張 麗

大慶油田工程有限公司

富樹脂內(nèi)襯層對(duì)提高玻璃鋼管道腐蝕性能的作用

張 麗

大慶油田工程有限公司

大慶油田已進(jìn)入三次采油階段，新的驅(qū)油技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種驅(qū)油介質(zhì)的加入使得介質(zhì)環(huán)境越來越復(fù)雜，為此對(duì)管道的耐蝕性及抗?jié)B性能提出了新的要求。富樹脂內(nèi)襯層是玻璃鋼管道內(nèi)表面樹脂含量較高的內(nèi)襯層，其成型工藝是采用連續(xù)纖維纏繞與手工鋪設(shè)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。對(duì)富樹脂內(nèi)襯層的玻璃鋼管內(nèi)表面和截面進(jìn)行了電鏡掃描測(cè)試，從掃描測(cè)試結(jié)果可以看出，管道內(nèi)表面有一層完整、均勻的富樹脂層，樹脂致密并將纖維完全包裹起來，減少了貧膠現(xiàn)象，可有效阻擋介質(zhì)向基體區(qū)和界面區(qū)的滲入，提高管道的防腐和防滲效果。

玻璃鋼管道；富樹脂內(nèi)襯層；腐蝕機(jī)理；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；模擬試驗(yàn)

玻璃鋼管道具有優(yōu)良的耐蝕性，其內(nèi)壁光滑，輸送能耗及安裝維護(hù)費(fèi)用低，具有較好的絕緣性能，不需陰極保護(hù)，使用壽命長(zhǎng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益好，對(duì)輸送介質(zhì)無二次污染，被廣泛應(yīng)用于石油及化工行業(yè)的介質(zhì)輸送。目前大慶油田已進(jìn)入三次采油階段，新的驅(qū)油技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種驅(qū)油介質(zhì)的加入使介質(zhì)環(huán)境越來越復(fù)雜，介質(zhì)的分子半徑越來越小，工藝條件也越來越嚴(yán)苛，為此對(duì)管道的耐蝕性及抗?jié)B性能提出了新的要求，以保證管道的產(chǎn)品質(zhì)量，確保油田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)工程的安全生產(chǎn)。

1 玻璃鋼的腐蝕機(jī)理

玻璃鋼是一種多相結(jié)構(gòu)材料，其腐蝕因素主要取決于組分材料的固有特性，并且和界面特性也密切相關(guān)。介質(zhì)對(duì)玻璃鋼的腐蝕主要有兩種情況：①玻璃鋼管道內(nèi)表面吸附了介質(zhì)分子，介質(zhì)分子向玻璃鋼基體滲透、擴(kuò)散，使樹脂基體產(chǎn)生化學(xué)降解和機(jī)械降解；②樹脂與介質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)，而是介質(zhì)分子滲入玻璃鋼內(nèi)部，破壞樹脂基體的次價(jià)鍵，與介質(zhì)發(fā)生溶劑化作用出現(xiàn)溶脹和溶解，特別是在應(yīng)力（外加應(yīng)力或內(nèi)部應(yīng)力）和介質(zhì)的共同作用下，樹脂還會(huì)出現(xiàn)銀紋，并且進(jìn)一步生長(zhǎng)成裂紋，直至發(fā)生脆性斷裂。

2 玻璃鋼管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前油田在用的玻璃鋼管道主要由樹脂和纖維兩種材質(zhì)構(gòu)成，其中基體樹脂的作用是將纖維緊密包裹黏合在一起，在纖維間傳遞載荷，并使載荷均衡分布，同時(shí)阻擋介質(zhì)對(duì)纖維結(jié)構(gòu)層的腐蝕與滲入，其耐腐蝕及耐熱特性直接影響玻璃鋼管道的性能。玻璃纖維起到了支撐骨架及承載內(nèi)外載荷壓力的作用，其成型工藝是將預(yù)浸環(huán)氧基體樹脂的纖維束按照一定的鋪層設(shè)計(jì)連續(xù)纏繞到芯模上，并進(jìn)行加熱固化修整脫模。這種成型工藝生產(chǎn)的玻璃鋼管道只有兩層結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)層和外護(hù)層。

玻璃鋼管道的結(jié)構(gòu)層采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，即從內(nèi)至外采用連續(xù)纖維纏繞。在纏繞過程中，因纏繞力的作用管道外表面無外力阻擋，樹脂會(huì)自然存留結(jié)構(gòu)層外表，樹脂在不飽和官能團(tuán)作用下發(fā)生固化，形成富樹脂層并起到外層保護(hù)的作用，即外護(hù)層。而內(nèi)表面由于芯模的阻擋，樹脂因纏繞力的作用，多余的樹脂會(huì)流出，無法在管道內(nèi)表面形成均勻連續(xù)的富樹脂層，管體內(nèi)表面容易出現(xiàn)貧膠現(xiàn)象。

