海洋平台海水管道管材选择.docx

1 海水系统常用管材主要是价格较贵、机械强度差，且对管内流速1要求VOL.28 No.10 OCT. 2014技 术海洋平台海水管道管材选择阳利军张国庆李 妍(海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津 塘沽 300451)摘 要：本文针对海洋平台的特点，分别介绍了海洋平台上海水介质管道使用的几种材质管 道，分析了它们的优缺点，并从使用寿命、耐腐蚀性能、价格综合等几个方面对几种材质进行了 综合分析，最后得出了性价比较好的材质，并结合近年新投产的一些海洋平台海水介质管道采用 的管材案例，得到了海水介质管道选材的较好方案。关键词：海水管道海洋平台钢骨架塑料复合管铜镍合金管中图分类号：TE 985文献标识码：ADOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2014.10.050.03Pipe Material Selection for Seawater Pipe on the Offshore PlatformYANG Li-jun, ZHANG Guo-qing, LI Yan(Offshore Oil Engineering Co., LTD. Design Company, Tianjin 300451, P.R.China)Abstract: Base on characteristics of the offshore platform. This article introduced many kinds pipe of different material for seawater pipe on the offshore platform. The using life, the anti-corrosive properties and cost of these pipes of different material were compared. And considered many project cases of selecting seawater pipe on offshore platforms which constructed in latest year. At last, this article got a preferable way of selecting seawater pipe on the offshore platform.Key words: seawater pipe; offshore platform; plastics pipe with metal framed; Cu-Ni alloy pipe0 引言主要有两大系列，金属管与非金属管。金属管系列 由于海洋平台远离大陆，淡水资源缺乏，海洋主要包括：铜镍合金管、厚壁碳钢管加腐蚀余量、平台一般采用海水作为冷却水、消防水及卫生间冲碳钢管内涂/内衬/内镀防腐蚀材料，如内涂塑、衬洗水。因为海水具有较强的腐蚀性，这就给这些海塑、镀锌、不锈钢管等；非金属系列主要包括：钢水系统的管材选择带来了一定的特殊性。为避免管骨架塑料复合管、玻璃钢管。上述的这些管材分别道系统被海水腐蚀而泄漏，在管材选择时必须考虑在我国海洋平台上有应用，下面就这些管材的特点海水腐蚀问题，必须选择耐海水腐蚀的管材，同时进行分析。 也需考虑经济适应问题。1.1 铜镍合金管本文将论述目前我国海洋平台上海水系统常用90Cu/10Ni是目前海洋平台海水系统常采用的的几种管材，并对他们各自的特点进行比较，以为铜镍合金管，它的优点是具有良好的耐海水腐蚀性海水系统管材选择作参考作用。能、水力性能良好、无腐蚀产物而且耐海生物生长、使用寿命较长。但是铜镍合金管也有其不足之处，目前，在我国海洋平台上海水系统常用的管材较高，连续使用场合流速一般不要超过3.36m/s，间作者简介：阳利军 (1983) ，男，湖南衡阳人，防腐专业工程师，工程师，硕士，现从事海洋石油 工程材料与防腐设计工作。50TOTAL CORROSION CONTROL经验交流Experience Exchange技 术断使用场合不要超过6.72m/s。这就一定程度上限制如果管段太长或者弯头太多，将会影响管段内防腐 了铜镍合金管的使用范围，目前海洋平台上一般只处理及处理效果。 采用3以下的铜镍合金管，且绝大部分用作干式消1.3 不锈钢管 防系统中连接消防喷头的分支管线上，或者在湿式普 通 不 锈 钢 管 线 具 有 良 好 的 耐 腐 蚀 性 能 及 机 消防系统中用于连接消防软管站的分支管线。3以械性能，但其主要缺点是在海水介质中容易发生点 上一般不采用铜镍管，因为价格太贵，经济上不适蚀，主要是因为海水中含硫，致使普通不锈钢管容 用。