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耐高温环氧涂层在海底管道防腐中的应用研究

2019-05-12 17:16:31

随着海洋石油开发步伐的深入,石油勘探与开发正在向深地层和条件苛刻地区迈进。目前深水油气田勘探与开发己成为当前海上石油发展的趋势,采出液温度通常处在80℃一150℃之间,普通熔结环氧粉末己无法为管道提供可靠的防腐涂层。

通常,100℃左右的环氧粉末定义为普通型环氧粉末,行业内以Tg是否达到110℃或120℃作为区分耐高温型和普通型环氧粉末的指标。对于运行温度在80~110℃范围的输送管道,为确保FBE涂层的长期服役性能,一般要求环氧粉末的Tg应至少高于运行温度5~20℃。因为粉末的玻璃化转变温度低于运行温度时,防腐涂层的韧性、柔韧性和附着力等机械性能就会衰减。因此选择合适玻璃化温度的环氧粉末对高温运行管道涂敷至关重要。

为了有效解决高温输送环境下海底管道防腐问题,国外很多厂家己经生产出耐高温管道防腐环氧粉末材料,如阿克苏诺贝尔、佐敦等,耐高温≥110℃)管道防腐生产在国外己有应用,但在国内管道防腐生产中鲜有应用。

为了掌握油田埋地管道防腐保温现状,经现场取样,对油田在用埋地管道防腐层、保温层及保护层材料主要性能参数进行了测试,并对测试结果进行了分析,同时对防腐层的破损原因进行了分析,对防腐修复提出了建议。

1管道防腐保温性能检测

埋地管道的保温结构是保温层、防腐层及保护层三层的组合,三层的协同作用以保证埋地管道经济运行。腐蚀防护效果是管道是否发生腐蚀破坏的关键。目前管道的腐蚀防护采用了双重措施,即防腐覆盖层与阴极保护(外加电流或牺牲阳极、排流)。防腐覆盖层较重要的作用是能抵御现场环境腐蚀,保证与钢管牢固粘结,尽可能不出现阴极剥离。一旦发生剥离,就保证阴极保护电流的畅通,达到防护效果。目前在集输工程中多的是采用单层保温材料,以岩棉和聚氨脂泡沫塑料为主。这两种保温材料导热系数低,保温性能好。但岩棉吸水性强,质地松软,易吸水而失效;聚氨脂不吸水,但能透气,一旦融化,游离出,管道腐蚀就会严重。保护层的作用是保护保温层、防腐层不被破坏,防止雨水的侵入,从而延长管道保温结构的使用寿命。目前,我国油田埋地管道防腐材料以石油沥青为主。为了了解油田埋地管道各层材料的应用现状,本文在现场应用管道上取样,对其防腐层、保温层及防护层材料性能进行测试分析。防腐层现状测试与分析石油沥青用作管道的外防腐较为普遍,并且在这方面已积累了较丰富的经验。但由于沥青的质量及老化等原因,经过较长时间的使用后,很难达到防腐的效果,管线破坏严重,管道的使用寿命下降。为了评价埋地管道防腐层石油沥青的现状,选取了大庆油田采油一厂和采油三厂注油、注水管道管线进行取样测试,测试结果。从测试结果分析,只有太一联一杏13-1站的两条管线防腐层完好,其它管线的沥青均已经开始老化,如果不及时换,将对管线造成严重腐蚀。

保温层现状测试与分析埋地管道遍及油田地下,纵横交错,总长达数万米,其保温效果的优劣是确保管道运行的关键。保温性能差的管道不但大量地浪费能源,而且无法保证油品的正常运输。管道保温效果的优劣除与保温结构、施工质量及使用年限等有关,还与管道的埋深、管道周围土壤(如沙漠、沼泽、冻土等)热物性及大气环境等许多因素有关。

2管道防腐层破损原因、检测和修复技术

防腐层作为保护金属管线不受腐蚀的重要手段之一,在油田管线中得到广泛应用,然而随着使用时间的增加,防腐层破损点及破损面积逐渐增加,管道失去防腐层的保护作用后腐蚀穿孔,不仅造成巨大的经济损失,而且对生态环境也造成影响。本文对油田常用的黄夹克保温管和石油沥青玻璃布防腐管的破损原因进行了分析,并对管道防腐层的检测方式进行了对比,并给出了避免防腐层破损和检测的相关建议。

