中國石化中原石油工程設計有限公司

無溶劑液體環(huán)氧管道內防腐技術

張雅潔 劉學勤

中國石化中原石油工程設計有限公司

青島發(fā)生“11.22”事件后，中原油田全面開展管線安全隱患普查，確認存在安全隱患的管線約287 km，隱患點1 832處，這些隱患點絕大部分來自于管線內壁的腐蝕。無溶劑液體環(huán)氧涂料技術可解決一般碳鋼不耐腐蝕的問題，該技術選擇100%固含量的噴涂級雙組分液體環(huán)氧涂料，可針對中原油田介質特點選取不同型號的不銹鋼接頭。管道內防腐施工工藝流程：施工前準備→單根管端焊接不銹鋼短節(jié)→接口焊接質量檢測→內表面預處理→涂料噴涂（覆蓋一定長度的不銹鋼接頭）→涂層固化→涂層檢驗→現(xiàn)場管段焊接（相應的不銹鋼焊材焊接）→管線焊口檢測→管線投運。內噴涂無溶劑液體環(huán)氧技術自2003年開始在中原油田所轄的胡慶油田、濮城油田、文留油區(qū)、橋口油田、衛(wèi)城油田等多條原油集輸、污水、注水管線上得到應用。2013年，中原油田全面開展管線安全隱患普查時，使用該技術進行內防腐的管線無一條因內腐蝕而穿孔。

無溶劑液體環(huán)氧涂料；內防腐層；不銹鋼接頭；補口技術；工藝

2013年，在青島發(fā)生“11.22”事件后，中原油田全面開展管線安全隱患普查活動，截至2013年底，全油田確認存在安全隱患的管線約287 km，隱患點1 832處，這些隱患點絕大部分是因為腐蝕造成的，且90%的管線腐蝕穿孔來自于內壁腐蝕。嚴重的內腐蝕穿孔，不僅帶來了巨大的經濟損失，同時還會引起嚴重的環(huán)境污染。

2014年，中原油田籌集1.18億專項資金，用于六個采油廠、天然氣產銷廠、天然氣處理廠等十幾個單位共185個項目的老舊腐蝕穿孔管線的安全隱患治理。

當前，常用的管道內腐蝕防護技術有選用耐蝕金屬材料或非金屬材料，介質處理，加注緩蝕劑，使用襯里和內涂層等措施，其中內防腐層技術是解決油田油氣水管道內腐蝕最方便有效的通用方法。

1 管線內防腐層和補口技術

中原油田目前常用的管道內襯和內防腐層技術主要有水泥砂漿復合襯里技術、HDPE內襯管技術、管道內襯玻璃鋼技術、風送擠涂內防腐層技術以及單根噴涂無溶劑液體環(huán)氧涂料技術等[1]。HDPE內襯管防腐蝕性能較好，但耐溫性能較差，溫度高于50℃時內襯與管道粘結力降低，易變形坍塌影響生產甚至引發(fā)安全事故；內襯玻璃鋼管技術主要有單根預制法和整體翻轉法兩類，單根預制法的缺陷是補口問題沒有解決，而整體翻轉法一次施工距離短，施工要求條件苛刻，稍有不慎就會造成質量隱患，尤其在玻璃纖維與樹脂結合的缺陷部位，在較大壓力下易發(fā)生開裂或滲漏；風送擠涂內防腐層技術雖然解決了內防腐補口問題，但涂層的均勻性很難控制，薄處起不到防腐作用，厚處可能引起固化不完全造成涂層失效，該技術另一個制約因素是沒有辦法進行最終質量檢驗，存在質量隱患；單根噴涂無溶劑液體環(huán)氧涂料技術單根預制降段在工廠進行，涂層質量容易控制，接口采用不銹鋼短節(jié)，可解決一般碳鋼不耐腐蝕的問題，根據(jù)輸送介質的性質選擇不銹鋼短節(jié)。

無溶劑液體環(huán)氧涂料綜合防腐性能好，應對苛刻腐蝕環(huán)境能力強，在高壓流動介質的沖刷下，具有良好的附著力和耐磨性，一次涂膜厚度可達到300～500μm，施工效率高，無揮發(fā)組分，可避免固化時溶劑揮發(fā)造成涂層出現(xiàn)微孔而影響其耐腐蝕性能，同時也減少了溶劑中毒現(xiàn)象以及環(huán)境污染。

