改良水泥砂漿內壁防腐技術

楊雙春，梁玉業(yè)，康超男，潘 一*，艾 軍

（1. 遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001； 2. 億方工業(yè)公司，遼寧 遼陽 111000）

管道多用于石油等領域,每年由于管道內壁的腐蝕造成了嚴重的經濟損失，因此消耗了大量的人力與物力。管道內壁防腐技術受到國內外的關注，水泥砂漿襯里多用于管道內壁的防腐。水泥砂漿襯里具有投資低廉、施工簡單、防腐性能可靠等特點[1]。80年代普通水泥砂漿用于管道內壁的防腐，但由于設備的簡單，襯里材料的單一性及技術的限制未得到廣泛的應用；現(xiàn)今，各種改良水泥砂漿的出現(xiàn)，施工設備及施工工藝的技術不斷成熟，以往水泥砂漿的不足之處得到了很好的改善。增強了涂敷效果，具有使用年限久等特點，使得管道內壁的防腐效果得到了顯著的提高。隨著技術的不斷完善，更多的改良水泥砂漿將用于管道內壁的防腐。

1 管道內壁腐蝕的原因

由于輸油管道在輸送油品的過程中，油品中含有大量的金屬離子、水、氣體及一些鹽類化合物等，因此造成管道內壁腐蝕的主要因素有金屬腐蝕和輸油管道的水腐蝕。其中金屬腐蝕為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。油品中含有氧化劑，其與金屬反應造成金屬的化學反應從而管道內壁得以腐蝕；管道內壁的主要腐蝕是由于油品中含有大量的金屬離子，這些金屬離子在溶有氧氣的電解質水中，各點呈現(xiàn)的電位不同因而發(fā)生了電化學腐蝕[2]。輸油管中的水腐蝕是輸油管的水中含有大量的溶解鹽類，其中主要成分氯化物對管道內壁造成的腐蝕較為嚴重；另一類輸油管道水腐蝕為輸油管道中的水中含有O2、CO2、H2S等氣體。管道中的CO2氣體與水發(fā)生反應生成碳酸腐蝕管道；油品中的H2S濃度不同，其發(fā)生的電化學腐蝕管道的程度也有所不同[3]。

2 水泥砂漿襯里的原理及優(yōu)缺點

2.1 水泥砂漿襯里的原理

水泥砂漿襯里的原理比較獨特，它不像其他防腐技術僅僅把輸送介質和管壁隔開，它具有滲透性和可愈性。當管道輸送具有腐蝕性的水或含水油品時，砂漿襯里被水浸透，進而浸透整個管道內壁。水在浸透整個襯里的同時，同樣吸收水泥砂漿襯里中的Ca(OH)2將管道內壁附近的pH值增加升高到大于12的水平。在此pH值的條件下，管道內壁形成一層保護膜而不被腐蝕。它的自愈性確保了水泥砂漿在運輸、安裝過程中，由于操作不慎造成的裂痕在輸送含有水的油品中,襯里的二次水化作用能夠自行復原和愈合。這就體現(xiàn)了水泥砂漿的整體性，能夠長久使用[4]。

