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      淺談沙漠地區(qū)管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口

      2013-12-23 03:59:04張賢波李康銳
      天然氣與石油 2013年2期
      關(guān)鍵詞:補(bǔ)口風(fēng)沙防腐

      李 凱 張賢波 李康銳 曹 宏 劉 宵

      1.西安石油大學(xué),陜西 西安 710065;

      2.中國石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部,新疆 庫爾勒 841000

      0 前言

      位于塔克拉瑪干沙漠中央位置的某油田,自1996 年投入開發(fā)以來,至今已有各種油、氣、水管道300 余條,油田產(chǎn)出水礦化度高(90 000 mg/L),以(K++Na+)Cl-離子為主,油、氣、水、硫化氫等多相流腐蝕介質(zhì)共存,大部分為CaCl2型水,主要腐蝕因素為CO2、H2S、Cl-。這些腐蝕性物質(zhì)易導(dǎo)致集輸管道內(nèi)銹蝕,進(jìn)而造成穿孔、泄漏等事故,帶來生產(chǎn)停止、環(huán)境污染等問題。 此外,腐蝕性物質(zhì)還使鋼管內(nèi)壁表面粗糙,增加運(yùn)營費(fèi)用,造成數(shù)億的損失。

      隨著全球能源危機(jī)的凸顯及人們環(huán)保意識的增強(qiáng),輸油、氣鋼質(zhì)管道的內(nèi)外保護(hù)越來越受到重視。 目前,外防腐技術(shù)已相對較成熟[1],管道內(nèi)防腐施工技術(shù),尤其是內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè)的開發(fā)與應(yīng)用顯得日益重要。2008 年,該油田更換了3#、4# 生產(chǎn)匯管,并進(jìn)行了全線內(nèi)防腐作業(yè)。 但從2010 年起,管線開始在焊縫處頻繁刺漏,目前已累計發(fā)生刺漏80 余次。 經(jīng)判斷,其原因在于當(dāng)時的內(nèi)防腐補(bǔ)口工藝存在缺陷,管線內(nèi)補(bǔ)口處工藝質(zhì)量不高,由此造成局部腐蝕,嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。

      1 管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口

      管道內(nèi)防腐需分單根預(yù)制和現(xiàn)場補(bǔ)口兩個步驟進(jìn)行。 隨著中國無溶劑涂料等技術(shù)的進(jìn)步,單根預(yù)制階段的產(chǎn)品質(zhì)量已基本可以滿足各類輸送介質(zhì)條件的耐腐蝕要求,且預(yù)制生產(chǎn)也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動化操作;但現(xiàn)場補(bǔ)口工藝目前還存在一些缺陷,成了管道內(nèi)防腐市場發(fā)展的瓶頸。

      1.1 工作原理

      管道內(nèi)噴涂主要由管道內(nèi)噴涂車完成, 其分為行走、供料、旋噴和控制四部分。 內(nèi)噴涂車工作時以220 V交流電作動力源,在管道內(nèi)沿正反兩個方向爬行,其平地最大爬行深度為30 m;工作時所有操作指令均通過控制箱上的按鍵來完成,操作人員可直觀、準(zhǔn)確、方便地進(jìn)行操作。 內(nèi)噴涂車供料系統(tǒng)由料倉和料泵組成,料倉內(nèi)的涂料通過電機(jī)帶動的齒輪泵被打入旋杯內(nèi),旋噴電機(jī)以>20 000 r/min 的旋噴轉(zhuǎn)速, 使旋杯內(nèi)涂料在強(qiáng)離心力的作用下高效率霧化,均勻噴涂在鋼管內(nèi)表面上,形成優(yōu)良的防腐層。

      1.2 作業(yè)流程

      現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè)流程主要由9 個部分組成,見圖1。

      圖1 現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè)流程

      1.3 影響因素及解決措施

      1.3.1 環(huán)境因素及解決措施

      a) 二級及以上風(fēng)沙天氣嚴(yán)禁管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口施工作業(yè)。

      b)夏季涂料不用加溫,春、秋、冬季必須對涂料預(yù)加溫,溫度在40 ℃左右為宜。

      c) 若鋼管內(nèi)壁潮濕,噴涂施工前,需將鋼管預(yù)熱以驅(qū)除潮氣,預(yù)熱溫度控制在40~60 ℃。

      d) 當(dāng)環(huán)境溫度<25°C 時, 內(nèi)壁一次成濕膜厚度應(yīng)達(dá)到250~300 μm,一次成干膜厚度應(yīng)達(dá)到150~200 μm;當(dāng)環(huán)境溫度25~40°C 時, 內(nèi)壁一次成濕膜厚度應(yīng)達(dá)到350~400 μm,一次成干膜厚度應(yīng)達(dá)到150~200 μm;當(dāng)環(huán)境溫度>40°C 時,內(nèi)壁一次成濕膜厚度應(yīng)達(dá)到250~300 μm,一次成干膜厚度應(yīng)達(dá)到150~200 μm。

