長輸油氣管道防腐保溫技術(shù)及優(yōu)化設(shè)計

倪行秀

文章編號：2095-6835（2017）04-0106-02

摘 要：對油氣長輸管道進行防腐保溫是降低能耗、保證管道安全運行的重要手段之一。簡要介紹了我國長輸管道防腐保溫技術(shù)現(xiàn)狀，防腐保溫層的材料和結(jié)構(gòu)，從設(shè)計角度出發(fā)，著重論述了防腐保溫技術(shù)應用中存在的問題及其優(yōu)化措施，旨在保證設(shè)計的可靠性和經(jīng)濟的統(tǒng)一性，以提高我國管道防腐保溫技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：防腐保溫；結(jié)構(gòu)材料；優(yōu)化設(shè)計；保溫層

中圖分類號：TE988.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.106

隨著節(jié)能減排工作的日益推進，我國能源建設(shè)快速發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、調(diào)整，石油、天然氣在能源消耗中所占的比例日益增大。長輸管道作為鐵路、公路、海運、航空運輸和管道輸送5大運輸方式之一，在輸送油氣時，與其他運輸方式相比具有無可比擬的優(yōu)點，是油氣運輸?shù)闹髁?。因此，相關(guān)部門研究長輸管道的防腐保溫技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 長輸管道防腐保溫技術(shù)現(xiàn)狀

有關(guān)資料顯示，長輸管道在服役期內(nèi)管道外壁發(fā)生的泄露事故多是由腐蝕穿孔造成的，這主要歸結(jié)于防腐保溫設(shè)計不合理。鑒于此，可以通過優(yōu)化防腐保溫設(shè)計方案進一步降低事故發(fā)生率。在腐蝕控制設(shè)計中，多以涂層防護為主，并輔以陰極保護技術(shù)作為補充；在保溫設(shè)計中，從保溫材料的性能、保溫結(jié)構(gòu)和施工工藝入手，重視保溫層下腐蝕（Corrosion Under Insulation，CUI），在滿足工藝條件下推行經(jīng)濟厚度。

1.1 長輸管道外防腐

防腐涂層與陰極保護聯(lián)合的保護方法已被廣泛應用于埋地長輸管道的腐蝕控制中，并取得了良好的保護效果。涂層是埋地管道腐蝕控制的第一道屏障，其作用是將管體金屬與腐蝕性的土壤環(huán)境隔離。因為涂層本身不可避免地存在針孔和漏點，所以，管道在裝卸、運輸和施工過程中會造成涂層破損或開裂。當其投入運行后，服役環(huán)境腐蝕性介質(zhì)作用，第三方破壞，都可能導致涂層漏點的產(chǎn)生。因此，單純依靠涂層不能完全抑制管道的腐蝕，并且由于涂層缺陷處裸露的局部管體表面與涂層完好的大面積管體構(gòu)成了大陰極、小陽極的腐蝕電池，反而會加劇局部腐蝕造成的破壞。

1.2 長輸管道防腐保溫

根據(jù)《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50264），管道的保溫應由保溫層和保護層組成，保溫層材料應具有導熱系數(shù)小，吸水率低，有一定機械強度，不易燃燒和對管道無腐蝕的性能，耐熱性好的特點；保護層應具有足夠的機械強度和韌性，化學性能穩(wěn)定，耐老化，具有防水和電絕緣的性能。

管道所用的保溫材料最初大多采用礦棉、玻璃纖維、膨脹珍珠巖、復合硅酸鹽和硅酸鈣等，盡管憎水性硅酸鹽管殼、巖棉管殼價格比較便宜，但是，它們的導熱系數(shù)比較大，在原油輸送過程中會產(chǎn)生較大的熱量損失，而且保溫管殼是一塊塊手工捆綁的，熱伸縮縫引起保溫結(jié)構(gòu)開裂，必然使整體保溫層不連續(xù)。玻璃纖維棉太軟，在運輸和施工過程中，容易出現(xiàn)外保護層破裂的情況，且其吸水率比較高，管道極易腐蝕穿孔。

2 防腐保溫結(jié)構(gòu)和材料選擇

2.1 防腐保溫層結(jié)構(gòu)

輸送介質(zhì)溫度不超過100 ℃的埋地鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層應由防腐層、保溫層、防護層和端面防水帽組成。防腐層可選用聚乙烯膠粘帶、液體環(huán)氧類涂料、聚乙烯防腐層或環(huán)氧粉末防腐層，其結(jié)構(gòu)和厚度由設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場實際情況選定；保溫層應選用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，保溫層厚度應在滿足輸送工藝要求的前提下，結(jié)合經(jīng)濟厚度計算確定，其厚度不應小于25 mm；防護層厚度應根據(jù)管徑和施工工藝確定，其厚度應大于等于1.4 mm；防腐保溫管端面應采用輻射交聯(lián)型熱縮防水帽進行防水密封，防水帽與防護層和防腐層的搭接長度均不應小于50 mm。

