长输天然气管道外防腐涂层选择.pdf

第19卷第1期 2001年3月 天 然 气 与 石 油 Natural Gas And O il Vol . 19,No. 1 M ar. 2001 收稿日期 2000207203 作者简介龚树鸣1941- ,男,四川省宜宾市人,高级工程师,主要从事管道外防腐设计、 研究。电话 0286014435。 文章编号 10062553920010120024207 “西气东输” 专题论文 长输天然气管道外防腐涂层选择 龚树鸣 四川石油勘察设计研究院,四川 成都610017 摘 要外防腐涂层是埋地钢质管道主要防腐手段,阴极保护是涂层防腐的补充手段。为保 证长输管道在预期的使用寿命内不产生由于外腐蚀而引起功能损失。 选用性能高、 寿命长但一 次费用高的涂层比选用性能低、 寿命短、 一次费用低的涂层对长寿命的工程更经济。 在涂层技术经济分析中还必须考虑人文条件,人文条件是指施工单位的质量意识和管道 所经地区居民的素质。综合各种因素,对西气东输这类大口径、 长距离、 使用寿命长的输气管 道,现阶段首选三层PE;随着人员素质的提高,条件允许的地区应大力发展熔结环氧粉末涂 层;石油沥青只能用于预期使用寿命不长的管道;煤焦油瓷漆适用管径不大或预期使用寿命不 长、 人口密度不大的管道工程。 关键词外防腐涂层;阴极保护;三层PE;熔结环氧粉末;石油沥青;煤焦油瓷漆 中图分类号 TE988. 2 文献标识码 A 1 外防腐涂层与阴极保护的关系 埋地钢质管道为控制土壤对管道的电化学腐 蚀,公认的作法是采用外防腐绝缘涂层和阴极保护 联合措施。 其中外防腐涂层是主要防腐手段,即在钢 管和腐蚀性介质之间建立一个绝缘隔离层,避免腐 蚀介质和钢管接触,从根本上防止钢管的电化学腐 蚀;阴极保护作为涂层防腐的补充手段,为涂层缺陷 处的钢管外表面提供电化学防护。 当涂层质量不佳, 破损严重时,若采用增加阴极保护作为主要防腐手 段,不单是阴极保护投资和维护费用急增,而且管理 和维修、 保护电流的合理分布都会出现许多难题。 阴极保护为涂层缺陷处露铁点提供阴极极化 电流,使裸钢在土壤中阴极极化到- 0185～1115 V 相对硫酸铜电极 , 达到腐蚀几乎停止的目的,其极 6 市场预测及分析 聚合级高纯22丙烯酰胺基22甲基丙磺酸是腈 纶聚合物工艺中优秀的第三单体和特种腈纶的第二 单体,具有广阔的潜在市场, 1996年世界22丙烯酰 胺基22甲基丙磺酸的产量约定414万t a, 主要由 美国、 日本等国生产。我国河南、 江苏等地有多家普 通级22丙烯酰胺基22甲基丙磺酸生产装置。生产 聚合级高纯22丙烯酰胺基22甲基丙磺酸,可回收 普通级。回收部分可以作为油田助剂、 水处理剂、 表 面活性剂、 絮凝剂。 用于油田建设、 造纸、 表面活性剂 等工业。聚合级高纯22丙烯酰胺基22甲基丙磺酸 主要用于5套干法技术腈生产装置和6套湿法技术 腈纶生产装置,大致市场年需求量为5 300 t。此外, 湖北荆门、 河北石家庄、 新疆乌鲁木齐已有恢复引进 湿法腈纶技术动向,原计划是10万ta。 辽宁抚顺阴 燃腈纶厂需200 t聚合级22丙烯酰胺基22甲基丙 磺酸。目前使用美国进口产品,急需用国内产品替 代。因此, 22丙烯酰胺基22甲基丙磺酸产品市场前 景看好,有很大的潜在市场。 化电流密度大约为10～100mAm 2。在低土壤电阻 率环境中的劣质涂层,虽然阴极保护电流能够均匀 分布,但是距通电点较近的管道涂层破损点消耗了 过多的阴极保护电流,致使管道与土壤的电位差衰 减过快,距通电点一定距离后,涂层破损点的钢表面 达不到足够的极化电流密度,因而保护电位达不到 - 0185 V标准,腐蚀继续发生;在高土壤电阻率地 区,由于介质的导电性差,阴极保护电流的分布很不 均匀,回路电阻很大,面积稍大的破损点难以达到足 够的极化电流密度,致使阴极保护很不充分,往往需 要沿管道敷设柔性阳极来提供足够的阴极保护电 流。 柔性阳极的敷设既投资巨大,又给阴极保护站的 设置和管理带来极大的困难。根据20世纪80年代 中期对横贯加拿大管线TCPL超过2 000 km长度 的管道外防腐状况调查,涂层良好的管道处于高土 壤电阻率环境和低土壤电阻率环境都容易获得良好 的阴极保护,均可受到远程阴极保护系统传统的具 有远阳极的阴极保护站的保护;涂层质量差的管 道,在高土壤电阻率地区,为了有效保护管道都需要 沿管道设置分布式阳极。 