油氣管道熱煨彎管外防腐工藝技術(shù)對比分析

趙向東

(四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司容器制造廠 四川 內(nèi)江 641000)

0 引 言

油氣管道基本為埋地敷設(shè)，內(nèi)部大多輸送的是潔凈的油氣產(chǎn)品，內(nèi)腐蝕問題較少，但管道外壁因與土壤接觸，土壤中含有各種腐蝕介質(zhì)，處于復(fù)雜的腐蝕環(huán)境中。管線鋼管外壁容易發(fā)生腐蝕，一旦腐蝕穿孔，可能會造成油氣泄漏等問題。為延緩和避免管道外腐蝕失效情況的發(fā)生，常見的方式是在管道外部增加隔絕的外防腐涂層使管道和土壤環(huán)境分隔開來，使管道的腐蝕通道得到有效的控制[1]。

油氣管道直管防腐通常采用3PE防腐結(jié)構(gòu)，直管形狀規(guī)則，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化作業(yè)。3PE防腐層因其有三層防腐結(jié)構(gòu)，其防腐涂層更加均勻、三層粘接力更強，且其中低密度聚乙烯和膠粘劑層對于土壤環(huán)境中的各種腐蝕狀況的隔絕效果更好，且抗沖擊性、抗變形能力、防水能力更強，可以有效解決了直管的防腐問題。

但熱煨彎管作為管道的必備元件，其幾何形狀為不規(guī)則的特殊形狀，無法同直管防腐一樣，在連續(xù)作業(yè)線上批量防腐。國內(nèi)外對于彎管的防腐施工大量依靠手工作業(yè)，受人為因素影響較多，防腐的穩(wěn)定性和可靠性往往難以保證。因此，熱煨彎管的防腐成為制約管道防腐質(zhì)量的關(guān)鍵點，也經(jīng)常由于地形條件更加復(fù)雜，彎管的防腐成為整個管道的相對薄弱點。常見的彎管防腐形式主要有三種：雙層環(huán)氧粉末噴涂作業(yè)法[2]、聚乙烯熱縮套(帶)手工加熱安裝法、聚丙烯粘膠帶手工冷纏法[3]。熱煨彎管的3PE防腐較常見防腐形式具有明顯的優(yōu)勢，由四川油建公司獨家研發(fā)生產(chǎn)，近年來在國內(nèi)多個管道工程中都有應(yīng)用，且應(yīng)用效果優(yōu)勢明顯。

1 傳統(tǒng)的彎管防腐形式

1.1 雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂法

該防腐層厚度僅為800 μm，厚度僅為彎管3PE防腐層厚度的20%左右，3PE防腐層厚度一般為3.7 mm以上，雙環(huán)氧層的抗劃傷性能好但抗沖擊磨損能力差，而且在彎管倒運下溝及回填的過程中容易損傷防腐層，如圖1所示，管端防腐層因運輸?shù)跹b導(dǎo)致碰傷。其補傷操作較為復(fù)雜，且效率較低，效果較差，防腐層只能承受4 kV電火花檢漏電壓，而彎管3PE防腐檢漏電壓為25 kV，熱縮套補口為15 kV，為管道外防腐的薄弱點，直接影響管道的腐蝕壽命。

圖1 碰傷的雙環(huán)氧防腐層

1.2 熱縮套(帶)加熱套裝法

彎管表面需經(jīng)工人用天然氣或煤氣火焰將彎管預(yù)熱，再均勻涂刷無溶劑環(huán)氧底漆，后再用火焰將聚乙烯熱縮套(帶)烤熱后收縮貼在彎管上。如圖2所示，工人用火焰噴槍進行手工防腐作業(yè)，該防腐工藝全過程為手工操作,勞動強度大、工效低，且因環(huán)氧底漆不易涂抹均勻，火焰預(yù)熱溫度和加熱收縮時溫度不易控制，會出現(xiàn)溢膠不均勻，搭接不均勻，外觀成型差，產(chǎn)生皺摺、翹邊和空鼓等現(xiàn)象，質(zhì)量穩(wěn)定性差。防腐層厚度一般為1.2～1.5mm。

圖2 手工火焰加熱熱縮套

1.3 聚乙烯膠粘帶現(xiàn)場冷纏法

該防腐形式也稱冷纏帶，該方法操作過程中不需加熱，先均勻手工涂刷環(huán)氧底漆，再采用手工纏繞機進行螺旋式纏繞搭接，覆蓋率要求50%以上，搭接后的防腐層厚度一般2.2 mm以上。受防腐材質(zhì)影響，膠層和底漆不容易粘貼牢固，其剝離強度要求極低,為20 N/cm，遠低于彎管3PE防腐層剝離強度100 N/cm的要求，防腐層易出現(xiàn)撞傷或擠壓變形，在風(fēng)吹日曬后會出現(xiàn)搭接部分粘結(jié)不牢、防腐層空鼓或翹邊等現(xiàn)象，如圖3所示，防腐層表面已出現(xiàn)部分翹邊。

圖3 冷纏帶防腐彎管使用情況

2 機械式彎管3PE防腐工藝特點

傳統(tǒng)防腐方法存在著與目前廣泛使用的直管3PE防腐質(zhì)量不相匹配或工藝復(fù)雜的缺陷。新型機械式彎管3PE防腐技術(shù)，使得彎管防腐形式與直管防腐形式保持一致，保證了管道防腐結(jié)構(gòu)的同質(zhì)化。

