石油化工管道防腐保温技术与应用

石油化工管道防腐保温技术与应用

自2006年以来，中国加强了节能减排。国务院发布了一项加强节能工作的决定，并制定了一些关于促进节能减排的政策和措施。不同地区、不同服务机构相继实施了这项工作，在节能减排领域取得了积极进展。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右。但是在“十一五”最后一年,由于种种原因,实现节能减排目标面临的形势十分严峻。“十二五”期间,工业和信息化部公布了到2015年我国单位工业增加值能耗,要比“十一五”末降低18%的约束性指标。现在各能耗单位面临的节能压力越来越大。加上近几年来,由于输气输油管道的腐蚀泄露事故,造成严重的环境污染时有发生,因此管道防腐保温技术的发展和应用已迫在眉睫了。管道防腐保温,不但是延长管道使用寿命,减少资源浪费,而且是保证节能一种重要措施。据报道,截至2006年底我国石油、天然气、成品油管道长度己超过4万km。到2015年,我国油气干线管道将超过10万km,将形成一个庞大的管道运输网。以西气东输管道工程为标志,在本世纪最初10年,我国已经进入一个油气管道建设的高峰期。油气管道的防腐保温对于保障能源的运输,节能环保,乃至于对国民经济的发展至关重要。因此,了解近几年国内外油气管道防腐保温技术及其应用的发展现状,对于我们发展我国管输工程和节能环保有十分重要的作用。管输管道按其铺设所经过的环境不同,可分为地表管道、埋地管道、海洋管道等,所使用的防腐保温技术也有所不同。根据实施的目的不同,又可分为管道防腐和管道保温。由于所使用环境不同,有时二者同时进行,有时只进行防腐。1管道防腐涂层技术石油天然气管道的腐蚀通常发生在管道内部、外部及接头部位。从腐蚀发生的原因分析,油气管道腐蚀与管道所处的外界环境条件、管道的材质、防腐措施落实程度等因素密切相关。油气管道的铺设主要采用埋地、管沟和架空铺设。后两种方法主要用于化工炼油厂内、油气输送站场内管道铺设,而绝大部分油气管道采用的是地埋铺设方式,对此部分管道的防护是非常重要的。管沟和架空铺设的管道主要腐蚀原因是大气环境腐蚀,其腐蚀的强度较弱,腐蚀速度较慢,此类腐蚀相对较容易防护。埋地管道的腐蚀较为复杂,腐蚀性强弱与土壤的性质及其微生物密切相关,如:土质、土壤状况、电阻率、含水量、pH、总酸碱度等12种因素,用打分办法将土壤分为不腐蚀、弱腐蚀、中等腐蚀和强腐蚀4个等级。还有环境温度、输油气中的腐蚀介质的多少等也是影响防腐蚀效果的主要因素。在海洋条件下,高含盐海水的电化学腐蚀,深水静压,复杂海洋流的冲刷力成为管道防腐保温的主要影响因素。二十世纪40~70年代,国外各种防腐涂层材料相继发展,石蜡、石油沥青、胶带、夹克陆续被开发出来。胶带防腐层一度占优势,但这种材料在土壤中常发生剥离现象,导致局部应力腐蚀开裂。后来石油沥青一直占主导地位,直到60年代双层挤塑聚乙烯防腐层出现。但后来双层挤塑聚乙烯的使用逐渐暴露出易损坏、易剥离、屏蔽阴极电流等缺陷。70年代开始采用单层熔结环氧粉末,到80年代发展成为应用最成功的防腐涂层,但不足之处在于其机械强度不理想。而后采用双层熔结环氧粉末涂层改善了其机械强度,加之其极强的附着力与阴极保护相融性等特点,一直是世界管道工程的首选防腐层。90年代以来,熔结环氧粉末和由聚乙烯发展而来的三层聚乙烯逐渐代替了煤焦油瓷漆、石蜡、石油沥青、胶带等涂层,成为管道防腐层的主导材料。