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    耐高溫環氧涂層在海底管道防腐中的應用研究

    2019-05-12 17:16:31

    隨著海洋石油開發步伐的深入,石油勘探與開發正在向深地層和條件苛刻地區邁進。目前深水油氣田勘探與開發己成為當前海上石油發展的趨勢,采出液溫度通常處在80℃一150℃之間,普通熔結環氧粉末己無法為管道提供可靠的防腐涂層。

    通常,100℃左右的環氧粉末定義為普通型環氧粉末,行業內以Tg是否達到110℃或120℃作為區分耐高溫型和普通型環氧粉末的指標。對于運行溫度在80~110℃范圍的輸送管道,為確保FBE涂層的長期服役性能,一般要求環氧粉末的Tg應至少高于運行溫度5~20℃。因為粉末的玻璃化轉變溫度低于運行溫度時,防腐涂層的韌性、柔韌性和附著力等機械性能就會衰減。因此選擇合適玻璃化溫度的環氧粉末對高溫運行管道涂敷至關重要。

    為了有效解決高溫輸送環境下海底管道防腐問題,國外很多廠家己經生產出耐高溫管道防腐環氧粉末材料,如阿克蘇諾貝爾、佐敦等,耐高溫≥110℃)管道防腐生產在國外己有應用,但在國內管道防腐生產中鮮有應用。

    為了掌握油田埋地管道防腐保溫現狀,經現場取樣,對油田在用埋地管道防腐層、保溫層及保護層材料主要性能參數進行了測試,并對測試結果進行了分析,同時對防腐層的破損原因進行了分析,對防腐修復提出了建議。

    1管道防腐保溫性能檢測

    埋地管道的保溫結構是保溫層、防腐層及保護層三層的組合,三層的協同作用以保證埋地管道經濟運行。腐蝕防護效果是管道是否發生腐蝕破壞的關鍵。目前管道的腐蝕防護采用了雙重措施,即防腐覆蓋層與陰極保護(外加電流或犧牲陽極、排流)。防腐覆蓋層較重要的作用是能抵御現場環境腐蝕,保證與鋼管牢固粘結,盡可能不出現陰極剝離。一旦發生剝離,就保證陰極保護電流的暢通,達到防護效果。目前在集輸工程中多的是采用單層保溫材料,以巖棉和聚氨脂泡沫塑料為主。這兩種保溫材料導熱系數低,保溫性能好。但巖棉吸水性強,質地松軟,易吸水而失效;聚氨脂不吸水,但能透氣,一旦融化,游離出,管道腐蝕就會嚴重。保護層的作用是保護保溫層、防腐層不被破壞,防止雨水的侵入,從而延長管道保溫結構的使用壽命。目前,我國油田埋地管道防腐材料以石油瀝青為主。為了了解油田埋地管道各層材料的應用現狀,本文在現場應用管道上取樣,對其防腐層、保溫層及防護層材料性能進行測試分析。防腐層現狀測試與分析石油瀝青用作管道的外防腐較為普遍,并且在這方面已積累了較豐富的經驗。但由于瀝青的質量及老化等原因,經過較長時間的使用后,很難達到防腐的效果,管線破壞嚴重,管道的使用壽命下降。為了評價埋地管道防腐層石油瀝青的現狀,選取了大慶油田采油一廠和采油三廠注油、注水管道管線進行取樣測試,測試結果。從測試結果分析,只有太一聯一杏13-1站的兩條管線防腐層完好,其它管線的瀝青均已經開始老化,如果不及時換,將對管線造成嚴重腐蝕。

    保溫層現狀測試與分析埋地管道遍及油田地下,縱橫交錯,總長達數萬米,其保溫效果的優劣是確保管道運行的關鍵。保溫性能差的管道不但大量地浪費能源,而且無法保證油品的正常運輸。管道保溫效果的優劣除與保溫結構、施工質量及使用年限等有關,還與管道的埋深、管道周圍土壤(如沙漠、沼澤、凍土等)熱物性及大氣環境等許多因素有關。

    2管道防腐層破損原因、檢測和修復技術

    防腐層作為保護金屬管線不受腐蝕的重要手段之一,在油田管線中得到廣泛應用,然而隨著使用時間的增加,防腐層破損點及破損面積逐漸增加,管道失去防腐層的保護作用后腐蝕穿孔,不僅造成巨大的經濟損失,而且對生態環境也造成影響。本文對油田常用的黃夾克保溫管和石油瀝青玻璃布防腐管的破損原因進行了分析,并對管道防腐層的檢測方式進行了對比,并給出了避免防腐層破損和檢測的相關建議。

