阿美石油平臺(tái)預(yù)制管線內(nèi)涂熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層應(yīng)用技術(shù)

程國(guó)東

（海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520）

中東油田的原油中含有2%的硫化物，這些硫化物會(huì)影響油氣管道的使用壽命。為了延長(zhǎng)使用壽命，通常的做法是在碳鋼管道內(nèi)表面堆焊鎳基合金或涂層。鎳基合金堆焊層具有較強(qiáng)的耐海水及油水混合物腐蝕性能，且碳鋼因加工性能優(yōu)良、價(jià)格低廉，在長(zhǎng)輸油氣管線、海洋平臺(tái)、油管、套管、鉆桿中應(yīng)用廣泛。因此，在海洋平臺(tái)上油氣和海水介質(zhì)中的管線，通常采用內(nèi)堆焊鎳基合金層的方式解決腐蝕問(wèn)題，但該方式的成本高[1-2]。

熔結(jié)環(huán)氧(FBE)粉末具有無(wú)揮發(fā)性有機(jī)物成分、與鋼材粘結(jié)力極佳、耐腐蝕能力強(qiáng)、耐溫性能較高等優(yōu)點(diǎn)[3]，目前主要應(yīng)用在船舶中輸送海水、污水、飲用水、油、惰性氣體的管道(國(guó)內(nèi)通常是指內(nèi)涂塑，粉末是環(huán)氧、改性酚醛或聚乙烯，通常采用無(wú)底漆單道涂層工藝)，而國(guó)外(包括中東、非洲及美國(guó)等)還較多地將其用于長(zhǎng)輸管線中，甚至海管也采用內(nèi)涂層施工，典型的案例是沙特3648項(xiàng)目。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)外涂層的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)、施工方法、涂層性能以及長(zhǎng)效防腐等關(guān)鍵指標(biāo)有著深入的關(guān)注和探討[4]，但是對(duì)內(nèi)涂層關(guān)注較少。相對(duì)于外涂層，內(nèi)涂層施工難度大、質(zhì)量難以控制，無(wú)法輔以陰極保護(hù)，尤其是油氣管線試車(chē)前清管球發(fā)射和回收對(duì)內(nèi)涂層影響極大，預(yù)制工藝管線內(nèi)涂層易出現(xiàn)腐蝕而失效，有必要進(jìn)行詳細(xì)的研究和探討，為石油天然氣行業(yè)、海洋平臺(tái)以及船舶等行業(yè)管線內(nèi)涂層質(zhì)量控制提供借鑒。

1 內(nèi)涂層標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

表1對(duì)阿美油氣管道內(nèi)涂層標(biāo)準(zhǔn)09-SAMSS-091Shop-Applied Internal FBE Coatings與國(guó)內(nèi)相應(yīng)的內(nèi)涂層標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0544-2016《石油鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)條件》、SY/T 0442-2018《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、SY/T 6717-2016《油管和套管內(nèi)涂層技術(shù)條件》、CB/T 3366-2018《鋼管涂塑技術(shù)要求》進(jìn)行了對(duì)比?？梢?jiàn)阿美石油內(nèi)涂層體系與石油鉆桿和油管套管體系類似，都具有底漆。研究表明，酚醛底漆和FBE涂層的環(huán)氧鍵結(jié)合可大大減少涂層在含氧氣氛中的腐蝕。在高溫和高壓下，酚醛底漆和FBE涂層體系具有抗CO2、H2S、CH4、鹽水和石油餾分的特性，從而確保了海上油田管線的使用壽命，包括噴砂等級(jí)、表面粗糙度、涂層厚度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等其他性能均高于鉆桿和油管套管涂層性能的要求，施工前注意將焊縫余高控制在1.5 mm以內(nèi)。

表1 阿美石油平臺(tái)管線內(nèi)涂FBE涂層標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比Table 1 Comparison between internal FBE coating standard for pipelines on Aramco’s oil platform and relevant domestic standards

2 涂層系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 涂層系統(tǒng)選擇

阿美石油標(biāo)準(zhǔn)下管線內(nèi)涂層材料和系統(tǒng)在阿美石油內(nèi)涂層標(biāo)準(zhǔn)SAES-H-002VApproved Saudi Aramco Data Sheets for Pipeline and Piping Coatings批準(zhǔn)的廠家和涂層系統(tǒng)中進(jìn)行選擇。從表2中可以看出，阿美石油平臺(tái)管線根據(jù)管線介質(zhì)來(lái)選擇內(nèi)涂層系統(tǒng)和修補(bǔ)涂層的厚度。

表2 阿美石油平臺(tái)管線內(nèi)涂FBE涂層系統(tǒng)和修補(bǔ)系統(tǒng)Table 2 FBE coating systems and repair systems for internal surfaces of pipelines on Aramco’s oil platform

2.2 粉末的性能要求

阿美石油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了粉末的密度、粒徑、膠化時(shí)間、熱特性、含水率等參數(shù)，表3為三大廠家的粉末參數(shù)。在施工中如3家提供的粉末參數(shù)不同于阿美石油標(biāo)準(zhǔn)，需重新按照要求進(jìn)行審批并做相應(yīng)的工藝評(píng)定以保證粉末滿足質(zhì)量要求，并且要求在施工中粉末回收率不能高于10%。