2.2 水泥砂漿襯里存在的優(yōu)缺點

2.2.1 水泥砂漿被普遍采用存在的優(yōu)點

（1）熱膨脹系數(shù)與鋼鐵接近，因此涂敷容易，粘結性好；

（2）使用壽命長，經濟損耗少；

（3）屬于無機材料、無毒，因此使用安全可靠；

（4）具有親水性，從而涂敷條件簡單，常溫下即可作業(yè)；

（5）材料便宜、使用方便。

2.2.2 水泥砂漿作為內防腐材料存在的缺點

（1）有脫落、剝皮等可能；

（2）運輸、施工作業(yè)過程中易造成裂縫；

（3）涂層厚，輸送油品量減少且耗費大量人力與物力；

（4）砂漿具有滲水性，長期使用不易于維修與破壞；

（5）一般適于大口徑管道施工而小口徑管道施工作業(yè)困難。

由于普通水泥砂漿襯里存在著這些缺點，國內外各種改良水泥砂漿的出現(xiàn)與廣泛使用彌補了以往普通水泥砂漿存在的不足之處。提高了涂敷質量與防腐效果[5]。

3 水泥砂漿襯里的施工工藝要求及施工方法

3.1 水泥砂漿內襯防腐施工工藝要求

（1）根據(jù) API度的標準要對管道的筆直度、圓度、內壁有無沙眼和外觀等方面進行檢查；

（2）對管內進行清洗；管道內壁中不應有油漆、油污、潤滑劑等不利于涂敷作業(yè)的物質,同時也應該清除管道內的鐵銹及其他腐蝕性物質；

（3）配制水泥砂漿的水泥、沙子、水必須經過檢查,達到要求后才能使用[6]；

（4）通過蒸汽法、另加保護層或自然養(yǎng)護的方法對涂敷好的管道襯里進行養(yǎng)護；

（5）進行管端修理及管端拋光，便于管道間的連接安裝。

3.2 水泥砂漿襯里的施工方法

由于工廠與現(xiàn)場的使用設備與施工作業(yè)難度等方面的影響，水泥砂漿襯里因而采用不同的施工方法。工廠施工主要采用噴涂法、離心法和噴涂與離心相結合的方法；噴涂法是國內外使用較多的方法之一，其原理為噴涂機在管道內運行的過程中將噴出的水泥砂漿通過拉式抹平器抹平，再噴涂上一層固化保護液有利于襯里的固化[7]；離心法則是利用離心力的原理將砂漿涂敷在管道內壁上；國外成熟的技術噴涂與離心相結合的方法以噴涂法和離心法為基礎，取其之長，避其之短，使水泥砂漿襯里施工技術又向前發(fā)展了一大步；對于現(xiàn)場的施工，因為所處環(huán)境不同，應力求施工方便、快捷，操作技術及設備簡單，常采用的施工方法是拖拉發(fā)和風送法；拖拉法是國外使用較早的施工方法，主要涂敷原理是利用一個彈頭狀的抹平裝置將送入管道內的砂漿抹平；風送法利用壓縮空氣的推動力將兩個活塞間的砂漿擠涂在管道內壁上；二者施工方法被廣泛采用，加強了施工的效率，同時也大大的減少了經濟能耗[8]。

4 國內外各種改良水泥砂漿襯里

4.1 環(huán)氧樹脂水泥砂漿襯里

環(huán)氧樹脂是一類含有環(huán)氧基的熱塑性線型高分子化合物, 由環(huán)氧氯丙烷與二酚基丙烷(亦稱雙酚A), 在氫氧化鈉催化下制得。還可由其它多元醇、多元酚或多元胺與環(huán)氧氯丙烷合成非雙酚A型環(huán)氧樹脂。以及由過醋酸環(huán)氧化脂環(huán)烯烴制得脂環(huán)族環(huán)氧樹脂[9]。

在管道內壁防腐中環(huán)氧樹脂水性涂料應用廣泛,它主要用在管道內壁與水泥砂漿間的涂層。由于在環(huán)氧樹脂的分子結構中有很多極性很強的羥基、醚基及環(huán)氧基，所以它與相鄰界面的分子間有很強的作用力，克服了普通水泥砂漿粘結不牢易于脫落的缺點。水性環(huán)氧樹脂涂料具有涂層薄、韌性好、流動性好、耐磨、耐高溫等特性[10]，因此它在使用過程中大大避免了管道安裝及油溫等條件的影響，并且占用管道內徑小，使用壽命長，綠色環(huán)保[11]。

環(huán)氧樹脂水泥砂漿襯里是在普通水泥砂漿原有特性的基礎上添加環(huán)氧樹脂成分，使其增添了環(huán)氧樹脂的優(yōu)良特性。環(huán)氧樹脂水泥砂漿襯里薄，達到了輕量化并且減少了運輸費用；襯里薄的特點更加適宜于小口徑管道的涂敷作業(yè)；由于具有環(huán)氧樹脂的耐熱、耐磨、耐高溫的特性，環(huán)氧樹脂水泥砂漿襯里不但適用于輸油管道同樣適用于蒸汽管線[12]。

