小口徑管道內(nèi)防腐蝕技術(shù)

林 竹，韓文禮，郭繼銀，張彥軍

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津 300451

2.石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室，天津 300451

小口徑管道內(nèi)防腐蝕技術(shù)

林 竹1，2，韓文禮1，2，郭繼銀1，2，張彥軍1，2

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津 300451

2.石油管工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—涂層材料與保溫結(jié)構(gòu)研究室，天津 300451

石油石化行業(yè)的小口徑管道（DN60～200），面臨著輸送介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、內(nèi)防腐施工難度大等問(wèn)題，一直是困擾防腐業(yè)界的技術(shù)難題之一，每年因腐蝕穿孔及滲漏帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。主要針對(duì)目前常見(jiàn)的幾種小口徑管道內(nèi)防腐蝕技術(shù)，包括風(fēng)送擠涂、塑料管內(nèi)穿插、復(fù)合管及DGR內(nèi)外防腐一體化等技術(shù)，介紹了各自的技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍和質(zhì)量控制點(diǎn)。雖然這些技術(shù)得到一些實(shí)際工程應(yīng)用，但都存在一定的局限性，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)（如DGR一體化防腐技術(shù)），小口徑管道的防腐質(zhì)量未來(lái)會(huì)得到提高。

小口徑；管道；內(nèi)防腐

石油石化、消防等行業(yè)使用著大量的小口徑管道（DN200以下），這些管道大部分以碳鋼管為主。由于輸送介質(zhì)的復(fù)雜性，特別是石油石化行業(yè)的單井管道、集輸管道、注水管道以及煉廠的工藝管道，輸送介質(zhì)涉及到采出液、含油污水、含水原油、回注水等，這些介質(zhì)通常具有礦化度高，含有CI-、H2S、CO2等，常有較高溫度的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，不論是從安全環(huán)保角度還是從延長(zhǎng)管道壽命角度都應(yīng)對(duì)管道采取內(nèi)外防腐蝕措施。

在外防腐方面，我國(guó)有了較為完整的體系，包括采用3PE、環(huán)氧粉末涂料、液體涂料（環(huán)氧涂料、聚氨酯涂料）及包覆類(lèi)材料等技術(shù)。這些原材料的生產(chǎn)技術(shù)、防腐工藝、執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)都與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相差無(wú)幾[1-2]。

在內(nèi)防腐方面，由于小口徑管道的施工復(fù)雜程度較高，同時(shí)焊接熱影響區(qū)的存在和現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)的滯后，導(dǎo)致一般的涂層預(yù)制防腐技術(shù)受到了限制，而采用添加緩蝕劑的防腐措施由于成本較高也未得到普遍采用[3-4]。為解決小口徑管道的內(nèi)防腐難題，部分科研單位和工程技術(shù)人員研究開(kāi)發(fā)了一些新型的內(nèi)防腐技術(shù)，本文主要對(duì)這些技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及施工要求等進(jìn)行了介紹，包括風(fēng)送擠涂技術(shù)、塑料管內(nèi)穿插技術(shù)、復(fù)合管技術(shù)、DGR防腐一體化技術(shù)等。

1 風(fēng)送擠涂技術(shù)

風(fēng)送擠涂技術(shù)主要借鑒了舊管道修復(fù)工程采用的風(fēng)送擠涂防腐材料的技術(shù)思路，即在管道兩端安裝收發(fā)球裝置，將配制好的防腐材料采用風(fēng)送擠涂工藝涂敷到管道內(nèi)壁，從而形成連續(xù)均勻的防腐層，達(dá)到保護(hù)管道內(nèi)壁的作用。此技術(shù)曾在勝利油田、中原油田、江蘇油田等采用，目前仍在長(zhǎng)慶油田、新疆塔河油田、江蘇油田等單位推廣應(yīng)用[5-6]。

1.1 擠涂材料

風(fēng)送擠涂的防腐材料包括防腐涂料和水泥砂漿等，其中防腐涂料的用量最大，按照SY/T 4076 -2016《鋼質(zhì)管道液體涂料風(fēng)送擠涂?jī)?nèi)涂層技術(shù)規(guī)范》[7]的要求，主要采用附著力強(qiáng)、防腐性能優(yōu)異的液體環(huán)氧涂料，環(huán)氧涂料可以是溶劑型或無(wú)溶劑型，涂料性能指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0457-2010《鋼質(zhì)管道液體環(huán)氧涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[8]的規(guī)定，并滿(mǎn)足擠涂工藝及施工條件的要求，液體環(huán)氧涂料的性能指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定。

