聚四氟防腐涂層技術(shù)研究及應(yīng)用

吳珍

【摘 要】隨著孤島油田進(jìn)入后期開發(fā)，三次采油所占比重越來(lái)越大，采油廠集油、注水及注聚管網(wǎng)也日趨密集，油田采出液物性也發(fā)生了很大的變化，呈現(xiàn)出高含硫、高含蠟及高腐蝕性的特點(diǎn)，又因孤島油田位于高含堿濱海地區(qū)，土壤腐蝕性強(qiáng)，更加劇了管線的腐蝕速率，隨著孤島油田幾十年的開發(fā)，許多老舊管線也亟待更新。近幾年，管線刺漏、穿孔現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，同時(shí)也對(duì)本地區(qū)自然環(huán)境造成了不良影響。

【關(guān)鍵詞】聚四氟乙烯；防腐；管材；接頭

前言：

近幾年，3PE外防腐和玻璃內(nèi)襯防腐等新型防腐技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用較多，但是，經(jīng)過(guò)幾年的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)也存在一些問(wèn)題，尤其是玻璃內(nèi)襯防腐。首先，3PE和玻璃內(nèi)襯防腐管線在整體耐壓、耐溫及耐擠壓方面劣勢(shì)明顯，影響管線的整體使用壽命，其次，這種防腐技術(shù)無(wú)法做到接頭焊接處防腐與其直管段保持一致，使其成為薄弱環(huán)節(jié)，影響管線整體使用壽命。由投產(chǎn)后出現(xiàn)刺漏的管線可看出，其破損點(diǎn)基本都是焊口位置，只能重新更換接頭。而玻璃內(nèi)襯管材除了焊口位置刺漏，一些埋地管線受擠壓產(chǎn)生輕微變形，或者管道內(nèi)輸送液體含砂量較大，致使玻璃內(nèi)襯出現(xiàn)裂痕甚至破損，也會(huì)對(duì)管材本體產(chǎn)生腐蝕，此類問(wèn)題只能更換整段管線，造成成本增加。

為了更好地解決管線內(nèi)腐蝕問(wèn)題，我們尋找到了新的防腐技術(shù)即聚四氟乙烯防腐涂層（內(nèi)外均可），這里重點(diǎn)解決內(nèi)防腐和接口問(wèn)題。

一、聚四氟乙烯的物性

聚四氟乙烯（PTFE）一般稱作“不粘涂層”或“易清潔物料”。其具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑。同時(shí)，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點(diǎn)，它的摩擦系數(shù)極低，所以可作潤(rùn)滑作用之余，亦成為了易清潔水管內(nèi)層的理想涂料。其分子式：（C2F4）n，分子量：100.015612，熔點(diǎn)：327℃，沸點(diǎn)：400℃。

二、聚四氟涂層的優(yōu)異性能及施工工藝

聚四氟防腐管線基材為無(wú)縫鋼管，內(nèi)壁以聚四氟抗老化涂層進(jìn)行防腐、外壁采用3PE進(jìn)行防腐，連接形式為可焊接特殊接頭。本產(chǎn)品在保持鋼質(zhì)管道強(qiáng)度的同時(shí)，使管道內(nèi)壁和外壁同時(shí)達(dá)到全面防腐目的。

聚四氟涂層產(chǎn)品工藝：

高溫除油→噴砂除銹→噴涂聚四氟涂層→高溫?zé)Y(jié)→成品入庫(kù)

聚四氟涂層機(jī)理：

聚四氟涂料主要以聚四氟乙烯（特氟龍）為原料，配以高潤(rùn)滑助劑，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)與鋼管充分結(jié)合在一起。在其內(nèi)壁形成具有一定厚度的致密聚四氟涂層，使腐蝕介質(zhì)和管材完全隔離。

聚四氟乙烯內(nèi)襯相對(duì)玻璃內(nèi)襯及H87內(nèi)防腐有著導(dǎo)熱系數(shù)小，摩擦系數(shù)小、耐溫度高等優(yōu)點(diǎn)，使其在輸送高粘度、高溫、含雜質(zhì)較高的液體時(shí)有著明顯的優(yōu)勢(shì)（見表1）。相比較來(lái)說(shuō)是一種更為優(yōu)良的內(nèi)防腐材料。

此外，聚四氟乙烯還有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、耐大氣老化性：耐輻照性能和較低的滲透性：長(zhǎng)期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。