和远程系统相比,分布系统 的每安培电流的投资要高得多,而且比远程系统更 容易遭到破坏,它们需要对阳极输出电流严格控制, 比低土壤电阻率地区要求更为严格。理由是破损程 度不均,管道沿线各段对阴极保护电流的需求变化 幅度很大。 图1为北美地区大口径管处于高低土壤电阻率 地区阴极保护费用与涂层性能之间的关系。阴极保 护电流密度为0～10ΛAm 2 时,在任何情况下都不 需要分布式阳极,费用极低;曲线的陡峭部分表示要 采用分布式阳极才能有效保护管道费用急增;曲线 上部的平缓部分为保护裸管的费用。 综上所述,涂层不良的管道难以获得良好的阴 极保护,把阴极保护作为这些管道的主要保护手段 往往不能见效。1999年3月,四川气田南干线中的 榕山至佛荫段管径720,长度2514 km委托德国 P IPETON IX公司进行智能清管,尽管该段管道在 榕山、 合江西阀室、 佛荫建有运行良好的阴极保护 站,清管报告发现了大于壁厚10的外壁腐蚀区域 达453处,其中有三处腐蚀区的最大坑深度接近或 达到壁厚的75。笔者亲自参加了一处腐蚀点的开 挖检查,在吊管钢丝绳勒伤的部分石油沥青防腐层 凹槽内,发现两个腐蚀坑,一个坑深516 mm ,另一 个坑深达到417mm ,分别为壁厚的70和59。 该 处距榕山阴极保护站仅512 km ,通电时的管地电位 值为- 0191 V ,土壤电阻率348 m。 图1 阴极保护的费用与涂层性能的关系 图2 不同通电电位时,能达到- 0185 V极化电位的最 大破损点直径 破损点的面积与破损点接地电阻并非线性关 系。 在同一管地电位差和相同的土壤电阻率条件下, 破损点面积越小,阴极保护电流密度越大;破损点面 积越大,阴极保护电流密度越小。在同一地区的管 道,小破损点已经极化到阴极保护标准,而大破损点 则因未极化到阴极保护标准继续存在腐蚀;破损点 的接地电阻与土壤电阻率几乎成正比,同样大小的 破损点,在相同的管地电位差条件下,低土壤电阻率 地区可能极化到阴极保护标准,高土壤电阻率地区 就可能达不到阴极保护电位标准。图2表示在不同 的通电电位Uon即通电状态下的管地电位在各种 土壤电阻率地区能达到阴极保护标准断电电位或 52第19卷第1期龚树鸣长输天然气管道外防腐涂层选择 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 负极化电位- 0185 V最大的破损点直径,若大于 该直径就达不到阴极保护标准。 2 外防腐层应具备的性能 埋地管道外防腐层的功能是通过防腐层把钢质 管道的外表面与腐蚀环境隔离以控制腐蚀,减少所 需的阴极保护电流,改善电流分布。 基于埋地管道施 工和运行的特殊性,美国腐蚀工程师协会标准 NACE Standard RP0169- 96埋地或水下金属管 线系统的外部腐蚀控制 要求涂层外防腐层应具 备如下主要性能 211 外防腐层基本性能 有效的电绝缘性; 有效的隔水屏障性; 涂敷于管道的方法不会对管道性能产生不利影 响; 涂敷于管道上的涂层缺陷最少; 与管道表面有良好的附着力; 能防止针孔随时间发展; 能抵抗装卸、 储存和安装时的损伤; 能有效地保持绝缘电阻随时间恒定不变; 抗剥离性能; 抗化学介质破坏; 补伤容易; 物理性能保持能力强; 对环境无毒; 能防止地面储存和长距离运输过程不发生变化 和降解。 以上为防腐层性能的基本要求,实际操作中,又 分为施工与安装过程对涂层性能的要求和使用过程 中对涂层性能的要求。 212 施工与安装过程对涂层性能的要求 在施工和安装过程中要求涂层具有下列优良特 性 21211 抗弯曲性 在运输、 使用过程中,管道往往产生弹性形变或 塑性形变,比如弹性敷设、 吊管机将沟边组装好的管 道吊装下沟、 冷弯,要求已涂敷的涂层不会产生裂纹 或脱落。 21212 硬度与耐磨性 管道在堆放或下沟后,往往下部有尖硬物体;回 填物中也难免混有尖硬石块,涂层必须具有足够的 硬度或变形能力承受回填物和管道自重所施加的集 中压力,否则涂层会产生缺陷。 管道在施工过程中或 运行过程中,还会与土壤发生磨擦,为了保证涂层不 致失去防腐功能,要求涂层应具有足够的耐磨功能。 21213 抗冲击能力 涂层管在运输、 施工过程中,可能受到外力的冲 击,涂层抗冲击能力越好,损伤越少;抗冲击性能越 差损伤越多。 