1.2 擠涂工藝

風(fēng)送擠涂工藝是在管道焊接埋地后，在非開(kāi)挖的情況下對(duì)管道進(jìn)行整體內(nèi)防腐，其施工示意如圖1所示。在管道組對(duì)焊接埋地后，首先進(jìn)行通球清掃和試壓，合格后選用化學(xué)除銹或噴砂除銹對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行表面處理，然后將防腐涂料泵入管道，利用空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣動(dòng)力推動(dòng)擠涂球前進(jìn)，并在管道內(nèi)壁形成均勻、連續(xù)的涂層，從而起到防腐作用。

圖1 風(fēng)送擠涂施工示意

采用風(fēng)送擠涂技術(shù)施工的防腐層厚度較大、致密性好、一次性擠涂長(zhǎng)度可達(dá)1～2km，施工效率高。與單根管道噴涂、現(xiàn)場(chǎng)焊接補(bǔ)口工藝相比，彎頭不需單獨(dú)斷開(kāi)，避免了補(bǔ)口缺陷，可形成均勻連續(xù)涂層，整體性好。

1.3 存在問(wèn)題

（1）由于是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位擠涂，存在彎頭、上下坡等復(fù)雜施工部位/環(huán)境，施工中無(wú)法有效控制擠涂壓力和速度，使擠涂球行進(jìn)速度不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致防腐層出現(xiàn)厚薄不均甚至可能漏涂的情況。

（2）由于一次施工長(zhǎng)度長(zhǎng)，無(wú)論是噴砂除銹還是化學(xué)清洗，如果表面處理質(zhì)量控制不嚴(yán)，會(huì)對(duì)防腐質(zhì)量造成不良影響。

（3）在線質(zhì)量檢測(cè)只能在管端或檢測(cè)段等局部區(qū)域進(jìn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)防腐層的整體全面檢測(cè)，特別是無(wú)法進(jìn)行對(duì)于彎頭、上下坡等特殊部位的防腐質(zhì)量檢測(cè)，存在一定的質(zhì)量隱患。

1.4 質(zhì)量控制點(diǎn)

按照SY/T 4076-2016《鋼質(zhì)管道液體涂料風(fēng)送擠涂?jī)?nèi)涂層技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，主要的質(zhì)量控制點(diǎn)包括以下幾方面：

（1）管道經(jīng)機(jī)械清潔及化學(xué)清洗后，表面應(yīng)清潔，無(wú)殘垢，無(wú)浮銹，無(wú)金屬粗晶析出的過(guò)酸洗現(xiàn)象，并有完整的鈍化膜。

（2）管道整體噴砂除銹后，應(yīng)分別按照GB/T 8923.1《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評(píng)定第1部分：未涂覆過(guò)的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》和GB/T18570.3《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的評(píng)定試驗(yàn) 第3部分：涂覆涂料前鋼材表面的灰塵評(píng)定（壓敏粘帶法）》對(duì)表面進(jìn)行評(píng)定，要求除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)，表面灰塵度不應(yīng)超過(guò)3級(jí)。

（3）在施工完成后，應(yīng)采用管道本體檢測(cè)或檢測(cè)段檢測(cè)的方式，分別進(jìn)行涂層外觀、厚度、漏點(diǎn)和附著力的檢測(cè)，檢驗(yàn)后應(yīng)對(duì)不合格和損傷的內(nèi)防腐層進(jìn)行修補(bǔ)或重涂。

2 內(nèi)穿插技術(shù)

內(nèi)穿插技術(shù)也是首先被應(yīng)用于舊管道修復(fù)的技術(shù)，該技術(shù)是將中高密度的聚乙烯等柔性管插入需要修復(fù)的舊管道內(nèi)，利用舊管道的剛性和強(qiáng)度作為支撐結(jié)構(gòu)，以及聚乙烯管耐腐蝕、耐磨損、抗?jié)B透等特點(diǎn)，形成“管中管”復(fù)合結(jié)構(gòu)，使修復(fù)后的管道具備鋼管和聚乙烯管的綜合性能。該技術(shù)對(duì)管道清洗及表面處理要求低，減少了清管時(shí)間和投入，施工周期短，不僅可以應(yīng)用于舊管道修復(fù)工程，也可用于新建管道的內(nèi)防腐工程，特別適用于城市燃?xì)夤艿赖容敋夤艿拦こ蘙9-11]。

