管道涂层发展与新技术.pdf

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1、2 00 9焦 第 5期 管 道 技 术 Pi pe l i n e Te c h n i q u e 5 设 各 a nd Eq u i p me n t 2 0 0 9 No 5 管道涂层发展与新技术 郭建伟 ， 魏存祥 ， 杜 晓春 。 ( 1 西南油气田分公司输气处， t J I I 成都6 1 0 0 6 6 ； 2 西南石油大学机电工程学院， Il l l 成都6 1 0 5 0 0 ) 摘要 ： 长输管道的防腐技术是长输管道建设的重要 内容之一， 防腐涂层的合理选择与使 用， 对长输 管道的安全运行、 使用寿命， 提高流动特性， 降低经济成本都具有十分重要的意义。重点介绍了目前国

2、 内外的主要有机涂层和无机涂层的性能。详细分析 目 前国外有关涂层技术的新材料、 新的粘接工艺和 保护措施 以及管道表 面处理。基于国内外发展 动向的研究 ， 可以为国内的管道涂层提供一定的参考和 借鉴。 关键词 ： 管道 ； 防腐 ； 涂层； 新技 术 中图分类号： T E 9 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 0 9 ) 04 0 0 4 9 0 3 De v e l o p m e n t a n d Ne w Te c h no l o g y o f Pi pe l i n e Co a t i ng G UO J i a n - w

3、e i ， WEI C u n x i a n g ， D U Xi a o c h u n ( 1 S o u t h w e s t O i l a n d Ga s F i e l d C o mp a n y， C h e n g d u 6 1 0 0 6 6 ， C h i n a ； 2 S o u t h w e s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： An t i c o r r o s i o n p i p e l

4、 i n e t e c h n o l o g y i s o n e o f t h e i mp o r t a n t a s p e c t s i n l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e c o n s t r u c l i o n Th e u s e a n d r e a s o n a b l e c h o i c e o f a n t i - c o r r o s i o n c o a t i n g ，a r e o f mu c h s i g n i fi c a n c e t o t h e s a f e

5、o p e r a t i o n a n d s e r v i c e l i f e o f l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e as w e l l a s t o t h e i mp r o v e me n t o f t h e fl o w c h a r a c t e r i s t i c s a n d r e d u c t i o n o f t h e e c o n o mi c c o s t s o f p i p e l i n e T h i s p a p e r f o c u s e s o n t h

6、 e p e r f o r m a n c e o f o r g a n i c a n d i n o r g a n i c c o a t i n g a t h o me and abr o a d D e t a i l e d a n a b r s e s a r e m a d e o f t h e c u r r e n t c o a t i n g t e c h n o l o g y ，n e w ma t e r i a l s ，n e w a d h e s i v e t e c h n o l o g y ，p r o t e c t i v e me

7、 a s u r e s a n d t h e s u r f a c e t r e a t me n t o f p i p e l i n e i n f o r e i g n c o u n - t r i e s ， B ase d o n t h e d e v e l o p me n t t r e n d s o f s u c h t e c h n o l o g i e s a t h o me a n d a b r o a d，i t c a n p r o v i d e s o me i n f o r ma t i o n f o r t h e d o

8、me s t i c p i p e l i n e c o a t i n g Ke y wo r d s ： p i pe l i n e；a n t i - c o r r o s i o n；c o a t i n g ；n e w t e c h n o l o g y 0 引言 涂层在长输 管道的防腐过程 中起着 至关重要 的 作用， 防腐层的合理选择与应用也是关键因素之一。 管道外涂层和内涂层的主要功效都是防腐蚀 。 目前 ， 使用的管道涂层主要分有机涂层和无机涂 层 ， 其使用也因工况的变化而变化。由于管道 的表面 处理 、 涂层材料 、 粘接工艺 、 保护措施不 当导致涂层失