管道作为大量输送石油、水、气体等介质的为经济的方法在油田得到广泛应用。但由于施工质量、外力破坏、长期使用及地下环境等因素造成的管道防腐层破损、老化,使其防腐能力降低甚至失去保护作用,钢制管道受到土壤化学和电化学腐蚀导致管道穿孔,造成漏油、漏水、漏气等,不仅造成巨大的经济损失,而且对生态环境造成影响。因此,我们对油田集输管道防腐层破损的常见问题及检测手段进行探讨。

目前,大量采用的是黄夹克保温管和石油沥青玻璃布防腐管,另外还有点加热管道(防腐保温类似黄夹克保温管),因此我们仅对黄夹克保温管和石油沥青玻璃布防腐管防腐层破损原因进行分析。

1.黄夹克保温管破损原因

黄夹克保温管分三层,里面的是钢管,然后是防腐层,中间一层是保温层,例如聚氨醋的保温层,外面一层是保护层,也叫夹克层,一般是采用聚乙烯,较高使用温度约为120℃。聚氨醋黄夹克保温管道腐蚀主要原因分析如下:

1)管道补口不严

爱波网从黄夹克保温管用于集油管线穿孔统计情况来看,管道焊口附近的腐蚀管道焊口附近及穿、跨越附近发生腐蚀穿孔的比率占70%左右。管道采用泡沫塑料与聚乙烯胶带作为朴口材料,具体操作是将泡沫塑料预制瓦粘结后缠绕胶带层,由于是现场施工,胶带存在   的皱折现象,同时相连管道保温层若出现较为严重的扭曲错位,将直接影响胶带的缠绕质量。在土壤压力及管道应力的作用下,焊口处的胶带易发生变形移动,层与层之间形成若干缝隙,腐蚀介质便可乘虚而入,腐蚀介质渗入后加速了钢质管道接口部位的残余应力腐蚀和异性材质腐蚀。

爱波网2)黄夹克泡沫塑料层的破损及开裂黄夹克泡沫塑料层的开裂及破损原因较多,经分析主要有以下三点:

1)冬季施工问题

因为管道施工周期的问题,一部分管道需要在冬季施工,施工过程中,掩埋时采用推土机直接掩埋,较大的冻土块容易砸伤黄夹克保温管外壳,同时冻土接触管线不均,容易导致管线受局部应力较大而出现破损。

2)管道本身质量问题

黄夹克保温管夹克层在制造过程中存在出现厚度不均,存在破损点的可能,在现场施工后管道承压不能满足强度需求而破裂,但成品管黄夹克保温管在制造过程中有较严格的验收工序,因此该种情况出现几率较低。

3)应力开裂现象

夹克层防腐保温应力开裂分为轴向开裂和周向开裂两种,夹克层现轴向开裂主要原因是泡沫塑料填充不饱满,出现空洞等,在土壤压力长期作用下夹克层塌瘪开裂,该种现象在现场补口质量不合格造时也同样存在。夹克层周向开裂与聚乙烯夹克层生产过程有关,聚乙烯属线型高聚物,在挤出成型过程中要经历三种力学状态,即玻璃态,粘流态,高弹态。高聚物在粘流态流动时不会是单纯的粘性流动,而是在粘性流动的同时分子链有改变,即高弹形变,高弹形变需要   的时间才能达到   松弛。但是在实际制品生产过程中,总会有一部分未能松弛的链段被冻结在玻璃态,由于被冻结的链段有一种回弹松弛的趋势,管道防腐层破损原因及检测技术探讨就产生了内应力,使制品容易开裂;拉伸力大小的影响线型高聚物的另一个特点是分子的取向性。在外力作用下,分子链顺着作用力的方向伸展排列起来的过程,即被取向。取向后高聚物具有力学上的各向异性,在取向方向上。力学性能得到提高,但同时内应力变大,断裂延伸率减小。在生产中。聚乙烯通过喷头挤出后。在成型管的纵向受到   拉伸力的作用,以便聚乙烯管不断地延长成型。成型后的聚乙烯管在纵向积存有较大的内应力在作用过程中。由于聚乙烯层存在缺陷造成内应力的集中。此时聚乙烯层的缺陷部位再次被延伸,当延伸率超过该温度下的规定许可值时,聚乙烯层发生垂直于应力方向的开裂。


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