2.1 穿插材料

通過(guò)日本及歐美等國(guó)對(duì)各種管材的研究和應(yīng)用表明，適用于內(nèi)穿插技術(shù)的柔性管材料主要包括中密度聚乙烯和高密度聚乙烯，這種管材耐腐蝕、耐老化、耐低溫，而且具有良好的機(jī)械性能。中密度聚乙烯既有較好的剛性和強(qiáng)度，又有較好的柔性和蠕變性，工作壓力一般不高于400 kPa，在日本應(yīng)用較為廣泛；而美國(guó)使用高密度聚乙烯管更為普遍。根據(jù)SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)管道施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的聚乙烯性能指標(biāo)見(jiàn)表2[12]。

表2 三類(lèi)PE內(nèi)襯用材料的主要物理性能典型值

目前，SY/T4110-2007《采用聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)管道施工技術(shù)規(guī)范》已經(jīng)列入了2017年標(biāo)準(zhǔn)修訂計(jì)劃，部分性能指標(biāo)可能會(huì)進(jìn)行調(diào)整。

另外，綜合性能優(yōu)異的塑料合金也可用作穿插材料，塑料合金泛指工程塑料（樹(shù)脂）的共混物，該類(lèi)材料首先在 20世紀(jì)60年代中期由美國(guó) Brog Warner Chemicals公司開(kāi)發(fā)，它主要包括以PC、PBT、PA、POM（聚甲醛）、PPO、PTFE（聚四氟乙烯）等工程塑料為主體的共混體系，以及ABS樹(shù)脂改性材料等，它是一種表觀均一的多組份的工程聚合物體系，是兩種或多種不同結(jié)構(gòu)單元的均聚物或共聚物的混合物，根據(jù)各組份的材料不同而具有不同的性能，比原單一塑料的性能（如機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能、熱膨脹、延伸率、負(fù)載變形量以及尺寸穩(wěn)定性等）均有較大的提高。應(yīng)用較為廣泛的塑料合金包括聚酰胺（尼龍）類(lèi)合金及聚碳酸酯類(lèi)合金等。

由于聚乙烯材料僅適用于不超過(guò)45℃的輸送介質(zhì)，為滿(mǎn)足高溫介質(zhì)的輸送需求，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出了耐溫性塑料合金管材以滿(mǎn)足實(shí)際需求，如河北建投寶塑管業(yè)公司研制的石油天然氣內(nèi)襯修復(fù)用耐高溫聚烯烴合金（HT-PO）管[13]，該管具有工作溫度高（≤95℃）、耐壓強(qiáng)度高、耐應(yīng)力開(kāi)裂能力好等性能特點(diǎn)，使用壽命大于50年。

2.2 穿插工藝

內(nèi)穿插施工的工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 穿插施工工藝流程

適用內(nèi)穿插技術(shù)的管徑范圍為DN100～700，對(duì)應(yīng)的塑料管最小壁厚范圍為4～16mm，主要用于相對(duì)平直的埋地管道內(nèi)防腐工程，對(duì)于起伏大、拐彎多的復(fù)雜地形不太適宜。

針對(duì)舊管道，國(guó)外也有不停輸內(nèi)穿插技術(shù)得到了實(shí)際應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是更新施工不影響正常輸氣，但操作程序較為復(fù)雜，也存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 質(zhì)量控制點(diǎn)

為保證施工質(zhì)量，按照行標(biāo)SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)管道施工技術(shù)規(guī)范》的要求，主要質(zhì)量控制點(diǎn)包括以下幾方面：

（1）在穿插過(guò)程中應(yīng)對(duì)拉力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，測(cè)出的拉力應(yīng)小于內(nèi)襯管屈服強(qiáng)度的50%與管壁橫截面積的乘積，以免對(duì)內(nèi)襯管的性能造成影響。

（2）在內(nèi)襯管插入前，應(yīng)采用管道內(nèi)部尺寸檢測(cè)儀器檢測(cè)確定管道內(nèi)徑，并確保內(nèi)襯管在插入過(guò)程中不會(huì)被損壞。

