長(zhǎng)輸油氣管道防腐保溫技術(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)

倪行秀

文章編號(hào)：2095-6835（2017）04-0106-02

摘 要：對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道進(jìn)行防腐保溫是降低能耗、保證管道安全運(yùn)行的重要手段之一。簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)長(zhǎng)輸管道防腐保溫技術(shù)現(xiàn)狀，防腐保溫層的材料和結(jié)構(gòu)，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，著重論述了防腐保溫技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其優(yōu)化措施，旨在保證設(shè)計(jì)的可靠性和經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一性，以提高我國(guó)管道防腐保溫技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：防腐保溫；結(jié)構(gòu)材料；優(yōu)化設(shè)計(jì)；保溫層

中圖分類(lèi)號(hào)：TE988.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.106

隨著節(jié)能減排工作的日益推進(jìn)，我國(guó)能源建設(shè)快速發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、調(diào)整，石油、天然氣在能源消耗中所占的比例日益增大。長(zhǎng)輸管道作為鐵路、公路、海運(yùn)、航空運(yùn)輸和管道輸送5大運(yùn)輸方式之一，在輸送油氣時(shí)，與其他運(yùn)輸方式相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是油氣運(yùn)輸?shù)闹髁姟Ｒ虼?，相關(guān)部門(mén)研究長(zhǎng)輸管道的防腐保溫技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 長(zhǎng)輸管道防腐保溫技術(shù)現(xiàn)狀

有關(guān)資料顯示，長(zhǎng)輸管道在服役期內(nèi)管道外壁發(fā)生的泄露事故多是由腐蝕穿孔造成的，這主要?dú)w結(jié)于防腐保溫設(shè)計(jì)不合理。鑒于此，可以通過(guò)優(yōu)化防腐保溫設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步降低事故發(fā)生率。在腐蝕控制設(shè)計(jì)中，多以涂層防護(hù)為主，并輔以陰極保護(hù)技術(shù)作為補(bǔ)充；在保溫設(shè)計(jì)中，從保溫材料的性能、保溫結(jié)構(gòu)和施工工藝入手，重視保溫層下腐蝕（Corrosion Under Insulation，CUI），在滿(mǎn)足工藝條件下推行經(jīng)濟(jì)厚度。

1.1 長(zhǎng)輸管道外防腐

防腐涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合的保護(hù)方法已被廣泛應(yīng)用于埋地長(zhǎng)輸管道的腐蝕控制中，并取得了良好的保護(hù)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(huán)境隔離。因?yàn)橥繉颖旧聿豢杀苊獾卮嬖卺樋缀吐c(diǎn)，所以，管道在裝卸、運(yùn)輸和施工過(guò)程中會(huì)造成涂層破損或開(kāi)裂。當(dāng)其投入運(yùn)行后，服役環(huán)境腐蝕性介質(zhì)作用，第三方破壞，都可能導(dǎo)致涂層漏點(diǎn)的產(chǎn)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(gòu)成了大陰極、小陽(yáng)極的腐蝕電池，反而會(huì)加劇局部腐蝕造成的破壞。

1.2 長(zhǎng)輸管道防腐保溫

根據(jù)《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50264），管道的保溫應(yīng)由保溫層和保護(hù)層組成，保溫層材料應(yīng)具有導(dǎo)熱系數(shù)小，吸水率低，有一定機(jī)械強(qiáng)度，不易燃燒和對(duì)管道無(wú)腐蝕的性能，耐熱性好的特點(diǎn)；保護(hù)層應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，化學(xué)性能穩(wěn)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(fù)合硅酸鹽和硅酸鈣等，盡管憎水性硅酸鹽管殼、巖棉管殼價(jià)格比較便宜，但是，它們的導(dǎo)熱系數(shù)比較大，在原油輸送過(guò)程中會(huì)產(chǎn)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(jié)構(gòu)開(kāi)裂，必然使整體保溫層不連續(xù)。玻璃纖維棉太軟，在運(yùn)輸和施工過(guò)程中，容易出現(xiàn)外保護(hù)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(jié)構(gòu)和材料選擇

2.1 防腐保溫層結(jié)構(gòu)

輸送介質(zhì)溫度不超過(guò)100 ℃的埋地鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層應(yīng)由防腐層、保溫層、防護(hù)層和端面防水帽組成。防腐層可選用聚乙烯膠粘帶、液體環(huán)氧類(lèi)涂料、聚乙烯防腐層或環(huán)氧粉末防腐層，其結(jié)構(gòu)和厚度由設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選定；保溫層應(yīng)選用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，保溫層厚度應(yīng)在滿(mǎn)足輸送工藝要求的前提下，結(jié)合經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算確定，其厚度不應(yīng)小于25 mm；防護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)管徑和施工工藝確定，其厚度應(yīng)大于等于1.4 mm；防腐保溫管端面應(yīng)采用輻射交聯(lián)型熱縮防水帽進(jìn)行防水密封，防水帽與防護(hù)層和防腐層的搭接長(zhǎng)度均不應(yīng)小于50 mm。

