油气管道内防腐补口技术研究进展.pdf

2 0 0 9年 第 5期 管 道 技 术 5 Pi p e l i n e Te c h n i q u e a n d 设 舌 2 0 0 9 No ． 5 油气 管道 内防腐补 口技术研 究进展 张 永刚 ， 赵 忠刚 ， 何超 1 ． 西安石油大 学石油工程学院 ， 陕西西安7 1 0 0 6 5 ； 2 ． 青海油 田格尔木管道输油处 ， 青海格尔木8 1 6 0 0 0 ； 3 ． 中国石油天然气管道科学研究院， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 ； 4 ． 中国石油天然气管道工程有限公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 摘要 对管道 内防腐补 口类型进行 了划分， 并对每种 类型的具体形式以及优缺点进行 了比较 ； 接 着， 介绍 了焊后 内补和焊后无补 口两种典型的补 口_ T - 艺的原理 、 流程和技术特点； 最后 ， 考虑到 当前补 口技术的 自动化 、 机械化和智能化的发展趋势 ， 对 当前 国内外补 口机具的发展及其性能特 点等进行 了 归纳分析。这将有利于今后开展 管道 内防腐补 口技术工艺的优化或支持相关研究决策。 关键词 内防腐 ； 补 口技术； 油气管道 ； 补口机具 中图分类号 T E 9 8 5 ． 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 49 6 1 4 2 0 0 9 0 5 0 0 4 4 0 3 Re s e a r c h o n J o i n t Co a t i n g Te c h n o l o g y o f Co r r o s i o n Re s i s t a n c e I n s i de Oi l a nd Ga s Pi p e l i n e s Z HANG Yo n g g a n g ， Z HAO Z h o n g g a n g ， HE C ha o 1 ． Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f Xi ’ a n Pe t r o l e u m Un i v e r s i t y， Xi ’ a n 7 1 0 0 6 5， Ch i n a； 2 ． Oi l T r a n s mi s s i o n D e p a r t me n t o f Go l mu d P i p e l i n e i n Q i n g h a i Oi i fi e l d ， Go i mu d 8 1 6 0 0 0 ， C h i n a ； 3 ． Pi p e l i n e Re s e a r c h I n s t i t u t e o f CNPC， La n g f a n g 0 6 5 0 0 0， Ch i n a； 4 ． Pip e l e u m C o r p o r a ti o n o f CN P C ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0， C hin a A b s t r a c t P i p e l i n e c o r r o s i o n i s c l a s s i fi e d a c c o r d i n g t o t h e t y p e s o f j o i n t c o a t i n g ， a n d t h e c o n c r e t e f o r ms ， t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f e a c h t y p e a r e c o m p a r e d i n t h i s w o r k ． T h e n ， i t i n t r o d u c e s t h e p ri n c i p l e ， p r o c e s s a n d t e c h n o l o g y o f t h e t y p i c a l j o i n t c o a t i n g ， w h i c h i n c l u d e s p o s t w e l d i n g i n n e r r e p a i r a n d n o n r e p a i r ． F i n a l l y， c o n s i d e ri n g t h e a u t o ma t i o n ， me c h a n i z a t i o n a n d i n t e l l i g e n t i z a t i o n o f p r e s e n t j o i n t c o a t i n g t e c h n o l o g y ， i t a n a l y s e s a n d s u m m a r i e s t h e d e v e l o p m e n t a n d p e r f o rm a n c e o f j o i n t c o a t i n g m a c h i n e s b o t h i n C h i n a a n d a b r o a d ． T h i s w i l l h e l p o p t i mi z e t h e i n n e r a n t i c o r r o s i o n j o i n t c o a t i n g t e c h n o l o g y o f p i p e s o r s u p p o r t d e c i s i o n ma k i n g c o n c e r ni n g r e l a t i v e s t u d i e s ． Ke y w o r d s i n n e r a n t i c o r r o s i o n ； j o i n t c o a t i n g t e c h n o l o gy； o i l a n d g a s p i p e l i n e ； j o i n t c o a t i n g e q u i p me n t 1 管道内防腐补口概述 管道的腐蚀严重影响油气管道系统 的可靠性及 使用寿命 ， 是造成管道事故的最主要原 因l l j 。统计表 明 总腐蚀穿孔量的 9 0 ％都来 自于管线 内壁腐蚀 ， 而 补口部位腐蚀失效更是 占其 绝大部分。对 于管道 内 腐蚀控制措施 ， 主要有加强输送介质的净化 、 在输送 介质 中添加缓蚀剂 、 采用耐蚀管材 、 对管道 内壁做 内 衬处理等。而对管道 内壁做 内衬处理是解决各种输 送介质管道内腐蚀 的最方便有效的方法。对 内衬进 行处理首选涂装涂料技术 ， 它适用于输送不 同介质管 道内壁的防护 ， 也是较容易实现 的方法， 而补 口问题 是影响管道的内壁涂装技术发展的主要瓶颈。 国内外所采用的 比较 先进 的现场 内接头补 口方 收稿 日期 2 0 0 9 0 51 3 收修改稿 日期 2 0 0 90 6 0 2 法主要包括 3个步骤 清理工作， 是指对内面焊缝， 在焊后必须再次清理灰尘 和焊渣 ； 涂层施工 ， 采用相 关技术手段， 在焊缝上涂均匀厚度达到规定标准的涂 层 ； 质量检测工作。 2 管道内防腐补口类型 2 ． 1 焊接 法 补 口 具体包括 3种形式 填 充焊接补 口法 ] ， 即在两 个管段对接之前将填充剂布置在端面的环缝 中， 然后 进行组对焊接 ， 此 法受人为 因素影响较大 ， 同时对施 焊要求也高， 不能让电弧与填充剂接触， 以防破坏填 充层； 接头焊接补 口法 ， 即用特制 的可焊性接头来连 接两个管段 ， 此法对焊接要求高， 补 口成本也 高； 加套 补 口法 ， 包括内衬保护套 管 焊接法 、 记忆合金套法 等 ， 即在两管段连接之前， 将一个烧结套放人管端 衬里空 白处 ， 再将 两管段对接 ， 此法对现场装备 以及 第 5期 张永刚等 油气管道 内防腐补 口技术研 究进展 4 5 技术的要求很高， 且对装备质量依赖性很强， 难以保 证接头补 口的可靠性 。 2 ． 2 涂料喷涂补口 一 般在焊后进行 ， 这种补 口类 型也是 当前管道 内 防腐采用的主流形 式 ， 且 随着 不 同类 型补 口机 的研 制， 使得其机械化、 自动化水平在不断提高， 该法又细 分为管道 内挤涂工艺 、 钻孔喷涂法 、 自动补 口机喷涂 法等。然而 ， 涂装质量无保证是该技术普遍存在的 问 题 ， 主要体现在 涂 层厚 度不均匀 、 不稳定 ； 长距 离涂 装作业时， 因管道中部 的干燥 固化状态不易判断而使 涂层不易控制 ， 多次涂装时容易将管道中间部位前一 次未干燥 固化的涂膜破坏 ； 涂敷器在管道 内受管道变 形度和焊缝 的影响 ， 行走 速度不稳 ， 使整个管道的涂 膜均匀性受到影响。 当前管道的内防腐层补口通常将高压无气喷涂 机送到管道 内壁焊缝处进行喷涂 ， 实施补 口作业。该 法利用特制 的高压 喷涂机将 高压涂料经高压管线输 送到喷嘴， 形成喇叭形状， 高压雾化的涂料呈微粒射 向构件表面， 得到高质量的膜涂层 J 。