中國石化中原石油工程設(shè)計有限公司

無溶劑液體環(huán)氧管道內(nèi)防腐技術(shù)

張雅潔 劉學(xué)勤

中國石化中原石油工程設(shè)計有限公司

青島發(fā)生“11.22”事件后，中原油田全面開展管線安全隱患普查，確認(rèn)存在安全隱患的管線約287 km，隱患點1 832處，這些隱患點絕大部分來自于管線內(nèi)壁的腐蝕。無溶劑液體環(huán)氧涂料技術(shù)可解決一般碳鋼不耐腐蝕的問題，該技術(shù)選擇100%固含量的噴涂級雙組分液體環(huán)氧涂料，可針對中原油田介質(zhì)特點選取不同型號的不銹鋼接頭。管道內(nèi)防腐施工工藝流程：施工前準(zhǔn)備→單根管端焊接不銹鋼短節(jié)→接口焊接質(zhì)量檢測→內(nèi)表面預(yù)處理→涂料噴涂（覆蓋一定長度的不銹鋼接頭）→涂層固化→涂層檢驗→現(xiàn)場管段焊接（相應(yīng)的不銹鋼焊材焊接）→管線焊口檢測→管線投運。內(nèi)噴涂無溶劑液體環(huán)氧技術(shù)自2003年開始在中原油田所轄的胡慶油田、濮城油田、文留油區(qū)、橋口油田、衛(wèi)城油田等多條原油集輸、污水、注水管線上得到應(yīng)用。2013年，中原油田全面開展管線安全隱患普查時，使用該技術(shù)進行內(nèi)防腐的管線無一條因內(nèi)腐蝕而穿孔。

無溶劑液體環(huán)氧涂料；內(nèi)防腐層；不銹鋼接頭；補口技術(shù)；工藝

2013年，在青島發(fā)生“11.22”事件后，中原油田全面開展管線安全隱患普查活動，截至2013年底，全油田確認(rèn)存在安全隱患的管線約287 km，隱患點1 832處，這些隱患點絕大部分是因為腐蝕造成的，且90%的管線腐蝕穿孔來自于內(nèi)壁腐蝕。嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕穿孔，不僅帶來了巨大的經(jīng)濟損失，同時還會引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。

2014年，中原油田籌集1.18億專項資金，用于六個采油廠、天然氣產(chǎn)銷廠、天然氣處理廠等十幾個單位共185個項目的老舊腐蝕穿孔管線的安全隱患治理。

當(dāng)前，常用的管道內(nèi)腐蝕防護技術(shù)有選用耐蝕金屬材料或非金屬材料，介質(zhì)處理，加注緩蝕劑，使用襯里和內(nèi)涂層等措施，其中內(nèi)防腐層技術(shù)是解決油田油氣水管道內(nèi)腐蝕最方便有效的通用方法。

1 管線內(nèi)防腐層和補口技術(shù)

中原油田目前常用的管道內(nèi)襯和內(nèi)防腐層技術(shù)主要有水泥砂漿復(fù)合襯里技術(shù)、HDPE內(nèi)襯管技術(shù)、管道內(nèi)襯玻璃鋼技術(shù)、風(fēng)送擠涂內(nèi)防腐層技術(shù)以及單根噴涂無溶劑液體環(huán)氧涂料技術(shù)等[1]。HDPE內(nèi)襯管防腐蝕性能較好，但耐溫性能較差，溫度高于50℃時內(nèi)襯與管道粘結(jié)力降低，易變形坍塌影響生產(chǎn)甚至引發(fā)安全事故；內(nèi)襯玻璃鋼管技術(shù)主要有單根預(yù)制法和整體翻轉(zhuǎn)法兩類，單根預(yù)制法的缺陷是補口問題沒有解決，而整體翻轉(zhuǎn)法一次施工距離短，施工要求條件苛刻，稍有不慎就會造成質(zhì)量隱患，尤其在玻璃纖維與樹脂結(jié)合的缺陷部位，在較大壓力下易發(fā)生開裂或滲漏；風(fēng)送擠涂內(nèi)防腐層技術(shù)雖然解決了內(nèi)防腐補口問題，但涂層的均勻性很難控制，薄處起不到防腐作用，厚處可能引起固化不完全造成涂層失效，該技術(shù)另一個制約因素是沒有辦法進行最終質(zhì)量檢驗，存在質(zhì)量隱患；單根噴涂無溶劑液體環(huán)氧涂料技術(shù)單根預(yù)制降段在工廠進行，涂層質(zhì)量容易控制，接口采用不銹鋼短節(jié)，可解決一般碳鋼不耐腐蝕的問題，根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)選擇不銹鋼短節(jié)。

無溶劑液體環(huán)氧涂料綜合防腐性能好，應(yīng)對苛刻腐蝕環(huán)境能力強，在高壓流動介質(zhì)的沖刷下，具有良好的附著力和耐磨性，一次涂膜厚度可達到300～500μm，施工效率高，無揮發(fā)組分，可避免固化時溶劑揮發(fā)造成涂層出現(xiàn)微孔而影響其耐腐蝕性能，同時也減少了溶劑中毒現(xiàn)象以及環(huán)境污染。

