石油化工管道防腐保溫技術與應用

自2006年以來，中國加強了節能減排。國務院發布了一項加強節能工作的決定，并制定了一些關于促進節能減排的政策和措施。不同地區、不同服務機構相繼實施了這項工作，在節能減排領域取得了積極進展。《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》提出了“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20%左右。但是在“十一五”最后一年,由于種種原因,實現節能減排目標面臨的形勢十分嚴峻。“十二五”期間,工業和信息化部公布了到2015年我國單位工業增加值能耗,要比“十一五”末降低18%的約束性指標。現在各能耗單位面臨的節能壓力越來越大。加上近幾年來,由于輸氣輸油管道的腐蝕泄露事故,造成嚴重的環境污染時有發生,因此管道防腐保溫技術的發展和應用已迫在眉睫了。管道防腐保溫,不但是延長管道使用壽命,減少資源浪費,而且是保證節能一種重要措施。據報道,截至2006年底我國石油、天然氣、成品油管道長度己超過4萬km。到2015年,我國油氣干線管道將超過10萬km,將形成一個龐大的管道運輸網。以西氣東輸管道工程為標志,在本世紀最初10年,我國已經進入一個油氣管道建設的高峰期。油氣管道的防腐保溫對于保障能源的運輸,節能環保,乃至于對國民經濟的發展至關重要。因此,了解近幾年國內外油氣管道防腐保溫技術及其應用的發展現狀,對于我們發展我國管輸工程和節能環保有十分重要的作用。管輸管道按其鋪設所經過的環境不同,可分為地表管道、埋地管道、海洋管道等,所使用的防腐保溫技術也有所不同。根據實施的目的不同,又可分為管道防腐和管道保溫。由于所使用環境不同,有時二者同時進行,有時只進行防腐。1管道防腐涂層技術石油天然氣管道的腐蝕通常發生在管道內部、外部及接頭部位。從腐蝕發生的原因分析,油氣管道腐蝕與管道所處的外界環境條件、管道的材質、防腐措施落實程度等因素密切相關。油氣管道的鋪設主要采用埋地、管溝和架空鋪設。后兩種方法主要用于化工煉油廠內、油氣輸送站場內管道鋪設,而絕大部分油氣管道采用的是地埋鋪設方式,對此部分管道的防護是非常重要的。管溝和架空鋪設的管道主要腐蝕原因是大氣環境腐蝕,其腐蝕的強度較弱,腐蝕速度較慢,此類腐蝕相對較容易防護。埋地管道的腐蝕較為復雜,腐蝕性強弱與土壤的性質及其微生物密切相關,如:土質、土壤狀況、電阻率、含水量、pH、總酸堿度等12種因素,用打分辦法將土壤分為不腐蝕、弱腐蝕、中等腐蝕和強腐蝕4個等級。還有環境溫度、輸油氣中的腐蝕介質的多少等也是影響防腐蝕效果的主要因素。在海洋條件下,高含鹽海水的電化學腐蝕,深水靜壓,復雜海洋流的沖刷力成為管道防腐保溫的主要影響因素。二十世紀40~70年代,國外各種防腐涂層材料相繼發展,石蠟、石油瀝青、膠帶、夾克陸續被開發出來。膠帶防腐層一度占優勢,但這種材料在土壤中常發生剝離現象,導致局部應力腐蝕開裂。后來石油瀝青一直占主導地位,直到60年代雙層擠塑聚乙烯防腐層出現。但后來雙層擠塑聚乙烯的使用逐漸暴露出易損壞、易剝離、屏蔽陰極電流等缺陷。70年代開始采用單層熔結環氧粉末,到80年代發展成為應用最成功的防腐涂層,但不足之處在于其機械強度不理想。而后采用雙層熔結環氧粉末涂層改善了其機械強度,加之其極強的附著力與陰極保護相融性等特點,一直是世界管道工程的首選防腐層。90年代以來,熔結環氧粉末和由聚乙烯發展而來的三層聚乙烯逐漸代替了煤焦油瓷漆、石蠟、石油瀝青、膠帶等涂層,成為管道防腐層的主導材料。