其优点是涂料 高度雾化， 雾化微粒均匀； 线速度高， 涂层均匀光滑， 无气泡和针孔 ； 涂层附着力好且施工速度快 、 效率高。 2 ． 3喷涂焊接补口 该法是将喷涂和焊接两种补 口类型进行融合 的 新型补口方法 ] 。喷涂 焊接法是 管道 内防腐补 口的 新途径， 将耐腐蚀、 耐高温的合金粉末喷涂在管道焊 接热影响区内壁做内防腐层， 管内壁其余部分仍喷涂 防腐涂料， 对接时用耐腐蚀材质焊材氩弧焊打底焊 接 ， 这样管道接 口处 内壁便获得 由合 金涂层、 耐腐蚀 焊缝与防腐涂层形成的连续、 封闭的防腐层， 有效地 解决了内防腐补口的技术难题。 2 ． 4 机械连接法补口 机械连接法补E l 包括外套式机械压接法、 高压管 道速接头法 ] 、 螺纹连接法等。外套式机械压接法的 接头 由外套和 内管 管线本身 组成 ， 两 内管接触端面 之间有密封垫 ， 为保证压接后接头材质不超过 弹性极 限， 外套内部加工有特殊螺纹 ， 以适应 内管外径偏差 ， 螺纹内涂有密封胶， 压接时密封胶还可起润滑作用， 并在固化后形成可靠的密封带， 使外套与内管紧紧压 接成一体； “ 高压管道速接头” 主要用于管线内防腐补 口， 进行管线 的连接和密封 ， 它 由锁 紧套 、 直通体 、 密 封垫和卡环组成， 锁紧套与直通体间用螺纹连接， 通 过卡环将力 作用 于管道 ， 挤 紧密封垫 实现 密封 和连 接。 2 ． 5 焊接无补 口 该技术是采用性能稳定、 防腐性能好的金属材 料 ， 对管端 1 0～1 5 e m范围内进行电弧喷涂 ， 电弧喷涂 均匀致密 ， 具 有导电及热传 导性 能好 、 不易脱离主体 和产生局部物理 、 化学反应 的特点， 因而具有 良好 的 防腐性能和较长的保护周期。无内补 口技术对焊接 工艺的要求较高 ， 施工难度加大 。典型的如管道防腐 复合结构不 内补 口技术 2 7 G 2 0 G 2 2 A 专利 ， 它是在钢 管管头或接头 内压入成型的不锈钢板衬套 ， 经滚压而 成 ， 补套的外端有翻边 ， 增加 了不锈钢板 的厚度 ， 防止 焊接时击穿 ， 其内壁均 为不锈钢板 面， 不需补 口， 而且 制做简单， 施工方便 ， 成本低， 使用寿命长， 实用性强。 3 管道内防腐补 口工艺 3 ． 1 焊后内补喷涂工艺 3 ． 1 ． 1 管道 内焊缝 的处理 在现场安装焊接后的焊缝在补 口喷涂前 ， 用管道 内焊口 磨光机打磨焊熘、 焊疤、 焊渣， 并将焊口附近打 磨的尘埃吸收和吹扫干净。 3 ． 1 ． 2 管道 内焊缝涂层补 口 为保证焊缝处涂层厚度， 每个 焊 口补涂应最少进 行 3遍。 3 ． 1 ． 3 焊后 检 查 用管道 内窥仪 以及检测 仪对整条管道 的内壁 防 护涂层进行 检查 ， 抽查 防护层 厚度 以及焊缝 补 口质 量 ， 达到设计质量要求后交工验收。 具体施工过程 可以参 考美 国联合碳化物 工业设 备公司研制出的现场 内固涂层施 工过程 J 。这种工 艺技术核心一般为 3台设备 管道 内电动喷涂机、 管道 内涂层补口车、 管道内焊 口磨光机。 3 ． 2 焊后无补口工艺 焊后内补防腐未彻底解决管道内防腐问题， 尤其 是小 口径管道及弯管更无法进行焊后 内补 口防腐 ， 因 此研究 出管道焊后无 内补口防腐焊接新技术 。 新技术放弃了焊后再涂料的内补口传统工艺， 开 辟 了一条获得耐蚀 焊接接头 的新途径 。无 内补 口焊 接技术如图 1 所示。在管道内壁预先利用氧 一乙炔热 喷焊一层耐蚀金属材料， 再涂覆普通有机防腐涂层； 然后用与之耐蚀性匹配的焊条完成管接头打底焊缝， 再用普通焊条完成填充和盖面焊缝 ， 这样管接头 内表 面就由耐蚀 喷焊层 和与之匹配的耐蚀打底焊缝组成 一 层可靠、 稳定的内防腐层。喷焊层、 有机防腐涂层 的制作在车间内进行， 在现场管子对接焊后无须再进 行涂料的内补 口防腐。合金粉末和环氧粉末均属于 4 6 P i p e l i n e Te c h n i q u e a n d Eq ui p me n t 热固性材料， 必须采用热喷涂方法进行涂敷 ， 一般在 预制厂先进行管道的喷涂预制 ， 到现场再进行焊接安 装 ， 施工工艺流程主要包括3个部分 管 口喷涂一管段 喷涂一现场焊接。 层 面焊 壁 a b 图 1 无内补 口焊接技术示意图 这种工艺在胜利油 田应用后 ， 现场试验也证 明采 用无内补口焊接新技 术处理 的焊接接头使用寿命大 大高于涂层内补 口接头。但在焊接工艺 、 材料选 用、 检验手段等方面还有待进一步的研究、 改进。 4 管道内防腐补 口机具 目前 ， 国内外投入大量人力 、 物力 ， 研究金属管道 的内腐蚀及其防护， 与内防腐配套的关键环节内 涂层补 口技术也受到格外重视 ， 而实现补 口技术的机 械化、 自动化和智能化 已成为趋势。