油氣管道內(nèi)防腐涂層性能研究

張 鵬 ， 趙國(guó)仙 ， 畢宗岳 ， 李鴻斌 ， 王 軍 ， 趙 勇

（1.西安石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安710065；2.國(guó)家石油天然氣管材工程技術(shù)研究中心，陜西 寶雞721008；3.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司 鋼管研究院，陜西 寶雞721008）

0 前 言

隨著能源市場(chǎng)需求的激增，管道輸送事業(yè)發(fā)展迅速，全世界建成了許多大型供氣系統(tǒng)和輸油管網(wǎng)。然而，腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素［1-4］。我國(guó)的地下油氣管線投產(chǎn)l～2年后即發(fā)生腐蝕穿孔的情況屢見不鮮，它不僅造成因穿孔而引起的油、氣泄漏損失，以及由于維修所帶來的材料、人力上的浪費(fèi)和停工停產(chǎn)造成的損失，而且還可能因腐蝕引起火災(zāi)事故［5-7］。從腐蝕發(fā)生的原因分析，油氣管道腐蝕與外界環(huán)境條件、管道本身材料和防腐措施有關(guān)［2-6］。

油氣管道防腐措施包括正確選用耐腐蝕材料、合理的防腐設(shè)計(jì)、電化學(xué)保護(hù)、介質(zhì)處理、金屬表面覆蓋層等，其中采用各類涂層將管道內(nèi)外表面與介質(zhì)隔離開，是目前最為普遍采用的防腐蝕措施［8］。涂層能夠阻擋腐蝕介質(zhì)到達(dá)金屬/涂層界面，但當(dāng)水、介質(zhì)離子滲透到金屬界面時(shí)會(huì)導(dǎo)致涂層附著力的下降和膜下腐蝕的發(fā)生。近年來我國(guó)管道防腐技術(shù)發(fā)展很快，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尚存在不少問題，如涂層質(zhì)量不穩(wěn)定、成本高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力、跟蹤檢測(cè)技術(shù)落后、管道剩余壽命評(píng)估技術(shù)落后、補(bǔ)口技術(shù)落后等［9-15］。為了研究服役管道內(nèi)涂層的性能，本研究對(duì)服役6年的某管道涂層進(jìn)行了性能檢測(cè)評(píng)價(jià)，以期為石油管道的涂層防護(hù)提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的材料、規(guī)格及生產(chǎn)廠家見表1。

表1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)用儀器設(shè)備見表2。

表2 試驗(yàn)用主要設(shè)備

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 內(nèi)涂層外觀檢測(cè)

采用涂層測(cè)厚儀對(duì)服役鋼管內(nèi)涂層進(jìn)行多次測(cè)量，得出涂層厚度平均值為88.45 μm。對(duì)內(nèi)涂層進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)服役后內(nèi)涂層總體來說外觀較好。涂層表面色澤鮮亮，涂層完整性較好，無大面積脫落，只有局部存在部分缺陷，如流掛、鼓泡、螺旋線、破損、劃傷以及機(jī)械損傷等。圖1為內(nèi)涂層外觀照片。

2.1.2 附著力檢測(cè)

內(nèi)涂層附著力試驗(yàn)以SY/T 6530—2002附錄D為參照的標(biāo)準(zhǔn)。圖2為試驗(yàn)照片。將塑料膠帶從涂層表面揭去后，225個(gè)方塊涂層網(wǎng)格未出現(xiàn)任何剝離現(xiàn)象，表明該涂層經(jīng)服役后附著力仍然符合標(biāo)準(zhǔn)要求，附著力良好。

圖2 內(nèi)涂層附著力試驗(yàn)

2.1.3 剝離試驗(yàn)

內(nèi)涂層剝離試驗(yàn)以SY/T 6530—2002附錄C為參照的標(biāo)準(zhǔn)。圖3為內(nèi)涂層剝離試驗(yàn)照片，試驗(yàn)結(jié)果表明，該內(nèi)涂層服役后抗剝離性較好，涂層很難被刮去，只有小片剝落，且剝落片為粉狀顆粒，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，抗剝離性良好。

圖3 內(nèi)涂層剝離試驗(yàn)照片

2.1.4 磨損試驗(yàn)

按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM D968—1993對(duì)內(nèi)涂層進(jìn)行了耐磨性試驗(yàn)。對(duì)涂層試片的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行耐磨性計(jì)算，

式中：V—磨損所耗用的沙子體積，L（保留一位小數(shù)）；

T—覆蓋層厚度， mil（1 mil=25.4×10-6m，保留一位小數(shù)）。

經(jīng)計(jì)算得A=34.7 L/mil（大于標(biāo)準(zhǔn)要求的23 L/mil），符合標(biāo)準(zhǔn)要求。圖4為涂層磨損性能曲線，由圖4可以看出，涂層開始的耐磨性較好，磨損所耗用的沙子體積為60 L，即占總用沙量的一半時(shí)，涂層的厚度減少還不是很明顯，而在之后隨著用沙量的增加，涂層厚度快速減少。

圖4 內(nèi)涂層磨損性能曲線

2.1.5 柔韌性試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D522，選用彎曲直徑13 mm對(duì)內(nèi)涂層試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，結(jié)果涂層在彎曲處有剝落、開裂現(xiàn)象，說明該涂層經(jīng)服役后抗變形性相對(duì)較差。圖5為內(nèi)涂層柔韌性能試驗(yàn)照片。