9、 效 ， 严重影响管道运营 ， 造成巨大经济损失。 1 涂层发展 涂层在管道方 面的应用必须满足如下基 本性能 要求 ： 良好 的电绝缘性 ， 防腐蚀层相对两 面之 间一定 面积的电阻不应小于 1 0 k f t ， 耐击 穿电压强度不得低 于电火花检测仪检测的电压标准； 防腐层应具有一定 的耐阴极剥离强度的能力； 有一定的抗冲击强度， 较 好的抗弯曲性和耐磨性 ， 针人度应确保涂层可抵抗较 集 中的负荷 ， 与管道有 良好 的粘接性 ； 良好 的稳定性 ， 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 80 5 收修改稿 日期 ： 2 0 0 9一o 4一l 9 耐大气老化性能和化学稳定性好， 耐水性

10、好， 吸水率 低 ， 有足够的耐热性 ， 确保其在使用 温度下不变形 、 不 流淌、 不加快老化速度， 耐低温性能好； 防腐层破损后 易于修补； 抗微生物性能好 j 。 1 1 有机涂层 常用的管道有机防腐层有 7种， 包括煤焦油瓷漆 防腐层、 聚乙烯胶粘带防腐层、 熔结环氧粉末防腐层、 液态聚氨酯防腐涂层、 聚氨酯沥青、 双层环氧涂层、 复 合防腐涂层等 。 。 ( 1 ) 煤焦油瓷漆具有吸水率低 、 电绝缘性能好 、 抗 细菌腐蚀等特点 ， 是国内外用于管道防腐 的主要 材料 之一。 ( 2 ) 近2 0年来， 聚乙烯防腐层在国内埋地长输管 道上获得了广泛应用 ， 国内过去都采用 2层结构

11、的聚 乙烯 ( P E ) 防腐层 ， 从 1 9 9 5年开始应用 3层结构的聚 乙烯防腐层( 3 P E ) 。3层 P E防腐层既有熔结环氧粉 末涂层的强粘结性能、 良好的耐阴极剥离性能， 又有 P E良好的机械性能和抗透湿性能。但造价较高 ， 涂敷 5 0 P i p e l i n e T e c hn i q u e a n d Eq ui p me n t 工 艺复杂 。 ( 3 ) 熔结环氧粉末涂层 ( F B E) 是 由环氧树脂 、 固 化剂等组成的单组分涂料 ， 其优点是与金属的粘结力 好 ， 抗阴极屏蔽和阴极剥离能力强 ， 无污染、 抗弯 曲性 能好、 耐土壤应力好等。

12、但热喷涂操作价格较 高， 涂 装过程要求也十分严格。 ( 4 ) 液态聚氨酯防腐涂料属于双组分 ， 一个是多 元醇化合物 ， 一个是异氰酸酯溶液， 黏度用低相对分 子质量树脂调节。它不含任何挥发性溶剂 ， 通常处于 液态 ， 两个组分 混合后全部转化 为固体厚膜型涂料 ， 可涂刷、 浇注 、 喷涂 ， 一次成膜 ， 膜厚不小于 1 1 2 m m 液 态聚氨酯无溶剂 、 施工简单 、 防腐层质量好 ， 并且有利 环保 ， 作 为防腐涂料具有明显的技术经济优势 ， 尤其 适用 于补伤、 补 口及 旧防腐层的修复 ， 已经成为 目前 国际上管道外防腐层修复的主要材料 ， 在国内有着广 泛的应用前景

13、。 ( 5 ) 聚氨酯沥青是 2 0 世纪9 0年代以来发展最快 的地下管道用涂料 ， 该涂料为双组分热喷涂无溶剂体 系。它不含溶剂， 有利于环保， 而且施工效率高， 一次 性成膜厚 ， 还可采用湿碰湿工艺进行涂层加厚 ， 可大 大缩短施工周期 ， 反应 时间极短， 涂层 坚韧、 表 面光 洁、 附着力强、 耐磨性强。 ( 6 ) 双层环氧 由美 国 O B R I E N公司发明 ， 它将单 层 F B E的防腐性能与表层塑性 F B E的抗机械损伤性 能结合在一起 ， 表现出粘结性能强 、 使用温度高(一6 0 1 0 0) 、 耐土壤应力 、 耐冲击能力和抗阴极剥离性 能好的特点。 (