因为管道 内防腐 智能补 口机及质量检测机 ， 适于野外施工 ， 可形成 管 道内防腐的完整生产能力， 能解决管道内涂层补 口质 量问题 。 管道 内防腐智能补 口机是用于长直金 属管道焊 口内表面清理和液体 防腐涂料补 口涂敷以及外观摄 像检测和技术数据准确检测 的专用施工机具 ， 它能 自 携动力和涂料 ， 在同位素 的控制下 ， 自动寻找焊 口， 并 根据程序指令在焊 口区除锈 、 甩涂补 口和检 测， 定 位 准确无误 ， 除锈宽度 、 补 口宽度和厚度 以及摄像时间 均可依照现场需要灵活调整 。 其工作原理是 当主开关接通 电源后 ， 由微机控 制 ， 在管 内运行到预定位置 ， 适当延时后开始 回程作 业。当涂漆器检测探头到达焊 口时发出信号 ， 微机指 令打开电磁阀供漆 ， 涂漆器进行 喷涂补 口， 同时将补 口位置和次数信息送到微机， 显示累计补口次数并记 录打印。可以看 出， 其 主要工序 为补 口机定位 、 内表 面清理 、 吸尘 、 喷涂 、 检测、 补涂 。 在国外 ， 美 国在 2 0世纪 8 0年代末研制 出两种补 口机 一种是“ 热熔环氧粉末 现场 内补 口装置与工 艺” ， 其原理是在焊 口内部加放射源 ， 管内接收到放射 信号， 在焊口处定位， 管外感应加热管内环氧粉末补 口； 另一种是美国专利“ 自动推进 自动表面处理与涂 敷的补口装置” 。该机用外部动力对管内装置的操纵 信号均经拖挂的电缆传输， 整机先走到待补口管道的 另一端 ， 进行补 口。前者存 在放射性危 害， 电加热耗 能大， 现场设备多 ， 使用不便 ； 后者挂缆退行补 口， 耗 能多， 施工不方便。 在国内， 补口机研制已形成系列， 可适用于各种 管径的长直管线的内补口。补口机主要由行走控制 车 、 喷涂车 、 除锈车 、 摄像检测车 、 内涂层质量检测仪 以及同位素放射源组成 ， 各车之间 由万 向节连接 。如 大庆油建公司于2 O 世纪 9 O年代初研制出的 G N B l 1 4型钢质管道 内涂 层微机控制补 口机 ； 1 9 9 9年 ， 胜利油田成功研制 了 S L一Ⅱ型钢质管道 内涂层补 口 机 。这些机具用于管道内防腐补口， 施工质量稳定 可靠 ， 技术简单 ， 操作方便 ， 施工费用较低 。 管内自动补口机近两年应用较普遍， 但是也存在 明显不足 ， 如不能进行弯管 、 弯头焊接 区补 口； 现场施 工时 ， 泥沙堵塞而导致补 口困难 ， 现场抢修时无法进 行焊后内补 口。 5 结束语 油气管道防腐非常重要 ， 而相对于外 防腐可靠的 技术相 比， 内防腐还是一个相对 薄弱环节 ， 尤其是补 口部位内防腐的质量更是成为整条管线质量的关键 环节。这就需要相关科研人员加大对内防腐补 口技 术的研究 ， 使新工艺、 新技术 、 新设备投入使用。 参考文献 [ 1 ] 李欣 ， 赵忠刚， 王福宾． 管道外腐蚀影响因素的主成分分 析模型． 管道技术与设备， 2 0 0 9 1 6 8 ． [ 2 ] 周立莎译． 国外管道内防腐及内外防腐层补口方法 国外 油田工程 ， 1 9 9 4 5 5 9 ． [ 3 ] 刘凤 ， 吴乃瑞， 姜祖周． 现场喷涂式中口径管道水泥砂浆 衬里补口机的研制． 腐蚀与防护 ， 2 0 0 1 ， 2 2 6 2 6 5 2 6 7 ． [ 4 ] 郑光明， 刘延臣译． 国内外管道内补口的新技术． 国外油 田工程 ， 1 9 9 5 3 7 6 8 0 ． [ 5 ] 陈普信 ， 纪云岭， 张立奎． 小直径管线高压无气喷涂及无 补口防腐技术． 石油工程建设， 2 o 0 1 3 3 4 3 5 ． [ 6 ] 王青春． 管道内防腐补 口的喷涂焊接法． 石油工程建设 ， 1 9 9 4 4 3 6 3 7 ． [ 7 ] 王勇， 吴开源． 管道焊后无内补 口焊接新工艺． 新技术新 工艺 ， 1 9 9 9 5 2 6 2 7 ． [ 8 ] 孙建国， 范景凡， 张召峰， 等． 管道内防腐智能补口机及配 套工艺技术． 矿山机械， 2 0 0 2 1 2 6 0 6 2 ． [ 9 ] 郑光明， 刘万宝． D Q一1 1 4型微机控制管道内涂层补13 机 ． 石油工程建设 ， 1 9 9 5 5 4 2 4 4 ． [ 1 0 ] 万风新， 叶明． s L一Ⅱ型补 口机及其在海底管道 内涂层 补V t 中的应用． 石油工程建设， 2 0 0 2 ， 2 8 1 4 6 4 8 ． [ 1 1 ] 张志川， 袁东． 管道 内防腐补 口新技术～高压管道速接 头． 腐蚀科学与防护技术， 1 9 9 8 ， 1 0 1 5 86 0 ． 作者简介 张永刚 1 9 7 3 一 ， 工程师 ， 主要从事油气管道输送、 工程管理等工作。