其它连续使用场合一般也不使用铜镍管，如换易 发 生 点 蚀 ， 出 现 穿 孔 泄 漏 现 象 ， 影 响 其 使 用 寿 热器冷却水管等，因其管内流速受限，不能满足连命。但镍基合金双相不锈钢2的耐孔蚀性能、耐腐蚀 续冷却介质的流速要求。性能优于超低碳合金钢(316L)，在海水中具有抗全面1.2 碳钢管腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀的能力，可以胜任一般不锈 碳 钢 管 价 格 便 宜 ， 施 工 技 术 成 熟 、 机 械 性 能钢无法解决的严重海水腐蚀问题。但是这种双相不 良好，是在海水管线系统中应用比较广泛的一种管锈钢价格昂贵。这些缺点使得不锈钢管现在海水系材。但是碳钢管在海水介质中有一个致命的缺点就统中应用不多。 是 不 耐 海 水 腐 蚀 ， 严 重 的 海 水 腐 蚀 影 响 其 使 用 寿1.4 玻璃钢管 命，腐蚀产物也会堵塞管路系统中的一些滤器、阀玻璃钢管3的耐腐蚀性非常好，质量轻、安装简 门、喷头等，进而影响整个管路系统的使用效果。单，水力性能优良，导热系数低，散热小，抗冻性 所以碳钢管加腐蚀余量的这种作法现在已经很少再能好，防污抗蛀，寿命长。但由于其耐热性能差， 应用于海水管线系统。可燃、刚度低、受紫外线照射容易老化等缺点，这一般针对碳钢管的这个弱点，常采用的应对方些缺点使玻璃钢管在海水系统中的应用受到了一定 法是对碳钢管内作防腐处理，如内涂塑、内衬塑、的限制，尤其是在干式消防水系统中的应用。针对 内镀锌等等，这些内防腐处理能比较好解决碳钢管这些缺陷，通过添加耐紫外线材料，在管外增加不 在海水中的腐蚀问题。但是这些内防腐处理管线的燃衬套或者防火涂料，逐步解决了玻璃钢老化和耐 安装比较麻烦，需要先期预制完成，再将预制好的热性差的问题。相信伴随着这些缺陷的克服，及其 管线整体内防腐处理，然后再运送现场安装，一量相对便宜得多的价格将会使玻璃钢在海水系统中的 出现偏差，还需将管线重新切割组对焊接，这样就应用越来越多。 势必会破坏内防腐层，防腐层还需重新修补，施工海上平台上常用的玻璃钢管是纤维缠绕性玻璃 程序方面比较繁锁。而且内防腐层比较脆弱，容易钢管，制造上以环氧树脂做基体，玻璃纤维为增强 脱落形成大阴极小阳极的局部加速腐蚀状况，在内体，外表层添加含紫外线吸收剂树脂。在管线制造 防腐层脱落点容易形成腐蚀穿孔。而且后期的维修方面，由于目前国内FRP管材还不合适应用于海上平 改造及海上来回运送预制管线也会比较麻烦。台，平台上一般采用国外进口玻璃钢管。内防腐的镀锌管分冷、热镀锌，热镀锌保护层1.5 钢骨架塑料复合管 致密均匀、附着力强、稳定性好，而冷镀锌管则稳钢骨架塑料复合管4以钢网为增强骨架，高密度 定性差，最多使用5 年就锈蚀，常出现“红水”、聚乙烯为内外层填充基体的双面防腐材料。他价格 “黑水”和铁腥味等，消防和生活给水管材一般禁适中，作业维修方便，可用于温度、压力不高的海 止使用冷镀锌。水系统。内防腐碳钢管线在加工设计时还需注意在管线 钢骨架塑料复合管其显著的特点是集塑料的耐 适当的长度处加上法兰或者用接头将管线断开。因 腐蚀性与钢网的高强度于一体，即管壁的内外层塑 为管线内防腐处理时对管段的长度有一定的要求， 料通过管壁中间的金属网连接为一体(如同钢筋混凝全面腐蚀控制 第28卷第10期2014年10月51经验交流Experience Exchange（下转第57页）VOL.28 No.10 OCT. 2014技 术土的结构形式)，既解决了因钢网和塑料热收缩率差 从表1中可以看到，在使用寿命及耐腐蚀性能方 异较大而易剥离的问题，又提高了管材的防腐蚀性 面钢骨架塑料复合管、玻璃钢管、铜镍合金管及双 能，在一定程度上解决了金属管道耐压不耐蚀、纯 相不锈钢管优势较明显。在价格方面碳钢管、碳钢 塑料管道耐蚀不耐压等缺陷，与其相同规格、相同 防腐层管、玻璃钢管及钢骨架塑料复合管较便宜。 壁厚的塑料管相比耐压强度大大提高，而且价格比 综合比较之后，可适合于海洋平台海水管道的管材 金属管便宜很多，具有良好的性价比。钢骨架塑料 可以选用钢骨架塑料复合管、玻璃钢管、双相不锈 复合管5不仅耐腐性好、强度高、价格便宜，而且 钢管、不锈钢管、铜镍合金管、碳钢防腐层管。但 防污抗结垢性能好，管线重量轻，采用电熔方式连 铜镍合金管只适用于3以下的小管径，3以下应用 接，施工非常方便与快速。现在钢骨架塑料复合管 较多，大管径应用极少，主要是因为大管径的价格 已经实现国产化，其性能足够满足海洋平台上的各 太昂贵。不锈钢管及双相不锈钢管也是同样的有限 海水系统的要求，目前国内许多新建平台上的海水 与价格太昂贵，目前在海洋平台海水管道上的应用 系统采用了钢骨架塑料复合管，从目前的使用效果 并不多。玻璃钢管具有很多良好的性能，价格也适 来看非常不错，是值得在海水系统中推广应用的一 中，所以以前应用较多，但由于其机械性能及耐热 种非常合适的管材。 