14、7 ) 复合防腐涂层可以发挥不同材料 的作用 ， 与 管道达到完美的结合 ， 延长 防腐 层和管道 的使用寿 命 。为满足管道工程建设 的需要 ， 管道覆盖层的多层 结构有了较大的发展 。 到 目前为止 ， 多层结构管道覆盖层系统 已形成两 大类 ： 一种是 以环氧树脂为主的双层粉末覆盖层 ， 另 一种是以聚烯烃树脂为主的复合覆盖层。 利用纳米技术对有机涂层 防腐材料进行改性 ， 可 有效提高其综合性能 ， 特别是增加材料的机械强度 、 硬度 、 附着力 ， 提高耐光性 、 耐老化性、 耐候性等。 1 2 无机涂层 当前 ， 用于管道 防腐 的涂层 以有机涂层为 主， 但 由于老化变质、 耐热

15、抗寒的问题 ， 管道的使用寿命受 限。因此， 出现了无机防腐涂层。 _ 6 无机防腐材料不 老化 ， 耐腐蚀 、 耐磨损和耐温的性 能优异 ， 使用寿命 比 有机涂层大大提高。无机非金属 防腐层主要有陶瓷 涂层 、 搪瓷涂层和玻璃涂层。 ( 1 ) 陶瓷涂层 具有高化学稳定性 ， 耐腐蚀 、 耐氧 化、 耐高温性能， 目前已有蔓延高温合成、 热喷涂、 化 学反应法等较成熟的制备方法 。 ( 2 ) 搪瓷涂层具有极强 的耐腐蚀性 能， 用它对钢 制管道进行防腐将会使防腐水平得到极大提高。 ( 3 ) 玻璃涂层致密性 、 耐蚀性 、 耐磨 性优异， 涂层 表面光滑 ， 作为内涂层可起到减 阻作用。

16、其突出特点 有： 生产工艺先进， 永不老化， 使用安全， 耐腐蚀性能 优越， 内减阻及耐磨性 、 流动性好 ， 耐候性强 ， 无毒、 无 害 、 无污染 ， 造价低廉 ， 施工规范 ， 用途广泛等。 目前 ， 无机 防腐涂层存在 的问题 主要 有： 陶瓷涂 层的封孔处理方法 、 搪瓷涂层成本昂贵 、 玻璃涂层结 合性和韧性的提 高、 开发适宜 的焊后 内补 口技术等。 无机防腐技术具有 巨大的发展前景 ， 当前世界各国均 将无机非金属复合防腐管道作为重点攻关的课题 ， 该 技术有望取得更大的突破 。 2 新技术 2 1 新型粘 一弹涂层材料 涂料是管道涂层的物质基础 ， 涂料的质量将直接 影响

17、到涂层的质量， 没有合格 的涂料就不可能得到性 能优异的涂层。粘 一弹涂层 已经有 l 0年的市场供应 历史 ， 它在管线表面上没有产 生脱粘现象 ， 并且具有 无阴极脱粘性。 目前 ， 有一种在地下和地面管道两方面均可使用 的粘 一弹性防腐涂层。主要有以下优点 ： 该涂层具有 抗水渗透性， 故可避免危险的盐颗粒的侵人， 用它可 以消除盐类 问题 ； 不会发生体积性 收缩 ， 可避免发生 脱粘的危险， 并可消除渗透现象； 不会出现微生物影 响的腐蚀； 具有疏水特性， 故不会被水渗透， 不易生长 细菌。一旦涂敷后 ， 该粘 一弹涂层便会 1 0 0 地抗水 和氧的渗透H 。 2 2表面处理新技术