管道內(nèi)防腐層施工一般分單根預(yù)制和現(xiàn)場補口兩個步驟進行。單根預(yù)制階段均是在工廠進行，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制，完全可以滿足各種介質(zhì)條件的耐腐蝕要求。但現(xiàn)場內(nèi)補口仍是內(nèi)防腐層施工技術(shù)的瓶頸，內(nèi)補口技術(shù)不突破，必將影響內(nèi)防腐層的整體質(zhì)量。近幾年管道內(nèi)防腐補口技術(shù)有了新發(fā)展，目前已有數(shù)種內(nèi)補口技術(shù)得到應(yīng)用，如記憶合金法、內(nèi)襯短接（襯套）法、機械壓接法、法蘭連接加固法、智能補口機法、鉆孔補口法、不銹鋼短節(jié)法等[2]。但有的方法因苛刻的工藝條件和環(huán)境條件限制，在管道施工現(xiàn)場無法得到有效應(yīng)用，如記憶合金法；有的需要繁雜的前期施工準(zhǔn)備而難以得到有效推廣，如機械壓接法和內(nèi)襯短接（襯套）法。不銹鋼短節(jié)法彌補了上述內(nèi)補口方法的缺陷，施工簡單，技術(shù)成熟，是解決油田地面管線內(nèi)防腐的有效方法。

2 內(nèi)噴涂無溶劑液體環(huán)氧技術(shù)

2.1 內(nèi)防腐材料

2.1.1 無溶劑液體環(huán)氧涂料

內(nèi)噴涂無溶劑液體環(huán)氧技術(shù)選擇100%固含量的噴涂級雙組分液體環(huán)氧涂料，涂料的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 無溶劑液體環(huán)氧涂料及涂層的技術(shù)指標(biāo)

2.1.2 不銹鋼接頭的選型

不銹鋼型號眾多，成分各異，適用于不同環(huán)境條件。在油田地面工程中主要接觸的是油田產(chǎn)出液，針對中原油田介質(zhì)的特點，選取不同型號的不銹鋼，利用油田污水進行浸泡實驗。

試驗結(jié)果表明，304、316奧氏體不銹鋼在含Cl-的介質(zhì)中耐腐蝕性能較差，屬一般不銹鋼；316L和317奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出較好的耐Cl-腐蝕性能，屬完全耐蝕材料；隨著Cr含量的增加及Ti金屬的加入，444鐵素體不銹鋼在酸性介質(zhì)的條件下耐蝕性能強。結(jié)合中原油田油井產(chǎn)出液的特點，原油管道、污水管道、注水管道、含水天然氣管道以及衛(wèi)城油田含硫化氫和二氧化碳的管道分別選用相應(yīng)的不銹鋼接頭，見表2。

表2 不銹鋼的選型

當(dāng)介質(zhì)中Cl-含量高時選用高Si奧氏體不銹鋼或高純奧氏體不銹鋼應(yīng)對不銹鋼穿晶SCC腐蝕；對于低濃度Cl-介質(zhì)可選用含Mo的Cr-Ni不銹鋼；針對高Si不銹鋼在酸性環(huán)境下不耐Cl-腐蝕的問題，可選用超純鐵素體不銹鋼。目前，中原油田不銹鋼接頭的選型基本按照表2進行。

2.2 施工工藝

管道內(nèi)防腐蝕施工工藝流程如下：施工前準(zhǔn)備→單根管端焊接不銹鋼短節(jié)→接口焊接質(zhì)量檢測→內(nèi)表面預(yù)處理→涂料噴涂（覆蓋一定長度的不銹鋼接頭）→涂層固化→涂層檢驗→現(xiàn)場管段焊接（相應(yīng)的不銹鋼焊材焊接）→管線焊口檢測→管線投運。

2.2.1 施工前準(zhǔn)備

管道內(nèi)表面處理前應(yīng)清除鋼管及管件內(nèi)表面的油污、泥土等雜質(zhì)，有焊縫的鋼管應(yīng)清除焊瘤、毛刺、棱角等缺陷；鋼管表面溫度應(yīng)高于露點3℃以上；如鋼管內(nèi)壁潮濕，可采用熱風(fēng)或不會使管道變形的加熱方法驅(qū)除潮氣，使內(nèi)壁保持干燥。

2.2.2 管端處理

鋼管內(nèi)表面處理完后先在管端焊接80～100 mm不銹鋼補口接頭，管線內(nèi)防腐補口見圖1。內(nèi)防腐層施工完畢后，在現(xiàn)場直接用相應(yīng)的焊接材料焊接不銹鋼短節(jié)，無需再采取其他的補口措施。

