管道內(nèi)防腐技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張玉寶 王 強(qiáng) 斯琴圖雅

（黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

1 引言

在我國(guó)的石油、天然氣以及礦山開(kāi)采系統(tǒng)中，長(zhǎng)距離的輸送管道起著生命線的作用，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一根大動(dòng)脈。目前，石油、天然氣、成品油的輸送以及水煤灰、鹵水礦鹽等資源的輸送主要依靠長(zhǎng)距離的管道來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外城市地下管道也輸送著各種工業(yè)和民用物流，是城市發(fā)展的生命線，其內(nèi)部的輸送介質(zhì)和外部的土壤環(huán)境都無(wú)時(shí)無(wú)刻不對(duì)管材進(jìn)行著腐蝕。由于輸送介質(zhì)大多數(shù)為易燃、易爆、有毒的，一旦因腐蝕造成泄漏，不僅造成能源浪費(fèi)、環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重、而且將威脅人身和財(cái)產(chǎn)安全，因此在工程的建設(shè)中必須對(duì)管道的內(nèi)外防腐處理給與特別的重視。

在多年的生產(chǎn)運(yùn)行中，對(duì)鋪設(shè)的直埋式管道的外防腐采用涂敷涂層和外加電流陰極保護(hù)的方法基本抑制了外環(huán)境對(duì)管道外壁造成的腐蝕。由于內(nèi)腐蝕具有隱蔽性，往往被人們忽視了它的存在。其實(shí)，輸送介質(zhì)的特殊性對(duì)鋼管內(nèi)壁造成的腐蝕也是相當(dāng)嚴(yán)重的，有時(shí)甚至超過(guò)了外腐蝕。據(jù)調(diào)查，目前總腐蝕穿孔量的90%都來(lái)自管線的內(nèi)壁的腐蝕[1]。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，新型材料如耐熱、耐壓、耐腐蝕、耐老化塑料以及高強(qiáng)度復(fù)合材料等開(kāi)始大量投入使用，防腐、防垢技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。目前，國(guó)內(nèi)外管道內(nèi)防腐技術(shù)主要集中在兩個(gè)方面：一個(gè)是管道內(nèi)涂層技術(shù)，二是管道襯塑技術(shù)[2]。

2 管道內(nèi)涂層防腐技術(shù)

關(guān)于涂層技術(shù)在國(guó)內(nèi)有很多報(bào)道，我國(guó)常用的管道內(nèi)涂層防腐技術(shù)有：水泥砂漿內(nèi)襯里技術(shù)；水性帶銹復(fù)合防銹涂料內(nèi)涂技術(shù)；玻璃鋼管道內(nèi)襯技術(shù)；H87 內(nèi)防腐技術(shù)；玻璃鱗片漆內(nèi)防腐技術(shù)；環(huán)氧粉末內(nèi)防腐技術(shù)；涂塑鋼管等。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是涂敷層法，此法容易實(shí)施，具有比較完備的整套實(shí)施方案和檢測(cè)手段（如內(nèi)窺儀），涂敷手段也上升到機(jī)器人操作的水平，業(yè)界同仁也發(fā)明了很好的涂料。但是當(dāng)管道的內(nèi)涂層為有機(jī)涂層、無(wú)機(jī)涂層或聚合物內(nèi)襯時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施焊的高溫會(huì)使焊縫兩側(cè)附近的涂層或內(nèi)襯因燒焦而脫落，使管道失去保護(hù)作用。為保證管道焊口部位的抗腐蝕性能，必須采取焊后內(nèi)補(bǔ)口或其他工藝措施，解決管道接頭的連接與防護(hù)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)內(nèi)涂層管道連接接頭的防護(hù)技術(shù)主要有以下幾種：自動(dòng)補(bǔ)口機(jī)法；無(wú)焊承插壓接法；無(wú)焊外套筒壓接法；螺紋連接法；內(nèi)襯保護(hù)套管焊接法；記憶合金熱膨脹法；記憶合金熱收縮套法；不銹鋼接頭法；無(wú)內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)等，這些方法都在某些方面存在局限性。目前解決涂層管道現(xiàn)場(chǎng)接口的防腐處理方法中用到的形狀記憶功能產(chǎn)品只有形狀記憶性合金，但它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝備的要求很高且對(duì)裝備質(zhì)量依賴性很大，難以保證接頭補(bǔ)口的可靠性。形狀記憶合金費(fèi)用非常昂貴，使一些工程因造價(jià)高的原因望而怯步。此技術(shù)只能停留在理論和實(shí)驗(yàn)室階段，無(wú)法大量應(yīng)用。