1996年三層聚乙烯防腐層的應用已上升到第二位。國外防腐層發展趨勢為改進三層結構,在雙層熔結環氧粉末結構上下工夫。國外的發展趨勢是采用硬質、薄層、高性能的高分子聚合涂層及其復合結構。我國管道防腐層是從瀝青類防腐涂層開始,自二十世紀50年代到70年代,東北輸油管道基本都采用石油瀝青防腐層。70年代后期到80年代初,隨著國外技術材料的引進,膠帶、夾克、環氧粉末等相繼投入使用。進入90年代后,煤焦油瓷漆開始在我國的西部長輸管道建設中得到應用,如沙漠輸油管全線采用煤焦油瓷漆防腐層。90年代后期,熔結環氧粉末和三層聚乙烯逐漸形成主流,作為最新的防腐材料,雙層熔結環氧也有的少量應用。1999年我國湖北沙市建立三層結構聚烯烴防腐層涂裝廠,主要使用聚乙烯和聚丙烯。近年來,三層聚乙烯(三層PE)、熔結環氧(FBE)和煤焦油瓷漆等管道涂層均得到廣泛應用。如國家西氣東輸、澀寧蘭、蘭成渝、庫鄯線、陜京線等重點管道工程多采用三層聚乙烯防腐層。川渝天然氣管道廣泛采用三層PE,管徑變化頻繁、距離短的站內管道通常采用聚乙烯膠粘帶直接纏繞部分分支管。冷彎管外防腐層采用雙層熔結環氧粉末涂層。陰極保護和防護涂層的聯合應用是埋地防腐防材料普遍采用的一項技術,已在國內數萬公里管上應用,并取得了顯著效果。目前海洋管道的防腐層主要采用熔結環氧粉末(FBE)、雙層熔結環氧粉末(雙層FBE)、三層聚乙烯(3PE)、三層聚丙烯(3PP)以及高性能復合涂層(HPCC)。早期有采用煤焦油瓷漆、聚烯烴纏帶、石油瀝青等防腐手段。2地下熱力管道保溫在我國的應用現狀及發展趨勢保溫,是指為減少保溫對象的內、外部熱源向互相傳遞熱量而采取的一種工藝措施。其目的是為了:(1)減少熱能損耗,節約燃料;(2)保證生產工藝流程的需要,提高設備能力;(3)改善勞動條件,實現安全生產;(4)延長設備和管道的運行期限;(5)保持低溫,減少冷量損失;(6)預防水管凍裂等。保溫不僅用于電力、冶金、石油、化工、輕工等部門的熱力設備和管道系統中,還廣泛用于交通運輸、建筑、制冷和深冷工程中。國外主要的管道保溫方法:(1)采用鋁箔、不銹鋼箔保溫結構;(2)對于直接鋪設管道,采用瀝青珍珠巖作保溫層的保溫結構,鋼制套管保溫結構,其它地下熱力管道保溫采用大型多孔混凝土塊保溫結構,澆灌瀝青的熱力管道保溫熱纜結構;(3)真空保溫結構。保溫材料大多采用玻璃纖維制品、礦棉制品、發泡式合成橡膠制品、聚乙烯制品以及硅酸鈣。其保溫技術的特點主要有:(1)材料品種多,形成系列,滿足各種環境條件的應用要求,對各種材料的應用都有較成熟的技術和經驗。(2)國家的、學會的、行業的、公司的標準、規范和規程齊全。材料的性能測試采用國際認可的標準(如ASTM標準)。(3)有嚴格的檢驗制度和配套的檢測儀器。(4)重視科研工作,重視生產和施工人員培訓。從國外的情況來看,迄今除少數保溫性能較差的材料基本被淘汰外,還是新舊材料共存,競相發展。國外應用保溫材料,并不是盲目地追求新的,而是著眼于實際的性價比。我國管道工程主要采用的保溫結構有膠泥結構、填充結構、包扎結構、纏繞結構、預制品結構和澆灌結構等。目前國內使用的絕熱保溫材料主要有以下幾類:(1)泡沫型保溫材料;(2)復合硅酸鹽保溫材料;(3)硅酸鈣絕熱制品保溫材料;(4)纖維質保溫材料。為提高保溫效率,開發了低導熱系數的保溫材料,今天我國多數工業保溫材料的導熱系數已由70年代的0.1W/m·k降低至目前的0.02W/m·k以下。