    管道作為大量輸送石油、水、氣體等介質的為經濟的方法在油田得到廣泛應用。但由于施工質量、外力破壞、長期使用及地下環境等因素造成的管道防腐層破損、老化,使其防腐能力降低甚至失去保護作用,鋼制管道受到土壤化學和電化學腐蝕導致管道穿孔,造成漏油、漏水、漏氣等,不僅造成巨大的經濟損失,而且對生態環境造成影響。因此,我們對油田集輸管道防腐層破損的常見問題及檢測手段進行探討。

    目前,大量采用的是黃夾克保溫管和石油瀝青玻璃布防腐管,另外還有點加熱管道(防腐保溫類似黃夾克保溫管),因此我們僅對黃夾克保溫管和石油瀝青玻璃布防腐管防腐層破損原因進行分析。

    1.黃夾克保溫管破損原因

    黃夾克保溫管分三層,里面的是鋼管,然后是防腐層,中間一層是保溫層,例如聚氨醋的保溫層,外面一層是保護層,也叫夾克層,一般是采用聚乙烯,較高使用溫度約為120℃。聚氨醋黃夾克保溫管道腐蝕主要原因分析如下:

    1)管道補口不嚴

    從黃夾克保溫管用于集油管線穿孔統計情況來看,管道焊口附近的腐蝕管道焊口附近及穿、跨越附近發生腐蝕穿孔的比率占70%左右。管道采用泡沫塑料與聚乙烯膠帶作為樸口材料,具體操作是將泡沫塑料預制瓦粘結后纏繞膠帶層,由于是現場施工,膠帶存在   的皺折現象,同時相連管道保溫層若出現較為嚴重的扭曲錯位,將直接影響膠帶的纏繞質量。在土壤壓力及管道應力的作用下,焊口處的膠帶易發生變形移動,層與層之間形成若干縫隙,腐蝕介質便可乘虛而入,腐蝕介質滲入后加速了鋼質管道接口部位的殘余應力腐蝕和異性材質腐蝕。

    2)黃夾克泡沫塑料層的破損及開裂黃夾克泡沫塑料層的開裂及破損原因較多,經分析主要有以下三點:

    1)冬季施工問題

    因為管道施工周期的問題,一部分管道需要在冬季施工,施工過程中,掩埋時采用推土機直接掩埋,較大的凍土塊容易砸傷黃夾克保溫管外殼,同時凍土接觸管線不均,容易導致管線受局部應力較大而出現破損。

    2)管道本身質量問題

    黃夾克保溫管夾克層在制造過程中存在出現厚度不均,存在破損點的可能,在現場施工后管道承壓不能滿足強度需求而破裂,但成品管黃夾克保溫管在制造過程中有較嚴格的驗收工序,因此該種情況出現幾率較低。

    3)應力開裂現象

    夾克層防腐保溫應力開裂分為軸向開裂和周向開裂兩種,夾克層現軸向開裂主要原因是泡沫塑料填充不飽滿,出現空洞等,在土壤壓力長期作用下夾克層塌癟開裂,該種現象在現場補口質量不合格造時也同樣存在。夾克層周向開裂與聚乙烯夾克層生產過程有關,聚乙烯屬線型高聚物,在擠出成型過程中要經歷三種力學狀態,即玻璃態,粘流態,高彈態。高聚物在粘流態流動時不會是單純的粘性流動,而是在粘性流動的同時分子鏈有改變,即高彈形變,高彈形變需要   的時間才能達到   松弛。但是在實際制品生產過程中,總會有一部分未能松弛的鏈段被凍結在玻璃態,由于被凍結的鏈段有一種回彈松弛的趨勢,管道防腐層破損原因及檢測技術探討就產生了內應力,使制品容易開裂;拉伸力大小的影響線型高聚物的另一個特點是分子的取向性。在外力作用下,分子鏈順著作用力的方向伸展排列起來的過程,即被取向。取向后高聚物具有力學上的各向異性,在取向方向上。力學性能得到提高,但同時內應力變大,斷裂延伸率減小。在生產中。聚乙烯通過噴頭擠出后。在成型管的縱向受到   拉伸力的作用,以便聚乙烯管不斷地延長成型。成型后的聚乙烯管在縱向積存有較大的內應力在作用過程中。由于聚乙烯層存在缺陷造成內應力的集中。此時聚乙烯層的缺陷部位再次被延伸,當延伸率超過該溫度下的規定許可值時,聚乙烯層發生垂直于應力方向的開裂。


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