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油气管道的“护身服”
来源:石油管道 | 作者:石油管道 | 发布时间: 2022-03-22 | 670 次浏览 | 分享到:
管道防腐层
我国的埋地钢质管道建设起步相对较晚，早期防腐层基本是以石油沥青为主的,到了20世纪70年代,少量聚乙烯夹克和胶带开始应用, 20世纪90年代开始使用煤焦油瓷漆与环氧粉末，20世纪90年代中后期开始采用三层聚乙烯( 3LPE)材料。下面对油气管道常用的防腐涂层进行简要介绍。

石油沥青防腐层
石油沥青防腐层技术成熟,价格低廉，但实践表明:该防腐层存在机械强度及低温韧性较差、吸水率高、易受细菌腐蚀、施工条件差等缺点。目前,该防腐层主要用于一些旧沥青防腐层的修复，新建管道已很少应用。石油沥青防腐层由石油沥青、玻璃布、塑料膜、底漆组成。作为防腐层使用的石油沥青,应根据管道输送介质的温度来确定,当管道输送介质温度不超过80℃时,可以采用石油沥青防腐。为了提高防腐层的强度和热稳定性,沥青中间包扎一层或多层玻璃布作为加强材料。石油沥青防腐层外层用塑料膜包覆,多采用聚氯乙烯工业膜或聚乙烯膜。
环氧煤沥青防腐层
环氧煤沥青涂料是甲、乙双组分涂料,分底漆和面漆两种:甲组分为漆料,主要成分为环氧树脂和煤焦油沥青;乙组分为固化剂,使用过程中应与相应的稀释剂配套,稀释剂的用量,应以固化后确保防腐层的厚度和无针孔为宜。

     环氧煤沥青防腐层一般由底漆、面漆和中碱玻璃布构成，采用冷涂敷工艺，耐化学介质腐蚀、耐磨,对金属表面有很好的附着力。其主要缺点是施工过程中固化时间长、表面处理质量要求高、要求施工场地较大,由于溶剂的挥发,针孔率较高。环氧煤沥青防腐层一般用于埋地、水下各种金属结构的储罐以及短距离或中、小管径管道的防腐。

煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆是由煤焦油分馏得到的重质馏分、煤沥青，煤粉和填料，经加热熬制所得的制品。煤焦油瓷漆防腐层抗水性能、粘结性能均优于石油沥青,能抗植物根茎穿透和耐微生物腐蚀,电绝缘性能好。但是,该防腐层机械强度及低温韧性差,施工劳动条件恶劣,略有毒性。在我国，1995年后才开始批量生产和应用煤焦油瓷漆，先后在轮库原油管线、涩-宁-兰天然气管道等大中型管线工程中应用。由于煤焦油瓷漆涂装生产时会产生有害烟气，随着环保意识的提高，煤焦油瓷漆在我国的用量已经很少。但由于其经济性较好，使用寿命又很长，在美国等发达国家的新建管道仍在采用，在我国油气管道领域也没有被淘汰，特别是在海洋管线、油田内部管线仍具有市场潜力。
熔结环氧防腐层
熔结环氧防腐层（fusion bonded epoxy，FBE）具有优异的粘结力，良好的耐腐蚀和耐溶剂性，防腐层坚牢，损伤修复较容易，抗土壤应力，适用于大多数土壤环境，包括砾石地段，和阴极保护配套性好，对保护电流几乎无任何屏蔽作用，其大量优点得到了业界的肯定和证明。熔结环氧防腐层是由固态环氧树脂、固化剂及多种助剂经混炼、粉碎加工而成，属热固性材料。涂敷时一般先将管体加热至220-230℃，采用静电喷涂方式用喷枪把涂料喷涂到管体表面上，受热熔融粘结并经冷却固化成型，单层厚度300-500微米。为了克服普通单层FBE防腐层的缺点，双层FBE防腐层应运而生，它是由内、外两层FBE一次相继喷涂成膜而成，通过以改性FBE涂层作为外防护层，进一步提高了整体防腐层的抗冲击性能、耐高温能力以及高温时的抗渗透性。目前双层FBE防腐层主要应用在对机械性能要求高的特殊地段，如石方段、穿越段，以及管道弯头等特殊部位。
三层结构聚乙烯防腐层
三层结构聚乙烯防腐层（3LPE）是指底层为熔结环氧粉末( FBE) 、中间层为胶粘剂、外层为聚乙烯( PE)的防腐层。三层结构聚乙烯防腐层将环氧粉末优良的防腐性能同聚乙烯优良的机械保护性能结合起来,大大提高了防腐层的防腐性能和使用寿命。三层结构聚乙烯防腐层的底层一般用熔结环氧粉末,也可使用无溶剂型液体环氧涂料,主要根据涂敷设备、管子直径、输送温度及管子涂敷速度等因素来决定。胶粘剂的作用是连接底层( FBE)与外防护层(PE) 。常用的胶粘剂属于共聚物,它同时具有极性基团和非极性基团,与底层和外防护层都有很强的结合能力。外层与二层结构聚乙烯防腐层中的聚乙烯性能要求相同。1993年陕京天然气管道开工建设，引进国外3LPE防腐层技术，并采用侧向挤出缠绕涂覆工艺，开始了3LPE在我国大口径、长输管道上应用，并逐步占据重要位置。以2001开始建设的西气东输全线4000km管道全部采用3LPE防腐层为标志，3LPE已成为我国长输管道最主要的防腐方式。
胶粘带
冷缠胶粘带在油气管道上应用已有40年的历史,由于其优越的防腐和施工性能, 使它在管道防腐体系中占有一定的优势。目前有不少厂家在努力改进和提高胶粘带的性能, 以扩大其应用领域, 同时也在改进其施工工艺, 向海洋及苛刻环境的管道防腐扩展,因此冷缠胶粘带有着广阔的应用前景。从70年代至今, 有许多油田在输油、输气、输水管线上应用数百公里, 通过开挖检查发现大多数管道得到了较好的保护, 证明胶粘带防腐施工方便、价格便宜, 整体质量容易保证。
管道防腐补口技术
管道焊接接头处的防腐称为管道补口，管道补口技术的质量直接关系到整个管道防腐层质量。我国补口技术随着防腐材料的发展而不断创新，补口技术从20世纪40年代起相继开发出的石油沥青补口技术、煤焦油瓷漆补口技术、热收缩套/带补口技术、液体环氧补口技术等，管道补口技术得到了飞速发展，为提高管道整体防腐性能做出了贡献。但由于管道主体防腐层通常在工厂预制，防腐层质量容易保证，而管段连接部位的补口必须在现场施工，其补口质量受诸多因素的影响，如操作环境、施工工艺、补口材料、施工人员技术水平等，管道防腐补口成为了管道防腐的一个最薄弱的环节，新型补口材料和补口技术亟待开发。
阴极保护技术
埋在土壤中的金属管道由于各种原因管道表面将出现阳极区和阴极区，并在阳极区发生局部腐蚀。阴极保护是指将被保护金属(如煤气管道)进行阴极极化，使电位负移到金属表面阳极的平衡电位，消除其化学不均匀性所引起的腐蚀电池，使金属免遭环境介质(如土壤)的腐蚀，即用辅助阳极或牺牲阳极材料的腐蚀来代替被保护管道、设备的腐蚀，从而达到延长被保护管道的使用寿命，提高其安全性和经济性的目的。实现阴极保护有两种方式，牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法。两种方法的区别在于产生保护电流的方式和“源”不同，前者利用电位更负的金属或合金，后者利用直流电源。
牺牲阳极阴极保护法
牺牲阳极阴极保护法的原理是利用不同金属的电位差异，为受保护的金属提供电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点电位降低到同一负电位，使金属表面各点之间不再有电位差，不再有电子的流动，金属原子不再失去电子发生腐蚀，最终达到减缓腐蚀的目的。由于实现阴极保护过程中，较活泼的金属被腐蚀。所以，被称为牺牲阳极阴极保护。
外加电流阴极保护
外加电流阴极保护，又称为强制电流阴极保护。通过直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使金属表面阴极电位降低到阳极电位，此时，金属表面不再有阴极或阳极，使被保护金属结构电位低于周围环境，整个金属结构成为新的电路中的阴极。该方式主要用于保护大型或处于土壤电阻率高环境中的金属结构。
防腐技术的展望
四川某天然气输送管道腐蚀穿孔爆炸，引起火灾和人员伤亡，设备损毁几十台，经济损失上千万元。提高管道防腐技术，延长管道使用寿命是全球化的技术难点之一。随着科技的发展，新型防腐材料及技术也得到了应用，如“钛纳米”防腐涂料、热喷玻璃（釉）防腐技术、钢管橡胶防腐技术、减阻型涂料、高性能新型聚全氟乙丙稀（FEP）、聚苯硫醚（PPS）复合涂层、塑性体沥青防蚀带等。需要强调的是，无论是现有油气管道常用的防腐层还是新型的防腐层，其特点各有不同，在油气管道防腐不存在最佳防腐层问题。应根据具体情况，如管道的状况、环境条件、施工方法、气候因素来选择最经济合理的防腐层。另外，单一的防腐层保护方式无法满足油气管道的保护需求，应与阴极保护相结合，管线安全才能得到更好的保证。