18、 管道表面处理质量是影 响涂层寿命 的最直接 因 素之一 。近年来 ， 工程统计资料表明 ： 在影 响涂层 寿 命的多个因素 中， 表面处理质量的影响占 5 5 。选择 适当的表面处理方式与合理选择涂层工艺同样重要。 目前 ， 现场常用的钢管 内壁预处理有化学清洗法 、 物 理清洗法等。物理清洗法包括高压水射流清洗、 机械 法清洗 、 喷砂清洗等。其 中， 喷砂清洗应用越来越广 泛 ， 且适合大规模清洗。涂层 的剖面深度需控制 ， 确 保研磨剂的所需物理特性 ， 即在喷砂过程中达到所需 的剖面深度 ， 并通过应用各种不同的模拟和数字系统 来验证该剖面深度。而 目前的喷砂系统应 用一台手 动推人

19、管线的装置 ， 它的速度直接关系到喷砂 的清净 第 5期 郭建伟等 ： 管道涂层发展与新技术 5 l 程度和剖面深度 。但这类装置不仅价格昂贵， 且不便 携带。A i r b l a s t 绞车系统的速度可控制和记录 ， 最大特 点是可携带 ， 该 系统 的重 复性 改进 了表面 制备 的质 量 。 2 3 涂敷新工艺 严格的涂敷工艺过程也是确保涂层 质量 的措施 之一。 目前 ， 约有 9 0 的保护涂层 故障出 自劣质和不 妥当的涂敷工艺 。超过 9 8 的埋地管道 ， 一旦暴露将 会受到环境影响 、 外界破坏 ， 并存 在潜 在的出厂缺陷 以及第三方破坏等。国外 许多著名 的制管厂 和

20、管道 施工工程公司都积累了相当丰富的实际经验， 如德国 的曼 内斯曼 、 日本 的 N K K、 荷兰 的 S e l m e r s 、 加拿 大的 N O V A、 美 国的 C R C和新加坡 的 B r e d e r o P r i c e公司等 都拥有成套 的、 适合不 同管径和管长的表面预处理及 喷涂作业线 ， 并且有多年的施工经验 和 良好业绩 。 其中， 英国的 G e mi n i 防腐服务公司采用了表面制备和 处置方法 ， 于 2 0 0 5年 1月建立 了一个全 自动化、 现代 化和用计算机控制的热喷射工厂 ， 它应用 了欧洲一流 的设施 ， 用一种控制模 型预调存储程

21、序 ， 确保 了涂层 的厚度。目 前， 该工艺可以对每个涂敷工序进行检查 和测定， 能提供高功能的涂层 。 2 4 涂层保护新功能 土壤应力也是导致该 S F B带 出现故障 的原 因之 一，美国的 P o l y g u a r d公司通过使用收缩套和带有 固态 膜衬垫( S F B ) 的缠绕带可快速地发现 由土壤应力所造 成的破坏和由腐蚀引起的脱粘问题。该 S F B是一种以 苯烯烃类为基础的材料 ， 有绕缠带或收缩带两种 ， 具有 极高的绝缘深度。P o l y g u a r d公司的 R D一 6管线涂层系 统 ， 已使用 2 0年。R D一 6涂敷不当和出现水的穿透 ， 都 没有

22、发生过故障。P o l y g u a r d公司也正在致力于研发对 表面制备要求低和长期无需维护的涂层产品。 3结束 语 管道涂层 的种类 繁多 ， 应用 特性也各不相 同， 合 理选择相应的涂层对管道防腐、 提高运营效率起着至 关重要的作用。国内在涂层研 发和制造方面存在一 定的不足 ， 尤其在世界前沿 的新技术、 新工艺方面还 需要进一步的提高。 参考文献 ： 1 葛国防 管道内涂层经济可行性分析 油气储运， 2 0 0 3 ， 2 2 ( 2 ) ： 5 8 5 9 2 杨静， 马国光 长输管道外防腐层的选择与应用 新疆石 油科技 ， 2 0 0 5， 1 5 ( 2 ) ： 4 6