管道內防腐層施工一般分單根預制和現(xiàn)場補口兩個步驟進行。單根預制階段均是在工廠進行，產品質量容易控制，完全可以滿足各種介質條件的耐腐蝕要求。但現(xiàn)場內補口仍是內防腐層施工技術的瓶頸，內補口技術不突破，必將影響內防腐層的整體質量。近幾年管道內防腐補口技術有了新發(fā)展，目前已有數(shù)種內補口技術得到應用，如記憶合金法、內襯短接（襯套）法、機械壓接法、法蘭連接加固法、智能補口機法、鉆孔補口法、不銹鋼短節(jié)法等[2]。但有的方法因苛刻的工藝條件和環(huán)境條件限制，在管道施工現(xiàn)場無法得到有效應用，如記憶合金法；有的需要繁雜的前期施工準備而難以得到有效推廣，如機械壓接法和內襯短接（襯套）法。不銹鋼短節(jié)法彌補了上述內補口方法的缺陷，施工簡單，技術成熟，是解決油田地面管線內防腐的有效方法。

2 內噴涂無溶劑液體環(huán)氧技術

2.1 內防腐材料

2.1.1 無溶劑液體環(huán)氧涂料

內噴涂無溶劑液體環(huán)氧技術選擇100%固含量的噴涂級雙組分液體環(huán)氧涂料，涂料的技術指標見表1。

表1 無溶劑液體環(huán)氧涂料及涂層的技術指標

2.1.2 不銹鋼接頭的選型

不銹鋼型號眾多，成分各異，適用于不同環(huán)境條件。在油田地面工程中主要接觸的是油田產出液，針對中原油田介質的特點，選取不同型號的不銹鋼，利用油田污水進行浸泡實驗。

試驗結果表明，304、316奧氏體不銹鋼在含Cl-的介質中耐腐蝕性能較差，屬一般不銹鋼；316L和317奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出較好的耐Cl-腐蝕性能，屬完全耐蝕材料；隨著Cr含量的增加及Ti金屬的加入，444鐵素體不銹鋼在酸性介質的條件下耐蝕性能強。結合中原油田油井產出液的特點，原油管道、污水管道、注水管道、含水天然氣管道以及衛(wèi)城油田含硫化氫和二氧化碳的管道分別選用相應的不銹鋼接頭，見表2。

表2 不銹鋼的選型

當介質中Cl-含量高時選用高Si奧氏體不銹鋼或高純奧氏體不銹鋼應對不銹鋼穿晶SCC腐蝕；對于低濃度Cl-介質可選用含Mo的Cr-Ni不銹鋼；針對高Si不銹鋼在酸性環(huán)境下不耐Cl-腐蝕的問題，可選用超純鐵素體不銹鋼。目前，中原油田不銹鋼接頭的選型基本按照表2進行。

2.2 施工工藝

管道內防腐蝕施工工藝流程如下：施工前準備→單根管端焊接不銹鋼短節(jié)→接口焊接質量檢測→內表面預處理→涂料噴涂（覆蓋一定長度的不銹鋼接頭）→涂層固化→涂層檢驗→現(xiàn)場管段焊接（相應的不銹鋼焊材焊接）→管線焊口檢測→管線投運。

2.2.1 施工前準備

管道內表面處理前應清除鋼管及管件內表面的油污、泥土等雜質，有焊縫的鋼管應清除焊瘤、毛刺、棱角等缺陷；鋼管表面溫度應高于露點3℃以上；如鋼管內壁潮濕，可采用熱風或不會使管道變形的加熱方法驅除潮氣，使內壁保持干燥。

2.2.2 管端處理

鋼管內表面處理完后先在管端焊接80～100 mm不銹鋼補口接頭，管線內防腐補口見圖1。內防腐層施工完畢后，在現(xiàn)場直接用相應的焊接材料焊接不銹鋼短節(jié)，無需再采取其他的補口措施。