过多的损伤不但现场补伤工作量大,而 且漏补的点也多,加上回填料的冲击损伤,涂层的缺 陷进一步增加,给阴极保护增加困难,为管道的长期 安全运行留下隐患。 21214 抗风化能力 涂层从防腐预制到管道下沟回填往往要间隔几 个月甚至一年以上的时间,在储存、 运输、 施工过程 中经历日晒雨淋甚至酷暑严寒,因此要求防腐层具 有足够的抗风化能力,保证回填时涂层性能没有明 显的变质。 21215 补口与补伤难易程度 预制好的防腐管,在施工现场必须进行环形焊 缝处的补口作业,运输、 储存、 施工过程中造成的涂 层损伤必须修补;补口与补伤材料必须同主防腐涂 层粘结密封良好,并且满足建造过程和操作条件下 对涂层的基本要求,因此各类防腐涂层的现场补口 与补伤难易程度不同。 213 使用过程对涂层性能的主要要求 21311 粘结力 管道在运行过程中要求涂层对管道有好的粘结 力,以防止运行过程中因外力作用而发生粘结失效 事故,一旦涂层失去粘结力,潮气将会聚结在钢管与 涂层之间,涂层失去防腐功能。 21312 耐化学介质浸泡 由于土壤中成份复杂,各地土壤成份不一,含有 不同类型和浓度的酸、 碱、 盐,若涂层不耐其中一种 或多种化学介质浸泡,将过早失去防腐功能。 21313 绝缘电阻和电气强度 长输管道单纯靠外防腐涂层来实现埋地管道的 外防腐几乎是不可能的,性能优良的涂层在运行中 不可避免地存在缺陷,涂层缺陷处的钢管必须由阴 极保护来实现防腐,为了避免阴极保护电流通过完 好的涂层有明显的漏失,保证阴极保护电流用于涂 层缺陷点裸钢的负极化,要求涂层材料具有高电阻 率且不随时间或涂层浸泡于水中有明显的下降。虽 62 天 然 气 与 石 油2001年 w w w . b z f x w . c o m 然涂层与土壤接触仅承受阴极保护时的1～3 V持 续电压,但涂层针孔检查时,必须承受大于涂层厚度 的空气击穿电压的高压电检漏,因此涂层材料的电 气强度必须大于干燥的空气。 21314 抗阴极剥离 由于涂层和阴极保护联合用于埋地或水下钢质 管道的外防腐,在涂层的破损和漏敷处,阴极保护可 能在露铁点诱发氢气的生成保护电位比- 1115 V 更负时 , 增加水流到露铁点的机会,这两种作用以 单独或联合的方式使涂层破损点边缘的涂层粘着力 下降而失粘,试验时用阴极剥离半径来衡量涂层的 抗阴极剥离性能,半径越小越好。 21315 抗穿透能力 抗穿透能力与涂层的硬度有关,施工与运行都 要求涂层有足够的硬度,硬度低的涂层植物根还能 够刺入,实验室试验用压痕硬度来表示涂层抗穿透 能力,数值越小,表示涂层的硬度好,抗穿透能力强。 21316 抗土壤应力 抗土壤应力差的涂层管道埋设在干湿交替的粘 性土中受到土壤应力会引起变形和损伤。管道周围 的粘土由于吸水而膨胀,失水干燥又收缩,粘结性很 强的粘土在收缩、 膨胀期间抓紧涂层产生很大的牵 引力,抗土壤应力差的涂层剪切强度差将会发皱 或脱落。 3 外防腐涂层选择 保证长输管道在预期的使用寿命内不产生由于 外腐蚀而引起的功能损失是对涂层的基本要求,涂 层选择的失误会导致在管道预期使用寿命内由于涂 层失效而带来的维修费用,这个费用往往超过采用 较高级性能涂层所增加的初始费用,从包括预期寿 命在内的综合经济评价看,选用性能高、 寿命长、 但 一次费用高涂层比性能低、 寿命短、 一次投资费用低 的涂层,对长寿命的工程更为经济。 由于涂层是与阴 极保护联合进行防腐的,涂层性能的好坏直接影响 阴极保护的一次投资费用和长期的运行维护费用, 高质量涂层的阴极保护既容易实现,费用又低;低质 量涂层阴极保护既困难,投资费用又高。 在涂层经济性分析中,满足使用要求是最主要 考虑因素,在涂层选择时必须考虑介质输出温度、 地 形和土壤特征,涂层预制与修补的经济性、 制管方式 和人文条件等多种因素。 目前常用的外防腐涂层有石油沥青、 煤焦油瓷 漆、 熔结环氧、 聚烯烃等,各有各的特性。 