樊三新，郭宏，胡曉元

（大慶油田建設(shè)有限公司，黑龍江大慶163712）

管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口新思路

樊三新，郭宏，胡曉元

（大慶油田建設(shè)有限公司，黑龍江大慶163712）

文章針對管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口的難題，依據(jù)傾斜功能材料的機(jī)理，提出對鋼管兩端頭預(yù)先進(jìn)行表面防腐處理，利用不同材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)合的方法，一改傳統(tǒng)復(fù)合材料有明顯界面以及由此帶來一系列負(fù)面影響的弊端，充分發(fā)揮材料的不同性能，實現(xiàn)高質(zhì)量的管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口。具體技術(shù)措施為：通過在鋼材表面高溫滲入較活躍的金屬如鋁等，形成一層小于1 mm的合金層，現(xiàn)場焊接采用專用滲鋁焊條進(jìn)行焊接，從而在焊口處和管端頭形成一致的合金層，達(dá)到防腐補(bǔ)口的目的。

傾斜功能材料；滲鋁；內(nèi)防腐；補(bǔ)口

0 引言

傾斜功能材料是一種嶄新的材料，已經(jīng)引起國內(nèi)外材料界的極大興趣。所謂傾斜功能材料，是指由金屬和陶瓷、陶瓷和塑料等這樣不同性質(zhì)的材料，不通過復(fù)合而是通過連續(xù)改變組成制成的融合材料。由于沿厚度方向其組成逐漸變化，使其功能也相應(yīng)變化。例如：陶瓷和金屬組成的傾斜功能材料（超耐熱材料），沿厚度方向一側(cè)耐高溫，另一側(cè)導(dǎo)熱率很高，其間機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱率逐漸變化。傾斜功能材料不同于均質(zhì)材料，也不同于一般的復(fù)合材料。一般的復(fù)合材料都有界面，如在包覆層與基體金屬或強(qiáng)化纖維與母材之間必然會有異相界面，在異相界面處往往產(chǎn)生熱應(yīng)力剝離、界面反應(yīng)等問題。傾斜功能材料從表面上看與復(fù)合材料一樣，其一面是一種材料，另一面則是另一種材料，但是在材料內(nèi)部則隨著成分的連續(xù)逐漸變化，其特性也發(fā)生了緩慢的變化，因而就不存在上述界面帶來的各種問題。

傾斜功能材料的開發(fā)是同航天技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的。應(yīng)用較早的是火箭發(fā)動機(jī)、核能利用等領(lǐng)域。傾斜功能材料的開發(fā)最早始于1987年日本科學(xué)技術(shù)廳的一項“關(guān)于開發(fā)緩和熱應(yīng)力的傾斜功能材料基礎(chǔ)工藝研究”計劃。除日本外，美國的NASA，聯(lián)邦德國的DFVLR（聯(lián)邦德國航空研究所）等西方國家的國立研究機(jī)構(gòu)也在積極從事傾斜功能材料的研究。傾斜功能材料的主要制造方法目前有蒸發(fā)法、噴鍍法、自發(fā)熱反應(yīng)和薄膜疊層法等。

傾斜功能材料具有巨大的潛在應(yīng)用價值，在核能利用方面、電磁功能方面、醫(yī)學(xué)生物方面等都有廣泛的用途，還可進(jìn)一步把傾斜功能材料的概念推廣應(yīng)用于日常生活中。

在石油管道工程中，管道內(nèi)防腐，無論是涂料涂裝、粉末噴涂、塑料內(nèi)襯還是噴鍍、滲防腐蝕金屬，都存在現(xiàn)場內(nèi)補(bǔ)口問題。由于這一技術(shù)難題沒有徹底解決，影響了管道內(nèi)防腐技術(shù)的發(fā)展。

本文提出一種傾斜功能防腐結(jié)構(gòu)，以解決管道現(xiàn)場內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)難題。

1 現(xiàn)場內(nèi)補(bǔ)口新方案思路

圍繞增加功能、降低成本的目標(biāo)，補(bǔ)口結(jié)構(gòu)采用涂料涂裝工藝做管道內(nèi)防腐，使工藝簡單、成本下降、便于后方預(yù)制；管端頭采用滲鋁工藝，解決整根管滲鋁耗能大的問題，取其耐高溫、抗焦化、耐腐蝕的傾斜功能；為防止界面反應(yīng)，鋼管在現(xiàn)場組焊時采用滲鋁焊條打底，然后再用其他焊條填焊，在一定范圍內(nèi)保持功能傾斜的一致性，以防止因界面材料不同引起的電子位移等一系列問題。

