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油田用聚氨酯保溫管的技術特點與現狀

發布日期:2016-07-06
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  1、油田油氣集輸管線外防腐技術的特點與應用現狀
  1.1用于油氣集輸管線的鋼管多為∮76~∮219的中小口徑無縫鋼管。
  1.2常用的外防腐涂層為石油瀝青防腐層、聚乙烯膠拈帶防腐層和硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層。
  1.3管線外防腐層制作一般在防腐廠集中預制,機械化程度高、質量性能穩定,而現場補口補傷在野外手工操作、受環境氣候影響較大,施工質量不穩定。
  2、選擇外防腐涂層時應考慮的因素
  埋地管道的腐蝕主要是土壤腐蝕、細菌腐蝕和雜散電流腐蝕,其中主要為土壤腐蝕,引起土壤腐蝕的主要因素有土壤的電阻率和酸堿度(pH值),土壤的濕度,土壤中的氧、微生物等。針對這些因素,要求外防腐涂層必須具有良好的電絕緣性(涂層電阻、耐擊穿電壓)和一定的耐陰極剝離能力、良好的機械性能(抗沖擊強度、拈結性、抗彎曲性、耐磨性)和良好的穩定性(耐候性、耐水性、耐低溫及化學穩定性)。同時應考慮涂層破損時易于修補。
  3、常用外防腐涂層防腐性能分析
  3.1涂敷前鋼管表面的預處理
  鋼管的外防腐質量在很大程度上取決于防腐層與管表面的粘附程度,粘附力又取決于管表面的除銹質量,除銹質量包括干凈程度和表面粗糙度,除銹好的管子表面可以保證與防腐層有很大的粘附力,防止防腐層在運輸、貯存、下溝和回填過程中,因碰撞、摩擦、與土壤壓砸造成的開裂和脫落,保證防腐層的完整性和密封性,有效地阻止腐蝕介質的侵入。
  3.2涂層的粘結力
  石油瀝青涂層粘結力的大小以撕開防腐層后附在鋼管表面的第一層瀝青占滿撕開面積位合格,屬定性描述,由于其涂層厚且纏繞玻璃絲布,定量分析意義不大,其粘結性隨時間的變化不明顯;聚乙烯膠拈帶防腐層是以抗撕扯能力表示粘結力的大小,一般為20N/cm;硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層由具有保溫作用的泡沫塑料和具有保護作用的聚乙烯塑料防護層組成,泡沫塑料與鋼管的粘結力與石油瀝青防腐層和聚乙烯膠拈帶防腐層沒有可比性,聚乙烯塑料防護層的拉伸強度為大于20MPa,具有較好的抗拉、耐壓性能。
  3.3涂層的電絕緣性
  埋地鋼質鋼管的腐蝕屬電化學腐蝕,環境中的電解質離子只有通過防腐涂層到達金屬表面構成電流的循環回路才能引起腐蝕,因此涂層的電絕緣性是非常重要的,石油瀝青涂層、聚乙烯膠拈帶防腐層和硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層的絕緣電阻和耐擊穿電壓均非常高,這些防腐層均能滿足油氣集輸管線對防腐層電絕緣性的要求。
  3.4耐陰極剝離能力
  管道在運輸、鋪設等過程中,不可避免地會損壞防腐層,埋地后由于土壤電解質和外加陰極保護電位作用會使防腐層破損處產生新的漏點或在漏點處產生松脫,所有類型的防腐層在一定程度上都會產生剝離。剝離與擴散現象有關,擴散主要是滲透擴散和陰極保護產生的擴散,擴散的結果會使防腐層溶脹或鼓泡,最后剝離以至脫落。
  由于石油瀝青防腐層的吸水率相對較高,在高水位環境中使用時,涂層電阻因吸水而下降,陰極保護電流密度增大,擴散引起涂層剝離的可能性增大,同時,由于石油瀝青涂層對鋼管表面處理要求不高,氧化皮清除不徹底,而氧化皮的惦記電位比鋼管高,防腐層損傷處的鋼管表面成為電化學腐蝕的陽極,生成體積更大的鐵銹,加劇涂層的剝離,失去防腐作用。
  3.5涂層的機械性能
  主要有抗沖擊性能(輸送、裝卸、敷設過程中因碰撞、擠壓等外力對防腐層的損傷)、抗彎曲性能(針對下溝等施工時產生彎曲變形而引起開裂、剝離或機械損傷)、耐磨性(針對涂層與土壤等物質接觸而產生的摩擦力)。就沖擊強度而言,聚乙烯膠拈帶防腐層要好于石油瀝青防腐層,而硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層的保護層聚乙烯塑料韌性好,具有較好的抗彎曲性能,但機械強度較小,不能經受摔打、撞擊,因此在裝卸時應注意輕拿輕放,避免碰撞,減少損壞。