4.2 高鋁水泥砂漿襯里

高鋁水泥是一種膠結材料,具有很好的抗硫性,是國內外很好的管道內壁襯里材料。其高鋁水泥砂漿襯里不但具有抗硫性，還具有以下特性[13]：

（1）具有凝固時間短，在短時間內可達到強硬；

（2）在極低的溫度下也可達到強硬，在高溫條件下，具有熱變形小并且能夠保持原有的強度；

（3）在輸送流體的過程中，保證了襯里的抗沖刷性；

（4）耐高溫，輸送較高溫度油品時，襯里結構不發(fā)生改變。

4.2.1 襯里的配比

高鋁水泥的主要成分是：40%的 Al2O3，36%的CaO，及少量的鐵、硅等。高鋁水泥含有一定量的氧化鈣和氧化鋁,它們可反應生成鋁酸鈣而凝結硬化，因此水泥的用量多少直接影響著襯里的強度。高鋁水泥砂漿襯里常使用的施工方法是離心法及噴涂法，要求：水／水泥＝0.3，沙／水泥＝4.1，配比過程中要合理地控制水用量，過度的水含量使襯里出現(xiàn)空隙導致襯里強度下降。高鋁水泥的水化物成分為：雙鋁酸鈣、單鋁酸鈣、氧化鋁膠。其水化物中大部分是起保護作用的氧化鋁膠，所以高鋁水泥砂漿襯里能夠抵抗酸性和硫的侵蝕，即使在 Ph為3.5～4.0的條件下，襯里中的鋁酸也不會溶解，襯里的使用壽命可達25～30年以上[14]。

4.2.2 襯里的施工要點

1）材料檢驗

材料的性能及質量對襯里的施工及防腐作用有著直接的影響，故需施工前的檢驗。

（1）膠結材（高鋁水泥）

高鋁水泥與普通水泥不同，其具有水化速度快，容易失效的特點，因此要合理地保管好高鋁水泥，在使用前要進行檢驗是否結塊出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。

施工前要做配比試驗，合理地配比能夠保障涂敷及防腐達到最佳效果。

（2）摻合料（礬土）

摻合料可以減少水泥的用量，保證襯里有良好的合易性，增強防腐效果。

① 氧化鋁(Al2O3)的含量不小于55%；

② 氧化鐵(Fe2O3)的含量不得大于3%。

2）施工的方法

為了提高襯里的強度及其他性能，應盡量減少水灰比。手工涂敷需要的水量要比機械作業(yè)需要的水量多，且機械攪拌更能使攪拌均勻，因此應盡量采用機械涂敷作業(yè)。

3）施工養(yǎng)護條件

襯里的養(yǎng)護是一個不容忽視的重要環(huán)節(jié)，養(yǎng)護條件的不同決定著襯里的強度及日后的使用壽命。一般養(yǎng)護需要在 24 h內完成，養(yǎng)護的最佳溫度為15～25 ℃，濕度90%以上，通常在初凝后24～48 h內進行淋水濕養(yǎng)。

5 結 論

水泥砂漿襯里是管道內壁防腐的主要技術措施,水泥砂漿襯里的施工簡單性、耐腐蝕性及經濟性越來越受到國內外在管道內壁防腐上的使用。我國是經濟大國，因此在各種改良水泥砂漿防腐技術方面還需要做出更多的研究與使用，減少因腐蝕造成的嚴重經濟損失。一方面要以國外為參考背景的條件下研制出新的防腐添加劑，做出最佳的添加劑與水泥砂漿的配比，使防腐效果更加顯著，使用期限更加長久；另一方面需要完善各種施工設備，使施工設備更加輕量化，技術先進化，克服小口徑管道施工困難的不足，減少施工所需的不便條件。提高各種養(yǎng)護條件，防止涂敷完的水泥砂漿襯里因養(yǎng)護條件不利造成脫落、剝皮的現(xiàn)象；加強運輸與施工管理制度，防止因運輸或者安裝不當造成裂痕等問題，影響后期運輸油品的防腐效果。隨著科學技術的不斷發(fā)展及各族人民的不斷努力，我相信，不久我國在改良水泥砂漿襯里的發(fā)展將會取得重大的突破，達到世界領先水平。

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