圖1 管線內防腐補口示意圖

2.2.3 表面預處理

按照國家標準SY/T0407規(guī)定的方法進行噴砂除銹，除銹質量等級達到GB/T 8923.1中規(guī)定的Sa 2.5級，錨紋深度應達到30～60μm。除銹合格后，用清潔、干燥、無油的壓縮空氣將鋼管及管件內部的砂粒、塵埃、銹粉等微塵物清除干凈，并在4 h內進行涂敷施工。噴涂前不應出現(xiàn)浮銹，當出現(xiàn)返銹或表面污染時必須重新進行表面處理。

2.2.4 涂料的配置

嚴格按照設計說明或產品使用說明書進行涂料配制。配制涂料所用的工具、容器必須干凈，涂料開桶前應先倒置晃動或旋轉振動，然后開桶并攪拌均勻。

2.2.5 管道內噴涂

按設計的涂層結構進行涂裝作業(yè)，涂裝時間間隔可參照涂料使用說明書，一般以上道漆表干為宜。涂料施工環(huán)境溫度和濕度應按照涂料產品說明書的要求，在環(huán)境溫度低于5℃或相對濕度大于85%時不得進行涂敷作業(yè)。管道內涂覆采用噴涂方式進行。涂層應覆蓋不銹鋼短節(jié)長度的1/2，并要求涂膜厚薄均勻。全部噴涂完成后，一般自然干燥5～7 d即可進行質量檢查，質量合格后即可投產使用。

2.2.6 涂層修補

在質量檢驗時發(fā)現(xiàn)防腐層有漏點、漏涂等缺陷時應進行修補，以提供連續(xù)完整的涂層。附著力不合格的防腐層或厚薄嚴重不均勻已影響涂層固化的必須重涂。涂層修補時嚴格按原涂層結構和質量要求進行補涂。修補層和原防腐層的搭接寬度不得小于50 mm。

3 技術應用

噴涂無溶劑液體環(huán)氧+管端加焊不銹鋼短節(jié)補口鋼質管線內防腐技術首次應用于大澇壩—雅克拉氣田地面建設工程中，取得了良好的效果。該技術自2003年開始在中原油田所轄的胡慶油田、濮城油田、文留油區(qū)、橋口油田、衛(wèi)城油田等多條原油集輸、污水、注水管線上得到應用。2013年，中原油田全面開展管線安全隱患普查時，使用該技術進行內防腐的管線無一條因內腐蝕而穿孔。僅有少部分的不銹鋼接口開裂，但未造成嚴重的腐蝕穿孔。經研究發(fā)現(xiàn)，采油三廠衛(wèi)東北衛(wèi)37—衛(wèi)38站集輸支線及明19—26站集輸支線兩條管線內介質Cl-含量較高，管線內防腐不銹鋼接頭采用的是0Cr18Ni8（304）不銹鋼，該類型不銹鋼在耐Cl-腐蝕方面性能較弱，因此出現(xiàn)了部分不銹鋼接頭開裂情況。

4 結論

（1）無溶劑液體環(huán)氧涂料是一種高固分、常溫固化的無溶劑環(huán)氧防腐涂料，具有附著力強、化學穩(wěn)定性好、漆膜光滑且耐磨性高等優(yōu)點，是管道內防腐的理想材料。

（2）不銹鋼接頭補口屬于焊后無補口工藝，該補口技術原理簡單，施工方便，與其他內防腐層補口技術相比，具有質量可控、價格適宜的優(yōu)勢。

（3）現(xiàn)場應用表明，該技術應用于油田地面管線內防腐過程中，質量易于檢測，安全可靠。

（4）經過多年的現(xiàn)場施工和使用，整套技術得到了逐步完善，從設計、施工到質量檢驗已形成一套完整的方案，應用前景廣泛。

（5）該技術的關鍵是根據(jù)介質成分和溫度選擇適宜的不銹鋼管材，不得隨意變更設計確定的不銹鋼規(guī)格和型號。

[1]龍媛媛，石仁委，柳言國，等．8種管線內防腐蝕技術在勝利油田的中試應用及性能評價[J]．材料保護．2007，40（4）：53-57.

[2]梅奇，宋揚．管道液體涂料內涂裝工藝技術[J]．石油工程建設，2006，32（2）：39-42.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.033

張雅潔：工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學（北京）化工學院化學工藝專業(yè)，從事防腐保溫的設計和科學研究工作。

2015-04-01

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