表3 阿美石油平臺(tái)管線內(nèi)涂FBE粉末的參數(shù)Table 3 Properties of internal FBE powders applicable on Aramco’s oil platform

3 預(yù)制管線內(nèi)涂層的施工

3.1 施工尺寸的限制

預(yù)制管線的斷管應(yīng)考慮以下原則：盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)焊接對(duì)接口；彎頭數(shù)量通常不能超過(guò)2個(gè)，具體數(shù)量和角度可根據(jù)管徑來(lái)調(diào)節(jié)，主管線帶的支管長(zhǎng)度需要根據(jù)廠家的生產(chǎn)能力、施工能力、加熱爐尺寸來(lái)確定，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管線安裝難度(斷管)定制加熱爐尺寸，圖1為典型的預(yù)制管線FBE施工尺寸限制簡(jiǎn)圖。

圖1 預(yù)制管線FBE施工限制簡(jiǎn)圖Figure 1 Diagram showing the restriction of internal FBE coating on prefabricated pipelines

3.2 施工工藝

如圖2所示，海洋平臺(tái)預(yù)制管線內(nèi)涂和長(zhǎng)輸油氣管線內(nèi)涂的主要區(qū)別在于預(yù)制管線帶有管件、支架，長(zhǎng)度及管徑不同，因此在施工工藝上完全不同(見(jiàn)表 4)。長(zhǎng)輸管線涂層的施工和檢驗(yàn)可機(jī)械化，施工效率高，施工質(zhì)量穩(wěn)定，但預(yù)制管線涂層施工很難機(jī)械化，多采用手工或半機(jī)械化噴涂，噴槍旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，施工過(guò)程很難保證質(zhì)量穩(wěn)定。

圖2 預(yù)制管線內(nèi)噴涂FBE施工工藝流程Figure 2 Process flow for spraying FBE on internal surfaces of prefabricated pipelines

表4 長(zhǎng)輸管線與石油平臺(tái)預(yù)制管線內(nèi)涂FBE涂層的區(qū)別Table 4 Differences between applications of FBE coatings on long-distance transmission pipelines and prefabricated pipelines of offshore oil platform

3.3 施工中的質(zhì)量控制

在涂層施工后，阿美石油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)預(yù)制管線內(nèi)涂層的厚度、漏涂點(diǎn)、附著力、彎曲強(qiáng)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等進(jìn)行測(cè)試。厚度測(cè)量按照SSPC PA 2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中采用如圖3所示的長(zhǎng)桿探頭。附著力從第一個(gè)產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)起，以每10個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)試一次的頻率采用劃格法進(jìn)行測(cè)試。漏涂點(diǎn)測(cè)試采用2 200 V電壓，以不超過(guò)30 cm/s的速度進(jìn)行測(cè)試，漏涂點(diǎn)測(cè)試頻率見(jiàn)表5。預(yù)制管線涂層彎曲測(cè)試在25 °C下進(jìn)行，每班一次。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度采用差熱分析法測(cè)定，每批2個(gè)伴隨試樣。

圖3 管線內(nèi)涂FBE膜厚儀Figure 3 Coating thickness gauge for measuring FBE coating on internal surface of pipeline

表5 阿美石油平臺(tái)預(yù)制管線FBE內(nèi)涂層漏涂點(diǎn)測(cè)試頻率Table 5 Test frequency of missed spots for FBE coatings on internal surfaces of prefabricated pipelines on Aramco’s oil platform

3.4 管線內(nèi)涂層的修補(bǔ)

修補(bǔ)材料應(yīng)采用原涂層系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的且經(jīng)過(guò)業(yè)主批準(zhǔn)的材料，表面處理應(yīng)噴砂處理至 Sa2.5級(jí)，修補(bǔ)區(qū)域需重新進(jìn)行測(cè)試，合格且無(wú)漏涂點(diǎn)方可接受。

4 FBE涂層的失效

預(yù)制管線內(nèi)涂層注重涂層失效的檢測(cè)。阿美海洋石油平臺(tái)的管線內(nèi)涂層防腐無(wú)陰極保護(hù)輔助，僅采用FBE內(nèi)涂層作為防腐控制措施，在應(yīng)用中一旦出現(xiàn)內(nèi)涂層因某些原因而出現(xiàn)剝落或漏涂點(diǎn)，很容易出現(xiàn)大陰極小陽(yáng)極的加速腐蝕過(guò)程。同時(shí)，阿美石油管線內(nèi)涂FBE不接受二次加熱，因此在施工過(guò)程中管線內(nèi)涂層的漏涂點(diǎn)和膜厚必須嚴(yán)格控制，保證滿足規(guī)格書(shū)的要求，杜絕返修。FBE涂層內(nèi)防腐的使用壽命在12 a左右，但是海洋石油平臺(tái)的設(shè)計(jì)壽命在20 a以上，因此需要注意更換工藝管線。