管道输送介 质的温度是选择涂层的重要指标之一,如石油沥青, 虽然价格较低,但用于热油管道,由于介质的加温作 用,油份加速挥发使其老化速度提高40;聚烯烃 涂层又分挤压低密度聚乙烯,高密度聚乙烯、 聚丙烯 三种,其熔点分别为110～115℃、125～131℃、164 ～170℃,所以通常50℃以下可以选择低密度聚乙 烯, 70℃以下选择高密度聚乙烯, 70～100℃选择聚 丙烯;熔结环氧的温度适用范围宽,可用于输送介质 温度- 30～100℃范围,而石油沥青和煤焦油瓷漆则 存在低温脆化高温流淌的缺陷;同样聚烯烃涂层低 密度聚乙烯比聚丙烯的低温性能更好;虽然聚乙烯 的低温脆化温度低于- 65℃,粘结用的胶粘剂的低 温脆化温度却随材料不同而改变,国产EVA型热 熔胶一般低温脆化温度仅达到- 15℃,而乙烯共聚 物胶粘剂可达到- 50℃,所以长输管道在选择防腐 涂层品种时,必须根据操作温度,甚至施工时的气温 慎重选择。 高压大口径管道管径大于1 016 mm ,压力大 于4105M Pa必须考虑涂层剥离带来的应力腐蚀问 题SCC。据报导,这类管道由于涂层选择不当,使 用7～14年后多次在沿压缩机站下游30 km左右 出现外腐蚀产生的应力腐蚀。 迄今为止,这种腐蚀多 发生于在沟边防腐的聚乙烯粘胶带涂层管道,石油 沥青和煤焦油瓷漆涂层管道也有应力开裂事故发 生。现场调查发现,在剥离涂层下面存在N a2CO3 N aHCO3溶液,有时是N aHCO3晶体,这是最容易 诱发SCC的环境。在阴极保护电流作用下,在钢管 表面发生如下反应 O2 2H2O 4e→4OH - CO2 2OH - →CO 2- 3 H2O HCO - 3 OH - →CO 2- 3 H2O 实验证明,高强度管道钢X60以上在40℃的 015 MN a2CO3 1 MN aHCO3溶液中,电位在- 01626～01776 V范围时可能开裂。N aOH的积聚也 可能引起SCC。 各种地形和土壤对防腐涂层的性能要求各异, 起伏较大的地形要求涂层必须满足现场冷弯的要 求,石方区则要求涂层的抗冲击性能好,粘土区则要 求涂层抗土壤应力性能高,盐渍化土壤要求涂层材 料耐化学介质浸泡。 制管方式对涂层的选择也有一定的影响。双面 埋弧焊管螺旋焊缝管、UOE直缝管由于存在焊缝 余高A P I5L标准,国家标准均允许壁厚1217 mm 72第19卷第1期龚树鸣长输天然气管道外防腐涂层选择 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 以下管子焊缝余高上限值为3118 mm , 不采用负 压工艺的圆模包覆挤压聚烯烃涂层会出现焊缝两侧 空洞现象;石油沥青、 煤焦油瓷漆防腐层的行业标准 要求焊缝上防腐层的厚度不小于规定等级厚度的 65 ,迫使选择者增加防腐层的总厚度以满足这一 规定。 人文条件也是涂层选择者应该足够重视的因 素。所谓人文条件是指施工单位的质量意识和管道 所经地段居民的素质。 野蛮装卸、 野蛮施工的现象在 我国还没有杜绝;管道沿线居民对未下沟回填的管 道防腐涂层的人为损坏现象普遍存在。 笔者1988年 在磨溪气田内部集输工程中选用聚乙烯胶带防腐, 273管道比108管道在运输环节产生的损伤多 得多;存放过程的损伤更为严重,在某小学附近堆放 的12根管子中有8根的胶带被人全部剥光,工程中 用于修补的材料耗量达到总工程耗量的20 ,致使 四川石油管理局的气田集输工程不敢再用聚乙烯胶 带防腐。 为了便于组织施工和今后的日常管理,一个工 程不宜选用多种防腐层,应该根据最坏的条件选择 一种或两种防腐层。 看起来好像有些浪费,实际上考 虑到管子倒运,布管等多种因素,品种越少可能越省 投资,这与国内防腐厂的设置密切相关,在制管厂预 制防腐层将省去一笔可观的管子倒运费。 4 西气东输工程外防腐涂层推荐方案 西气东输工程几乎横贯中国,从西部干旱荒漠 直到东海之滨,地形十分复杂,土壤差异极大,而且 是我国的能源大动脉,具有管径大、 距离长、 可靠性 要求高、 预期使用寿命长的特点,因此防腐层应该选 用一种或两种性能优异、 寿命长的外防腐涂层。 从10年前西部管道建设提到议事日程起,原石 油天然气总公司基建局、 科技局等有关部门狠抓了 新型防腐材料的开发与运用,到1996年,国外常用 的各种防腐涂层和材料我国都能生产和涂敷,且在 青县、 宝鸡、 沙市、 资阳、 辽阳等几大螺旋焊缝制管厂 建有多功能外防腐涂敷厂,为选用各种优良外防腐 涂层提供了条件。 石油沥青为我国的传统外防腐涂层,曾经是我 国长输油气管道唯一的外防腐涂层,该涂层具有造 价较低、 补口与补伤方便等优点,但由于机械强度 低、 施工运行中损伤多、 在很多工程中老化速度快等 缺点,在近年的国内著名大工程中几乎不再采用。 