管道内喷涂防腐技术的应用

管道内喷涂防腐技术的应用何英勇杨鼎文摘要针对酸性天然气和输卤管道内的严重腐蚀及结垢问题，研究开发出高压无气喷涂新工艺及相适用的涂料，并进行了现场应用试验。结果表明，聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆具有优异的耐水性、耐强酸碱性、耐硫化物和化工大气腐蚀。介绍了该涂料的涂装工艺、高压无空气喷涂原理及现场焊口修补方法等，并将高压无空气喷涂与传统的拖涂工艺进行技术经济比较，同时喷枪控制方面提出了建议。主题词管道内涂层喷涂防腐技术应用一、概述80年代初，国外已淘汰了空气喷涂装置，取而代之的是高压无空气喷涂、静电喷涂、电泳喷涂、静电粉末喷涂，高温离子喷涂等新工艺，其中高压无空气喷涂占80％以上。国外石油天然气管道内壁涂料现已广泛采用多元树酯改性重防腐蚀漆。90年代初，任丘、胜利、大庆等油田，先后从美国、日本、加拿大引进管道喷涂自动线，采用烘炉固化和先进的检测自控设备，对管道预制取得了良好的效果。但是现场焊接口的修补施工尚未完全解决，其施工严格复杂，施工周期长，成本高，这些已成为石油天然气管道、油管套管内外防腐蚀工程亟待解决的课题。当务之急要求开发适用各油田的投资小、能耗和成本低，涂装质量好的涂料品种，以及与之配套的涂装工艺。含硫、含水、含氯盐水天然气的开采，在四川天然气田所占比例越来越大，特别是各气田开始进入中后期，排水找气工艺的相继推广，此类气井和油、气管道、气田水管道的腐蚀相当严重，未经内壁防腐的输卤管道，一般在1～2年内就基本穿孔、泄漏，不仅使管道停产，同时对环境造成极大的污染。川西南矿区为解决酸性天然气和输卤管道内的严重腐蚀及结垢，先后采用内衬工艺塑料玻璃钢，钢质管道内覆盖层拖涂、揽涂、整体挤涂等内管处理，玻璃钢输卤管，以及外包扎玻璃钢加强管等防腐措施，取得了不少的经验。但实际预制和修补中采用落后的拖涂预制、现场焊口修补揽涂的方式，致使漆膜均匀度差，出现漏涂，涂装质量得不到保证，同时造成环境污染。另外，涂料用环氧树酯漆(底漆和面漆)常温固化缓慢，特别是冬季施工困难，固化剂量难以准确控制，导致漆膜变脆，漆膜柔韧性差，易粉蚀，流动差等缺点。为了更新涂装工艺和改进涂料品种，川西南矿区工程设计研究所与自贡利达来实用化工研究所共同研究开发了高压无气喷涂新工艺及相适用涂料新品种的筛选，并在1995年5月至1997年4月现场应用试验。二、管道内外防腐蚀覆盖层试验1、重防腐蚀涂料品种的筛选及性能根据矿区天然气管道内外腐蚀介质，以及管内工况条件：天然气和气田水中主要含有硫化氢(H2S)、氯化钠(NaCl2)、二氧化碳（CO2）、有机硫酸、C2以上烷烃以及泥砂。管道输送压力3～4MPa，工作温度小于150℃。要求涂料耐高温，在较高的温度下耐硫化氢（H2S）、氯离子（Cl－）、二氧化碳（CO2）的643000，四川省自贡市；电话：[phone]。腐蚀，漆膜附着力、强度、韧性好，具有良好的润滑性能及耐溶剂，阻燃性好。经过比较，选择聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆，以及高压无空气喷涂工艺。(1)聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆(底、面漆)耐热性能：可在温度不超过150℃下长期作用，在400℃空气和氮气中损失小于50％。机械性能：机械性能优良，冲击强度为50kg.cm，硬度大于2H，柔韧性不超过1mm。(2)涂料性能聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆系双组分漆，具有优异的耐水性、耐强酸碱性、耐硫化物(硫化氢和有机硫醇)和化工大气腐蚀，其耐腐蚀等性能较单纯环氧漆更好。漆膜坚硬、附着力强、耐磨性好、润滑性能优异，利于流体输送，耐压力升降剥离等性能。需与同类型底漆、面漆配合使用，其三防性能更佳。广泛用于油气田和卤水输送管道内外壁，化工设备管道，各种酸碱槽罐、船舶和电器设备等防腐蚀和绝缘，以及高温设备(不超过180℃)。(3)覆盖层施工方法铁红聚氨酯改性环氧重防腐蚀底漆和面漆均系双组分漆，使用时按比例均匀，并用稀释剂调至施工粘度；管道经过喷砂处理达到Sa2.5级，并用空气吹除粉尘；喷涂三道底漆；喷涂三道面漆；施工现场温度不低于0℃；施工器具洁净，不得使用其它稀释剂；覆盖层厚度(平均)150～250μm。