2、不燃性：限氧指數(shù)在90以下。

3、耐酸堿性：不溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑（包括魔酸，即氟銻磺酸）。

4、抗氧化性：能耐強(qiáng)氧化劑的腐蝕。

5、酸堿性：呈中性。

由此可見，這種材料不僅是管線內(nèi)防的好材料，也是一種優(yōu)秀的外防腐材料，可以使管線埋地或者露天敷設(shè)。

三、聚四氟涂料可作為新型管線接頭涂料

為解決防腐管線易在焊口處刺漏的問(wèn)題，我們對(duì)其原因進(jìn)行了分析，主要有以下幾個(gè)方面：

1、施工焊接質(zhì)量不過(guò)關(guān)，焊縫有沙眼、氣孔，埋下安全隱患。

2、焊接過(guò)程中產(chǎn)生的高溫使破壞周邊防腐涂料，破壞原有防腐層。

3、焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力使焊縫周圍產(chǎn)生應(yīng)力變形和裂紋。

4、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口補(bǔ)傷受環(huán)境影響巨大，且熱縮套與母材貼合不夠緊密。

分析產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因，我們不難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題1可以通過(guò)加強(qiáng)施工人員技能培訓(xùn)和加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理解決。問(wèn)題2，3產(chǎn)生的原因主要是施工工藝造成的客觀原因，無(wú)法排除，問(wèn)題4產(chǎn)生的原因既有主觀施工原因，也有客觀環(huán)境及材料性能的原因。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型接口技術(shù)，解決上述問(wèn)題，具體做法如下圖3：

如圖所示，在管材兩端端口各焊接短套管一個(gè)，套管內(nèi)外壁與管材一起在工廠預(yù)制防腐，預(yù)留注膠孔。預(yù)制加工短節(jié)一根，規(guī)格、材質(zhì)、內(nèi)外防腐與管材一致，長(zhǎng)度等于兩節(jié)短套管長(zhǎng)度，短節(jié)兩端嵌裝聚四氟墊圈。

具體施工方法為：現(xiàn)場(chǎng)布好管線以后，將短節(jié)放入套管內(nèi)，與管材緊密結(jié)合，再將管線端口兩根套管焊接在一起，最后在套管與短節(jié)環(huán)形空心區(qū)域填充保護(hù)膠體，管線即安裝完成。

此新型接口技術(shù)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）介質(zhì)通過(guò)區(qū)域?yàn)槎坦?jié)，套管只起到固定、保護(hù)短節(jié)的作用，短節(jié)安裝不需要焊接，避免對(duì)防腐涂層的破壞，也不存在應(yīng)力集中問(wèn)題。

（2）短節(jié)兩端聚四氟墊圈與母材接觸，即起到密封作用，也不會(huì)使母材直接接觸導(dǎo)致涂層磨損。

（3）套管焊接后里面填充膠體，確保套管不與短節(jié)接觸，避免雜物進(jìn)入。

（4）填充膠體為密實(shí)、不透水透氣，凝固后高強(qiáng)度膠體，進(jìn)一步增強(qiáng)了管線的抗腐蝕能力和強(qiáng)度。

聚四氟乙烯防腐管線及新型接頭在江漢、中原及陜西北元化工等地區(qū)投入使用，三年來(lái)無(wú)一刺漏，預(yù)期使用壽命遠(yuǎn)大于15年，可滿足現(xiàn)有油田注水和注聚等管線生產(chǎn)需求。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有各類防腐涂層的調(diào)查分析，我們與金島華瑞工程技術(shù)公司共同研發(fā)聚四氟乙烯（即特氟龍）涂料有著優(yōu)異的防腐性能，能夠作為管材的防腐涂層使用，同時(shí)更好地解決了管線接口部位由焊接過(guò)程產(chǎn)生的高熱融化破壞防腐涂層，從而導(dǎo)致焊接部位成為防腐薄弱點(diǎn)的難題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]薛光磊， 陳璐， 郭琦，等. 聚四氟乙烯襯里大型防腐蝕容器的特點(diǎn)、技術(shù)性能及其應(yīng)用分析[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2017， 16（10）：43-44.

[2]李凱. 聚四氟乙烯潤(rùn)滑涂層的制備及性能研究[D]. 燕山大學(xué)， 2016.