国 际著名的美国规范 埋地或水下金属管线系统的外 部腐蚀控制NACE RP0169 92版还将其列入常 用涂层系统类别表中;最新的96版,常用涂层系统 类别表和相应的涂层参考资料索引表中石油沥青则 被删除,所以石油沥青不应作为西气东输工程应该 考虑的防腐涂层。 煤焦油瓷漆在性能上略优于石油沥青,为西方 国家的传统外防腐材料,与石油沥青相比,在耐菌 性、 耐深根作物穿刺、 使用寿命、 抗土壤应力等方面 优于石油沥青,但毒性更大,石油沥青存在的机械强 度低、 高温流淌、 低温发脆等缺点煤焦油瓷漆依然存 在,并且造价远比石油沥青高。据美国管道文摘统 计, 1985年以前曾是西方国家用量最大外防腐涂 层,随着塑料涂层的兴起,在防腐市场上的地位逐年 下降, 1996年用量已降至第五位。1988年10月在意 大利佛罗伦萨召开的第八届国际管道内外防腐会议 资料表明,老一代煤焦油瓷漆和石油沥青正在迅速 被新型的熔结环氧和三层聚乙烯涂层所代替。 我国石油天然气行业标准 埋地管道煤焦油瓷 漆外防腐层技术标准SYT0079 1998年版与 1993年版相比在厚度上有了重大的变化, 93年版普 通、 加强、 特加强级的厚度从310、410、510 mm降为 98年版的214、312、410 mm ,预制造价有所降低,看 来经济性有所好转。 但用于大口径管道防腐,像西气 东输那样大口径厚壁管,显然机械强度不足,搬运造 成的损伤可能达到无法允许的地步,著名的崖13- 1至香港的海底管道,煤焦油瓷漆外防腐层厚度不 小于6 mm。 塑料涂层分为热固性的熔结环氧简称FBE 涂层和热塑性的聚烯烃简称两层PE、 三层PE、 三 层PP涂层, 20世纪60年代正式用于埋地管道外 防腐,新型三层PE、 三层PP于80年代中期正式推 向市场。 目前国外分为北美派和欧洲派,北美首选涂 层为FBE,欧洲首选涂层为聚烯烃。 环氧树脂具有醚基、 羟基和较为活泼的环氧基。 醚基和羟基是高极性基团,与相邻基材钢铁表面 产生电、 磁吸引力;环氧基能与多种固体物质表面特 别是金属表面的游离键形成化学键结合,因而环氧 树脂对钢铁的粘结性特别强。固化后的环氧树脂由 于含有稳定苯环和醚键,分子结构紧密,化学稳定性 好,表现出优异的耐蚀性能,是一种性能优异的防腐 材料。但是液体环氧树脂固化时间长,容易产生针 孔,不宜用于长输管道的预制。1962年静电喷涂粉 82 天 然 气 与 石 油2001年 w w w . b z f x w . c o m 末的工艺成熟以后,粉末环氧用于长输管道外防腐 涂层才成为可能, 1971年第一次用于大口径长距离 的阿拉斯加输油管道工程,由于施工经验不足遭受 挫折。经过改进配方和改进涂敷工艺,在70年代后 期,熔结环氧涂层在北美美国和加拿大得到了广 泛的使用。 熔结环氧虽然有很多突出的优点,但仍然存在 一些不尽人意之处。主要缺点为涂层涂敷前对钢管 表面处理要求严格,否则粘结失效;水汽渗透率高, 长期浸泡于水中,有产生鼓泡的可能;由于是薄涂 层,抗冲击性能有限,一般单粉涂层抗冲击功只有 10 J左右。为了克服后两个缺点, 美国OBR IEN公 司于1992年推出了双粉系统,在传统的单粉层外面 再喷涂200Λm厚添加了聚乙烯的环氧粉末,极大 地减小了水汽渗透率;抗冲击功提高到17 J左右, 但造价随之上升。 欧洲从1965年就开始使用挤压聚乙烯两层结 构涂层,挤压聚乙烯是目前欧洲最受欢迎的埋地管 道外防腐涂层。 聚乙烯具有抗冲击性能好、 水汽渗透 率低、 绝缘电阻率高、 埋地使用寿命长,耐化学介质 侵蚀性能好等优点;但是聚乙烯是非极性材料,不能 直接与钢管粘结。必须采用既粘钢管又粘聚乙烯的 胶粘剂将钢管表面与聚乙烯连接成一体。早期的沥 青玛蒂脂胶粘剂性能很不理想,后来发展了EVA 型和丁基橡胶热熔胶,使两层PE的粘结性有较大 提高,但仍然出现过粘结失效的事故。两层PE一旦 出现粘结失效,由于聚乙烯致密性极好,水汽渗透率 极低,产生绝缘屏蔽效应,脱离涂层下的管道表面得 不到充分的阴极保护,腐蚀将可能发生。 由于熔结环氧和挤压聚乙烯两层结构各有长 处,又各有短处,单独使用都不够理想, 70年代中 期,曼内斯曼公司研究所与巴斯胡化学工业公司合 作10年,于80年代中期推出了挤压聚烯烃三层结 构涂层,即著名的MA PEC结构。MA PEC结构包括 三层PE和三层PP,三层PE用于介质输送温度- 20～70℃的埋地管道,三层PP用于介质输送温度 70～100℃的埋地管道。