2.2 內(nèi)表面微觀形貌分析

從玻璃鋼管道內(nèi)表面掃描電鏡測(cè)試結(jié)果可以看出，無內(nèi)襯富樹脂層的玻璃鋼管道內(nèi)表面（30× 30 mm）有13個(gè)缺陷點(diǎn)，每個(gè)缺陷處的玻璃纖維完全裸露。在輸送介質(zhì)的過程中，纖維直接與介質(zhì)接觸，腐蝕介質(zhì)便從缺陷處滲入至樹脂與纖維間的界面區(qū)和纖維的毛細(xì)孔中，使樹脂-纖維的黏結(jié)力下降而引起分離，并在樹脂與纖維黏結(jié)不充分處形成滲透壓，介質(zhì)便以毛細(xì)方式急速滲透到界面的孔隙中，加速了界面的脫黏剝離。

2.3 富樹脂內(nèi)襯層的作用

富樹脂內(nèi)襯層是玻璃鋼管道內(nèi)表面樹脂含量較高的內(nèi)襯層，其成型工藝是采用連續(xù)纖維纏繞與手工鋪設(shè)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在芯模表面鋪設(shè)一層預(yù)浸樹脂的玻璃纖維/聚酯氈帶或玻璃纖布，形成厚度為0.2～0.5 mm的富樹脂內(nèi)襯層，然后將預(yù)浸環(huán)氧基體樹脂的纖維束按照一定的鋪層設(shè)計(jì)連續(xù)纏繞到內(nèi)襯層上，并進(jìn)行加熱固化修整脫模，形成富樹脂內(nèi)襯層的玻璃鋼管。

對(duì)富樹脂內(nèi)襯層的玻璃鋼管內(nèi)表面和截面進(jìn)行了電鏡掃描測(cè)試，見圖1。由圖1可以看出，管道內(nèi)表面有一層完整、均勻的富樹脂層，樹脂致密并將纖維完全包裹起來，減少了貧膠現(xiàn)象，可有效阻擋腐蝕性介質(zhì)滲入樹脂基體內(nèi)部引起玻璃鋼的溶脹，降低介質(zhì)中小分子通過樹脂層表面滲透到玻璃纖維的速度，提高管道對(duì)介質(zhì)的防腐蝕性能。

圖1 富樹脂內(nèi)襯層電鏡掃描測(cè)試

2.4 性能分析

（1）樹脂含量和巴氏硬度。對(duì)兩種成型工藝生產(chǎn)的玻璃鋼管道樹脂含量和內(nèi)表面巴氏硬度進(jìn)行測(cè)試，見表1。由測(cè)試結(jié)果可以看出，由于管道內(nèi)壁富樹脂層的增加，使得玻璃鋼管道內(nèi)表面巴氏硬度大幅度下降，樹脂含量有了較大的增加。

（2）腐蝕模擬試驗(yàn)。對(duì)兩種成型工藝的玻璃鋼管道，在堿含量分別為850、425 mg/L的三元介質(zhì)中，進(jìn)行了同等試驗(yàn)條件的腐蝕模擬試驗(yàn)，見表2。由表2可以看出，有富樹脂內(nèi)襯層的玻璃鋼管道的失效時(shí)間遠(yuǎn)超過沒有富樹脂內(nèi)襯層的玻璃鋼管道。由此可見，富樹脂內(nèi)襯層可以有效阻擋介質(zhì)向基體區(qū)和界面區(qū)的滲入，提高了管道對(duì)介質(zhì)的耐蝕性；樹脂對(duì)纖維的有效包裹，提高了管道的防腐和防滲效果。

表1 玻璃鋼管道樹脂含量及巴氏硬度對(duì)比

表2 不同堿含量三元介質(zhì)中的腐蝕模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論及建議

（1）富樹脂內(nèi)襯層可以有效阻擋介質(zhì)對(duì)管材的滲透和浸蝕，提高了管道輸送油田介質(zhì)的使用效果和壽命。

（2）建議石油化工行業(yè)的玻璃鋼管道采用內(nèi)襯富樹脂層，以提高管道的使用壽命。

（欄目主持 樊韶華）

表1 脈沖與連續(xù)加藥相結(jié)合方法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

（1）BC-2001型殺菌劑在低濃度下能較好地控制細(xì)菌，適宜低劑量連續(xù)投加；BC-2004型殺菌劑具有殺菌速度快的特點(diǎn)，適宜脈沖投加。

（2）殺菌劑交替投加機(jī)制：脈沖投加200mg/L BC-2004殺菌劑24 h，脈沖加藥周期8 d，脈沖加藥間歇時(shí)連續(xù)投加BC-2001殺菌劑15 mg/L。采用脈沖與連續(xù)加藥相結(jié)合的方式，藥劑費(fèi)用僅為0.361元/立方米。

[1]聶臻，李秀倫，姚占力，等．SJ-10新型油田注水用殺菌劑的研究[J]．石油與天然氣化工，2000，29（2）：83-85.

（0459）5903868、liuwei_dqdod@petrochina.com.cn

收稿日期2015-01-30

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.044

2015-04-22

劉威：工程師，2012年畢業(yè)于吉林大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，從事油田化學(xué)劑研究和應(yīng)用工作。