性不太好，且易降解老化，所以最近几年的新建海2 经济技术性能比较洋平台应用较少。近几年新建海洋平台的海水消防 管道大多采用大管径(3以上)的碳钢防腐层管与小在上述的各种管材的分析中可以看出各种材料管径(3以下)的铜镍合金管结合使用，而海水冷却 的优点及其缺陷，下面比较一下几种管材的综合性系统管道则采用了钢骨架塑料复合管。能，见表1。表1 管材综合性能料复合管锈防污 个接口作业时L3级 方便可控效果良好注：以8管计价对比。52TOTAL CORROSION CONTROL碳钢管碳钢+防腐 层管铜镍合金管不锈 钢管双相不 锈钢管玻璃钢管钢骨架塑使用 寿命短较短长较长长长长腐蚀 性能差一般优良良优良优优价格(元/m)32457534229721766731502维护费用低，维护 麻烦高，维护 麻烦低，不需要 表 面处理，维护 简单低，不需 要 表面处 理，维护 简单低，不需要 表面处理， 维护简单低，不需要防 锈防污低，不需要防施工简易预制安装 检验涂敷 再安装焊接作业要求 较高施工简便焊接作业要 求较高施工较严，每 个接口作业时 间约30min施工方便，每 间约30min耐火L1L1L1L1L1隔热处理可达L3级隔热处理可达采办国产国产进口，不可控国产进口，不可控进口，不可控国产，在海上使用状况效果较差， 已很少使用使用，工艺 复杂，控制 不理想使用，效果较 好使用，效 果一般使用，效果 较好使用， 效果良好使用，经验交流Experience Exchange照土壤电阻率及交流电流密度大小进行综合判定。2 丁友, 沈允清, 顾建宁等. 在钢制套管与输油管道环形空间内充Materials,2006,31(3):12-14.塞特定性能的电解质或泥土，以便于与牺牲阳极构煤气与热力, 2003， 23(1).7-10.作用。或产品管在交通道路交叉范围中阴极保护管线J. 全面腐蚀控(7)如果存在杂散电流腐蚀，应采取最大限度地10宋吟蔚, 王新华, 何仁洋等. 埋地钢制管道杂散电流腐蚀研究现通 过 全 文 对 海 洋 平 台 海 水 管 道 各 种 材 质 的 比较 ， 各 材 质 管 道 在 海 水 介 质 中 的 优 缺 点 也 显 而 易 见。经过多年的实践检验，优胜劣汰之后，逐渐的Control of Open Type Offshore Production PlatformsS. 1993.一种技术比较成熟，主要用于海洋平台海水消防系J. 中国造船,2008. 49(增刊): 509-515.用于消防系统，其适用于海水冷却系统管道。在近技 术机理分析与研究，可以得出以下结论： 电阻、排流保护和其他保护等措施，以防止套管内(1)套管内杂散电流腐蚀评价应结合套管内土壤管道发生严重腐蚀。特性进行。(8)交流感应腐蚀需采用DCVG、ACVG、智能 (2)交流腐蚀影响在腐蚀穿孔中起到了加速、加内检测、交流监测及交流排流等联合措施进行检监 剧作用，占腐蚀影响主导地位，腐蚀穿孔是典型杂测、预测和控制，同时，交流电流密度要作为管道散电流腐蚀行为结果。 完整性管理系统的一个重要部分来管理。(3)管道上交流电压的水平，并不能反映是否正参考文献在发生腐蚀，如果腐蚀也不能反映腐蚀的速度，应按 1 葛艾天, 洛杨译. 现场跟踪套管内腐蚀J. 国外油田工程, 2001,17(9): 70-72.(4)从腐蚀防护的角度来说，阴极保护的管道中填电解质的阴极保护试验J.油气储运, 1991,10(1):58-64. 一般不推荐采用套管，除非必须使用，但不能采用3 Brain Martin. A history of stray current corrosionJ. Corrosion & 绝缘材质的套管，并且应保证套管与管道的绝缘。4 L.H. Schwalm, J G Sandor. Stray current-the major cause of(5)在套管与管道绝缘的条件下，可在套管内填underground plant corrosionJ.Materials Perform,1969,2(6):31-36. 5 刘颖, 曹备. 杂散电流对埋地管道阴极保护系统干扰的研究J.成通电回路，正常发挥套管内牺牲阳极的阴极保护6 胡士信, 徐快, 孟宪级. 阴极保护工程手册M. 北京化学工业出 版社, 1999:4.7 朴贞花, 袁庚, 童高田. 埋地套管中钢制燃气管道的腐蚀与防护(6)如果套管与管道短路，应及时采取将接触点J. 煤气与热力, 2005, 25(5): 21-23.(导电点)定位排除，或者在套管内部采用液压法充填 8 德国腐蚀问题工作协会推荐标准第1号：推进方法中钢制套管粘接剂(或有机物)，并设置局部阴极保护装置等，防 制, 2002, 16(1):45-48.止套管内管道腐蚀穿孔。 9 张珂, 史国福, 宁尚锋等. 钢制套管对埋地管道阴极保护