還有其它新型保溫材科,并得到應用。如:酚醛改性泡沫保溫材科、聚氯乙烯泡沫塑科、復合泡沫塑料、環氧樹脂泡沫塑料和憎水微孔硅酸鈣等。保溫結構也有了新發展,聚乙烯夾克、熱收縮帶片和熱熔接技術的研究應用,為現場補口形成密封結構提供了可能性。為防止埋地保溫管道腐蝕,開發應用了“三防”結構。適應稠油熱采、注汽高溫管道保溫的需要,研究開發了有機/無機復合保溫結構。為減少高溫管道支承的冷橋熱損,研究應用了兼具承重、隔熱雙重性功能的隔熱管托。保溫預制工藝走上了機械化,“一步法”成型工藝的研究成功,實現了保溫層和外護層一次性預制成型“管中管”工藝。3管道保溫技術發展方向我國管道防腐技術發展很快,但與發達國家相比,尚存在不少問題,如:涂層質量不穩定、成本高,缺乏競爭力,跟蹤檢測技術落后,管道剩余壽命評估技術落后,補口技術落后等。生產上,低成本,低技術含量的材料生產廠家重復建設,通過低價位惡性競爭,導致市場混亂,利潤下降,發展緩慢。針對以上存在的問題,應該加強質量控制,嚴格進行生產;加強科研的投入,積極開拓符合我國國情的新技術;加強管道科學化管理,有計劃地實施管道的腐蝕檢測,有的放矢地及時進行維護和檢修。認真做好管道剩余壽命評估工作,應用管道修復技術,及時做好修復工作。選擇合理的修補技術和材料,加強科學研究,提高補口技術。應提高人們對涂層防腐與陰極保護防腐并重的認識,完善陰極保護防腐工作,切實提高管道的運行壽命。努力積極地開發具有電絕緣性好、粘合力強、透氣性和滲水性低、耐土壤腐蝕性強、機械強度及耐土壤應力性好的防腐層技術。不同的涂層防腐材料具有不同的特點,它們各自適應不同的土壤條件、施工環境、運行條件。只能根據不同工程項目,結合具體情況綜合考慮。在保溫方面,目前我國總體水平,特別是應用技術較國外差距較大。其原因主要有:品種規格少,總體質量意識、節能觀念差:設計缺乏創新意識,對新結構及新材料了解不透,往往生搬硬套現有規范,不利于新材科及新結構的推廣等。保溫材料在管道保溫效能中起著決定作用,選擇合適的保溫材料可以節約能源,研制新型節能保溫材料和發現節能保溫的新技術是未來管道保溫技術的重要發展方向。是提高熱能利用率、節約能源的有效途徑。隨著對節能的重視和對保溫技術研究的深入,管道保溫技術會不斷向前。今后的保溫技術發展應注重以下幾方面:(1)對保溫材料進行憎水改性。有機硅類憎水劑是保溫材料通用的一種高效憎水劑,它的機理是利用有機硅化合物與無機硅酸鹽材料之間較強的親和力,來有效改變材料的表面特性,使之達到憎水效果。它具有穩定性好、成本低、施工工藝簡單等特點。如巖棉制品、玻璃棉制品經憎水處理后,其憎水率可高達90%甚至更高。提高保溫材料的憎水性,降低吸水率是保溫材料的主要發展方向之一。(2)納米孔絕熱材料。絕熱材料的傳熱主要由氣體分子的熱傳導、氣體的對流傳導、固體材料的熱傳導和紅外輻射傳熱組成。近期在研制的納米孔硅質絕熱材料,具有獨特的結構和性能,使其導熱系數降到了很低的水平。納米孔硅質絕熱材料在其使用溫度范圍(-190~1050℃)內具有優異的保溫性能。而且隨著使用溫度的提高,納米孔硅質絕熱材料的絕熱保溫優勢將更加明顯。(3)積極開發新型保溫材料及相關技術。如低輻射傳熱材料及結構的研制,高效薄層熱防腐一體化涂料,多層熱隔斷結構,真空絕熱結構,隔熱管托材料及結構,異型保溫,補口技術等。有針對性的研制價廉適用的外護層材料及施工工藝,如復合隔熱外護涂層、復合增強塑料布、仿金屬材料、無機玻璃鋼、噴涂聚脲彈性體等。(4)隨著我國海洋石油天然氣工業的發展.越來越