      1.3.2 焊接質(zhì)量因素及解決措施

      a)焊接工藝的選擇,建議采用焊接衍生物產(chǎn)生量少的工藝,如氬弧焊打底工藝[2];在焊接對口時嚴(yán)格控制對口的錯邊量,焊縫余高不超過2 mm,過高焊瘤必須割掉重焊見,見圖2。

      圖2 內(nèi)部焊縫缺陷防腐

      b) 焊縫表面處理的質(zhì)量對形成的涂層質(zhì)量影響最大,因此,焊縫表面的清理質(zhì)量必須符合設(shè)計要求,新舊涂層搭接時,需嚴(yán)格保證原涂層表面拉毛寬度及搭接寬度的精度控制(補(bǔ)口幅度)。

      c)為保證組對間隙均勻,定位時應(yīng)保證接管內(nèi)壁平整,內(nèi)壁錯邊量不超過管壁厚度的10%,且≤15 mm。

      d)焊口打磨、清潔的程度和坡口的斜度一般為Sa 2.5級, 保證平整、潔凈的焊縫表面使補(bǔ)口涂層具有良好附著力。

      1.3.3 其它因素及解決措施

      a)組對焊接必須充分考慮沙漠地勢,通常采取3 搭1 或4 搭1 方式,特殊地勢采取2 搭1 或1 搭1 方式,保證補(bǔ)口質(zhì)量。

      b)在管端涂層處300~500 mm 寬幅, 模擬牽引速度進(jìn)行噴涂,觀察3 min,測量濕膜厚度,觀察是否流掛,同時對補(bǔ)口車參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,之后將涂料擦洗干凈。

      c)為避免死口過多,最好在三通處進(jìn)行分組分向補(bǔ)口。 補(bǔ)口前需對三通處手工除銹和刷涂,或用軟軸除銹和噴涂裝置進(jìn)行噴涂。 法蘭連接時手工除銹補(bǔ)口,對彎頭、三通等異型件進(jìn)行一道口一補(bǔ)。

      d)內(nèi)噴涂車后退速度一般為10 mm/s。

      e) 噴涂后進(jìn)行外觀檢查,不允許出現(xiàn)流淌、氣泡和不均勻等現(xiàn)象,然后進(jìn)行兩頭封堵,下線進(jìn)行堆放。 注意防止灰塵進(jìn)入[3]。

      2 沙漠地區(qū)管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口特點(diǎn)

      2.1 流動風(fēng)沙影響

      塔克拉瑪干沙漠為世界上最大流動性沙漠,由于整個沙漠受西北和南北兩個盛行風(fēng)向的交叉影響,風(fēng)沙活動十分頻繁劇烈,每年3~10 月為風(fēng)沙盛行期。 據(jù)測算,低矮沙丘每年可移動約20 m,最大風(fēng)速達(dá)300 m/s,流動沙丘占80%以上。

      風(fēng)沙給管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè)帶來很大困難,沙粒的存在會直接影響涂料與管壁的結(jié)合,進(jìn)而縮短管道壽命[4],故要求二級及以上風(fēng)沙天氣嚴(yán)禁管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè)。 沙漠地區(qū)進(jìn)行管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè),首先需在進(jìn)行補(bǔ)口噴涂前采取空壓機(jī)吹風(fēng),將焊口位置影響焊接的細(xì)小沙粒清除干凈。 為保證無沙粒被卡在焊縫位置,需在管道兩端進(jìn)行正反方向兩次吹風(fēng),徹底清除管道內(nèi)細(xì)小沙粒。 吹風(fēng)過程中,在管道出風(fēng)端使用硬白紙進(jìn)行檢查,直到不出現(xiàn)細(xì)小沙粒為止;其次,在噴涂過程中需采取一定防風(fēng)措施,防止風(fēng)沙進(jìn)入管道內(nèi)破壞內(nèi)防腐噴涂層,見圖3;最后,在噴涂完畢后,需將管道兩端嚴(yán)實(shí)封堵并等待濕膜固化, 以防止沙粒進(jìn)入補(bǔ)口位置,影響補(bǔ)口質(zhì)量。