2.2 防腐保溫常用材料

2.2.1 防腐層

近年來(lái)，我國(guó)防腐涂層技術(shù)發(fā)展迅速，干線管道涂層主要有熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯復(fù)合涂層（三層PE）。熔結(jié)環(huán)氧粉末為一次成膜涂層，由固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和多種助劑經(jīng)混煉、粉碎加工而成，屬熱固性材料，采用靜電噴涂工藝將環(huán)氧粉末噴涂、熔融黏結(jié)到鋼管表面，并固化成型。環(huán)氧粉末作為管道防蝕涂層，具有對(duì)鋼鐵黏結(jié)力強(qiáng)、膜完整性好、耐陰極剝離、耐土壤應(yīng)力和耐磨損、涂覆操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、抗沖擊性和抗彎曲性能好等特點(diǎn)，可用于工作溫度為-30～100 ℃的鋼質(zhì)埋地管道或水下管道設(shè)施的外防腐，其主要遵循的是《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》（SY/T 0315—2013）。

2.2.2 保溫層

保溫層是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，因其導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、可工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)施工方便，被廣泛應(yīng)用于埋地長(zhǎng)輸管道的保溫。當(dāng)輸送高溫介質(zhì)管道時(shí)，經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)比較后，可采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，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(fā)泡體保溫材料，由多異氰酸酯、組合聚醚加催化劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑等原料組成。其中，發(fā)泡劑是聚氨酯泡沫中最重要的一種助劑，應(yīng)為無(wú)氟發(fā)泡劑。

2.2.3 外防護(hù)層

外防護(hù)層多采用由聚乙烯專(zhuān)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(hù)夾克具有一定的抗磨、抗沖擊、抗撕裂和抗拉性能，可以滿(mǎn)足施工、運(yùn)行載荷的要求。保溫層外加聚乙烯夾克保護(hù)層的預(yù)制有“一步法”成型工藝和“管中管”成型工藝2種。

2.2.4 補(bǔ)口材料

管道防腐保溫層補(bǔ)口施工采取的是防腐層補(bǔ)口、保溫層補(bǔ)口、防護(hù)層補(bǔ)口程序。防腐層補(bǔ)口宜采用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶/套（介質(zhì)溫度低于70 ℃）或液態(tài)涂料，比如聚氨酯類(lèi)（介質(zhì)溫度高于70 ℃）；保溫層補(bǔ)口可采用專(zhuān)用模具現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡；外護(hù)層補(bǔ)口應(yīng)采用輻射交聯(lián)熱收縮補(bǔ)口帶（或補(bǔ)口套）。

3 防腐保溫的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 前期調(diào)研及方案比選

一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)長(zhǎng)輸管道工程前期，應(yīng)注重現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)評(píng)價(jià)工作，為設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，保證工程量的準(zhǔn)確性提供內(nèi)容齊全、深度滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)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(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)，掌握工程投資和償還年限、工程所在地?zé)崮軆r(jià)格。設(shè)計(jì)時(shí)，要論證多種方案，不能生搬硬套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，不能單一考慮保溫結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性或可靠性，應(yīng)綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素比較保溫材料的技術(shù)可靠性、施工工藝、使用壽命、成本等，以確定最優(yōu)的方案。

3.2 防腐層和陰極保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(huán)境的適應(yīng)性，環(huán)境保護(hù)要求，以及壽命期內(nèi)費(fèi)用全分析（包括涂層材料費(fèi)、涂裝費(fèi)、運(yùn)費(fèi)、維修保養(yǎng)、更換大修等多方面的考慮），主要涉及以下幾方面的內(nèi)容，即環(huán)境評(píng)價(jià)的作用及內(nèi)容、涂層選擇的基本原則、涂層選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、補(bǔ)口材料與工藝和經(jīng)濟(jì)分析。不同地質(zhì)條件下的涂層結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)管道沿線腐蝕性環(huán)境的調(diào)查、分析和測(cè)試結(jié)果來(lái)最終確定。

3.3 保溫層經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算

長(zhǎng)輸管道的保溫效果不僅與保溫材料的類(lèi)型和合理的保溫結(jié)構(gòu)有關(guān)，還取決于保溫層的厚度。保溫層越厚，管路熱損失越小，越節(jié)約能源；但厚度加大，保溫結(jié)構(gòu)造價(jià)則提高。保溫層厚度應(yīng)在管道保溫?zé)崃τ?jì)算的基礎(chǔ)上，按照技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析得出的“經(jīng)濟(jì)保溫厚度”確定。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，管道運(yùn)輸是我國(guó)主要的油氣運(yùn)輸方式之一。當(dāng)今，我國(guó)對(duì)油氣資源的需求量正不斷增加，帶動(dòng)了眾多油氣長(zhǎng)輸管道的建設(shè)和發(fā)展，這也對(duì)管道防腐保溫技術(shù)提出了更高的要求。因此，在長(zhǎng)輸管道的設(shè)計(jì)建設(shè)中，仍然需要進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)化防腐保溫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并充分考慮設(shè)計(jì)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，使其達(dá)到世界先進(jìn)水平，確保管輸系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)，降低管道事故發(fā)生的概率，節(jié)約建設(shè)成本。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙超，王彥海.探究輸油氣管道施工中的防腐問(wèn)題[J].科技致富向?qū)В?012（21）：260.

〔編輯：白潔〕