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摘要从敷设防腐保温管道入手,着重介绍各种防腐材料的特性及其应用。
关键词管道防腐;保温
中图分类号TU8文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0124-01
1管道防腐保温技术概况
我国管道采用硬脂聚氨酯泡沫保温时使用的外防腐层主要有两种:即石油沥青玻璃布防护层和聚乙烯夹克防护层。硬质聚氨酯泡沫塑料保温层外加石油沥青玻璃布防护层的施工工艺为喷涂泡沫成型或模具成型后外缠石油沥青玻璃布,生产效率低,施工工艺落后,现在已较少使用。硬脂聚氨酯塑料保温层外加聚乙烯夹克防护层的施工工艺有“管中管”成型和“一步法”成型两种,随着两种施工工艺日趋成熟,生产效率高,从而使油田集输管线的保温几乎全部采用了硬脂聚氨酯泡沫塑料保温外加聚乙烯夹克的结构。国内先后采用了玻璃钢、石油沥青玻璃布、聚乙烯胶带、聚乙烯电熔补口套及聚乙烯热收缩带等补口材料。由于玻璃钢补口材料与聚乙烯夹克不匹配,目前已不使用。
2防腐保温结构及材料选择
2.1防腐保温层结构
1)埋地钢制管道防腐保温层是由防腐层一保温层一防护层组成的复合结构。防腐层是指防腐涂料或具有防腐性能的热熔胶层;保温层是指泡沫塑料层;防护层是指聚乙烯塑料层。2)防腐层材料及厚度由设计确定,但厚度不应小于80µm。3)保温层厚度应采用经济厚度计算确定,但不应小于25mm。4)防护层厚度应根据管径及施工工艺确定,但不应小于1.2mm。5)防腐保温层端面必须用防水帽密封防水。
2.2常用油(气)管道敷设方式
油气管道敷设方式通常采用架空、管沟及直埋敷设。根据敷设方式的不同,所采用的保温及外护层材料亦不同,现分述如下:
1)直埋敷设。当温度小于100℃时,钢管经除锈后,进行钢管表面防腐,其防腐材料要求较高,目前广泛采用的涂料有氰凝、TO树脂及其它聚氨脂或树脂类涂料。2)管沟敷设。该种敷设方式广泛用于站内管道或跨越管段。钢管除锈后,刷防锈涂料。3)架空敷设。该种敷设方式仅适用于站场管道。钢管除锈后刷防锈涂料。4)防腐涂料其性能如附着力、柔韧性、耐冲击强度等要符合要求。
3管道防腐材料及敷设结构
3.1防腐层
钢管防腐层常用材料有S52—1型聚氨酯型防腐防水漆、煤焦油瓷漆、防锈漆、TO树脂、环氧粉末、环氧树脂类涂料、环氧煤沥青及热沥青等。
3.2外保护防水层
地上敷设管道多采用镀锌铁皮、铝箔玻璃钢等。埋地管道则多为高、低密度聚乙烯包覆层,俗称夹克。近来也有将高、低密度聚乙烯综合起来使用做防护层的,俗称中密度聚乙烯。该种材料既有近似于高密度聚乙烯的强度,同时又具有低密度聚乙烯的韧性,将二者综合后的材料大大延长了材料的耐环境应力开裂时间。埋地保温管道的外防水层也有的使用TO树脂玻璃钢、环氧树脂玻璃钢或改性石油沥青玻璃布等。整改、整修的管道一般采用环氧煤沥青、冷缠胶带、煤焦油瓷漆等防水防腐材料。
3.3补口材料
管道腐蚀的主要原因是由于地下水从管道补口处侵入保温层后,由电化学腐蚀引起的。但从近年来使用保温管道的补口材料来看,过去主要采用冷缠带、石油沥青玻璃布等,近年来,由于热缩制品的发展,多采用聚乙烯热收缩带、聚乙烯热熔套等。针对补口是保温管道的关键环节,设计中一般在管端采用辐射交联热收缩性防水帽,并在补口处钢管外壁采用加强防腐措施,采用的材料有加强煤焦油瓷漆、加厚型S52—1型聚氨酯专用防水防腐漆、环氧类防水材料、辐射交联热收缩套(带)等。