      2.2 起伏沙丘影響

      塔克拉瑪干沙漠內(nèi)部沙丘連綿起伏,一般高70~80 m,最高可達(dá)250 m,管道的鋪設(shè)“蜿蜒”前行(見圖4),管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口工作受地形影響大,主要表現(xiàn)為:沙丘起伏影響管接頭的對接,管接頭的組對定位焊接是保證焊接質(zhì)量、促使管接頭背面成形良好的關(guān)鍵,如果組對間隙、鈍邊大小不合適,易造成內(nèi)凹、焊瘤、未焊透等缺陷,進(jìn)而會直接影響后期的噴涂補(bǔ)口質(zhì)量;沙丘上下起伏將導(dǎo)致內(nèi)噴涂車在內(nèi)部噴涂時,涂層出現(xiàn)“下淌”現(xiàn)象,故需保證施工環(huán)境溫度不能太高,并在管道敷設(shè)之前對其走向位置進(jìn)行推沙處理,以降低落差,另外可采取鋪墊、上吊等措施來保證后期焊接和補(bǔ)口的施工質(zhì)量。

      2.3 溫差影響

      塔克拉瑪干沙漠系暖溫帶干旱沙漠,夏天最高溫度可達(dá)67.2 ℃,年晝夜溫差>40 ℃。相關(guān)記錄數(shù)據(jù)表明每年6 月8∶00 環(huán)境溫度為12 ℃左右,而15∶00 可以達(dá)到40 ℃左右,21∶00 為17 ℃左右[5]。 溫度變化對內(nèi)防腐涂料的固化時間和雙組份的配料將產(chǎn)生一定影響,不宜在較高溫度下進(jìn)行雙組份涂料混合,易發(fā)生暴聚、冒煙、燙傷等事故[6],溫度越低涂料活性越差,對固化影響越大。 因此一般噴涂時間宜選擇在12∶00~14∶00 及18∶00~21∶00 兩段時間來開展。 經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)這兩時間段內(nèi)作業(yè)噴涂效果較好,未出現(xiàn)嚴(yán)重掛流、凝固質(zhì)量差等現(xiàn)象。

      3 結(jié)論

      沙漠地區(qū)管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口作業(yè)工藝相比其他地區(qū)施工有很多區(qū)別,認(rèn)識到流動風(fēng)沙、起伏沙丘和溫差等影響噴涂質(zhì)量的因素之后,采取了必要的應(yīng)對措施。目前該工藝方法已成功應(yīng)用于DN 80~500 管道,為管道內(nèi)防腐現(xiàn)場補(bǔ)口的推廣提供了借鑒。

      [1] 龔樹鳴. 長輸天然氣管道外防腐涂層選擇[J]. 天然氣與石油,2001,19(1):24-30.Gong Shuming. Selection of External Corrosion Coating in Long-distance Natural Gas Pipeline [J]. Natural Gas and Oil,2001,19(1):24-30.

      [2] 李鳳江. 管道內(nèi)防腐涂層補(bǔ)口的質(zhì)量控制[J]. 科技與企業(yè),2012,21(5):63.Li Fengjiang. Quality Control of Pipeline Internal Corrosion Coating Defect Repair [J]. Science and Technology and Enterprise,2012,21(5):63.

      [3]SY/T 0457-2000,鋼制管道液體環(huán)氧涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].SY/T 0457-2000,Technical Standard for Steel Pipeline Internal Liquid Epoxy Corrosion Coating [S].

      [4] 趙學(xué)芬,姚安林. 地形起伏地區(qū)集氣管道內(nèi)腐蝕敏感性預(yù)測分析[J]. 天然氣與石油,2007,25(3):36-39.Zhao Xuefen,Yao Anlin. Prediction and Analysis on Internal Corrosion Sensitivity of Gas Gathering Pipelines in Relief Areas.[J].Natural Gas and Oil,2007,25(3):36-39.

      [5] 金莉莉,何 清,李振杰,等. 塔克拉瑪干沙漠腹地沙丘溫度特征淺析[J]. 干旱氣象,2010,28(2):134-141.Jin Lili,He Qing,Li Zhenjie,et al. Analyses on Sand Dune Temperature Characteristics in Taklimakan Desert Hinterland[J].Arid Meteorology,2010,28(2):134-141.

      [6] 李建軍. 防腐工程質(zhì)量影響因素分析及解決對策[J]. 天然氣與石油,2000,18(1):27-29.Li Jianjun. Analysis on Corrosion Control Quality Influence Factors and Countermeasures[J].Natural Gas and Oil,2000,18(1):27-29.

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