長輸油氣管道防腐保溫技術及優化設計

倪行秀

文章編號：2095-6835（2017）04-0106-02

摘 要：對油氣長輸管道進行防腐保溫是降低能耗、保證管道安全運行的重要手段之一。簡要介紹了我國長輸管道防腐保溫技術現狀，防腐保溫層的材料和結構，從設計角度出發，著重論述了防腐保溫技術應用中存在的問題及其優化措施，旨在保證設計的可靠性和經濟的統一性，以提高我國管道防腐保溫技術水平。

關鍵詞：防腐保溫；結構材料；優化設計；保溫層

中圖分類號：TE988.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.106

隨著節能減排工作的日益推進，我國能源建設快速發展，能源結構不斷優化、調整，石油、天然氣在能源消耗中所占的比例日益增大。長輸管道作為鐵路、公路、海運、航空運輸和管道輸送5大運輸方式之一，在輸送油氣時，與其他運輸方式相比具有無可比擬的優點，是油氣運輸的主力軍。因此，相關部門研究長輸管道的防腐保溫技術具有非常重要的現實意義。

1 長輸管道防腐保溫技術現狀

有關資料顯示，長輸管道在服役期內管道外壁發生的泄露事故多是由腐蝕穿孔造成的，這主要歸結于防腐保溫設計不合理。鑒于此，可以通過優化防腐保溫設計方案進一步降低事故發生率。在腐蝕控制設計中，多以涂層防護為主，并輔以陰極保護技術作為補充；在保溫設計中，從保溫材料的性能、保溫結構和施工工藝入手，重視保溫層下腐蝕（Corrosion Under Insulation，CUI），在滿足工藝條件下推行經濟厚度。

1.1 長輸管道外防腐

防腐涂層與陰極保護聯合的保護方法已被廣泛應用于埋地長輸管道的腐蝕控制中，并取得了良好的保護效果。涂層是埋地管道腐蝕控制的第一道屏障，其作用是將管體金屬與腐蝕性的土壤環境隔離。因為涂層本身不可避免地存在針孔和漏點，所以，管道在裝卸、運輸和施工過程中會造成涂層破損或開裂。當其投入運行后，服役環境腐蝕性介質作用，第三方破壞，都可能導致涂層漏點的產生。因此，單純依靠涂層不能完全抑制管道的腐蝕，并且由于涂層缺陷處裸露的局部管體表面與涂層完好的大面積管體構成了大陰極、小陽極的腐蝕電池，反而會加劇局部腐蝕造成的破壞。

1.2 長輸管道防腐保溫

根據《工業設備及管道絕熱工程設計規范》（GB 50264），管道的保溫應由保溫層和保護層組成，保溫層材料應具有導熱系數小，吸水率低，有一定機械強度，不易燃燒和對管道無腐蝕的性能，耐熱性好的特點；保護層應具有足夠的機械強度和韌性，化學性能穩定，耐老化，具有防水和電絕緣的性能。

管道所用的保溫材料最初大多采用礦棉、玻璃纖維、膨脹珍珠巖、復合硅酸鹽和硅酸鈣等，盡管憎水性硅酸鹽管殼、巖棉管殼價格比較便宜，但是，它們的導熱系數比較大，在原油輸送過程中會產生較大的熱量損失，而且保溫管殼是一塊塊手工捆綁的，熱伸縮縫引起保溫結構開裂，必然使整體保溫層不連續。玻璃纖維棉太軟，在運輸和施工過程中，容易出現外保護層破裂的情況，且其吸水率比較高，管道極易腐蝕穿孔。

2 防腐保溫結構和材料選擇

2.1 防腐保溫層結構

輸送介質溫度不超過100 ℃的埋地鋼質管道泡沫塑料防腐保溫層應由防腐層、保溫層、防護層和端面防水帽組成。防腐層可選用聚乙烯膠粘帶、液體環氧類涂料、聚乙烯防腐層或環氧粉末防腐層，其結構和厚度由設計根據現場實際情況選定；保溫層應選用硬質聚氨酯泡沫塑料，保溫層厚度應在滿足輸送工藝要求的前提下，結合經濟厚度計算確定，其厚度不應小于25 mm；防護層厚度應根據管徑和施工工藝確定，其厚度應大于等于1.4 mm；防腐保溫管端面應采用輻射交聯型熱縮防水帽進行防水密封，防水帽與防護層和防腐層的搭接長度均不應小于50 mm。