圖1 管線內(nèi)防腐補口示意圖

2.2.3 表面預(yù)處理

按照國家標(biāo)準(zhǔn)SY/T0407規(guī)定的方法進行噴砂除銹，除銹質(zhì)量等級達到GB/T 8923.1中規(guī)定的Sa 2.5級，錨紋深度應(yīng)達到30～60μm。除銹合格后，用清潔、干燥、無油的壓縮空氣將鋼管及管件內(nèi)部的砂粒、塵埃、銹粉等微塵物清除干凈，并在4 h內(nèi)進行涂敷施工。噴涂前不應(yīng)出現(xiàn)浮銹，當(dāng)出現(xiàn)返銹或表面污染時必須重新進行表面處理。

2.2.4 涂料的配置

嚴(yán)格按照設(shè)計說明或產(chǎn)品使用說明書進行涂料配制。配制涂料所用的工具、容器必須干凈，涂料開桶前應(yīng)先倒置晃動或旋轉(zhuǎn)振動，然后開桶并攪拌均勻。

2.2.5 管道內(nèi)噴涂

按設(shè)計的涂層結(jié)構(gòu)進行涂裝作業(yè)，涂裝時間間隔可參照涂料使用說明書，一般以上道漆表干為宜。涂料施工環(huán)境溫度和濕度應(yīng)按照涂料產(chǎn)品說明書的要求，在環(huán)境溫度低于5℃或相對濕度大于85%時不得進行涂敷作業(yè)。管道內(nèi)涂覆采用噴涂方式進行。涂層應(yīng)覆蓋不銹鋼短節(jié)長度的1/2，并要求涂膜厚薄均勻。全部噴涂完成后，一般自然干燥5～7 d即可進行質(zhì)量檢查，質(zhì)量合格后即可投產(chǎn)使用。

2.2.6 涂層修補

在質(zhì)量檢驗時發(fā)現(xiàn)防腐層有漏點、漏涂等缺陷時應(yīng)進行修補，以提供連續(xù)完整的涂層。附著力不合格的防腐層或厚薄嚴(yán)重不均勻已影響涂層固化的必須重涂。涂層修補時嚴(yán)格按原涂層結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求進行補涂。修補層和原防腐層的搭接寬度不得小于50 mm。

3 技術(shù)應(yīng)用

噴涂無溶劑液體環(huán)氧+管端加焊不銹鋼短節(jié)補口鋼質(zhì)管線內(nèi)防腐技術(shù)首次應(yīng)用于大澇壩—雅克拉氣田地面建設(shè)工程中，取得了良好的效果。該技術(shù)自2003年開始在中原油田所轄的胡慶油田、濮城油田、文留油區(qū)、橋口油田、衛(wèi)城油田等多條原油集輸、污水、注水管線上得到應(yīng)用。2013年，中原油田全面開展管線安全隱患普查時，使用該技術(shù)進行內(nèi)防腐的管線無一條因內(nèi)腐蝕而穿孔。僅有少部分的不銹鋼接口開裂，但未造成嚴(yán)重的腐蝕穿孔。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采油三廠衛(wèi)東北衛(wèi)37—衛(wèi)38站集輸支線及明19—26站集輸支線兩條管線內(nèi)介質(zhì)Cl-含量較高，管線內(nèi)防腐不銹鋼接頭采用的是0Cr18Ni8（304）不銹鋼，該類型不銹鋼在耐Cl-腐蝕方面性能較弱，因此出現(xiàn)了部分不銹鋼接頭開裂情況。

4 結(jié)論

（1）無溶劑液體環(huán)氧涂料是一種高固分、常溫固化的無溶劑環(huán)氧防腐涂料，具有附著力強、化學(xué)穩(wěn)定性好、漆膜光滑且耐磨性高等優(yōu)點，是管道內(nèi)防腐的理想材料。

（2）不銹鋼接頭補口屬于焊后無補口工藝，該補口技術(shù)原理簡單，施工方便，與其他內(nèi)防腐層補口技術(shù)相比，具有質(zhì)量可控、價格適宜的優(yōu)勢。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用表明，該技術(shù)應(yīng)用于油田地面管線內(nèi)防腐過程中，質(zhì)量易于檢測，安全可靠。

（4）經(jīng)過多年的現(xiàn)場施工和使用，整套技術(shù)得到了逐步完善，從設(shè)計、施工到質(zhì)量檢驗已形成一套完整的方案，應(yīng)用前景廣泛。

（5）該技術(shù)的關(guān)鍵是根據(jù)介質(zhì)成分和溫度選擇適宜的不銹鋼管材，不得隨意變更設(shè)計確定的不銹鋼規(guī)格和型號。

[1]龍媛媛，石仁委，柳言國，等．8種管線內(nèi)防腐蝕技術(shù)在勝利油田的中試應(yīng)用及性能評價[J]．材料保護．2007，40（4）：53-57.

[2]梅奇，宋揚．管道液體涂料內(nèi)涂裝工藝技術(shù)[J]．石油工程建設(shè)，2006，32（2）：39-42.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.033

張雅潔：工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）化工學(xué)院化學(xué)工藝專業(yè)，從事防腐保溫的設(shè)計和科學(xué)研究工作。

2015-04-01

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