（3）內(nèi)襯管在變形恢復(fù)后可通過(guò)內(nèi)窺裝置進(jìn)行檢查，要求內(nèi)襯管在管道內(nèi)部是連續(xù)的，并緊貼在管道內(nèi)壁。

3 復(fù)合管技術(shù)

復(fù)合管技術(shù)主要包括鋼塑復(fù)合管和雙金屬?gòu)?fù)合管兩類(lèi)。

（1）鋼塑復(fù)合管是集金屬管和塑料管優(yōu)點(diǎn)為一體的一類(lèi)新型管材，按照成型工藝可分為涂塑復(fù)合鋼管、襯塑復(fù)合鋼管和孔網(wǎng)鋼帶（絲）骨架塑料復(fù)合管等。涂塑復(fù)合管是在鋼管內(nèi)壁涂覆具有防腐效果的環(huán)氧樹(shù)脂或者是聚乙烯等涂層材料；襯塑復(fù)合管是在鋼管內(nèi)壁通過(guò)冷拔或者是內(nèi)脹等工藝將塑料管粘結(jié)在鋼管上；孔網(wǎng)鋼帶（絲）骨架塑料復(fù)合管則是一種以纏繞并焊接成型的鋼帶（絲網(wǎng)）作為加強(qiáng)骨架，以聚乙烯或聚丙烯等熱塑性塑料為基體，包容為一體的鋼塑復(fù)合管道。日本積水株式會(huì)社于1962年首次開(kāi)發(fā)出一種稱(chēng)為“LP”的復(fù)合管，其內(nèi)層是PVCU管，外層為鋼管，內(nèi)外層之間有聚氨酯泡沫層，以消除噪音，增加耐沖擊力和隔熱性等；英國(guó)Bayer公司開(kāi)發(fā)的一種金屬/塑料（HDPE）套管可承受100℃以上的高溫。

鋼塑復(fù)合管既有金屬的堅(jiān)硬、剛直不易變形、耐熱、耐壓、抗靜電等特點(diǎn)，又具有塑料的耐腐蝕、不生銹、不易產(chǎn)生垢漬、管壁光滑、保溫性好、清潔無(wú)毒、質(zhì)輕、施工簡(jiǎn)易、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前主要應(yīng)用于給排水工程。由于涂塑和襯塑工藝不能很好地解決鋼塑復(fù)合界面的粘結(jié)問(wèn)題，因此采取了鋼絲點(diǎn)焊和鋼帶打孔的方式來(lái)避免出現(xiàn)鋼塑的復(fù)合粘結(jié)界面，從而避免了復(fù)合界面的開(kāi)膠問(wèn)題，但也對(duì)鋼塑復(fù)合管的承壓能力和使用壽命造成了一定的影響[14]。

（2）雙金屬?gòu)?fù)合管是以碳素鋼管或合金鋼管為基管，在其內(nèi)表面覆襯一定厚度（一般為2～3mm）的不銹鋼、鈦合金、銅、鋁等耐蝕合金制造的復(fù)合管，這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，使其兼顧碳鋼的耐壓性和不銹鋼的耐蝕性以及相對(duì)不銹鋼價(jià)格低廉的特點(diǎn)[15]。由于生產(chǎn)工藝的限制，目前國(guó)內(nèi)主要采用“金屬管道爆燃加襯技術(shù)”或者液壓復(fù)合技術(shù)，其基層和襯層間的結(jié)合完全是機(jī)械結(jié)合，未達(dá)到冶金結(jié)合，基層和襯層間會(huì)有一定的縫隙，導(dǎo)致焊接時(shí)層間未熔合或夾渣、主要合金元素易燒損、焊縫背面氧化成型不良、焊縫周?chē)荚舆w移影響防腐效果等焊接缺陷的形成，因此解決復(fù)合管的焊接難題是其大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

4 DGR一體化防腐技術(shù)

DGR技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型整體防腐技術(shù)，全稱(chēng)為“堆焊固溶端頭處理+內(nèi)外有機(jī)防腐層”小口徑管道內(nèi)外一體化防腐蝕技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)DGR。利用DGR技術(shù)生產(chǎn)的防腐管可以現(xiàn)場(chǎng)直接焊接安裝，免除了內(nèi)補(bǔ)口工序且能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)防腐層連續(xù)完好，能夠較好地解決小口徑管道的防腐難題，目前在勝利油田、長(zhǎng)慶油田等得到了應(yīng)用和試用，防腐蝕效果較好[16-17]。

