雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐技術

王海秋 王鳳濤

1大慶油田工程有限公司2大慶油田采油二廠

雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐技術

王海秋1 王鳳濤2

1大慶油田工程有限公司2大慶油田采油二廠

雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐技術是利用具有優良防腐性能的石油瀝青，替代二層PE防腐結構中不具備防腐性能的膠層，形成內層結構為改性石油瀝青防腐層，外層結構為改性聚乙烯防護層的復合結構。改性瀝青防腐層厚度要求至少應達到0.7 mm以上，改性聚乙烯防護層厚度應達到聚乙烯膠帶防腐層的厚度。在擠出石油瀝青時要盡量選取較低的擠出溫度（即在軟化點附近）以避免瀝青流淌造成厚度不均。雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐管具有雙重防護作用，防腐性能優良，可節約防腐成本15%。

雙層結構；石油瀝青；聚乙烯；防腐層設計；擠出成型工藝；評價

由于材料和結構上的差異，不同防腐管道在防腐性能、經濟性及用途方面均有各自的特點：三層結構聚乙烯防腐管具有很強的防腐性能和抗沖擊性能，在油田安全性要求高的大口徑和天然氣管道中得到一定程度的應用[1]，但其造價很高；二層結構聚乙烯防腐技術在油田注入管道中應用較多，由于其不具有三層結構聚乙烯防腐技術的粉末涂料防腐層，一旦外護層受到破壞則會導致管道迅速腐蝕；石油瀝青（或改性瀝青）防腐技術因其價格的優勢，一直應用于油田天然氣和注入管道中，但其外護層為聚氯乙烯工業薄膜纏繞保護，在有外力作用下工業薄膜極易損壞，水易透過薄膜的缺陷進入石油瀝青防腐層，因此石油瀝青防腐層用于高含水、蘆葦、沼澤等地帶時其防腐性能呈下降趨勢[2]。

針對油田管道外防腐技術現狀研發的雙層結構石油瀝青-聚乙烯防腐層，既能夠發揮聚乙烯防護層的外保護作用，又能夠發揮石油瀝青防腐層的防腐性能，同時改變了石油瀝青防腐層傳統的淋涂、澆涂工藝，使其能夠通過擠出工藝成型，可長效防腐，且具有優異的經濟性能。

1 石油瀝青-聚乙烯外防腐層設計

1.1 結構設計

雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐技術是利用具有優良防腐性能的石油瀝青，替代二層PE防腐結構中不具備防腐性能的膠層，形成內層結構為改性石油瀝青防腐層，外層結構為改性聚乙烯防護層的復合結構。

1.2 厚度設計

雙層結構石油瀝青-聚乙烯防腐層起防腐作用的是內層的改性瀝青防腐層，起防護作用的是外層的改性聚乙烯防護層。改性瀝青防腐層厚度不需要達到傳統石油瀝青防腐層的厚度，可以借鑒再生橡膠防腐層和聚乙烯膠帶防腐層的厚度要求，其厚度應至少達到0.7 mm以上。改性聚乙烯防護層亦不需要達到聚乙烯防腐層的厚度，可以借鑒聚氨酯泡沫夾克的厚度要求，至少應達到聚乙烯膠帶防腐層的厚度。雙層結構石油瀝青-聚乙烯防腐層厚度要求見表1。

表1 雙層結構防腐層厚度要求

1.3 成型工藝設計

聚乙烯防護層本身具有較高的強度，在作為改性石油瀝青防腐層的外防護層時，改性石油瀝青防腐層不需要再用玻璃絲布增強，因而徹底改變了傳統的淋涂、澆涂成型工藝。雙層結構防腐管成型工藝流程見圖1。

圖1 雙層結構石油瀝青-聚乙烯防腐管成型工藝流程

石油瀝青的熔體屬于假塑性液體，隨剪切應力的增加，表觀黏度會下降，這為石油瀝青防腐層通過擠出機擠出提供先決條件。但在190℃時（聚乙烯塑料的熔融指數測定溫度）石油瀝青處于黏流狀態，熔融指數大于25 g/min，高密度聚乙烯5000S的熔融指數則在1.5 g/min左右。在擠出石油瀝青時要盡量選取較低的擠出溫度（即在軟化點附近）以避免瀝青流淌造成厚度不均。因此，需要對石油瀝青防腐層進行一定的改性，改性劑可選擇橡膠類和熱塑性樹脂類。除解決石油瀝青自身的脆性問題外，還要提高石油瀝青的高溫黏度，以解決由于瀝青流淌而造成的防腐層厚度不均和層間剝離的現象。

2 外防腐管成型試驗及性能評價

2.1 外防腐管成型試驗

雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐管成型試驗制樣步驟：

（1）鋼管。噴砂除銹等級為Sa 2.5的碳鋼鋼管，管道規格為?76 mm×4 mm。

（2）鋼管涂覆前預熱，溫度為160℃。

（3）涂覆改性石油瀝青防腐層（粒狀10#石油瀝青與改性劑SBS預混合后經螺桿擠出機擠出成型）。

（4）涂覆改性聚乙烯防護層（高密度聚乙烯與改性劑SBS預混合后經螺桿擠出機擠出成型）。

2.2 技術評價

雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐管測試指標涵蓋防腐層和成管性能指標，測試結果見表2。

由表2可以看出，雙層結構石油瀝青-聚乙烯防腐管成管附著力和抗陰極剝離性能不低于二層結構聚乙烯防腐層要求，即剝離強度≥70 N/cm，抗陰極剝離性能≤15 mm。該產品與傳統瀝青防腐管道相比，防腐性能優良，聚乙烯外防護層堅固耐用，耐熱、耐老化、抗拉、抗壓，產品質量穩定。

表2 雙層結構防腐層性能測試結果

2.3 經濟評價

雙層結構石油瀝青-聚乙烯外防腐管與二層結構聚乙烯防腐管相比成本低，節約防腐成本約15%。同時，改性石油瀝青防腐層通過擠出工藝成型，改變了石油瀝青防腐層傳統的澆涂、淋涂工藝，大大降低了對環境的污染，具有良好的經濟效益和社會效益。

3 結論

（1）能夠擠出成型的雙層結構石油瀝青-聚乙烯防腐技術既有防腐性能優良的改性石油瀝青防腐層，又有極佳防護效果的聚乙烯防護層，具有優異的雙重防護效果。

（2）改性石油瀝青防腐層與底材具有較好的附著性能，其剝離強度能夠達到70 N/cm。

（3）該技術改變了石油瀝青防腐層傳統的成型工藝，更加環保，較二層結構聚乙烯防腐層具有更高的性價比。

[1]肖冶，郭志國，張玥琳．管道外防腐三層PE涂層補口材料的選用[J]．石油工程建設，1998（3）：36-37.

[2]陳向新，李蓮．長輸管道外防腐層的選擇[J]．油氣儲運，1999，18（8）：20-24.

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.034

王海秋：高級工程師，2004年畢業于大慶石油學院金屬材料工程專業，從事油田管道、設備的防腐技術研究與設計。

2015-05-19

（0459）5902478、wanghaiqiu@petrochina.com.cn