23、4 9 3 熊红仿 长输管道外防腐技术概述 石油工程建设， 2 0 0 2 ， 2 8 ( 2 ) ： 81 2 4 李远利， 雍歧卫 管道防腐涂层新发展 涂料工业， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 2 ) ： 5 5 5 7 5 肖峰 管道用复合防腐涂层 油气 田地面工程， 2 0 0 6 ， 2 5 ( 5 ) ： 5 8 6 李安军 输油管道防腐新技术 化工装备技术， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 3 7 5 7 D O D D E MA J F C l e v e r c o a t i n g u s e d f o r s e l f h e a l i n g

24、v i s c o e l a s t i c c o a t i n g Wo r l d P i p e l i n e s ， 2 0 0 7， 7 ( 1 0 ) ： 3 4 4 2 8 S MI T H N A n e w s y s t e m fo r e f f e c t i v e b l a s t c l e a n i n g Wo r l d P i p e l i n e s ， 2 0 0 7 ， 7 ( 1 0 ) ： 4 4 4 7 9 张红兵， 刘志林 管道内涂层涂敷工艺技术 石油规划设 计， 2 0 0 2 ， 1 3 ( 3 ) ： 4 1 4 4 1

25、 0 崔涛 ， 宋旭强 管道内涂层涂敷技术 油气储运 ， 2 0 0 0， 1 9 ( 1 2 ) ： 1 7 1 1 S M I T H J T h e l a t e s t c o a t i n g t e c h n o l o g i e s d e v e l o p e d Wo r l d P i p e l i n e s ， 2 0 0 7 ， 7 ( 1 O ) ： 5 35 5 1 2 N O R S WO R T H Y R P r o v e n p r o t e c t i o n for t h e e ff e c t i v e c o a t i n

26、g p e rf o r ma n c e Wo r l d P i p e l i n e s ， 2 0 0 7 ， 7 ( 1 o ) ： 4 2 4 9 作者简介： 郭建伟( 1 9 7 7 一) ， 助理工程师 ， 主要从事天然气输送 管理工作。 ( 上接 第3 6页) 公式有很好 的精度 ， 失稳试验 与子午 向屈服 一 破裂试验一样， 都是用来验证标准给出的有 关设计计算公式的破坏性试验项 目， 按 G B T 1 2 7 7 7 1 9 9 9这些公式进行设计 ， 波纹管在使用 中是不会 出现 失稳现象 的。 4 3 合格判定 型式检验样品在压力试验或疲 劳试验 中， 如果波

27、纹管耐压性能或疲劳性能未达到该标准规定要求， 则 判为不合格。如果由于制造质量原因而使外观检查 、 尺寸检查 、 焊接接头无损检测 、 压力试验等项 目未符 合该标准规定要求， 允许进行返修， 返修的样品只对 不合格项 目进行检验 。重新 检验时 即使有一项不合 格即认为型式检验不合格。 参 考文献 ： 1 E J MA 8 t h E d i t i o n E x p a n s i o n J o i n t Ma n u f a c t u r e r s A s s o c i a t i o n， 2 0 03 2 G B T 1 2 7 7 7 -1 9 9 9 金属波纹管膨胀节通用技术条件 3 T S G D 2 0 0 1 - 2 0 o 6 压力管道元件制造许可规则 4 T S G Z 2 0 o 4 2 0 0 7 特种设备制造、 安装、 改造、 维修质量 保证体系基本要求 5 T S G D 7 o o 2 2 o 0 6 压力管道元件型式试验规则 6 矫建义 U型多层金属波纹管膨胀节的制造质量控制 管 道技术与设备， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 1 21 3 ； 1 6 作者简介： 盛水平( 1 9 6 4 一 ) ， 工学硕士， 高级检验师， 主要从事 锅炉、 压力容器、 压力管道检验及科技研发工作。