MA PEC结构既发挥了熔结 环氧对钢管的高粘力物理键与化学键结合等优良 性能,又发挥了聚烯烃抗冲击性好、 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 管道外防腐涂层,据美国 管道文摘1996年天然气 管道涂层调查报告,三层聚烯烃涂层用量居第二位, 其中在管径大于81218 mm管道涂层中,用量居 第一位。 三层聚烯烃涂层的关键材料是共聚物胶粘剂, 以三层PE为例,胶粘剂为乙烯共聚物,北美产品是 添加顺丁烯二酸酐接枝而成。 在涂敷线上,环氧胶化 期间熔化的胶粘剂挤压在环氧外面,胶粘剂参与环 氧固化反应,产生化学键联接;熔化的聚乙烯挤压在 熔化的乙烯共聚物胶粘剂的表面,由于属同种材料, 二者有极好的相容性,这样形成的三层复合结构,不 会发生层间脱落事故。质量检测时,测出的剥离强 度,实际上是测试温度条件下共聚物胶粘剂的内聚 破坏强度。由于共聚物胶粘剂属硬质胶,内聚力很 大,无论撕裂强度剥离强度还是剪切强度都高于 EVA型和丁基型热熔胶,抗土壤应力性能很好。 1995年,为适应陕京线、 库鄯线建设需要,先后 在青县和宝鸡引进了两条三层PE涂敷作业线,国 内一些防腐材料企业瞄准这一巨大市场研制相应的 材料,目前聚乙烯、 胶粘剂、 环氧粉末均国产化,以 660管普通级防腐层为例,预制费已从106～108元 m 2 下降到90元m 2 以下,为西气东输工程大规模 采用创造了有利条件。为了便于对可用于大口径管 道外防腐层的五种涂层性能有一个总的对比,根据 行业标准和有关的实测数据,制定表1以供参考。 我国在1995年编制行业标准 埋地钢质管道聚 乙烯防腐层技术标准SYT40132 95 时,充分考虑 我国目前的国情,在确定防腐层的厚度时,明知德国 标准是针对低密度聚乙烯柔性聚乙烯确定的厚 度,而我国是采用高密度聚乙烯刚性聚乙烯 , 仍然 选用德国标准的厚度,使挤压聚乙烯防腐层的实际 抗冲击、 压痕硬度远高于德国标准。 在陕京线的施工 过程中,一般的人为伤害和长途运输,并没有给防腐 层带来必须修补的损伤,施工中的涂层修补量很少, 实际投入使用后的阴极保护电流密度小于1ΛA m 2, 全长920 km的一期工程仅投产三座阴极保护 站就使全线达到阴极保护电位标准,其中最大的站 间距靖边神池相距接近400 km。 国产三层PE实际抗冲击强度大于24 J1996 年1月18日冷弯试验时实测值 ; 粘结力剥离强 度在232℃的实测值大于300 Ncm , 50℃时大 于150 Ncm;压痕硬度实测值小于011 mm;正是 这几个关键数据使陕京线的外防腐层经受住了长途 运输、 一般人为破坏、 施工操作、 石方区的严峻挑战, 完工后的阴极保护电流密度极小,防腐层电阻极高, 说明外防腐层的损伤极少。因为防腐层电阻是防腐 92第19卷第1期龚树鸣长输天然气管道外防腐涂层选择 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 表1 大口径钢管常用外防腐层主要性能汇总表 项目石油沥青煤焦油瓷漆熔结环氧二层PE三层PE 防腐层厚度,mm≥7≥5≥0. 4≥2. 5≥2. 5 延伸率, ≥33. 4≥33. 4≥4. 8≥600≥600 压痕硬度,mm 0. 25M Pa ≤10 0. 25M Pa ≤10 10M Pa ≤0. 1 10M Pa ≤0. 2 10M Pa ≤0. 2 粘结力 ,N cm约10约101～2级≥35≥70 抗冲击, 25℃ ,J 15 耐化学介质浸泡 不耐碱、 弱酸和 有机介质 不耐弱酸、 强碱 和有机介质 好 除60℃以上芳香 族溶剂外,都好 除60℃以上芳香 族溶剂外,都好 防腐层电阻,8m 2 1 ～ 2 104 1 ～ 2 104≥1105≥1105 阴极剥离半径,mm≤10≤18≤10 吸水率, 60 d, 0. 1 0. 1 2. 5 补口与补伤难易程度容易容易较难容易容易 抗土壤应力差中等好好好 对环境影响不耐植物根刺毒性大无无无 输送介质温度,℃- 10～80- 10～80- 30～100≤70- 20～70 单价,元m 2 6580707585～90 注石油沥青和煤焦油瓷漆的延伸率为25℃时的值,高温下会流淌,低温下将发脆;压痕硬度是指该压力下,钢针压入防腐层的深度。 