4.1 組成

DGR一體化防腐包括三部分：第一，管端內(nèi)表面的耐蝕合金堆焊固溶層；第二，管體內(nèi)表面的耐蝕環(huán)氧粉末防腐層；第三，管體外表面的環(huán)氧粉末或3PE防腐層。DGR內(nèi)外防腐示意如圖3所示。

圖3 小口徑鋼管DGR內(nèi)外防腐示意

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）單根鋼管內(nèi)外涂（覆）層和端頭內(nèi)堆焊均在工廠預(yù)制完成，質(zhì)量可檢、可控。

（2）管端堆焊層與管體內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。

（3）鋼管內(nèi)壁除熱影響區(qū)外，管體及管體與堆焊層的過(guò)渡區(qū)環(huán)氧粉末一次成型（焊接熱影響區(qū)由耐蝕合金起到防腐作用）。

（4）可以根據(jù)輸送介質(zhì)選擇不銹鋼焊材，包括鎳基合金、雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼等[18-19]。

（5）由于采用了耐蝕合金，使焊縫區(qū)域與堆焊層、內(nèi)防腐層形成連續(xù)的防腐層，因此現(xiàn)場(chǎng)焊接完成后只需要做外補(bǔ)口，無(wú)需進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口防腐作業(yè)，施工簡(jiǎn)單快速。

4.3 工藝流程

DGR一體化防腐技術(shù)的流程為：端頭內(nèi)表面預(yù)處理→端頭堆焊固溶處理→內(nèi)壁噴砂處理→內(nèi)壁噴涂環(huán)氧粉末→外壁拋丸處理→外壁涂敷環(huán)氧粉末（或3PE） →端頭外處理→質(zhì)檢。

4.4 質(zhì)量控制點(diǎn)

（1）端頭堆焊固溶施工應(yīng)采用變電流堆焊工藝和專(zhuān)用TIG焊機(jī)，以保證堆焊層的平整度；同時(shí)需對(duì)預(yù)補(bǔ)口內(nèi)孔進(jìn)行車(chē)削加工，以保證管道內(nèi)組對(duì)精度，從而保證了內(nèi)焊道質(zhì)量[20]。

（2）由于DGR管道端頭的特殊結(jié)構(gòu)，為保證焊接質(zhì)量，需要采取特殊的焊接方式，即采用免充氬藥皮耐蝕合金焊絲TIG打底焊接，然后采用手工電弧焊工藝填充蓋面[21]。

5 結(jié)束語(yǔ)

小口徑管道內(nèi)防腐蝕一直是困擾防腐蝕業(yè)界和應(yīng)用單位的一個(gè)技術(shù)難題，目前各種小口徑管道內(nèi)防腐蝕技術(shù)都有各自的技術(shù)特點(diǎn)，得到一些實(shí)際工程應(yīng)用，但或多或少都存在一定的局限性。隨著已有技術(shù)的完善和新技術(shù)的出現(xiàn)（如DGR一體化防腐技術(shù)），小口徑管道的防腐蝕質(zhì)量未來(lái)一定會(huì)得到大的提高。

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Internalanticorrosion technologyofsmalldiameter pipelines

LIN Zhu1，2，HAN Wenli1，2，GUO Jiyin1，2，ZHANG Yanjun1，2
1.CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China
2.Research Division of Anticorrosion Coating and ThermalInsulation Structure，The Key Laboratory of Tubular Goods Engineering，CNPC，Tianjin 300451，China

The pipelines with small diameter（DN60～200） in petroleum and petrochemical industry face strong corrosion from transportation medium and construction difficulty of internal anticorrosion.The pipeline perforation and seepage due to internal corrosion often lead to great economic losses and are always the technical difficulty to afflict anticorrosion sector. This paper illustrates the technical features，applicative scopes and quality control matters of several internal anticorrosion techniques commonly used for small diameter pipelines，including air pressure extrusion coating，inside penetration with plastic pipe，composite pipe and DGR integral internal-external anticorrosion.Although these techniques have been applied in practical engineering projects，they still have certain limitations.But，with new technique development，the anticorrosion quality of smalldiameter pipelines willbe further improved.

smalldiameter；pipeline；internalanticorrosion

林 竹（1970-），男，四川南充人，高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事油氣田腐蝕與防護(hù)研究工作。Email：linz@cnpc.com.cn

2017-03-21

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.019