雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐技術

王海秋 王鳳濤

1大慶油田工程有限公司2大慶油田采油二廠

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐技術

王海秋1 王鳳濤2

1大慶油田工程有限公司2大慶油田采油二廠

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐技術是利用具有優(yōu)良防腐性能的石油瀝青，替代二層PE防腐結(jié)構(gòu)中不具備防腐性能的膠層，形成內(nèi)層結(jié)構(gòu)為改性石油瀝青防腐層，外層結(jié)構(gòu)為改性聚乙烯防護層的復合結(jié)構(gòu)。改性瀝青防腐層厚度要求至少應達到0.7 mm以上，改性聚乙烯防護層厚度應達到聚乙烯膠帶防腐層的厚度。在擠出石油瀝青時要盡量選取較低的擠出溫度（即在軟化點附近）以避免瀝青流淌造成厚度不均。雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐管具有雙重防護作用，防腐性能優(yōu)良，可節(jié)約防腐成本15%。

雙層結(jié)構(gòu)；石油瀝青；聚乙烯；防腐層設計；擠出成型工藝；評價

由于材料和結(jié)構(gòu)上的差異，不同防腐管道在防腐性能、經(jīng)濟性及用途方面均有各自的特點：三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐管具有很強的防腐性能和抗沖擊性能，在油田安全性要求高的大口徑和天然氣管道中得到一定程度的應用[1]，但其造價很高；二層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐技術在油田注入管道中應用較多，由于其不具有三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐技術的粉末涂料防腐層，一旦外護層受到破壞則會導致管道迅速腐蝕；石油瀝青（或改性瀝青）防腐技術因其價格的優(yōu)勢，一直應用于油田天然氣和注入管道中，但其外護層為聚氯乙烯工業(yè)薄膜纏繞保護，在有外力作用下工業(yè)薄膜極易損壞，水易透過薄膜的缺陷進入石油瀝青防腐層，因此石油瀝青防腐層用于高含水、蘆葦、沼澤等地帶時其防腐性能呈下降趨勢[2]。

針對油田管道外防腐技術現(xiàn)狀研發(fā)的雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯防腐層，既能夠發(fā)揮聚乙烯防護層的外保護作用，又能夠發(fā)揮石油瀝青防腐層的防腐性能，同時改變了石油瀝青防腐層傳統(tǒng)的淋涂、澆涂工藝，使其能夠通過擠出工藝成型，可長效防腐，且具有優(yōu)異的經(jīng)濟性能。

1 石油瀝青-聚乙烯外防腐層設計

1.1 結(jié)構(gòu)設計

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐技術是利用具有優(yōu)良防腐性能的石油瀝青，替代二層PE防腐結(jié)構(gòu)中不具備防腐性能的膠層，形成內(nèi)層結(jié)構(gòu)為改性石油瀝青防腐層，外層結(jié)構(gòu)為改性聚乙烯防護層的復合結(jié)構(gòu)。

1.2 厚度設計

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯防腐層起防腐作用的是內(nèi)層的改性瀝青防腐層，起防護作用的是外層的改性聚乙烯防護層。改性瀝青防腐層厚度不需要達到傳統(tǒng)石油瀝青防腐層的厚度，可以借鑒再生橡膠防腐層和聚乙烯膠帶防腐層的厚度要求，其厚度應至少達到0.7 mm以上。改性聚乙烯防護層亦不需要達到聚乙烯防腐層的厚度，可以借鑒聚氨酯泡沫夾克的厚度要求，至少應達到聚乙烯膠帶防腐層的厚度。雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯防腐層厚度要求見表1。

表1 雙層結(jié)構(gòu)防腐層厚度要求

1.3 成型工藝設計

聚乙烯防護層本身具有較高的強度，在作為改性石油瀝青防腐層的外防護層時，改性石油瀝青防腐層不需要再用玻璃絲布增強，因而徹底改變了傳統(tǒng)的淋涂、澆涂成型工藝。雙層結(jié)構(gòu)防腐管成型工藝流程見圖1。

圖1 雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯防腐管成型工藝流程

石油瀝青的熔體屬于假塑性液體，隨剪切應力的增加，表觀黏度會下降，這為石油瀝青防腐層通過擠出機擠出提供先決條件。但在190℃時（聚乙烯塑料的熔融指數(shù)測定溫度）石油瀝青處于黏流狀態(tài)，熔融指數(shù)大于25 g/min，高密度聚乙烯5000S的熔融指數(shù)則在1.5 g/min左右。在擠出石油瀝青時要盡量選取較低的擠出溫度（即在軟化點附近）以避免瀝青流淌造成厚度不均。因此，需要對石油瀝青防腐層進行一定的改性，改性劑可選擇橡膠類和熱塑性樹脂類。除解決石油瀝青自身的脆性問題外，還要提高石油瀝青的高溫黏度，以解決由于瀝青流淌而造成的防腐層厚度不均和層間剝離的現(xiàn)象。

2 外防腐管成型試驗及性能評價

2.1 外防腐管成型試驗

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐管成型試驗制樣步驟：

（1）鋼管。噴砂除銹等級為Sa 2.5的碳鋼鋼管，管道規(guī)格為?76 mm×4 mm。

（2）鋼管涂覆前預熱，溫度為160℃。

（3）涂覆改性石油瀝青防腐層（粒狀10#石油瀝青與改性劑SBS預混合后經(jīng)螺桿擠出機擠出成型）。

（4）涂覆改性聚乙烯防護層（高密度聚乙烯與改性劑SBS預混合后經(jīng)螺桿擠出機擠出成型）。

2.2 技術評價

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐管測試指標涵蓋防腐層和成管性能指標，測試結(jié)果見表2。

由表2可以看出，雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯防腐管成管附著力和抗陰極剝離性能不低于二層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層要求，即剝離強度≥70 N/cm，抗陰極剝離性能≤15 mm。該產(chǎn)品與傳統(tǒng)瀝青防腐管道相比，防腐性能優(yōu)良，聚乙烯外防護層堅固耐用，耐熱、耐老化、抗拉、抗壓，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

表2 雙層結(jié)構(gòu)防腐層性能測試結(jié)果

2.3 經(jīng)濟評價

雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯外防腐管與二層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐管相比成本低，節(jié)約防腐成本約15%。同時，改性石油瀝青防腐層通過擠出工藝成型，改變了石油瀝青防腐層傳統(tǒng)的澆涂、淋涂工藝，大大降低了對環(huán)境的污染，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 結(jié)論

（1）能夠擠出成型的雙層結(jié)構(gòu)石油瀝青-聚乙烯防腐技術既有防腐性能優(yōu)良的改性石油瀝青防腐層，又有極佳防護效果的聚乙烯防護層，具有優(yōu)異的雙重防護效果。

（2）改性石油瀝青防腐層與底材具有較好的附著性能，其剝離強度能夠達到70 N/cm。

（3）該技術改變了石油瀝青防腐層傳統(tǒng)的成型工藝，更加環(huán)保，較二層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層具有更高的性價比。

[1]肖冶，郭志國，張玥琳．管道外防腐三層PE涂層補口材料的選用[J]．石油工程建設，1998（3）：36-37.

[2]陳向新，李蓮．長輸管道外防腐層的選擇[J]．油氣儲運，1999，18（8）：20-24.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.034

王海秋：高級工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學院金屬材料工程專業(yè)，從事油田管道、設備的防腐技術研究與設計。

2015-05-19

（0459）5902478、wanghaiqiu@petrochina.com.cn