  3.6耐溫性
  涂層耐溫性分為耐熱性和耐低溫性,它是確定輸送介質溫度界限的主要參數,耐熱性確保在使用溫度下不變形、不流淌、不加快老化速度,與軟化點有關,而低溫性確保其在低溫下堆放、拉運和施工中不產生裂紋、不脫落。
  石油瀝青防腐層耐高溫性能較差,管道輸送介質溫度不超過80℃,聚乙烯膠拈帶防腐層耐熱性一定程度取決于底膠的耐熱性,若底膠的耐溫性差,粘結性能也差,其上限與石油瀝青防腐層相當,硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層的泡沫塑料作為一種很好的保溫材料,也具有良好的耐高溫性能。
  3.7環境的影響
  主要指環境介質、環境中微生物的影響
  石油瀝青防腐層耐酸堿性強,但易受環境中細菌等微生物以及植物根莖的穿透,細菌對其涂層的腐蝕主要有兩方面,一是某些厭氧菌間接參加電極反應形成二次腐蝕,二是有些微生物吞噬涂層,嚴重時形成海綿狀。
  聚乙烯膠拈帶防腐層易發生環境應力開裂,在環境介質中由于表面活性劑作用使涂層表面產生一些裂紋,在受到應力的沖擊時,裂紋發展,導致脆性斷裂。聚乙烯耐環境應力開裂的程度隨溫度升高而降低,同時加工中的缺陷如厚度不均也會加快開裂。
  硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層的泡沫塑料和聚乙烯塑料耐紫外線能力較差,如長期在陽光照射下,泡沫塑料和聚乙烯塑料會加速老化,因此防腐保溫管存放期不宜過長,最好是現生產現使用。
  3.8涂敷性能
  石油瀝青防腐層涂敷:工藝簡單、成熟,易實現連續的機械加工,要求除銹工藝不高。
  聚乙烯膠拈帶防腐層涂敷易實現連續機械化作業,鋼管預熱溫度不高,工藝相對簡單,易控制。
  硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層制做工藝相對復雜,鋼管預熱溫度較高,施工質量不易控制。
  3.9補口補傷
  補口補傷是保證管道防腐完整性的重要環節,也是整條管道防腐層質量最薄弱的環節。
  鋼管防腐是在工廠嚴格的質量管理體系控制下預制的,而補口是在施工現場預制,補口質量難以控制。補口材料的質量及施工質量是造成補口失效的主要原因,因此,補口材料的選擇應與防腐層性能相同或略高。石油瀝青防腐層補口補傷與涂敷施工相似,補口補傷所用的材料、結構與管本體相同,其補口的防腐效果與管本體相當。聚乙烯膠拈帶防腐層補口采用補口帶,操作簡便,對環境的敏感性低,養護時間短,但抗土壤應力和陰極屏蔽性差。硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層補口采用熱收縮套補口,補口結構為石油瀝青防腐層—泡沫塑料保溫層—熱收縮套防護層,其防腐保溫效果很好,但操作復雜,質量不易控制,成本較高。
  4、常用外防腐涂層的特點評價
  4.1石油瀝青防腐層
  石油瀝青防腐涂層是我國管道的傳統涂層,在施工上有成熟的經驗,價格便宜,粘結性好,耐土壤的酸、堿性強,補口、補傷方便。但由于易受微生物侵蝕,存在植物根莖穿透、吸水率相對高等缺點,不適合沼澤、低洼潮濕、微生物侵蝕嚴重的地區。
  4.2聚乙烯膠拈帶防腐層
  聚乙烯膠拈帶的主要優點是絕緣電阻高、抗雜質電流性能好、施工方便。缺點是抗土壤應力能力差,易于因粘結差和電阻值很高而產生陰極保護屏蔽,該防腐層適用于管道修復和管件防腐,主要缺陷是螺旋形搭接縫長,易在搭接處產生粘結失效而形成腐蝕介質滲入的通道,在螺旋形接縫處產生腐蝕。
  4.3硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層
  硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層中的泡沫塑料具有導熱系數小、密度小、吸水率小、化學穩定性好等優點,是一種很好的保溫材料,而作為防護層的聚乙烯塑料強度高、耐腐蝕性強,可以保護保溫層不受損壞、防止外界水進入保溫層,因此硬質聚氨酯泡沫塑料防腐層具有很好的保溫和防腐性能,特別適合油田對油氣集輸管線保溫和防腐的雙重要求,其缺點是生產工藝復雜,成本高

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