2 新補(bǔ)口方案的技術(shù)措施

2.1 鋼管端頭滲鋁

此工藝在廠內(nèi)實施，在鋼管做內(nèi)防腐前做端頭滲鋁，如圖1所示。將鋼管兩端頭涂一層鋁膏劑（鋁膏量視滲透深度而定），長度200 mm，然后用中頻加熱裝置加熱，溫度升至800℃左右恒溫，當(dāng)鋁膏烘干時即完成滲鋁任務(wù)。為防止現(xiàn)場焊接破壞滲鋁層，除采用滲鋁焊條打底外，還需將鋁的滲透層加深，一般以1 mm為宜。

圖1 鋼管端頭滲鋁示意

在高溫滲鋁過程中鋁原子與鐵原子之間既產(chǎn)生一種物理親合，同時也伴隨晶格反應(yīng)，生成一種嶄新的合金材料，這種鋁鐵合金過渡層（新的材料），具有新的功能和相當(dāng)好的穩(wěn)定性，其理化性能均優(yōu)于原純金屬。圖2為鋼管滲鋁后金相結(jié)構(gòu)示意。

圖2 鋼管滲鋁后金相結(jié)構(gòu)示意

2.2 鋼管內(nèi)防腐

做完端頭滲鋁的鋼管即可進(jìn)行內(nèi)防腐作業(yè)。用旋轉(zhuǎn)噴槍噴防腐涂料，涂料涂層與端頭滲鋁層重合50～100 mm。

2.3 現(xiàn)場組焊補(bǔ)口

由于管端頭采用了滲鋁預(yù)處理，所以耐高溫、抗焦化性能俱佳；現(xiàn)場焊接采用滲鋁焊條打底（國內(nèi)已有滲鋁焊條生產(chǎn)廠家），這樣可使管道內(nèi)滲鋁涂層銜接一致，達(dá)到補(bǔ)口防腐目的?，F(xiàn)場內(nèi)補(bǔ)口結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 補(bǔ)口結(jié)構(gòu)示意

3 補(bǔ)口方案的可行性分析

新的補(bǔ)口方案實質(zhì)上是現(xiàn)有各分項防腐作業(yè)的組合。第一，滲鋁技術(shù)屬國內(nèi)成熟技術(shù)，如西安交大就為秦嶺電廠處理了3 t預(yù)熱鋼管；第二，鋼管內(nèi)防腐采用涂料噴涂的工藝也已應(yīng)用多年；第三，現(xiàn)場所用滲鋁焊條目前國內(nèi)已有生產(chǎn)廠家。因此該補(bǔ)口結(jié)構(gòu)在技術(shù)上是完全可行的，而且鋁的耐腐蝕已是公認(rèn)可靠的。在施工技術(shù)方面，該補(bǔ)口結(jié)構(gòu)有一個突出的優(yōu)點就是便于預(yù)制，不需改變現(xiàn)場施工方法，不增加現(xiàn)場施工量，因而有利于推廣。另外，由于這種補(bǔ)口結(jié)構(gòu)的補(bǔ)口質(zhì)量取決于各分項防腐質(zhì)量，而各分項的防腐作業(yè)又都是可視的，所以說它的補(bǔ)口質(zhì)量操作性強(qiáng)，與目前常用的補(bǔ)口工藝比較更加可靠。

Abstract：Aimed at solving the difficult problem of field joint of pipeline internal anticorrosion,the method based on the mechanism of functionally gradient materials are provided,that is to perform surface anticorrosion treatment at pipe ends and utilize different materials composite structure.This method will overcome the problem of having distinct interfaces in traditional composite materials and the negative aftereffects,and bring sufficiently the different properties into play,thus realize field joint of pipeline internal anticorrosion with high quality.The concrete technical measures include forming an alloy layer of less than 1 mm in thickness on steel surface by infiltrating an active metal such as aluminum at high temperature and using special aluminum-infiltrated welding rod for field welding to form a consistent alloy layer between weld and pipe end.

Key words:functionally gradient materials;aluminum-infiltrated;internal anticorrosion;field joint

（59）New Thoughts about Field Joint of Pipeline Internal Anticorrosion

FAN San-xin（Daqing Oilfield Construction Co.,Ltd.,Daqing 163712,China）,GUO Hong,HU Xiao-yuan

TE988.2

B

1001－2206（2011）01－0059－02

樊三新（1961-），男，陜西翼城人，高級工程師，1980年畢業(yè)于吉林工業(yè)大學(xué)，從事油田地面工程建設(shè)工作。

2010-04-12