象，会导致 灾难性 的管道事故 如泄漏 、火灾 、爆炸及污染 发 生 。 无机防腐蚀 新技术 ，是将玻璃釉热喷 到金属 管道 内壁或外壁表面上，形成玻璃与金属 复合 防 腐蚀涂层。这种涂层可在 自来水 、污水、化工 、 石油、天然气及市政建设等 多种领域中使用 ，是 永不老化的材料 。玻璃釉料可根据防腐蚀性 能要 求 、金属膨胀系数和工艺特点进行配制 ，不含任 何有毒物质 。 热喷涂玻璃釉管道具有 以下特点 1 生产 工艺先进 。热 喷涂玻璃釉 防腐蚀 管道类似搪瓷管道 ，但没有窑炉生产工艺 ，属 国 内首创，是 国际领先的无机防腐蚀技术 ，永不老 化 。一般有机涂层容易老化 ，而玻璃釉与金属复 合后经百年也不老化 ，因此可 以大幅度提高管道 使用寿命 。 2 使用安全。玻璃釉防腐蚀涂层 比有机涂 层寿命长，使用稳定 ，社会效益大 ，耐防腐蚀性 能优越 ，发展前途广 阔。玻璃釉 防腐蚀管道可耐 各种石油、污水 、化工和有机溶剂 的侵蚀，耐磨 性 、流动性好 。玻璃釉防腐管道 内壁光滑，硬度 高 ，流动阻力 小，具有很强的耐磨性和很好 的介 质 流动性 。 3 玻璃 釉 防腐蚀 管道具有耐 高温 、耐严 寒、抗氧化 、抗紫外线辐射等功能，在5 0 3 0 0 C 长期使用涂层无变化 。无 毒、无害、无污染 。玻 璃釉料的主要成分是硅酸盐，在生产和使用过程 中无毒、无害 ，没有任何 污染 ，不会影响输送介 质 的质量 。 4 造价低廉 。玻璃釉防腐蚀管道价格一般 不超过进 口环氧粉末制作 的防腐蚀管价格 ，玻璃 釉防腐蚀管道可代替不锈钢管道使用，造价仅为 不锈钢 的1 ／ 5 。 5 施工规范 。玻璃釉防腐管道的安装方法 与其他 防腐蚀管道基本相 同，但玻璃 釉管道在生 产的同时已将管道两端 内壁进行 了专门处理 ，焊 接工艺简单 ，可 以规范配套施工 ，用途广泛 。玻 璃釉管道 因具有一系列耐腐蚀 、抗老化、使用温 度范围宽、表面光滑 、硬度高 、耐磨等特性 ，可 广泛应用于石油、天然气 、化工、供水 、排污、 电力等行业 。 3结语 不 断总 结 国内先 进经 验 ，推广 成熟 的新材 料、新技术 ，依据长输管道 防腐蚀工程所在 国家 和地区的具体情况，充分考虑设计的可靠性与经 济性相统一 ，是长输管道 防腐蚀施工保温优化设 计 的 目标 。 ◆参考文 献 【 1 】曲慎扬． 长输管道防腐层的选择[ J ] ． 油气储运，2 0 0 8 ， O 6 1 2 5 1 2 9 ． [ 2 】 庞孟枝． 城市埋地管道阴极保护及电化学理论分析[ J ] ． 油 气储运 ，2 0 0 8 ， 0 3 1 l l 2 - l 1 6 ． [ 3 】董振丰． 埋地钢质管道 防腐层 性能的在线测量技术[ J ] ． 油 气 田地面工程 ，2 0 0 9 ， 0 6 1 0 6 1 0 9 ． 【 4 】尹航，范斌，杜福星． 管道三层P E 防腐与阴极保护[ J ] ． 管 道技术与设备，2 0 0 9 ， 0 3 1 4 1 1 4 6 ． 【 5 ] 王朝晖，朱欢勤，于佰俭． 管道防腐技术[ J ] ． 石油商技， 2 0 0 0 ， 0 4 1 1 6 0 - 1 6 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m