油气集输管线外防腐层的选择与应用

摘要：从选择油气集输管线外防腐层所须考虑的因素出发，结合油气集输管线防腐技术的特点、外防腐涂层的应用现状，分析、比较了油田常用防腐层的防腐性能，对外油气集输管线常用的石油沥青防腐层、聚乙烯胶拈带防腐层和硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层的应用提出了看法和建议。
　　关键词：油气集输管线 外防腐 涂层 选择
　　目前在油田由于管线腐蚀而造成管线渗漏、穿孔、破裂等事故经常发生，不仅造成重大的经济损失，也造成了严重的环境污染，因此，管线防腐涂层的合理选择和使用，对油气集输管线的安全运行及使用寿命具有十分重要的意义。
　　1、油田油气集输管线外防腐技术的特点与应用现状
　　1.1 用于油气集输管线的钢管多为∮76～∮219的中小口径无缝钢管。
　　1.2 常用的外防腐涂层为石油沥青防腐层、聚乙烯胶拈带防腐层和硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层。
　　1.3 管线外防腐层制作一般在防腐厂集中预制，机械化程度高、质量性能稳定，而现场补口补伤在野外手工操作、受环境气候影响较大，施工质量不稳定。
　　2、 选择外防腐涂层时应考虑的因素
　　埋地管道的腐蚀主要是土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀，其中主要为土壤腐蚀，引起土壤腐蚀的主要因素有土壤的电阻率和酸碱度（pH值），土壤的湿度，土壤中的氧、微生物等。针对这些因素，要求外防腐涂层必须具有良好的电绝缘性（涂层电阻、耐击穿电压）和一定的耐阴极剥离能力、良好的机械性能（抗冲击强度、拈结性、抗弯曲性、耐磨性）和良好的稳定性（耐候性、耐水性、耐低温及化学稳定性）。同时应考虑涂层破损时易于修补。
　　3、 常用外防腐涂层防腐性能分析
　　3.1 涂敷前钢管表面的预处理
　　钢管的外防腐质量在很大程度上取决于防腐层与管表面的粘附程度，粘附力又取决于管表面的除锈质量，除锈质量包括干净程度和表面粗糙度，除锈好的管子表面可以保证与防腐层有很大的粘附力，防止防腐层在运输、贮存、下沟和回填过程中，因碰撞、摩擦、与土壤压砸造成的开裂和脱落，保证防腐层的完整性和密封性，有效地阻止腐蚀介质的侵入。
　　3.2 涂层的粘结力
　　石油沥青涂层粘结力的大小以撕开防腐层后附在钢管表面的**层沥青占满撕开面积位合格，属定性描述，由于其涂层厚且缠绕玻璃丝布，定量分析意义不大，其粘结性随时间的变化不明显；聚乙烯胶拈带防腐层是以抗撕扯能力表示粘结力的大小，一般为20N/cm；硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层由具有保温作用的泡沫塑料和具有保护作用的聚乙烯塑料防护层组成，泡沫塑料与钢管的粘结力与石油沥青防腐层和聚乙烯胶拈带防腐层没有可比性，聚乙烯塑料防护层的拉伸强度为大于20MPa，具有较好的抗拉、耐压性能。
　　3.3 涂层的电绝缘性
　　埋地钢质钢管的腐蚀属电化学腐蚀，环境中的电解质离子只有通过防腐涂层到达金属表面构成电流的循环回路才能引起腐蚀，因此涂层的电绝缘性是非常重要的，石油沥青涂层、聚乙烯胶拈带防腐层和硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层的绝缘电阻和耐击穿电压均非常高，这些防腐层均能满足油气集输管线对防腐层电绝缘性的要求。
　　3.4 耐阴极剥离能力
　　管道在运输、铺设等过程中，不可避免地会损坏防腐层，埋地后由于土壤电解质和外加阴极保护电位作用会使防腐层破损处产生新的漏点或在漏点处产生松脱，所有类型的防腐层在一定程度上都会产生剥离。剥离与扩散现象有关，扩散主要是渗透扩散和阴极保护产生的扩散，扩散的结果会使防腐层溶胀或鼓泡，**后剥离以至脱落。
　　由于石油沥青防腐层的吸水率相对较高，在高水位环境中使用时，涂层电阻因吸水而下降，阴极保护电流密度增大，扩散引起涂层剥离的可能性增大，同时，由于石油沥青涂层对钢管表面处理要求不高，氧化皮清除不彻底，而氧化皮的惦记电位比钢管高，防腐层损伤处的钢管表面成为电化学腐蚀的阳极，生成体积更大的铁锈，加剧涂层的剥离，失去防腐作用。
　　3.5 涂层的机械性能
　　主要有抗冲击性能（输送、装卸、敷设过程中因碰撞、挤压等外力对防腐层的损伤）、抗弯曲性能（针对下沟等施工时产生弯曲变形而引起开裂、剥离或机械损伤）、耐磨性（针对涂层与土壤等物质接触而产生的摩擦力）。就冲击强度而言，聚乙烯胶拈带防腐层要好于石油沥青防腐层，而硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层的保护层聚乙烯塑料韧性好，具有较好的抗弯曲性能，但机械强度较小，不能经受摔打、撞击，因此在装卸时应注意轻拿轻放，避免碰撞，减少损坏。