从上所述可以看出,管道保温材料从其类型上可分为多泡型、空气层型和纤维型三大类。
由于多泡型保温材料具有导热系数小、吸水率低、抗压强度高及易于成型和便于施工等优点,在国外的油气管道保温中已经得到越来越广泛的应用。
4管道防腐材料特性
管道防腐材料选择应做到技术可靠、经济合理、因地制宜。管道常用防腐材料基本性能及适用范围如下:
4.1石油沥青防腐涂料
石油沥青具有良好的粘结力,电绝缘性能好,吸水性低,化学稳定性强,并且成本低、防腐效果好等优点,但石油沥青耐候性差,不耐阳光直接照射,机械强度较低,易受植物根系穿透和微生物侵蚀,因此适用于输送介质温度不超过80℃的埋地钢质管道。石油沥青外防腐管道不宜敷设在水下或沼泽及芦苇地带。
4.2环氧煤沥青防腐涂料
该涂料由环氧树脂、煤沥青、有机溶剂、防锈剂和填料等组成。它不仅具有环氧树脂的高粘结力、高机械强度、耐化学介质侵蚀等性能,具有煤沥青优异的耐水性、抗微生物、抗植物根系等优点。其绝缘性能优良,能在各种酸、碱、盐、水和油类中长期浸泡,使用温度在-40℃～110℃之间。
环氧煤沥青涂料是甲、乙双组分涂料,并和相应的稀释剂配套使用。
环氧煤沥青抗紫外线性能差,涂敷施工要求严格,但具有抗植物根茎穿透的特点,一般适用于管沟管道、埋地管道,不宜用于地上裸露管道。
4.3氯化橡胶防腐涂料
氯化橡胶分为防锈底漆和各色面漆。它具有良好的耐侯性、除锈性能,附着力良好,耐水和耐化学介质的腐蚀性等优点。它使用维修方便,漆膜基本无毒。氯化橡胶应采用厚浆型面漆,适用于地上管线及管沟管线。
4.4氯磺化聚乙烯防腐涂料
氯磺化聚乙烯具有良好的耐臭氧和耐天候老化性、耐酸碱盐类腐蚀性和耐水、耐油、抗寒等性能,其附着力强,柔韧性、耐磨性好,漆膜干燥快和抗离子辐射性能强,一般适用于地上管线。
4.5TO树脂防腐涂料
TO树脂防腐涂料主要是由TO树脂及加入的增韧剂、固化剂、稀释剂等组成。其主要特点是附着力强、密封绝缘性好、韧性和抗冲击性强、涂膜无毒,可在温度-60～150℃下长期使用。
TO树脂防腐防水涂料适用于钢质直埋管线或理地保温管线的外保护层,也适用于常年在强烈日光照射场合使用的设旎,如架空管线、露天储罐及设备的防腐蚀。
4.6聚氨脂涂料
其中的聚氨脂底漆广泛应用于油(气)管道、储罐及海洋条件、中强腐蚀环境下钢结构及砼结构的防护。而聚氨脂面漆具有高光泽,保色性和保光性强,耐酸、碱、盐类腐蚀性。
4.7聚乙烯包覆管(PE管)
也称“夹克管”,是应用效果较好的防腐材料,其防腐层具有绝缘性好、粘接力强、拉外力拉伸强度大,耐老化等优点。采用PE防腐,经论证这种防腐的效果将好于环氧煤沥青和冷缠防腐胶带,其施工也比较简便。成型管道现场安装时,在焊缝处先涂覆一层快速固化重防腐涂料,再配套使用聚乙烯热收缩套管,施工工艺简单,便于操作,容易保证质量。在埋地管出地面处,管道穿墙处使用聚乙烯热收缩管,能有效 防止氧浓度差和宏观复合腐蚀原电池引起的腐蚀。
另外,还可能同时采用并不断改进阴极保护、牺牲阳极等技术,弥补涂层防腐的不足。
5结语
管道防腐是一个系统工程,防腐的设计、施工、维护都将从根本上影响防腐的质量,因此在设计时要针对土壤的酸碱性、电阻率、微生物特性等情况选择合理的防腐方案,充分利用新技术、新工艺、新材料,才能达到防腐的目的,充分、有效地利用资源。
