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管线外防腐层破损原因及修复技术

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  摘要:管线是一种用于石油化工及建筑工程的传输气体或液体的工具,长期埋于地下或水中,受到酸、碱、盐等物质的腐蚀以及由于外界环境变化产生的应力破坏。本文综述了管线外防腐层破损的原因,包括管线外防腐层本身的质量问题、化学及电化学腐蚀和应力腐蚀,同时,综述了国内外管线外防腐层的修复技术,并对未来涂层修复技术进行了展望。
  关键词:管线;外防腐层;破损;修復
  管线是一种传送液体或气体的重要工具,通常情况下,管线多用于石油化工及建筑工程,运输天然气、石油、水等介质,长期埋于地下或海底[1]。由于长期受到土壤和水中腐蚀物质的侵蚀,加之施工质量、外力破坏等因素,管线外涂层极易受到损害,产生破损、开裂、老化、脱落等现象,这些现象的产生使管线外防腐层失去防腐蚀能力,甚至导致管线直接暴露在环境中[2]。管线是由钢制成的,暴露在环境中受到化学腐蚀和电化学腐蚀的作用会直接导致穿孔,造成漏油、漏水、漏气等不良现象,严重影响运输安全。管线的腐蚀控制是影响系统稳定安全运行的关键之一,这一问题急待于解决[3]。因此,本文总结前沿文献分析了管线外防腐层破损的原因,综述了管线外防腐层的修复技术,为管线外防腐层的腐蚀控制提供了依据。
  1. 管线外防腐层结构
  管线的外防腐层通常是由衬底、中间层和面漆三部分组成的[4]。衬底的材料通常是橡胶,如聚乙烯胶层、聚氯乙烯胶层等;中间层要起到承上启下的作用,既要与衬底有良好的相容性,也要与面漆有较好的相容性,同时,还要起到缓冲增强作用。因此,中间层通常以环氧树脂为胶料,内部衬上两到三层玻璃纤维布;面层要有良好的抵抗环境的能力,截止到目前为止,氟碳漆作为面漆效果最佳。
  2. 防腐层破损原因
  2.1 管线防腐层本身质量问题
  管线防腐层在制造过程中存在厚度均匀的情况,或者喷漆后防腐层局部可能存在气泡,都会影响涂层的寿命,出现破损的可能。除此之外,由于管线施工周期较长,若是在冬季施工,在施工过程中冻土块容易将外防腐层砸伤,从而使涂层出现不均匀的情况,在长期的使用过程中,被砸伤的地方容易出现破损[5]。
  2.2 化学及电化学腐蚀
  管线作为一种传输工具长期被埋于地下或水中,大多数的土壤是酸性的,且土壤中含有大量的水分和微生物,长期的埋置会对涂层造成严重的损害;水中更是存在大量的腐蚀介质,如果管线长期在水中会在潮湿的土壤中,含有腐蚀介质的水会逐渐渗入涂层,发生化学或电化学腐蚀,从而使涂层膨胀、开裂、老化甚至脱落[6]。
  2.3 应力腐蚀
  管线的材质是钢,外防腐层的材质是聚合物,在外界环境作用下,尤其是冷热交替幅度较大时,管线与外防腐层的冷胀热缩程度不同,容易造成外防腐层开裂。另外,管线外防腐层是由衬底、中间层和面漆三部分组成的,为了达到不同的效果,每一部分的材料也是不同的,衬底通常是聚乙烯或聚氯乙烯材料,该材料在生产喷涂固化过程中需要经过粘流态、高弹态和玻璃态三种状态,涂层从高弹态向玻璃态转变的过程中,会有一部分分子链未来的及松弛就被冻结了,这种情况下涂层中就会存在较大的应力,使涂层容易与基材分离脱落,或者在应力的作用下开裂,造成涂层破损[7]。
  3. 防腐层修复技术
  管线在长期使用过程中,外防腐层会发生破损、开裂、剥离等现象,这些现象的出现表明管线外防腐层已经逐渐老化,此时,要对防腐层进行修复,否则随着腐蚀层的失效,管线将逐渐被外部环境腐蚀,可能会发生泄漏甚至爆炸等危险。管线外防腐层的修复根据实际情况可以分为局部修复和大修两种。
  3.1 局部修复
  对于局部修复,首先要对涂层鼓包处进行处理,将鼓包的涂层切开,清理干净,然后用砂纸或砂轮对内部管线的锈进行处理,最后选择与管线原有涂层相匹配的材料进行修复。选择的材料即要与管线外防腐层原有材料具有良好的相容性,又要具有施工简便、固化快速的特点[8]。目前,用于管线外防腐层修复的材料主要有无溶剂环氧树脂涂料、冷缠、热缩胶带和粘弹体等。其中,无溶剂环氧树脂涂料主要用于管线外部涂层穿孔、局部开裂的修复,对于有局部涂层脱落的管线,则要用冷缠、热缩胶带对脱落部分进行缠绕,然后再用环氧树脂涂料修复。粘弹体是一种防水防腐材料,具有较大的粘接性能和自修复特性,常用于接头、阀门、法兰处的修补[9],该材料施工方便,对表面处理要求较低,但是这种材料必须在干燥的表面施工,否则会影响结合力,且机械强度较低。
  3.2 大修
  如果管线外防腐层大面积出现吸胀、脱落等现象,则需要大修。大修时,要对管线进行全面的清理,利用化学方法和机械方法对管线进行除锈,然后测试管线的完好程度,查看管线是否出现点蚀、穿孔等情况,如果出现了点蚀或穿孔,则应该对管线进行焊接或更换管线,如果没有这样的情况,则选择合适的衬底、中间层和面漆对管线进行涂装[10]。在这一方面,国内还没有较好的技术,还需要进一步探索发展。
  4. 结论及展望
  本文首先通过总结文献分析了管线外防腐层破损的原因,主要包括管线外防腐层本身的质量问题、发生化学及电化学腐蚀、发生应力腐蚀等。进而,综述了目前国内外管线外防腐层修复技术。并根据目前修复技术的缺点和问题,提出展望:(1)在修复材料方面,我们应该发展可以简便可施工、快速固化的材料,这样可以便于修补施工;(2)在修复技术方面,我们应该进一步探索如何能够更好、更快的对需要大修的管线进行修补。
  参考文献
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  [3] 窦伟. 油气长输管线外防腐层的选择与应用探讨[J]. 全面腐蚀控制,2017,31(8):48-49.
  [4] 李振军. 西部地区高强钢管道三层聚乙烯防腐蚀层的剥离性能[J]. 腐蚀与防护,2018,39(7):544-548.
  [5] 刘元福. 海水铜镍管线腐蚀失效分析[J]. 化学工程与装备,2018(12):127-132.
  [6] 孟繁亮. 管道防腐层破损原因及检测技术探讨[J]. 化学工程与装备,2011(5):107-111.
  [7] 殷伟,俞兴平. 湿法脱硫吸收塔防腐层破损原因分析及修复[J]. 甘肃科技,2015,31(2):70-71.
  [8] 卢福海,杜善丰. 钢管桩防腐层破损修补技术[J]. 公路,2006(9):161-164.
  [9] T. P. Venhrynyuk. Fatigue crack retardation by the application of repair coatings to gas pipelines under pressure[J]. Materials Science,2013,48(6):739-742.
  [10] 张彦军,韩文礼,张贻刚,等. 海洋平台桩腿防腐层修复三层包覆防护结构研究与应用[J]. 表面技术,2016,45(11):123-128.
  (作者单位:中石油煤层气有限公司临汾分公司)
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