聚乙烯復(fù)合帶3PE防腐層由環(huán)氧粉末底層、膠粘劑中間層和聚乙烯表層組三成組成。膠粘劑和聚乙烯顆粒在工廠內(nèi)經(jīng)過輻照交聯(lián)特制工藝，加工成適宜放卷的一定寬度和厚度的復(fù)合帶。環(huán)氧粉末通過機械靜電噴涂技術(shù)噴涂在彎管表面，防腐層最底層，外部采用行星纏繞輪，在一定張緊力狀態(tài)下進行螺旋機械熱纏繞，熱纏繞后再采用遠紅外加熱圈進行對防腐層表面進行回火加熱，最后經(jīng)循環(huán)水冷卻后完成防腐作業(yè)[4]。

該防腐工藝是一個全新的彎管防腐技術(shù)，彎管3PE防腐生產(chǎn)線國內(nèi)外僅四川油建公司獨創(chuàng)，彎管的除銹、傳動、加熱、噴涂環(huán)氧粉末、纏繞復(fù)合帶、碾壓、二次加熱、水冷及坡口加工等均為電氣操控機械化作業(yè)，所有防腐過程均由中央控制室集中進行控制，中央控制室根據(jù)彎管規(guī)格、現(xiàn)場情況等給出指令進行防腐各環(huán)節(jié)的最優(yōu)控制，防腐質(zhì)量得到了大幅度的提高，真正實現(xiàn)了彎管聚乙烯復(fù)合帶防腐的機械化流水作業(yè)。同時對彎管防腐作業(yè)線的不斷進行升級改造及輔助工裝研制，使防腐作業(yè)線可以兼顧雙層環(huán)氧粉末外防腐工藝，研發(fā)了輔助的聚乙烯復(fù)合帶接帶機、彎管3PE防腐坡口機等設(shè)備，使該項技術(shù)全過程實現(xiàn)了機械化，更好的保證了彎管防腐質(zhì)量。

彎管3PE防腐過程分為拋丸除銹、一次加熱、環(huán)氧噴涂、行星式冷帶熱纏、二次加熱、水冷卻和坡口加工等工序，工藝流程圖如圖4所示，整個工藝流程與直管防腐的工序基本一致，關(guān)鍵工序均給出具體操作要求和質(zhì)檢要求，保證了防腐質(zhì)量的可靠性。

圖4 彎管3PE防腐工藝流程圖

3 機械式彎管3PE防腐性能優(yōu)勢

3.1 彎管3PE防腐質(zhì)量與其他防腐形式對比分析

彎管3PE防腐采用機械化作業(yè)方式，粉末噴涂和復(fù)合PE帶纏繞均采用機械化，大大減少了人工導(dǎo)致的質(zhì)量誤差，防腐層厚度更厚，可承受的檢漏電壓更高，剝離強度更高，與其他防腐形式對比優(yōu)勢非常明顯，見表1。

表1 彎管3PE防腐與熱縮套、雙環(huán)氧、冷纏帶防腐的基本對比

3.2 彎管3PE防腐與直管3PE防腐性能對比分析

彎管3PE防腐中國石油企業(yè)標準由四川油建公司主編，標準號為Q/SY GJX113—2010，標準名稱為埋地鋼制彎管聚乙烯復(fù)合帶防腐層技術(shù)標準，與直管3PE防腐標準GB/T 23257—2017《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》工藝過程類似，技術(shù)驗收指標基本相同，個別指標甚至超過GB 23257—2017標準要求。

1)防腐層厚度對比情況見表2，彎管3PE防腐層總厚度均按照直管3PE防腐加強級對標，環(huán)氧粉末層厚度和膠粘劑厚度也較直管更多，更好的保證彎管防腐質(zhì)量[5]。

表2 防腐層厚度對比

2)防腐層性能指標對比見表3，彎管3PE防腐層性能指標高于或等于直管3PE防腐層，對標三層結(jié)構(gòu)防腐層指標[6]，而且額外增加了復(fù)合帶剪切強度指標要求和環(huán)氧粉末固化度要求，熱水浸泡試驗的周期和指標要求都高于直管防腐要求。

表3 防腐層的性能指標對比

4 結(jié) 論

綜上所述，可以形成以下結(jié)論：

1)彎管傳統(tǒng)防腐方法存在著與目前廣泛使用的直管3PE防腐質(zhì)量不相匹配或工藝復(fù)雜的缺點。

2)彎管3PE防腐全過程為機械化作業(yè)，機械化程度優(yōu)于其他傳統(tǒng)防腐形式，防腐質(zhì)量可靠性更高。

3)彎管3PE防腐質(zhì)量與熱縮套防腐、雙環(huán)氧防腐和冷纏帶三種防腐方式對比，其質(zhì)量穩(wěn)定性、質(zhì)量指標等均優(yōu)于其他防腐形式。

4)彎管3PE防腐質(zhì)量與直管3PE防腐對比，其性能指標也優(yōu)于直管防腐標準，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，彎管防腐防腐與直管防腐同質(zhì)化，利于提高管道的整體防腐水平。