层破损露铁点的接地电阻总和,不是防腐层材料的 绝缘电阻,实测阴极保护所需的电流密度是防腐层 状况好坏的最好反映。 在现行的主要外防腐层技术标准中,只有挤压 聚乙烯防腐层技术标准规定防腐层的厚度随管径增 加而增加。该标准充分考虑到随着管径的增大单位 长度管道质量的增加,对防腐层自身机械性能主要 是抗冲击、 抗尖锐物穿刺要求更高,用增加防腐层 的厚度来予以解决。正是这种周到的考虑使德国标 准D I N 30670291标准为全世界防腐界普遍接受。迄 今为止,三层PE在世界上已推行15年以上,没有 发现一例此种涂层失效的报告。 西气东输工程,长度达4 000 km以上,将通过 沙漠、 沼泽、 戈壁、 盐渍化土壤、 山地、 河网等多种多 样复杂地形和土壤,加上管径不小于1m ,可靠性要 求极高,笔者认为美国天然气研究院1992年调查 了一条已运行60年的气管道的涂层状况,得出的重 要结论,“对于一条给定的管道,选择使用寿命最长、 最好的涂层类型是最重要的” 非常正确。 从表1可以看出,在介质输送温度不高于70℃ 时,三层PE各项性能都很优良,尤其是防腐层电阻 很高,说明管道完工后防腐层残留的损伤极少,为管 道的长期安全运行创造了条件。虽然采用三层PE 后防腐预制费有所增加,库鄯线、 陕京线工程实践证 明这种防腐层经受得住长途远距离的运输,我们可 以在制管厂就直接预制防腐层,减少的管材倒运费 足以弥补防腐预制费的增加;加上现场补伤费用和 阴极保护的减少,工程一次投资费用并不会增加。 熔 结环氧防腐性能很好,预制费用比三层PE低,但机 械性能不能适应中国的国情,用于大口径焊缝管后 的综合造价高于三层PE,尤其是长距离运输后的焊 缝处的补伤工作量太大,据亚东防腐公司的统计,熔 结粉末环氧在中国的实际造价高于三层PE。 综上所述,对于象西气东输这类大口径、 长距 离、 使用寿命长的输气管道,在现阶段应首选三层结 构聚乙烯 70 ℃以下或聚丙烯 70 ～100℃防腐层; 随着人员素质的提高,条件允许的地区也应大力发 展熔结环氧粉末防腐层;石油沥青只能用于预期使 用寿命不长的管线工程;煤焦油瓷漆适用于管径不 大或预期寿命不要求很长、 人口密度不大地区的管 线工程。 03 天 然 气 与 石 油2001年 w w w . b z f x w . c o m SELECTED ABSTRACTS NATURAL GAS AND O I L QUARTERLY Vol. 19No . 1 Tota lNo. 183Ma r.2001 equipment affer it had been running for 3 years. A ffer the reclaim , the equipment can be operated safely onan even keel for a long period, the output of every caldron is increasing, the consumption of energy is de2 clining and product guality is better than ever. KEY WORDS Polypropylene; Technology Reclaim; Equipment; Energy Saving Industrial Application of The NewL iquid ANTIOxidant T502A Zhang Zhonghe,Cai Shaolin, et alN anyang Refinery,Henan L uoyang, 473132NGO, 2001, 191 17～18 ABSTRACTA new liquid anti2oxidant T502A is presented in this paper. Application and test proved that anti2oixdant T502A has the desirability of easy to dissolve and m ix in gasoline, convenient to use, obvious effect, less guantity to append and no influence upon other capability