筆者負(fù)責(zé)研究的項(xiàng)目輻射交聯(lián)聚乙烯熱膨脹內(nèi)襯管，是一種把聚乙烯管經(jīng)過(guò)輻射交聯(lián)，加熱后軸向拉伸使管徑變細(xì)后冷卻定型，將取向了的分子結(jié)構(gòu)凍結(jié)下來(lái)，使之具有記憶效應(yīng)，當(dāng)再次加熱到拉伸取向溫度時(shí)，被凍結(jié)了的取向結(jié)構(gòu)被解凍，在沒(méi)有外力作用時(shí)，這種分子結(jié)構(gòu)開(kāi)始恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，在宏觀上表現(xiàn)為:管子發(fā)生軸向收縮而徑向膨脹變形,從而緊密地接合于管道內(nèi)壁上，實(shí)現(xiàn)管道襯塑。如果將熱膨脹內(nèi)襯管外壁涂上熱熔膠，就賦予了它防腐密封的功能，可以解決小口徑管道內(nèi)涂層現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口的問(wèn)題，用此法取代記憶合金套等方法，前景相當(dāng)不錯(cuò)。

3 管道襯塑技術(shù)

關(guān)于管道襯塑技術(shù)在國(guó)內(nèi)也有很多報(bào)道，主要是非開(kāi)挖襯塑修復(fù)技術(shù)。非開(kāi)挖舊管道修復(fù)技術(shù)是減少工業(yè)投資、降低成本，延長(zhǎng)管線壽命的革命性技術(shù)。傳統(tǒng)的管道修復(fù)技術(shù)多為對(duì)舊的管道開(kāi)挖維修或報(bào)廢后取出原管道重新鋪設(shè)新管道。隨著城市建設(shè)步伐，市區(qū)道路普遍拓寬，各類住宅樓房逐年增多，甚至部分樓房建設(shè)于管道之上，周圍環(huán)境發(fā)生較大變化，造成管線周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，使運(yùn)營(yíng)的管線經(jīng)常發(fā)生泄漏。如果在建筑物下發(fā)生泄漏處理起來(lái)非常困難，所以非開(kāi)挖技術(shù)就有了大展身手的機(jī)遇。在國(guó)外，非開(kāi)挖穿插高密度聚乙烯管防腐技術(shù)已在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家成功應(yīng)用于油氣田、市政工程的各種管道中。該技術(shù)已有20年的歷史，有幾千公里的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。在國(guó)內(nèi)，雖然剛剛起步，但發(fā)展速度很快。非開(kāi)挖穿插高密度聚乙烯管已成功地在部分油田和城市供熱管線中和電廠供熱管線中應(yīng)用，打開(kāi)了管線修復(fù)和防腐技術(shù)的新領(lǐng)域，已有近百公里的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)已有的內(nèi)襯管道方法主要是英國(guó)氣體公司所發(fā)明的專利，其主要思想是：將一節(jié)大于要襯管道內(nèi)徑且具有保持復(fù)原力的塑性材料制成的管拉過(guò)一個(gè)型?；驖L輪時(shí)其外徑減少15%并拉入要襯的管道，利用對(duì)材料施力產(chǎn)生彈性變形，使它具有短暫記憶效應(yīng)，待撤掉拉力后管道自然恢復(fù)脹徑與管道內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)緊密貼合[10]。在惠州市成達(dá)膠管制品有限公司專利中所述技術(shù):用發(fā)生了分子接枝的高密度聚乙烯材料制成的薄壁軟管，在薄壁軟管外壁復(fù)合了熱熔膠，靠水解交聯(lián)反應(yīng)后使管交聯(lián)變硬，靠熱熔膠結(jié)合于管道內(nèi)壁[11]。大慶油田建設(shè)集團(tuán)的實(shí)用新型專利所述內(nèi)容：用水作為動(dòng)力將塑膜管牽進(jìn)管道，靠膠粘結(jié)合與管道內(nèi)壁上[12]。在東營(yíng)勝邦塑膠有限公司專利中所述技術(shù)：使PE 管通過(guò)多U型管技術(shù)，將外徑大于鋼管內(nèi)徑PE 管縮徑后牽入鋼管內(nèi)，恢復(fù)后過(guò)盈配合于鋼管內(nèi)壁上[13]，從而實(shí)現(xiàn)襯塑目的，U型管法最早是法國(guó)技術(shù)。大慶石油學(xué)院文獻(xiàn)所涉及的內(nèi)襯管沒(méi)有進(jìn)行過(guò)交聯(lián)改性，也沒(méi)有進(jìn)行過(guò)軸向拉伸。它只是將薄的聚乙烯管材進(jìn)行壓匾處理后直接使用，使用時(shí)用氣脹方法復(fù)原管材。