圖5 內(nèi)涂層柔韌性能試驗(yàn)照片

2.1.6 水浸泡試驗(yàn)

將3塊涂層試樣經(jīng)過飽和CaCO3蒸餾水溶液浸泡21天后，原本3個(gè)表面光滑的試樣，表面均出現(xiàn)了密密麻麻的小鼓泡，如圖6所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，該涂層水浸泡試驗(yàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，說明該涂層在實(shí)際服役環(huán)境下，受到傳輸介質(zhì)的影響較大。

圖6 浸泡后涂層鼓泡照片

2.1.7 水與甲醇混合液浸泡試驗(yàn)

將3個(gè)試樣經(jīng)過5天的混合液浸泡后，試樣涂層表面光滑，無鼓泡現(xiàn)象，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。圖7為水與甲醇混合液的浸泡試驗(yàn)照片。

2.1.8 鹽霧試驗(yàn)

參照鹽霧試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將3個(gè)試樣放入鹽霧箱內(nèi)，400 h后發(fā)現(xiàn)3個(gè)試樣涂層表面均出現(xiàn)了鼓泡現(xiàn)象。

說明該涂層在實(shí)際的服役環(huán)境下，長(zhǎng)期受到輸送介質(zhì)以及服役溫度等的影響，使得涂層性能劣化，耐蝕性較差，如圖8所示。

圖7 水與甲醇混合液的浸泡試驗(yàn)照片

圖8 鹽霧試驗(yàn)后試樣照片

2.1.9 水壓鼓泡試驗(yàn)

內(nèi)涂層水壓鼓泡試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T6530—2002附錄F，圖9為涂層水壓鼓泡試驗(yàn)照片。試驗(yàn)后試樣涂層表面光滑，無任何鼓泡現(xiàn)象，水壓鼓泡試驗(yàn)合格，說明服役后涂層耐水壓性能良好。

圖9 水壓鼓泡試驗(yàn)后試樣照片

2.1.10 氣壓鼓泡試驗(yàn)

參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6530—2002附錄E進(jìn)行內(nèi)涂層氣壓試驗(yàn)，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)在2號(hào)試樣劃痕處有一個(gè)鼓泡，直徑約1.5 mm，其他部位表面光滑未發(fā)現(xiàn)鼓泡。由此可知，涂層經(jīng)服役后耐氣壓性能還存在一定問題，特別是對(duì)于涂層表面劃傷部位，容易因氣壓較高而引起鼓泡，對(duì)于涂層壽命存在一定的隱患。圖10為氣壓鼓泡試驗(yàn)照片。

2.2 結(jié)果討論

通過以上的內(nèi)涂層試驗(yàn)研究可以看出，該管道內(nèi)涂層大部分性能都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，只有部分性能較差。以上試驗(yàn)的結(jié)果總結(jié)見表3。

圖10 氣壓鼓泡試驗(yàn)后試樣照片

表3 某在役管道內(nèi)涂層檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié) 論

（1）某服役6年后的管道內(nèi)涂層整體完整性較好。

（2）該涂層經(jīng)服役后附著力仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，附著力良好，抗剝離性良好。

（3）該涂層經(jīng)服役后抗變形性較差，柔韌性試驗(yàn)出現(xiàn)剝落、開裂現(xiàn)象。

（4）該涂層服役后經(jīng)鹽霧試驗(yàn)和水浸泡試驗(yàn)，涂層出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。

［1］張?jiān)蚂o，劉偉，李彤民.管道防腐保溫技術(shù)綜述［J］.腐蝕與防護(hù)，2001（02）：34-38.

［2］張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［3］原國(guó)強(qiáng)，趙經(jīng)濤.淺談埋地燃?xì)夤艿赖母g原因及解決途徑［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2006（06）：23-24.

［4］趙力成.埋地金屬管道的防腐措施［J］.油氣田地面工程，2007，26（10）：46-48.

［5］楊赫，劉彥禮.近年我國(guó)油氣管道防腐技術(shù)的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程師，2008（02）：28-31.

［6］王長(zhǎng)宏.油氣管道的防腐及其應(yīng)用［J］.機(jī)械，2011，38（增刊）：39-40.

［7］高瑾，米琪.防腐蝕工程師必讀叢書：防腐蝕涂料與涂裝［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2007.

［8］李安軍，張智亮.輸油管道防腐新技術(shù)［J］.化工裝備技術(shù)，2008，29（01）：73-75.

［9］石仁委，龍媛媛.油氣管道防腐蝕工程［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2008.

［10］廖宇平，李志勇.長(zhǎng)輸管道外防腐層的應(yīng)用與存在的問題［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（04）：36-39.

［11］胡士信.國(guó)內(nèi)管道防腐層技術(shù)現(xiàn)狀及差距［J］.防腐保溫技術(shù)，2005，13（01）：1-6.

［12］楊曉鴻.天然氣管道雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐體系的應(yīng)用［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（01）：43-46.

［13］許莉莉.新型石油天然氣管道內(nèi)壁防腐涂料［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2009，12（10）：15-16.

［14］黃本生，王兆坤.油氣集輸管道內(nèi)涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2012，24（04）：345-348.

［15］夏志，梁靜華，趙麗英.原油輸送管道內(nèi)涂層防結(jié)蠟問題研究［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（06）：28-30.