埋地鋼質(zhì)管道外防腐層的選擇及運(yùn)用

張鵬飛

（四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川成都 610000）

氣田埋地鋼管的埋地時(shí)間長，在土質(zhì)、水分、外力等因素的影響下，管道外層易出現(xiàn)老化、剝離、脫落等情況，繼而造成腐蝕穿孔，甚至是油氣泄漏[1]。我國的氣田中，多數(shù)埋地鋼管的運(yùn)營時(shí)間超過10年，必須加強(qiáng)檢測和評(píng)價(jià)，必要時(shí)進(jìn)行加固處理。本文結(jié)合實(shí)踐，探討了埋地鋼管常用的外防腐方案。

1 埋地鋼質(zhì)管道外防腐層的性能要求

1.1 絕緣性

埋地鋼質(zhì)管道的絕緣性，要求絕緣電阻低于10 000Ω/m2。在實(shí)際工程中，可以采用擊穿電壓測試，來測試防腐保護(hù)層的絕緣性能。

1.2 黏結(jié)性

防腐保護(hù)層黏附在鋼質(zhì)管道外表面，因此要具有良好的粘結(jié)能力，能提高抗腐蝕性能。以3PE防腐保護(hù)層為例，PE層的內(nèi)聚力高于黏結(jié)力，可降低覆蓋層的抗陰極剝離性能，利用熔結(jié)環(huán)氧粉末層進(jìn)行防腐。尤其是在管道的連接節(jié)點(diǎn)，要具有良好的黏結(jié)性能，提高管道的密封性，防止外界腐蝕介質(zhì)接觸管道表面。

1.3 抗機(jī)械損傷性

埋地鋼質(zhì)管道的損傷，主要是兩個(gè)原因造成的，一是機(jī)械損傷，二是環(huán)境腐蝕，其中機(jī)械損傷占比更大[2]。因此，管道外防腐層要具有抗機(jī)械損傷性能，能抵抗人為、吊裝、運(yùn)輸?shù)纫蛩匾鸬膿p傷。

1.4 環(huán)境穩(wěn)定性

埋地鋼質(zhì)管道的環(huán)境穩(wěn)定性，就是管道在外界溫度、濕度、腐蝕介質(zhì)的影響下，依然保持物理力學(xué)性能的特點(diǎn)。例如，管道穿越沙漠地區(qū)，在夏季地表溫度超過60℃，會(huì)導(dǎo)致熱熔膠、聚乙烯等材質(zhì)發(fā)生軟化、變形，繼而失去防腐性能。提高外防腐層的環(huán)境穩(wěn)定性，能延長鋼質(zhì)管道的使用壽命，降低維護(hù)成本。

2 埋地鋼質(zhì)管道外防腐層的常見方案

2.1 石油瀝青防腐保護(hù)層

該防腐保護(hù)層是石油瀝青、玻璃纖維布構(gòu)成的，是最為常見的管道外覆蓋保護(hù)材料。其中，石油瀝青原料容易獲取，工藝技術(shù)成熟，且成本造價(jià)低廉。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，石油瀝青防腐保護(hù)層的優(yōu)點(diǎn)是：①吸水率大；②耐溫性能好，溫度在-20～70℃；③適用范圍廣泛，使用年限長達(dá)10～20a。缺點(diǎn)是容易老化，植物根系會(huì)造成破壞。在過去，石油瀝青防腐保護(hù)層常用在輸油管道中，隨著運(yùn)營時(shí)間延長，管道腐蝕情況嚴(yán)重，因此目前應(yīng)用較少。

2.2 煤焦油瓷漆防腐保護(hù)層

該防腐保護(hù)層，是對(duì)煤焦油進(jìn)行分餾后，得到煤瀝青、重餾分，然后加入填料、粉煤形成復(fù)合物。由于化學(xué)性質(zhì)特殊，和石油瀝青相比，優(yōu)點(diǎn)是：①分子結(jié)構(gòu)更緊湊，化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，能抵擋土壤中的化學(xué)物質(zhì)侵蝕；②黏結(jié)性、絕緣性良好；③吸水率低，不會(huì)被植物根系破壞；④在-25～80℃，使用年限達(dá)到60a。缺點(diǎn)則是煤焦油瓷漆具有毒性、煙氣揮發(fā)性，隨著涂層技術(shù)的進(jìn)步，改性涂層的適應(yīng)性更好。

2.3 環(huán)氧煤瀝青防腐保護(hù)層

該防腐保護(hù)層由環(huán)氧樹脂、固化劑、煤焦油、瀝青等組成，防腐性能介于石油瀝青、煤焦油瓷漆之間，適用于-20℃～100℃，例如供水、石油輸送。但是，隨著環(huán)保要求提高，環(huán)氧煤瀝青防腐保護(hù)層的應(yīng)用受到限制。

2.4 聚乙烯膠帶防腐保護(hù)層

該防腐保護(hù)層由聚乙烯基材、膠層兩個(gè)部分組成，優(yōu)點(diǎn)是：①機(jī)械強(qiáng)度高，黏結(jié)密封性強(qiáng)；②耐水性、抗氧化性高，適用于-30～80℃；③施工方便，不會(huì)造成污染。缺點(diǎn)則是對(duì)土層應(yīng)力的抵抗能力弱，由于搭接縫長，處理不好容易導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)進(jìn)入搭接縫。