1996年三层聚乙烯防腐层的应用已上升到第二位。国外防腐层发展趋势为改进三层结构,在双层熔结环氧粉末结构上下工夫。国外的发展趋势是采用硬质、薄层、高性能的高分子聚合涂层及其复合结构。我国管道防腐层是从沥青类防腐涂层开始,自二十世纪50年代到70年代,东北输油管道基本都采用石油沥青防腐层。70年代后期到80年代初,随着国外技术材料的引进,胶带、夹克、环氧粉末等相继投入使用。进入90年代后,煤焦油瓷漆开始在我国的西部长输管道建设中得到应用,如沙漠输油管全线采用煤焦油瓷漆防腐层。90年代后期,熔结环氧粉末和三层聚乙烯逐渐形成主流,作为最新的防腐材料,双层熔结环氧也有的少量应用。1999年我国湖北沙市建立三层结构聚烯烃防腐层涂装厂,主要使用聚乙烯和聚丙烯。近年来,三层聚乙烯(三层PE)、熔结环氧(FBE)和煤焦油瓷漆等管道涂层均得到广泛应用。如国家西气东输、涩宁兰、兰成渝、库鄯线、陕京线等重点管道工程多采用三层聚乙烯防腐层。川渝天然气管道广泛采用三层PE,管径变化频繁、距离短的站内管道通常采用聚乙烯胶粘带直接缠绕部分分支管。冷弯管外防腐层采用双层熔结环氧粉末涂层。阴极保护和防护涂层的联合应用是埋地防腐防材料普遍采用的一项技术,已在国内数万公里管上应用,并取得了显著效果。目前海洋管道的防腐层主要采用熔结环氧粉末(FBE)、双层熔结环氧粉末(双层FBE)、三层聚乙烯(3PE)、三层聚丙烯(3PP)以及高性能复合涂层(HPCC)。早期有采用煤焦油瓷漆、聚烯烃缠带、石油沥青等防腐手段。2地下热力管道保温在我国的应用现状及发展趋势保温,是指为减少保温对象的内、外部热源向互相传递热量而采取的一种工艺措施。其目的是为了:(1)减少热能损耗,节约燃料;(2)保证生产工艺流程的需要,提高设备能力;(3)改善劳动条件,实现安全生产;(4)延长设备和管道的运行期限;(5)保持低温,减少冷量损失;(6)预防水管冻裂等。保温不仅用于电力、冶金、石油、化工、轻工等部门的热力设备和管道系统中,还广泛用于交通运输、建筑、制冷和深冷工程中。国外主要的管道保温方法:(1)采用铝箔、不锈钢箔保温结构;(2)对于直接铺设管道,采用沥青珍珠岩作保温层的保温结构,钢制套管保温结构,其它地下热力管道保温采用大型多孔混凝土块保温结构,浇灌沥青的热力管道保温热缆结构;(3)真空保温结构。保温材料大多采用玻璃纤维制品、矿棉制品、发泡式合成橡胶制品、聚乙烯制品以及硅酸钙。其保温技术的特点主要有:(1)材料品种多,形成系列,满足各种环境条件的应用要求,对各种材料的应用都有较成熟的技术和经验。(2)国家的、学会的、行业的、公司的标准、规范和规程齐全。材料的性能测试采用国际认可的标准(如ASTM标准)。(3)有严格的检验制度和配套的检测仪器。(4)重视科研工作,重视生产和施工人员培训。从国外的情况来看,迄今除少数保温性能较差的材料基本被淘汰外,还是新旧材料共存,竞相发展。国外应用保温材料,并不是盲目地追求新的,而是着眼于实际的性价比。我国管道工程主要采用的保温结构有胶泥结构、填充结构、包扎结构、缠绕结构、预制品结构和浇灌结构等。目前国内使用的绝热保温材料主要有以下几类:(1)泡沫型保温材料;(2)复合硅酸盐保温材料;(3)硅酸钙绝热制品保温材料;(4)纤维质保温材料。为提高保温效率,开发了低导热系数的保温材料,今天我国多数工业保温材料的导热系数已由70年代的0.1W/m·k降低至目前的0.02W/m·k以下。还有其它新型保温材科,并得到应用。