內防涂層現場應用性能評價研究

姜 麗 劉 瑾 劉 恒 王 凱 宋根才 張春偉 王遂平

①勝利油田分公司東辛采油廠 ②勝利油田分公司技術檢測中心③勝利油田檢測評價研究有限公司 ④勝利油田工程技術管理中心

選擇礦化度高、含砂高區塊進行試驗，試驗預制涂裝五種涂層短管，短管通過堆焊補口，內補口，擴口進行連接，共計11種內防涂層接口。現場試運行100天后，對涂層性能和接口性能分別進行測試。測試結果表明：對于運輸溫度高、含砂高，礦化度高的介質管道，內防涂層優先選擇環氧粉末，接口綜合考慮測試性能和現場可操作性推薦采用堆焊接口。

對于集輸管道內腐蝕的防護主要采用內表面的涂層處理，這種方法具有防腐性能高、使用年限長、性價比高的優點[1]。另外為保證管道焊口部位的抗腐蝕性能，必須采取焊后內補口或其他工藝措施，解決管道接頭的連接與防護問題[2]。目前在油田常用內防涂層主要有賽克54（SK-54）防腐、環氧陶瓷防腐、玻璃鱗片防腐、環氧粉末防腐、玻璃釉防腐等五種。內防接口主要有堆焊補口、內補口和擴口三種方式。五種涂層和三種接口方式組合針對不同服役環境性能有一定的差異。本文針對溫度高、礦化度高、含砂高的區塊進行了五種內防涂層和三種接口方式的適應性評價研究，優選出適應性較好的內防涂層和接口方式。

1 試驗管線

本文選擇油田某采油廠礦化度高、含砂高某區塊采油井進行試驗，其采出液溫度為80 ℃，壓力為0.7 MPa，礦化度為65000 mg/L，試驗管線采用Φ159×6 mm無縫鋼管。現場涂裝賽克54（SK-54）防腐、環氧陶瓷防腐、玻璃鱗片防腐、玻璃釉防腐、環氧粉末防腐等五種內防涂層，每種涂層涂裝三節短管，同種類型的內防涂層短管通過堆焊補口，內補口，擴口進行連接，不同類型內防涂層短管通過法蘭連接，現場試驗管段設置11種不同內防涂層接口，每種接口設置兩個平行試樣，共計22個接口試樣。

現場試驗管道安裝后，運行100天后，將實驗短管挖出并取樣切割進行標記，并制作成標準試片進行性能測試，測試分為涂層性能測試和接口性能測試。

2 內防腐涂層測試

2.1 涂層表面形貌

通過目視五種涂層表面形貌發現，SK-54涂層在管道運行過程中局部性能發生了改變，發現管段的一半涂層是黑色另一半發黃，主要集中在堆焊接口附近，如圖1所示。

玻璃鱗片涂層出現局部鼓泡，尤其在堆焊和內補口接口處鼓泡嚴重，如圖2所示。

圖1 SK-54現場試驗前后對比圖

圖2 現場試驗后玻璃鱗片涂層K-54

2.2 涂層的耐沖擊性能測試

（1）試驗方法：評價涂層的耐沖擊性能，執行標準《GB 1732-1993漆膜耐沖擊測定》，測試在1.5J沖擊能量下的表現。

（2）試驗結果：1.5J沖擊能量是標準要求，5種涂層試樣均滿足標準要求，沖擊后管道完好無損。

2.3 涂層附著力試驗

圖3 涂層的載荷-摩擦力曲線

（1）附著力劃痕實驗。使用WS-2003涂層附著力自動劃痕儀，選用載荷200 N，加載速率為100 N/min，劃痕長度10 mm，測試5種涂層的載荷-摩擦力曲線，見圖3。

圖4 5涂層附著力試驗的宏觀形貌

在涂層附著力測試加載過程中，摩擦力的大小反應了涂層的硬度以及附著力的大小。從圖4中可以看出，附著力由大到小的順序：玻璃釉、SK-54、環氧陶瓷、環氧粉末、玻璃鱗片。