2.2 防腐保溫常用材料

2.2.1 防腐層

近年來，我國防腐涂層技術發展迅速，干線管道涂層主要有熔結環氧粉末、三層聚乙烯復合涂層（三層PE）。熔結環氧粉末為一次成膜涂層，由固態環氧樹脂、固化劑和多種助劑經混煉、粉碎加工而成，屬熱固性材料，采用靜電噴涂工藝將環氧粉末噴涂、熔融黏結到鋼管表面，并固化成型。環氧粉末作為管道防蝕涂層，具有對鋼鐵黏結力強、膜完整性好、耐陰極剝離、耐土壤應力和耐磨損、涂覆操作簡單、無污染、抗沖擊性和抗彎曲性能好等特點，可用于工作溫度為-30～100 ℃的鋼質埋地管道或水下管道設施的外防腐，其主要遵循的是《鋼質管道熔結環氧粉末外涂層技術規范》（SY/T 0315—2013）。

2.2.2 保溫層

保溫層是硬質聚氨酯泡沫塑料，因其導熱系數低、密度小、可工廠預制、現場施工方便，被廣泛應用于埋地長輸管道的保溫。當輸送高溫介質管道時，經綜合經濟比較后，可采用復合結構，即在鋼管與聚氨酯泡沫之間加夾微孔硅酸鈣等耐溫材料。泡沫塑料是一種發泡體保溫材料，由多異氰酸酯、組合聚醚加催化劑、發泡劑和穩定劑等原料組成。其中，發泡劑是聚氨酯泡沫中最重要的一種助劑，應為無氟發泡劑。

2.2.3 外防護層

外防護層多采用由聚乙烯專用料形成的聚乙烯。高密度聚乙烯（HDPE）是一種超高分子聚合物，可以有效阻止水向保溫層的滲透，且這種材料的絕緣性好，易于加工成型，用這種材料制成的防水保護夾克具有一定的抗磨、抗沖擊、抗撕裂和抗拉性能，可以滿足施工、運行載荷的要求。保溫層外加聚乙烯夾克保護層的預制有“一步法”成型工藝和“管中管”成型工藝2種。

2.2.4 補口材料

管道防腐保溫層補口施工采取的是防腐層補口、保溫層補口、防護層補口程序。防腐層補口宜采用輻射交聯聚乙烯熱收縮帶/套（介質溫度低于70 ℃）或液態涂料，比如聚氨酯類（介質溫度高于70 ℃）；保溫層補口可采用專用模具現場發泡；外護層補口應采用輻射交聯熱收縮補口帶（或補口套）。

3 防腐保溫的優化設計

3.1 前期調研及方案比選

一般來講，在設計長輸管道工程前期，應注重現場環境系統評價工作，為設計優化方案，保證工程量的準確性提供內容齊全、深度滿足要求的基礎資料。在具體工作中，主要了解工程沿線的地形地貌、土壤電阻率等與本專業設計相關的參數，掌握工程投資和償還年限、工程所在地熱能價格。設計時，要論證多種方案，不能生搬硬套標準、規范，不能單一考慮保溫結構的經濟性或可靠性，應綜合技術、經濟等因素比較保溫材料的技術可靠性、施工工藝、使用壽命、成本等，以確定最優的方案。

3.2 防腐層和陰極保護優化設計

新建管道涂層的選擇不單純是管道防腐的投資，而要考慮環境的適應性，環境保護要求，以及壽命期內費用全分析（包括涂層材料費、涂裝費、運費、維修保養、更換大修等多方面的考慮），主要涉及以下幾方面的內容，即環境評價的作用及內容、涂層選擇的基本原則、涂層選型與結構設計、補口材料與工藝和經濟分析。不同地質條件下的涂層結構應根據管道沿線腐蝕性環境的調查、分析和測試結果來最終確定。

3.3 保溫層經濟厚度計算

長輸管道的保溫效果不僅與保溫材料的類型和合理的保溫結構有關，還取決于保溫層的厚度。保溫層越厚，管路熱損失越小，越節約能源；但厚度加大，保溫結構造價則提高。保溫層厚度應在管道保溫熱力計算的基礎上，按照技術經濟分析得出的“經濟保溫厚度”確定。

4 結束語

總之，管道運輸是我國主要的油氣運輸方式之一。當今，我國對油氣資源的需求量正不斷增加，帶動了眾多油氣長輸管道的建設和發展，這也對管道防腐保溫技術提出了更高的要求。因此，在長輸管道的設計建設中，仍然需要進一步研究和開發，進一步優化防腐保溫的結構設計，并充分考慮設計的可靠性與經濟性的統一，使其達到世界先進水平，確保管輸系統的長期安全運營，降低管道事故發生的概率，節約建設成本。

參考文獻

[1]李麗新.管道防腐保溫技術綜述[J].中國石油和化工標準與質量，2012，33（12）：81.

[2]趙超，王彥海.探究輸油氣管道施工中的防腐問題[J].科技致富向導，2012（21）：260.

〔編輯：白潔〕