筆者所研究的輻射交聯(lián)聚乙烯熱膨脹管已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利，該管是一種把聚乙烯管經(jīng)過(guò)輻射交聯(lián)，利用輻射交聯(lián)后聚乙烯管的形狀記憶功能，進(jìn)行軸向定徑拉伸使直徑變小制成有熱膨脹功能的內(nèi)襯管。輻射交聯(lián)聚乙烯管加熱后拉伸徑向變細(xì)，在室溫下是永久性變形而非彈性變形，再次加熱后徑向可膨脹，徑向膨脹率：5%～10%，從而緊密地接合于管道內(nèi)壁上，可實(shí)現(xiàn)管道襯塑的一種功能性產(chǎn)品。已有專利方法與本項(xiàng)研究的方法相近的只有英國(guó)氣體公司。但是英國(guó)氣體公司的方法必須借助大型機(jī)械設(shè)備，需要很大的力對(duì)未加熱到熔融狀態(tài)的非交聯(lián)管材進(jìn)行拉伸，拉伸力必須在屈服強(qiáng)度一半的范圍之內(nèi)，使其彈性變形。而本項(xiàng)研究對(duì)輻射交聯(lián)的管材軸向拉伸是在加熱狀態(tài)下進(jìn)行的，不需要很大的力，徑向變細(xì)在室溫下是永久性變形；英國(guó)氣體公司的方法必須在線應(yīng)用，而本項(xiàng)目所研究的熱膨脹內(nèi)襯管產(chǎn)品可以預(yù)制后使用。輻射交聯(lián)聚乙烯熱膨脹管可以用在鋪設(shè)新管道時(shí)可用于管道內(nèi)防腐和涂層管道現(xiàn)場(chǎng)接口內(nèi)防腐。也可以應(yīng)用于舊管道改造，包括石油、天然氣、煤氣、供水和供熱等管線以及腐蝕性材料的輸送管道。

4 發(fā)展趨勢(shì)

在管道內(nèi)防腐領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是涂敷層法，此法容易實(shí)施，成本低，比較適合我國(guó)國(guó)情。同時(shí)涂層技術(shù)有比較完備的整套實(shí)施方案和檢測(cè)手段（如內(nèi)窺儀），涂敷手段已上升到機(jī)器人操作的水平。此外，張?zhí)涨宓葘㈥帢O保護(hù)技術(shù)也應(yīng)用到了管道內(nèi)壁防腐[15]，使管道內(nèi)防腐如虎添翼。

但是，在國(guó)外襯塑技術(shù)更是以新的姿態(tài)而崛起，這是因?yàn)橐r塑比涂層有如下優(yōu)點(diǎn)：襯塑對(duì)金屬完全均勻的覆蓋；襯塑對(duì)管道內(nèi)表面凈化要求不像涂層與凈化處理質(zhì)量具有直接的相關(guān)性；襯塑對(duì)管道的振動(dòng)、沖擊比涂層敏感性小，不斷裂剝落。更凸出的特點(diǎn)是襯塑管道可承受高壓又能抵抗各種介質(zhì)的腐蝕[2]，所以襯塑技術(shù)將占據(jù)管道內(nèi)防腐領(lǐng)域的相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。如果將襯塑技術(shù)與陰極電流保護(hù)技術(shù)很好的結(jié)合在一起，管道內(nèi)防腐技術(shù)將走上一個(gè)新的里程碑。

[1]宋揚(yáng),牛守臣.管道內(nèi)腐蝕及控制方法[C].中國(guó)國(guó)際腐蝕控制大會(huì)論文集,2002.

[2]趙芳璧,張宏偉.鋼管道襯塑內(nèi)防腐技術(shù)[J].油氣田地面工.