（2）附著力附著力拉拔實驗。上述試驗方法，由于涂層的附著力較好，在滑動距離有限的情況下，環氧陶瓷、玻璃鱗片、SK-54、環氧粉末沒能測試曲線的突變點，涂層內部的抗滑動能力很大，只有玻璃釉涂層由于脆性較大，在1200N附近出現破裂，為了進一步研究涂層與基體的附著力的大小，采用了附著力剝離實驗進行了附著力等級測試。

采用附著力拉拔法測試5種涂層的附著力，見表1

表1 5種涂層附著力測試

結果：5種涂層附著力由大到小的順序：玻璃釉、SK-54、環氧陶瓷、玻璃鱗片、環氧粉末。

2.4 摩擦磨損性能試驗

（1）試驗方法。試驗采用的試樣尺寸為30 mm×15 mm×厚度的方形片狀，使用5種涂層進行試驗。

實驗條件：摩擦載荷：10 N，轉速：800 r/min，旋轉半徑：3 mm，測試時間：5 min。

試驗結束后，使用先后丙酮和無水酒精清洗試樣表面并用吹風機吹干，再使用精度為0.0001 g的電子稱測量其重量，最后計算在相同的磨損時間內，試樣磨損的平均磨損量及其平均磨損率。

（2）試驗結果：試樣磨損圖如圖5所示，磨損性能測試如表2所示。

圖5 5種涂層的磨損宏觀形貌

表2 涂層的磨損性能測試

圖6 5種涂層的摩擦系數對比

如表2、圖6所示，5種涂層磨損量由小到大的順序：環氧粉末、環氧陶瓷、玻璃鱗片、玻璃釉、SK-54。SK-54涂層的磨損量最大，磨損速度最大，玻璃釉、環氧陶瓷和玻璃鱗片涂層的磨損量相近，環氧粉末的磨損量最小，磨損速率最小。而且5種涂層中，經過腐蝕后磨損性能變化最大的是SK-54，其它4種涂層腐蝕后的磨損率與腐蝕前的磨損率是一個數量級，去除誤差的影響，腐蝕前后4種涂層的磨損性能變化甚微。這是因為 SK-54涂層在管道運行過程中性能發生了改變，脆性變大，磨損率增大。

2.5 小結

五種內防涂層中SK-54和玻璃鱗片不適用于該工況環境下涂裝，其它三種性能差異較小，而環氧粉末表現出優良的耐磨性。

3 內防腐涂層接口性能測試

3.1 現場應用后接口腐蝕形貌測試

將帶擴口、堆焊及內補口接口的管子從中間切開，清理油污和雜質之后，使得涂層接口可見，觀察其腐蝕形貌。經過100天的應用，所有擴口管道插接的管段上的涂層完整無損，而且插接管與原管道處未進液體，也未腐蝕，接口兩邊的涂層也未發現氣孔、起泡、脫落等缺陷。

圖7 玻璃鱗片堆焊接口

圖8 玻璃鱗片內補口接口

堆焊和擴口兩種接口形式接口處性能優良，未發生明顯腐蝕以及性能劣化，但是兩種接口形式下的玻璃鱗片涂層出現了鼓泡、脫落現象，如圖7、圖8所示，涂層局部失效，其余四種涂層完好。

3.2 小結

接口從性能方面可以選擇擴口、堆焊及內補口其中之一。但是擴口接口在使用過程中，密封一旦失效，液體進入插接管和原管道之間的縫隙，容易造成縫隙腐蝕，引起管道局部腐蝕，加速管道腐蝕失效。內補口在現場應用過程由于多加一道小車接口內防處理，增加了施工成本，而且對于管徑小的管道實施較困難。因此推薦采用堆焊接口，而且只要堆焊材料選擇得當，設計合適的焊接工藝，抗腐蝕性和耐磨性完全可以滿足現場需求。

4 結語

（1）對于運輸溫度高、含砂高，礦化度高的介質管道，內防涂層優先選擇環氧粉末。

（2）接口推薦采用堆焊接口，根據運輸介質的性質選擇合適的堆焊材料，并制定適宜的焊接工藝，滿足服役環境接口防護需要。