埋地管道防腐技术现状及对未来的展望
1前言
随着管道运送的介质越来越复杂,由于腐蚀引起的管线穿孔破坏事故更是时有发生。未来数十年,随着我国管道的建设和城市管网的普及,如何防止管道的腐蚀,延长管道的使用寿命,取得最大的经济效益,是人们非常关心的问题。
2管道腐蚀出现的原因
原因:埋地管道的土壤腐蚀、腐蚀介质及其物理化学因素造成的管道内腐蚀、施工质量的好坏、维修的时间和是否有人为破坏。
3管道防腐蚀技术的现状
我国自20世纪50年代的第一条管线开始,到今天也有60年左右的历史。特别是近几年,随着天然气勘探开发力度的加大,天然气输送管线建设进入高潮,已先后建成了陕一京、库一鄯等多条油气长输管道。这些管线都经过一些土壤条件恶劣的地方,所以防腐在我国管道输送的环节中有着不可忽视的重要性。
腐蚀是影响管道系统可靠性及寿命的关键因素。它不仅因穿孔而引起的油气水的泄漏损失,以及由于维修所带来的材料和人力上的浪费,停工停产所造成的损失,而且还可能因腐蚀引起火灾。在某种程度上可以说,防腐层质量决定了管道的使用寿命。在管道外防腐涂层方面,国内外采用的是石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青、熔结环氧粉末(FBE)、双层PE和三层聚乙烯(3PE)等。从有关资料报道来看,石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青等传统产品的用量呈下降趋势,而环氧粉末和近年来发展起来的双层PE和三层PE的用量有较大的上升。
3.1石油沥青。
在50年代,我国引用了前苏联的石油沥青防腐技术,并成为我国传统防腐层。在二十世纪70年代初期,该防腐涂层在输油管道中曾大量应用,如大庆原油外输管道和鲁宁输油管道,可以说在80年代中期以前所建的管道,无一例外地选用了石油沥青防腐涂层。但在长期的使用中,实践证明,有些石油沥青涂层具有吸水率离、耐土壤应力差、支持植物根茎生长、使用温度范围有限等缺陷。
3.2煤焦油瓷漆。
煤焦油瓷漆与石油沥青防腐层相比,吸水率低,粘结性能好,抗植物根茎穿透,耐细菌,绝缘性能好。煤焦油对环境保护有不小的影响,在一定程度上限制了它的使用范围,但在国内仍然是外防腐层的主要应用材料。
3.3聚乙烯胶带。
国外自50年代开始使用聚乙烯胶粘带,60年代我国石油系统开始引进和研制,1975年制成JD一403型胶粘带。该防腐层适用于管道修复和管件防腐,主要缺陷是螺旋形搭接缝长,易在搭接处产生粘结失效而形成腐蚀介质渗入的通道。
3.4环氧煤沥青。
环氧煤沥青涂料是由环氧树脂、煤焦油沥青、固化剂、填料等组成的双组分固化涂料。我国自20世纪70年代开始应用。而它也对环境有许些影响,由于环保要求,近年来的应用受到一定程度的抑制。
3.5环氧粉末。
FBE是众多防腐蚀涂料中附着力、抗冲击、耐磨蚀、抗阴极剥离等综合性能较好的品种之一。在国外管道里应用最为广泛。但它也存在一些自身的缺点,如防水性较差,不耐尖锐硬物的冲击碰撞,施工运输过程中,很难保证涂层不被破坏,现场修补困难,且价格昂贵。因此在碎石土、石方段、地下水位较高的地区要慎用或不用。
3.6双层PE和三层PE。
二层PE由地胶和聚乙烯组成,通过挤出机直接包覆或缠绕于管道上形成保护层,具有良好的耐搬运损伤、抗冲击性及优异的防水渗透性,缺点是易失粘,失去粘性后,高度绝缘的聚乙烯层屏蔽了阴极保护电流,极易造成剥离层下腐蚀。截止目前,国内应用尚不普遍,仅限于油气田管道及市政管道。
三层PE是在二层基础上发展起来的,是在土壤应力和水浸环境中需要长期防蚀保护,因而改善粘结的情况下发展起来的,是目前常用的复合涂层,由环氧底漆、粘结剂中间层和聚烯烃外防护层组成。,其优点是:兼有FBE优异的防腐性能、良好的粘结性、抗阴极剥离性能以及聚烯优异的机械性能、绝缘性能及抗渗透性;主要缺点是施工工艺复杂、焊缝处易形成空鼓、涂层易形成层间分离而产生膜下腐蚀、价格较高。
在我国,80年代至90年代中期是各种防腐层发展、竞争的时期;90年代后期,FBE和3PE两种防腐层从众多防腐层材料中脱颖而出,逐渐成为主流防腐材料。目前,我国防腐层基本实现了标准化,某些技术参数已经达到了国外的先进水平,已建的国内长输管道的防腐层材料主要为熔结环氧粉末、3PE,油田内部主要集输管道的防腐层材料多为熔结环氧粉末、3PE,城市供水、供气管道的防腐原材料则一般多采用环氧煤沥青和胶带。
4 未来展望
当下,在国际管道输送技术正在朝着长运距、大口径、高压力的方向发展,高压输送要求使用有强度更高,韧性更好的管线网,以降低钢材消耗和材料费用。我国采用的防腐材料正从适用性差,材料质量不稳定等传统问题上逐步向优良适用性,新材料,新工艺上不断发展,日臻完善。
随着我国能源政策的调整,根据有国家“十二五规划”中所指出的扩大油气战略储备,加强有油气管网建设的目标,未来长输管道的建设必将是更加普遍广泛,伴随有当前管道技术在多方面还存在的不足以及管道技术发展行程的加快,我国的管道技术应该朝着以下几个方面发展:
4.1 国内传统管道建设往往以涂防腐技术为主,对于阴极保护技术重视度不够。今后随着人们对于阴极保护技术的不断认识及技术逐渐完善,阴极保护技术将被更广泛采用,从而大大提高管道的运行寿命。
4.2 国内管道沿程的监测措施,自动化技术等应用化水平还不够高,今后还需要完善管道沿线的监控设施,提升工作效率。
4.3 管道建设正在进一步朝沙漠、沼泽、冻土和海洋等苛刻环境进行延伸,防腐必须朝着更能满足苛刻环境和工艺条件且维持更长使用年限的方向发展。
4.4 随着有国内工程项目建设监制逐步发展完善,将工程监理机制引入管道防腐设计,原材料供应及施工建设过程中,能有助于优化方案设计,减少工程源头以确保防腐工程的质量。
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