2.5 2PE/3PE防腐保護(hù)層

2PE防腐保護(hù)層，第一層是膠黏劑，第二層是聚乙烯，廣泛應(yīng)用在油田管道中。該保護(hù)層的優(yōu)點(diǎn)是：①抗沖擊能力強(qiáng)，耐化學(xué)介質(zhì)侵蝕；②水汽滲透率低，絕緣電阻高；③使用壽命長。近年來，使用防腐的石油瀝青材料，代替原來的膠層，具有瀝青防腐功能，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)的效果。

3PE防腐保護(hù)層，是2PE防腐保護(hù)層的升級(jí)，第一層是環(huán)氧涂料，第二層是改性膠黏劑，第三層是聚乙烯[3]。其中，聚乙烯不能和管道黏結(jié)，可使用熱熔工藝，但是黏結(jié)效果不好，對(duì)此可以加入熔結(jié)環(huán)氧粉末。3PE防腐保護(hù)層的優(yōu)點(diǎn)是：①機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)；②能抵抗水的侵蝕，抵抗植物根系穿透；③適用范圍廣，在碎石土壤、石方、高含水量土壤、植物根系發(fā)達(dá)的地區(qū)均能使用；④使用壽命較長，研究稱可達(dá)50a。缺點(diǎn)則是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，造價(jià)較高。

3 埋地鋼質(zhì)管道外防腐層的運(yùn)用原則

選擇埋地鋼質(zhì)管道的外防腐層時(shí)，應(yīng)該結(jié)合工程實(shí)際情況，綜合分析管道使用壽命、運(yùn)行參數(shù)、外界環(huán)境、施工工藝等，滿足以下三個(gè)原則。

3.1 經(jīng)濟(jì)適用

埋地鋼質(zhì)管道處于不同的環(huán)境中，要采用不同的防腐技術(shù)，既滿足地形、土質(zhì)的要求，又能降低工藝成本，確保管線在運(yùn)行過程中，能降低前期投入，減少后期維修管理產(chǎn)生的費(fèi)用。

3.2 技術(shù)可靠

埋地鋼質(zhì)管道的外防腐層，基礎(chǔ)性能指標(biāo)有黏結(jié)性、抗水性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、抗土壤應(yīng)力、陰極保護(hù)性能等[4]。具體施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合自然環(huán)境，分析不良地質(zhì)條件下的指標(biāo)可靠性，避免出現(xiàn)腐蝕、穿孔、老化等問題。

3.3 施工簡單

在滿足經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，要保證施工簡單，因?yàn)楣艿谰€路距離長，期間需要吊裝、運(yùn)輸、組裝等，很容易出現(xiàn)碰撞。采用簡單的施工工藝，尤其是補(bǔ)口工藝，能提高施工效率和效益。

4 四川氣田埋地鋼質(zhì)管道外防腐層的運(yùn)用實(shí)踐

4.1 工程背景

截止2008年，四川油氣田探明天然氣出量1.72萬億m3，在全國占比26.8%，居于第2位；遠(yuǎn)景資源總量7.19萬億m3，在全國占比12.8%，居于第3位。依托于油氣田資源，四川成為我國最大的天然氣工業(yè)基地，從2004年起實(shí)施“川氣出川”項(xiàng)目，向湖南、湖北兩省供應(yīng)天然氣；2010年普光氣田正式投產(chǎn)，實(shí)施“川氣東送”項(xiàng)目。以四川某氣田為例，埋地鋼質(zhì)管道的外防腐層設(shè)計(jì)，綜合考慮輸出溫度、地形特征、涂層預(yù)制和修補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)性、管道生產(chǎn)方式、人文條件等，最終采用100%固化聚氨酯防腐涂料。

4.2 涂料性能

100%固化聚氨酯防腐涂料，是由多元醇化合物、異氰酸酯溶液組合而成，并加入適量樹脂調(diào)節(jié)黏結(jié)性，主要用在化工設(shè)備、石油運(yùn)輸管道、海上作業(yè)設(shè)備中，具有良好的外層防腐蝕效果。具體施工中，性能優(yōu)點(diǎn)如下：①可以采用噴涂、澆注、涂刷等多種形式，既可作為彈性體的覆蓋層，也可作為剛性體的覆蓋層。②涂料在鋼質(zhì)管道表層，其內(nèi)部化學(xué)鍵相互交聯(lián)，具有較高的密度和硬度，能夠增強(qiáng)防潮、抗腐蝕能力。③具有良好韌性，能有效抵御外界沖擊。④施工中一次成膜，厚度超過1.2mm，在109℃以下的環(huán)境中均能發(fā)揮出防腐性能[5]。

4.3 成本優(yōu)勢

樹脂的性能直接影響防腐涂料性能，100%固化聚氨酯防腐涂料的綜合道的黏結(jié)能力強(qiáng)。和環(huán)氧樹脂相比，聚氨酯的耐候性更好，耐油性優(yōu)于環(huán)氧樹脂，但耐堿性稍差。結(jié)合工程實(shí)際，即使處于低溫環(huán)境中，聚氨酯也能維持良好的性能。從成本角度來看，相比于環(huán)氧粉末、3PE防腐保護(hù)涂料等，100%固化聚氨酯防腐涂料的成本更低，有利于降低前期投入成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

綜上所述，氣田生產(chǎn)過程中，要想保證鋼質(zhì)管道運(yùn)輸?shù)陌踩?，就必須做好防腐工作。分析可知，外防腐層要滿足絕緣性、黏結(jié)性、抗機(jī)械損傷性、環(huán)境穩(wěn)定性的要求，遵循經(jīng)濟(jì)適用、技術(shù)可靠、施工簡單的原則。文章以石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青、聚乙烯膠帶、2PE/3PE防腐保護(hù)層為例，介紹了實(shí)際應(yīng)用情況，希望氣田企業(yè)合理選擇。