关键词管道防腐;保温
中图分类号TU8文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0124-01
1管道防腐保温技术概况
我国管道采用硬脂聚氨酯泡沫保温时使用的外防腐层主要有两种:即石油沥青玻璃布防护层和聚乙烯夹克防护层。硬质聚氨酯泡沫塑料保温层外加石油沥青玻璃布防护层的施工工艺为喷涂泡沫成型或模具成型后外缠石油沥青玻璃布,生产效率低,施工工艺落后,现在已较少使用。硬脂聚氨酯塑料保温层外加聚乙烯夹克防护层的施工工艺有“管中管”成型和“一步法”成型两种,随着两种施工工艺日趋成熟,生产效率高,从而使油田集输管线的保温几乎全部采用了硬脂聚氨酯泡沫塑料保温外加聚乙烯夹克的结构。国内先后采用了玻璃钢、石油沥青玻璃布、聚乙烯胶带、聚乙烯电熔补口套及聚乙烯热收缩带等补口材料。由于玻璃钢补口材料与聚乙烯夹克不匹配,目前已不使用。
2防腐保温结构及材料选择
2.1防腐保温层结构
1)埋地钢制管道防腐保温层是由防腐层一保温层一防护层组成的复合结构。防腐层是指防腐涂料或具有防腐性能的热熔胶层;保温层是指泡沫塑料层;防护层是指聚乙烯塑料层。2)防腐层材料及厚度由设计确定,但厚度不应小于80µm。3)保温层厚度应采用经济厚度计算确定,但不应小于25mm。4)防护层厚度应根据管径及施工工艺确定,但不应小于1.2mm。5)防腐保温层端面必须用防水帽密封防水。
2.2常用油(气)管道敷设方式
油气管道敷设方式通常采用架空、管沟及直埋敷设。根据敷设方式的不同,所采用的保温及外护层材料亦不同,现分述如下:
1)直埋敷设。当温度小于100℃时,钢管经除锈后,进行钢管表面防腐,其防腐材料要求较高,目前广泛采用的涂料有氰凝、TO树脂及其它聚氨脂或树脂类涂料。2)管沟敷设。该种敷设方式广泛用于站内管道或跨越管段。钢管除锈后,刷防锈涂料。3)架空敷设。该种敷设方式仅适用于站场管道。钢管除锈后刷防锈涂料。4)防腐涂料其性能如附着力、柔韧性、耐冲击强度等要符合要求。
3管道防腐材料及敷设结构
3.1防腐层
钢管防腐层常用材料有S52—1型聚氨酯型防腐防水漆、煤焦油瓷漆、防锈漆、TO树脂、环氧粉末、环氧树脂类涂料、环氧煤沥青及热沥青等。
3.2外保护防水层
地上敷设管道多采用镀锌铁皮、铝箔玻璃钢等。埋地管道则多为高、低密度聚乙烯包覆层,俗称夹克。近来也有将高、低密度聚乙烯综合起来使用做防护层的,俗称中密度聚乙烯。该种材料既有近似于高密度聚乙烯的强度,同时又具有低密度聚乙烯的韧性,将二者综合后的材料大大延长了材料的耐环境应力开裂时间。埋地保温管道的外防水层也有的使用TO树脂玻璃钢、环氧树脂玻璃钢或改性石油沥青玻璃布等。整改、整修的管道一般采用环氧煤沥青、冷缠胶带、煤焦油瓷漆等防水防腐材料。
3.3补口材料
管道腐蚀的主要原因是由于地下水从管道补口处侵入保温层后,由电化学腐蚀引起的。但从近年来使用保温管道的补口材料来看,过去主要采用冷缠带、石油沥青玻璃布等,近年来,由于热缩制品的发展,多采用聚乙烯热收缩带、聚乙烯热熔套等。针对补口是保温管道的关键环节,设计中一般在管端采用辐射交联热收缩性防水帽,并在补口处钢管外壁采用加强防腐措施,采用的材料有加强煤焦油瓷漆、加厚型S52—1型聚氨酯专用防水防腐漆、环氧类防水材料、辐射交联热收缩套(带)等。