2.2 防腐保溫常用材料

2.2.1 防腐層

近年來，我國防腐涂層技術(shù)發(fā)展迅速，干線管道涂層主要有熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯復合涂層（三層PE）。熔結(jié)環(huán)氧粉末為一次成膜涂層，由固態(tài)環(huán)氧樹脂、固化劑和多種助劑經(jīng)混煉、粉碎加工而成，屬熱固性材料，采用靜電噴涂工藝將環(huán)氧粉末噴涂、熔融黏結(jié)到鋼管表面，并固化成型。環(huán)氧粉末作為管道防蝕涂層，具有對鋼鐵黏結(jié)力強、膜完整性好、耐陰極剝離、耐土壤應力和耐磨損、涂覆操作簡單、無污染、抗沖擊性和抗彎曲性能好等特點，可用于工作溫度為-30～100 ℃的鋼質(zhì)埋地管道或水下管道設(shè)施的外防腐，其主要遵循的是《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》（SY/T 0315—2013）。

2.2.2 保溫層

保溫層是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，因其導熱系數(shù)低、密度小、可工廠預制、現(xiàn)場施工方便，被廣泛應用于埋地長輸管道的保溫。當輸送高溫介質(zhì)管道時，經(jīng)綜合經(jīng)濟比較后，可采用復合結(jié)構(gòu)，即在鋼管與聚氨酯泡沫之間加夾微孔硅酸鈣等耐溫材料。泡沫塑料是一種發(fā)泡體保溫材料，由多異氰酸酯、組合聚醚加催化劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑等原料組成。其中，發(fā)泡劑是聚氨酯泡沫中最重要的一種助劑，應為無氟發(fā)泡劑。

2.2.3 外防護層

外防護層多采用由聚乙烯專用料形成的聚乙烯。高密度聚乙烯（HDPE）是一種超高分子聚合物，可以有效阻止水向保溫層的滲透，且這種材料的絕緣性好，易于加工成型，用這種材料制成的防水保護夾克具有一定的抗磨、抗沖擊、抗撕裂和抗拉性能，可以滿足施工、運行載荷的要求。保溫層外加聚乙烯夾克保護層的預制有“一步法”成型工藝和“管中管”成型工藝2種。

2.2.4 補口材料

管道防腐保溫層補口施工采取的是防腐層補口、保溫層補口、防護層補口程序。防腐層補口宜采用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶/套（介質(zhì)溫度低于70 ℃）或液態(tài)涂料，比如聚氨酯類（介質(zhì)溫度高于70 ℃）；保溫層補口可采用專用模具現(xiàn)場發(fā)泡；外護層補口應采用輻射交聯(lián)熱收縮補口帶（或補口套）。

3 防腐保溫的優(yōu)化設(shè)計

3.1 前期調(diào)研及方案比選

一般來講，在設(shè)計長輸管道工程前期，應注重現(xiàn)場環(huán)境系統(tǒng)評價工作，為設(shè)計優(yōu)化方案，保證工程量的準確性提供內(nèi)容齊全、深度滿足要求的基礎(chǔ)資料。在具體工作中，主要了解工程沿線的地形地貌、土壤電阻率等與本專業(yè)設(shè)計相關(guān)的參數(shù)，掌握工程投資和償還年限、工程所在地熱能價格。設(shè)計時，要論證多種方案，不能生搬硬套標準、規(guī)范，不能單一考慮保溫結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性或可靠性，應綜合技術(shù)、經(jīng)濟等因素比較保溫材料的技術(shù)可靠性、施工工藝、使用壽命、成本等，以確定最優(yōu)的方案。

3.2 防腐層和陰極保護優(yōu)化設(shè)計

新建管道涂層的選擇不單純是管道防腐的投資，而要考慮環(huán)境的適應性，環(huán)境保護要求，以及壽命期內(nèi)費用全分析（包括涂層材料費、涂裝費、運費、維修保養(yǎng)、更換大修等多方面的考慮），主要涉及以下幾方面的內(nèi)容，即環(huán)境評價的作用及內(nèi)容、涂層選擇的基本原則、涂層選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計、補口材料與工藝和經(jīng)濟分析。不同地質(zhì)條件下的涂層結(jié)構(gòu)應根據(jù)管道沿線腐蝕性環(huán)境的調(diào)查、分析和測試結(jié)果來最終確定。

3.3 保溫層經(jīng)濟厚度計算

長輸管道的保溫效果不僅與保溫材料的類型和合理的保溫結(jié)構(gòu)有關(guān)，還取決于保溫層的厚度。保溫層越厚，管路熱損失越小，越節(jié)約能源；但厚度加大，保溫結(jié)構(gòu)造價則提高。保溫層厚度應在管道保溫熱力計算的基礎(chǔ)上，按照技術(shù)經(jīng)濟分析得出的“經(jīng)濟保溫厚度”確定。

4 結(jié)束語

總之，管道運輸是我國主要的油氣運輸方式之一。當今，我國對油氣資源的需求量正不斷增加，帶動了眾多油氣長輸管道的建設(shè)和發(fā)展，這也對管道防腐保溫技術(shù)提出了更高的要求。因此，在長輸管道的設(shè)計建設(shè)中，仍然需要進一步研究和開發(fā)，進一步優(yōu)化防腐保溫的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并充分考慮設(shè)計的可靠性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一，使其達到世界先進水平，確保管輸系統(tǒng)的長期安全運營，降低管道事故發(fā)生的概率，節(jié)約建設(shè)成本。

參考文獻

[1]李麗新.管道防腐保溫技術(shù)綜述[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012，33（12）：81.

[2]趙超，王彥海.探究輸油氣管道施工中的防腐問題[J].科技致富向?qū)В?012（21）：260.

〔編輯：白潔〕