管道內防腐現場補口新思路

樊三新，郭宏，胡曉元

（大慶油田建設有限公司，黑龍江大慶163712）

管道內防腐現場補口新思路

樊三新，郭宏，胡曉元

（大慶油田建設有限公司，黑龍江大慶163712）

文章針對管道內防腐現場補口的難題，依據傾斜功能材料的機理，提出對鋼管兩端頭預先進行表面防腐處理，利用不同材料進行結構復合的方法，一改傳統(tǒng)復合材料有明顯界面以及由此帶來一系列負面影響的弊端，充分發(fā)揮材料的不同性能，實現高質量的管道內防腐現場補口。具體技術措施為：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，現場焊接采用專用滲鋁焊條進行焊接，從而在焊口處和管端頭形成一致的合金層，達到防腐補口的目的。

傾斜功能材料；滲鋁；內防腐；補口

0 引言

傾斜功能材料是一種嶄新的材料，已經引起國內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的材料，不通過復合而是通過連續(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），沿厚度方向一側耐高溫，另一側導熱率很高，其間機械強度和導熱率逐漸變化。傾斜功能材料不同于均質材料，也不同于一般的復合材料。一般的復合材料都有界面，如在包覆層與基體金屬或強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生熱應力剝離、界面反應等問題。傾斜功能材料從表面上看與復合材料一樣，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)是同航天技術的發(fā)展密切相關的。應用較早的是火箭發(fā)動機、核能利用等領域。傾斜功能材料的開發(fā)最早始于1987年日本科學技術廳的一項“關于開發(fā)緩和熱應力的傾斜功能材料基礎工藝研究”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構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)熱反應和薄膜疊層法等。

傾斜功能材料具有巨大的潛在應用價值，在核能利用方面、電磁功能方面、醫(yī)學生物方面等都有廣泛的用途，還可進一步把傾斜功能材料的概念推廣應用于日常生活中。

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

本文提出一種傾斜功能防腐結構，以解決管道現場內補口技術難題。

1 現場內補口新方案思路

圍繞增加功能、降低成本的目標，補口結構采用涂料涂裝工藝做管道內防腐，使工藝簡單、成本下降、便于后方預制；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，鋼管在現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 新補口方案的技術措施

2.1 鋼管端頭滲鋁

此工藝在廠內實施，在鋼管做內防腐前做端頭滲鋁，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，當鋁膏烘干時即完成滲鋁任務。為防止現場焊接破壞滲鋁層，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生一種物理親合，同時也伴隨晶格反應，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構示意。

圖2 鋼管滲鋁后金相結構示意

2.2 鋼管內防腐

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

2.3 現場組焊補口

由于管端頭采用了滲鋁預處理，所以耐高溫、抗焦化性能俱佳；現場焊接采用滲鋁焊條打底（國內已有滲鋁焊條生產廠家），這樣可使管道內滲鋁涂層銜接一致，達到補口防腐目的?，F場內補口結構如圖3所示。

圖3 補口結構示意

3 補口方案的可行性分析

新的補口方案實質上是現有各分項防腐作業(yè)的組合。第一，滲鋁技術屬國內成熟技術，如西安交大就為秦嶺電廠處理了3 t預熱鋼管；第二，鋼管內防腐采用涂料噴涂的工藝也已應用多年；第三，現場所用滲鋁焊條目前國內已有生產廠家。因此該補口結構在技術上是完全可行的，而且鋁的耐腐蝕已是公認可靠的。在施工技術方面，該補口結構有一個突出的優(yōu)點就是便于預制，不需改變現場施工方法，不增加現場施工量，因而有利于推廣。另外，由于這種補口結構的補口質量取決于各分項防腐質量，而各分項的防腐作業(yè)又都是可視的，所以說它的補口質量操作性強，與目前常用的補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，從事油田地面工程建設工作。

2010-04-12