如:酚醛改性泡沫保温材科、聚氯乙烯泡沫塑科、复合泡沫塑料、环氧树脂泡沫塑料和憎水微孔硅酸钙等。保温结构也有了新发展,聚乙烯夹克、热收缩带片和热熔接技术的研究应用,为现场补口形成密封结构提供了可能性。为防止埋地保温管道腐蚀,开发应用了“三防”结构。适应稠油热采、注汽高温管道保温的需要,研究开发了有机/无机复合保温结构。为减少高温管道支承的冷桥热损,研究应用了兼具承重、隔热双重性功能的隔热管托。保温预制工艺走上了机械化,“一步法”成型工艺的研究成功,实现了保温层和外护层一次性预制成型“管中管”工艺。3管道保温技术发展方向我国管道防腐技术发展很快,但与发达国家相比,尚存在不少问题,如:涂层质量不稳定、成本高,缺乏竞争力,跟踪检测技术落后,管道剩余寿命评估技术落后,补口技术落后等。生产上,低成本,低技术含量的材料生产厂家重复建设,通过低价位恶性竞争,导致市场混乱,利润下降,发展缓慢。针对以上存在的问题,应该加强质量控制,严格进行生产;加强科研的投入,积极开拓符合我国国情的新技术;加强管道科学化管理,有计划地实施管道的腐蚀检测,有的放矢地及时进行维护和检修。认真做好管道剩余寿命评估工作,应用管道修复技术,及时做好修复工作。选择合理的修补技术和材料,加强科学研究,提高补口技术。应提高人们对涂层防腐与阴极保护防腐并重的认识,完善阴极保护防腐工作,切实提高管道的运行寿命。努力积极地开发具有电绝缘性好、粘合力强、透气性和渗水性低、耐土壤腐蚀性强、机械强度及耐土壤应力性好的防腐层技术。不同的涂层防腐材料具有不同的特点,它们各自适应不同的土壤条件、施工环境、运行条件。只能根据不同工程项目,结合具体情况综合考虑。在保温方面,目前我国总体水平,特别是应用技术较国外差距较大。其原因主要有:品种规格少,总体质量意识、节能观念差:设计缺乏创新意识,对新结构及新材料了解不透,往往生搬硬套现有规范,不利于新材科及新结构的推广等。保温材料在管道保温效能中起着决定作用,选择合适的保温材料可以节约能源,研制新型节能保温材料和发现节能保温的新技术是未来管道保温技术的重要发展方向。是提高热能利用率、节约能源的有效途径。随着对节能的重视和对保温技术研究的深入,管道保温技术会不断向前。今后的保温技术发展应注重以下几方面:(1)对保温材料进行憎水改性。有机硅类憎水剂是保温材料通用的一种高效憎水剂,它的机理是利用有机硅化合物与无机硅酸盐材料之间较强的亲和力,来有效改变材料的表面特性,使之达到憎水效果。它具有稳定性好、成本低、施工工艺简单等特点。如岩棉制品、玻璃棉制品经憎水处理后,其憎水率可高达90%甚至更高。提高保温材料的憎水性,降低吸水率是保温材料的主要发展方向之一。(2)纳米孔绝热材料。绝热材料的传热主要由气体分子的热传导、气体的对流传导、固体材料的热传导和红外辐射传热组成。近期在研制的纳米孔硅质绝热材料,具有独特的结构和性能,使其导热系数降到了很低的水平。纳米孔硅质绝热材料在其使用温度范围(-190~1050℃)内具有优异的保温性能。而且随着使用温度的提高,纳米孔硅质绝热材料的绝热保温优势将更加明显。(3)积极开发新型保温材料及相关技术。如低辐射传热材料及结构的研制,高效薄层热防腐一体化涂料,多层热隔断结构,真空绝热结构,隔热管托材料及结构,异型保温,补口技术等。有针对性的研制价廉适用的外护层材料及施工工艺,如复合隔热外护涂层、复合增强塑料布、仿金属材料、无机玻璃钢、喷涂聚脲弹性体等。(4)随着我国海洋石油天然气工业的发展.越来越