　　3.6 耐温性
　　涂层耐温性分为耐热性和耐低温性，它是确定输送介质温度界限的主要参数，耐热性确保在使用温度下不变形、不流淌、不加快老化速度，与软化点有关，而低温性确保其在低温下堆放、拉运和施工中不产生裂纹、不脱落。
　　石油沥青防腐层耐高温性能较差，管道输送介质温度不超过80℃，聚乙烯胶拈带防腐层耐热性一定程度取决于底胶的耐热性，若底胶的耐温性差，粘结性能也差，其上限与石油沥青防腐层相当，硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层的泡沫塑料作为一种很好的保温材料，也具有良好的耐高温性能。
　　3.7 环境的影响
　　主要指环境介质、环境中微生物的影响
　　石油沥青防腐层耐酸碱性强，但易受环境中细菌等微生物以及植物根茎的穿透，细菌对其涂层的腐蚀主要有两方面，一是某些厌氧菌间接参加电极反应形成二次腐蚀，二是有些微生物吞噬涂层，严重时形成海绵状。
　　聚乙烯胶拈带防腐层易发生环境应力开裂，在环境介质中由于表面活性剂作用使涂层表面产生一些裂纹，在受到应力的冲击时，裂纹发展，导致脆性断裂。聚乙烯耐环境应力开裂的程度随温度升高而降低，同时加工中的缺陷如厚度不均也会加快开裂。
　　硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层的泡沫塑料和聚乙烯塑料耐紫外线能力较差，如长期在阳光照射下，泡沫塑料和聚乙烯塑料会加速老化，因此防腐保温管存放期不宜过长，**好是现生产现使用。
　　3.8 涂敷性能
　　石油沥青防腐层涂敷：工艺简单、成熟，易实现连续的机械加工，要求除锈工艺不高。
　　聚乙烯胶拈带防腐层涂敷易实现连续机械化作业，钢管预热温度不高，工艺相对简单，易控制。
　　硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层制做工艺相对复杂，钢管预热温度较高，施工质量不易控制。
　　3.9 补口补伤
　　补口补伤是保证管道防腐完整性的重要环节，也是整条管道防腐层质量**薄弱的环节。钢管防腐是在工厂严格的质量管理体系控制下预制的，而补口是在施工现场预制，补口质量难以控制。补口材料的质量及施工质量是造成补口失效的主要原因，因此，补口材料的选择应与防腐层性能相同或略高。石油沥青防腐层补口补伤与涂敷施工相似，补口补伤所用的材料、结构与管本体相同，其补口的防腐效果与管本体相当。聚乙烯胶拈带防腐层补口采用补口带，操作简便，对环境的敏感性低，养护时间短，但抗土壤应力和阴极屏蔽性差。硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层补口采用热收缩套补口，补口结构为石油沥青防腐层—泡沫塑料保温层—热收缩套防护层，其防腐保温效果很好，但操作复杂，质量不易控制，成本较高。
　　4、常用外防腐涂层的特点评价
　　4.1 石油沥青防腐层
　　石油沥青防腐涂层是我国管道的传统涂层，在施工上有成熟的经验，价格便宜，粘结性好，耐土壤的酸、碱性强，补口、补伤方便。但由于易受微生物侵蚀，存在植物根茎穿透、吸水率相对高等缺点，不适合沼泽、低洼潮湿、微生物侵蚀严重的地区。
　　4.2 聚乙烯胶拈带防腐层
　　聚乙烯胶拈带的主要优点是绝缘电阻高、抗杂质电流性能好、施工方便。缺点是抗土壤应力能力差，易于因粘结差和电阻值很高而产生阴极保护屏蔽，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，在螺旋形接缝处产生腐蚀。
　　4.3 硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层
　　硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层中的泡沫塑料具有导热系数小、密度小、吸水率小、化学稳定性好等优点，是一种很好的保温材料，而作为防护层的聚乙烯塑料强度高、耐腐蚀性强，可以保护保温层不受损坏、防止外界水进入保温层，因此硬质聚氨酯泡沫塑料防腐层具有很好的保温和防腐性能，特别适合油田对油气集输管线保温和防腐的双重要求，其缺点是生产工艺复杂，成本高。  

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