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梁根選1,3，王琪2，王惠3

(1.西安石油大學,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任公司,陜西寶雞721008)

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

關鍵詞:鋼質管道;防腐;補口;材料;聚脲涂料

中圖分類號:TE988.2 文獻標志碼: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濟和方便快捷的一種運輸方式,隨著國民經濟建設的高速發展,以及石油天然氣工業的快速發展,我國油氣管道建設取得了長足的進步。目前,長輸管道已達2萬多km,管道安全也已經成為我國人們重點關注的問題。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系到整條管道的防腐層質量。據調查,腐蝕多發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量問題,投產1~2年就發生多起腐蝕穿孔漏油事故,造成了巨大的經濟損失[1]。埋地鋼管采用的是加強級或特加強級防腐,設計壽命是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節,補口質量的高低是決定管道防腐成敗的關鍵。管道的補口、補傷不合格,管道埋地后3~5年就會穿孔,將會導致整條管線報廢,因此,管線補口涂層技術對管道使用壽命和運行安全起著至關重要的作用。

1·常用的補口材料

目前,我國埋地鋼質管道主干線外防腐層主要采用熔接環氧粉末(FBE)和三層聚乙烯(3PE),3PE結構防腐層目前是我國埋地鋼質管道外防腐的首選,它結合了高密度聚乙烯包覆和熔結環氧粉末的優點。該體系環氧粉末與鋼管表面結合牢固,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(文章來源環球聚氨酯網)者形成分子鍵結合的復合結構,從而實現了防腐性能、力學性能的良好結合。

根據Q/SYXQ5—2002《西氣東輸管道工程現場防腐補口補傷施工及驗收規范》[2]規定,采用熔結環氧粉末涂料、液體環氧涂料(無溶劑型)和熱收縮套用于管道的補口。補口材料及結構應與主體防腐層一致,補口后應達到主體防腐層的各項性能指標。下面分析這三種補口材料的優缺點。

1.1熔結環氧粉末補口

熔結環氧粉末(FBE)補口采用現場噴砂除銹、靜電加熱噴涂工藝,一次成膜。這種補口的優點是:熔結環氧粉末涂層對管道基體附著力強,抗土壤應力能力好,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,施工要求嚴格,常見的質量問題是環氧粉末未熔化、未固化及搭接部位粘結失效,造成漏點較多,補口質量很難達到要求。

1.2液態環氧涂料(無溶劑)補口

主要用于管道環焊的接口處和彎頭處。這種補口的優點是: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),受環境和操作人員的熟練程度影響較大,特別是冬季施工易產生漏點[3]。另外,與石油瀝青類似,液態環氧涂料與FBE都屬可滲透性涂層,補口處的液態環氧涂料和FBE都存在漏點,漏點處的粘結強度降低,易發生陰極剝離,在漏點附近起泡,從而形成高pH值下的應力腐蝕開裂[4]。

1.3熱收縮套(帶)補口

熱收縮套(帶)目前應用最為廣泛,可在100℃下使用。這種補口的優點是:可以用于3PE和FBE補口。缺點是:在施工過程中,對管體預熱溫度和熱收縮套(帶)的加熱溫度要求高,管體預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性能,從而容易造成熱收縮套(帶)內外表面起皺、失粘,導致粘結密封不良;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查,有漏點的補口高達80%,由于補口失敗,導致管道嚴重腐蝕[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)反應生成的一種彈性體物質。

聚脲是經噴涂設備高溫高壓狀態下噴涂施工的,幾秒內就可凝膠,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生的開裂現象。

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?？春镁垭宓膬炘教攸c,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制完成,接頭、彎頭和修補處在現場噴涂連接。其中聚脲連接面經特殊處理后能保持高分子鏈的連續性和完整性,使整個管道系統密封完整且一體無縫。圖1為聚脲噴涂設備,圖2為鋼管的聚脲防腐現場。

2.1聚脲涂料的性能

聚脲涂料的性能主要包括:①化學性能穩定在酸、堿、鹽等化學介質的作用下不易變質失效能耐濃度為10%的強酸、40%的強堿,耐鹽性能穩定,可以在海洋環境下使用;②機械強度高,粘結力強,抗巖石沖擊、土壤應力能力強,搬運吊裝過程中不易損傷;③疏水材料,抗滲水性強,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149℃,不會因溫度的變化而開裂;⑧環保型材料,對生態環境無污染。

聚脲涂料的濕態、干態的性能以及固化時間見表1~表3。

2.2聚脲涂料與同類產品的性能比較

聚脲涂料與其他防腐產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《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》在中國石油管道公司管道科技研究中心進行了試驗,試驗結果見表5。從表5可以看出,聚脲防腐層各項試驗結果均滿足標準要求。

我們又在中國石油天然氣集團公司防腐保溫產品質量監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均具有良好的黏結性能。

聚脲涂層集優異的物理性能、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、補口和修復材料。據不完全統計,浙江余姚熱力公司蒸汽管道、上海大眾汽車公司蒸汽管道、無錫協聯熱電廠埋地管道、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使用聚脲涂層作為管道的防腐層。

3·結語(文章來源環球聚氨酯網)

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用,國外已有近10年的時間,取得了非常好的防腐效果和經濟、社會效益,我國在這方面的研究和應用才剛剛起步。

參考文獻:

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

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

[3]董振豐,趙常英.埋地鋼質管道熔結環氧粉末外防腐層補口方法比較[J].管道技術與設備,2002(3):30-31.

[4]吳艷陽,郭生武,陳開勛.埋地鋼質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的現狀及應用發展分析[J].浙江建筑,2008,25(6):59-61.

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