of gasoline. A nti2oxidant T502A is a excellent kind and its using capability is better than general anti2oxidant T501. KEY WORDS Gasoline;A nti2oxidant;Application Synthesis Application and NewDevelopment of 2-Acrylam ido-2-M ethylpropanesulfon ic Acid L u W eifeng, Han Yan, Deng XinzhongHelongjiang Petroleum Chem ical Plant, Helongjiang Daqing, 163713NGO, 2001, 191 21～23 ABSTRACT This paper presents the process to synthesis 22A crylam ido222M ethylpropanesulfonic A cid. The property and detailed application of 22A crylam ido222M ethylpropanseulfonic A cid are also given in this paper. A t the same time, the situation of market demand can be found in it. KEY WORDS 22A crlam ido222M ethylpropenesulfonic acid; Copolymer; Synthesis CORROSI ON AND CORROSI ON PREVENTI ON Selection of External Coatings for Long-D istance Gas Pipeline Gong Shum ingSichuan Petroleum Design Institute, Sichuan Chengdu, 610017NGO, 2001, 191 24～30 ABSTRACT External corrosion coating is a main corrosion prevention measure of buried steel pipeline, w ith cathodic protection being complementary. To prevent long2distance transm ission pipeline from produc2 ing functional loss due to external corrosion during their expected operating life, coatingsw ith high perfor2 mance, long life and high primary investment are more econom ical than coatings w ith low perance, short life and low primary investment in regard to long operating life engineering. In addition, construction guality and person diathesis and so on are important effecting factors, and shall be considered in selection of coatings. ForW est2East Gas Pipeline w ith large diameter, long distance and long operating life, in the first, 32lay PE is recommended, fusion bonded epoxy powder coating shall be extensively adopted in those suitable areas; asphalt coating is only used on the gas pipelin