聚四氟防腐涂層技術研究及應用

吳珍

【摘 要】隨著孤島油田進入后期開發，三次采油所占比重越來越大，采油廠集油、注水及注聚管網也日趨密集，油田采出液物性也發生了很大的變化，呈現出高含硫、高含蠟及高腐蝕性的特點，又因孤島油田位于高含堿濱海地區，土壤腐蝕性強，更加劇了管線的腐蝕速率，隨著孤島油田幾十年的開發，許多老舊管線也亟待更新。近幾年，管線刺漏、穿孔現象時有發生，嚴重影響正常生產，同時也對本地區自然環境造成了不良影響。

【關鍵詞】聚四氟乙烯；防腐；管材；接頭

前言：

近幾年，3PE外防腐和玻璃內襯防腐等新型防腐技術在實際生產中運用較多，但是，經過幾年的應用，我們發現這些技術也存在一些問題，尤其是玻璃內襯防腐。首先，3PE和玻璃內襯防腐管線在整體耐壓、耐溫及耐擠壓方面劣勢明顯，影響管線的整體使用壽命，其次，這種防腐技術無法做到接頭焊接處防腐與其直管段保持一致，使其成為薄弱環節，影響管線整體使用壽命。由投產后出現刺漏的管線可看出，其破損點基本都是焊口位置，只能重新更換接頭。而玻璃內襯管材除了焊口位置刺漏，一些埋地管線受擠壓產生輕微變形，或者管道內輸送液體含砂量較大，致使玻璃內襯出現裂痕甚至破損，也會對管材本體產生腐蝕，此類問題只能更換整段管線，造成成本增加。

為了更好地解決管線內腐蝕問題，我們尋找到了新的防腐技術即聚四氟乙烯防腐涂層（內外均可），這里重點解決內防腐和接口問題。

一、聚四氟乙烯的物性

聚四氟乙烯（PTFE）一般稱作“不粘涂層”或“易清潔物料”。其具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦系數極低，所以可作潤滑作用之余，亦成為了易清潔水管內層的理想涂料。其分子式：（C2F4）n，分子量：100.015612，熔點：327℃，沸點：400℃。

二、聚四氟涂層的優異性能及施工工藝

聚四氟防腐管線基材為無縫鋼管，內壁以聚四氟抗老化涂層進行防腐、外壁采用3PE進行防腐，連接形式為可焊接特殊接頭。本產品在保持鋼質管道強度的同時，使管道內壁和外壁同時達到全面防腐目的。

聚四氟涂層產品工藝：

高溫除油→噴砂除銹→噴涂聚四氟涂層→高溫燒結→成品入庫

聚四氟涂層機理：

聚四氟涂料主要以聚四氟乙烯（特氟龍）為原料，配以高潤滑助劑，經過高溫燒結與鋼管充分結合在一起。在其內壁形成具有一定厚度的致密聚四氟涂層，使腐蝕介質和管材完全隔離。

聚四氟乙烯內襯相對玻璃內襯及H87內防腐有著導熱系數小，摩擦系數小、耐溫度高等優點，使其在輸送高粘度、高溫、含雜質較高的液體時有著明顯的優勢（見表1）。相比較來說是一種更為優良的內防腐材料。

此外，聚四氟乙烯還有以下幾個優點：

1、耐大氣老化性：耐輻照性能和較低的滲透性：長期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。

2、不燃性：限氧指數在90以下。

3、耐酸堿性：不溶于強酸、強堿和有機溶劑（包括魔酸，即氟銻磺酸）。

4、抗氧化性：能耐強氧化劑的腐蝕。

5、酸堿性：呈中性。

由此可見，這種材料不僅是管線內防的好材料，也是一種優秀的外防腐材料，可以使管線埋地或者露天敷設。

三、聚四氟涂料可作為新型管線接頭涂料

為解決防腐管線易在焊口處刺漏的問題，我們對其原因進行了分析，主要有以下幾個方面：

1、施工焊接質量不過關，焊縫有沙眼、氣孔，埋下安全隱患。

2、焊接過程中產生的高溫使破壞周邊防腐涂料，破壞原有防腐層。

3、焊接產生的熱應力使焊縫周圍產生應力變形和裂紋。

4、現場補口補傷受環境影響巨大，且熱縮套與母材貼合不夠緊密。

分析產生上述問題的原因，我們不難發現問題1可以通過加強施工人員技能培訓和加強現場施工管理解決。問題2，3產生的原因主要是施工工藝造成的客觀原因，無法排除，問題4產生的原因既有主觀施工原因，也有客觀環境及材料性能的原因。因此，我們設計了一種新型接口技術，解決上述問題，具體做法如下圖3：

如圖所示，在管材兩端端口各焊接短套管一個，套管內外壁與管材一起在工廠預制防腐，預留注膠孔。預制加工短節一根，規格、材質、內外防腐與管材一致，長度等于兩節短套管長度，短節兩端嵌裝聚四氟墊圈。

具體施工方法為：現場布好管線以后，將短節放入套管內，與管材緊密結合，再將管線端口兩根套管焊接在一起，最后在套管與短節環形空心區域填充保護膠體，管線即安裝完成。

此新型接口技術主要有以下幾個優點：

（1）介質通過區域為短節，套管只起到固定、保護短節的作用，短節安裝不需要焊接，避免對防腐涂層的破壞，也不存在應力集中問題。

（2）短節兩端聚四氟墊圈與母材接觸，即起到密封作用，也不會使母材直接接觸導致涂層磨損。

（3）套管焊接后里面填充膠體，確保套管不與短節接觸，避免雜物進入。

（4）填充膠體為密實、不透水透氣，凝固后高強度膠體，進一步增強了管線的抗腐蝕能力和強度。

聚四氟乙烯防腐管線及新型接頭在江漢、中原及陜西北元化工等地區投入使用，三年來無一刺漏，預期使用壽命遠大于15年，可滿足現有油田注水和注聚等管線生產需求。

四、結束語

通過對國內現有各類防腐涂層的調查分析，我們與金島華瑞工程技術公司共同研發聚四氟乙烯（即特氟龍）涂料有著優異的防腐性能，能夠作為管材的防腐涂層使用，同時更好地解決了管線接口部位由焊接過程產生的高熱融化破壞防腐涂層，從而導致焊接部位成為防腐薄弱點的難題。

【參考文獻】

[1]薛光磊， 陳璐， 郭琦，等. 聚四氟乙烯襯里大型防腐蝕容器的特點、技術性能及其應用分析[J]. 產業與科技論壇， 2017， 16（10）：43-44.

[2]李凱. 聚四氟乙烯潤滑涂層的制備及性能研究[D]. 燕山大學， 2016.