从上所述可以看出,管道保温材料从其类型上可分为多泡型、空气层型和纤维型三大类。
由于多泡型保温材料具有导热系数小、吸水率低、抗压强度高及易于成型和便于施工等优点,在国外的油气管道保温中已经得到越来越广泛的应用。
4管道防腐材料特性
管道防腐材料选择应做到技术可靠、经济合理、因地制宜。管道常用防腐材料基本性能及适用范围如下:
4.1石油沥青防腐涂料
石油沥青具有良好的粘结力,电绝缘性能好,吸水性低,化学稳定性强,并且成本低、防腐效果好等优点,但石油沥青耐候性差,不耐阳光直接照射,机械强度较低,易受植物根系穿透和微生物侵蚀,因此适用于输送介质温度不超过80℃的埋地钢质管道。石油沥青外防腐管道不宜敷设在水下或沼泽及芦苇地带。
4.2环氧煤沥青防腐涂料
该涂料由环氧树脂、煤沥青、有机溶剂、防锈剂和填料等组成。它不仅具有环氧树脂的高粘结力、高机械强度、耐化学介质侵蚀等性能,具有煤沥青优异的耐水性、抗微生物、抗植物根系等优点。其绝缘性能优良,能在各种酸、碱、盐、水和油类中长期浸泡,使用温度在-40℃～110℃之间。
环氧煤沥青涂料是甲、乙双组分涂料,并和相应的稀释剂配套使用。
环氧煤沥青抗紫外线性能差,涂敷施工要求严格,但具有抗植物根茎穿透的特点,一般适用于管沟管道、埋地管道,不宜用于地上裸露管道。
4.3氯化橡胶防腐涂料
氯化橡胶分为防锈底漆和各色面漆。它具有良好的耐侯性、除锈性能,附着力良好,耐水和耐化学介质的腐蚀性等优点。它使用维修方便,漆膜基本无毒。氯化橡胶应采用厚浆型面漆,适用于地上管线及管沟管线。
4.4氯磺化聚乙烯防腐涂料
氯磺化聚乙烯具有良好的耐臭氧和耐天候老化性、耐酸碱盐类腐蚀性和耐水、耐油、抗寒等性能,其附着力强,柔韧性、耐磨性好,漆膜干燥快和抗离子辐射性能强,一般适用于地上管线。
4.5TO树脂防腐涂料
TO树脂防腐涂料主要是由TO树脂及加入的增韧剂、固化剂、稀释剂等组成。其主要特点是附着力强、密封绝缘性好、韧性和抗冲击性强、涂膜无毒,可在温度-60～150℃下长期使用。
TO树脂防腐防水涂料适用于钢质直埋管线或理地保温管线的外保护层,也适用于常年在强烈日光照射场合使用的设旎,如架空管线、露天储罐及设备的防腐蚀。
4.6聚氨脂涂料
其中的聚氨脂底漆广泛应用于油(气)管道、储罐及海洋条件、中强腐蚀环境下钢结构及砼结构的防护。而聚氨脂面漆具有高光泽,保色性和保光性强,耐酸、碱、盐类腐蚀性。
4.7聚乙烯包覆管(PE管)
也称“夹克管”,是应用效果较好的防腐材料,其防腐层具有绝缘性好、粘接力强、拉外力拉伸强度大,耐老化等优点。采用PE防腐,经论证这种防腐的效果将好于环氧煤沥青和冷缠防腐胶带,其施工也比较简便。成型管道现场安装时,在焊缝处先涂覆一层快速固化重防腐涂料,再配套使用聚乙烯热收缩套管,施工工艺简单,便于操作,容易保证质量。在埋地管出地面处,管道穿墙处使用聚乙烯热收缩管,能有效 防止氧浓度差和宏观复合腐蚀原电池引起的腐蚀。
另外,还可能同时采用并不断改进阴极保护、牺牲阳极等技术,弥补涂层防腐的不足。
5结语
管道防腐是一个系统工程,防腐的设计、施工、维护都将从根本上影响防腐的质量,因此在设计时要针对土壤的酸碱性、电阻率、微生物特性等情况选择合理的防腐方案,充分利用新技术、新工艺、新材料,才能达到防腐的目的,充分、有效地利用资源。