2、涂装工艺及其选择(1)涂装工艺涂装工艺包括表面处理、喷涂底漆和面漆、以及现场焊接口、台班连接处及其它固定焊口、堵头和烤口等内喷涂修补。本工艺采用先进的遥控内喷砂设备，高压无空气内孔喷涂设备，特别是现场焊接口修补等不易控制点采用内喷涂，保证了焊接口内涂质量。其工艺流程为表面处理(喷砂)→喷涂底漆→喷涂面漆→现场焊口修补。(2)高压无空气喷涂原理高压无空气喷涂是将0.6MPa的压缩空气注入喷气机后利用活塞原理将涂料室压力增至7～8MPa，涂料在高压下分子结构裂解后重新聚合产生互穿网络交链反应，其间空气和涂料不直接接触。涂料注入高压喷枪经过滤后，用螺旋式送料器推向喷头，形成球面向管壁喷涂，见图1、图2。(3)表面处理表面处理是将管内壁上的油脂、铁锈、氧化铁皮等清除干净后，进入喷砂除锈。试验开始采用抛丸，效果不很理想，只能达到Sa0.5级，改用喷绿豆砂后达到Sa2.5级以上。图1高压无空气喷涂机原理图图2喷枪结构示意图(4)喷砂喷砂分为管内喷砂和管外喷砂工艺。管外喷砂均采用直管喷枪，管内采用旋转抛物喷枪。生产实践证明，管内表面处理采用旋转抛物喷砂工艺，改进了现在四川石油管理局内各矿区采用的直管枪喷砂工艺，管内各部位喷砂质量均达到Sa2.5级以上，内壁显现出金属本体肉眼不见锈点。绿豆砂粒直径为0.5～2.5mm，砂粒很干燥，以免加砂时需经常筛网过滤除去粉尘和粗颗粒。砂粒用后收集起来，避免散落。喷砂设备包括空压机、砂罐、喷枪。(5)喷涂底漆聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆的甲乙组分不能与水接触，以免起泡，用后必须盖紧。甲组分：乙组分＝3～4∶1。使用时用多少配制多少，以免固化报废。底漆喷涂三道，每道之间相隔时间，表干即可。施工温度不低于0℃，气温低时适当延长表干时间。内管壁用专用高压无空气喷枪。外壁式平面用高压无空气枪喷涂，可采用湿碰湿方式不断喷涂加厚，应注意以不能流挂为限。对输气和卤水管道内壁采用上述内喷枪，未出现流挂，流平性，遮盖力和附着力好。预制管道固化后测得膜厚为90μm。设备有空压机、高压无空气喷涂机、内管喷枪。涂装完毕，用覆盖层测厚仪和覆盖层针孔检测仪分别作检验，并对覆盖层的附着力、柔韧性、强度、硬度、耐腐蚀性作检验。其中高压无空气内孔喷涂工艺中喷嘴、移动速度、涂料粘度之间的选取以及喷涂漆膜厚度控制是关键。(6)喷涂面漆面漆采用聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆，它也属于双组分漆，甲乙组分不能与水接触，以免起泡，固化报废，用后必须盖紧。甲组分∶乙组分＝3～4∶1(重量)。使用时随时用随时配制，其操作工艺、设备同底漆。最后一遍漆固化(实干)后用测厚仪测定漆膜，漆膜总厚度不小于210μm。(7)现场焊口修补现场焊口内喷漆修补漆与面漆相同，且其配比也完全相同。其漆膜性能均达到产品质量标准。该漆有阻燃作用，焊接中从未出现漆燃烧漫延现象。焊口切开检查，底漆完好无损，面漆略有起泡和烧结，仅占30％，焊口宽度约3～4cm。内修补后膜厚为210μm。现场焊口修补首先将管道内表面清洁后，喷枪伸入管内到达修补口位置作补涂。可借助丝扣连接的钢管任意伸缩，喷涂器前的伸缩架使喷涂器固定在适中的位置。对于固定的补涂，一般采用法兰连接加工约300mm长的短节，短节中部开19.05mm的孔。短节焊好后，将喷涂器伸入此孔作补涂，补涂完毕用丝扣外堵头堵死。高压无空气喷涂和焊接口内喷修补均达到工艺设计要求，与传统的拖涂(搅涂)技术经济比较见表1。表1高压无空气喷涂与传统拖涂工艺的技术经济比较施工工艺操作方式涂膜质量附着力耐磨性硬度耗漆量设备投资施工时间工程费用返修率拖涂手工差良良优大小长大大高压无空气喷涂自动化优异优优优小较大短较小很低一条φ159×7的内涂管道每公里费用25万元左右，表面处理占全部费用的30％，原材料和喷砂费用约占表面处理的65％左右。采用旋转抛物喷砂较矿区原采用直接喷砂时间短，砂利用率高，最关键的是涂敷质量得到保证，直喷管道中部约占整个管长1／4的部分达不到要求，有漏喷现象。内喷涂较拖涂质量更高，速度快，膜厚均匀。焊接口内喷涂修补后，不会产生漏涂。矿区原有工艺要求焊接处冷却到60℃以下才能修补。采用聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆后，在250～300℃下就可喷涂修补。该温度条件下固化时间缩短，膜厚不断叠增，完全可达到6道漆的膜厚。而原有工艺根本不可能达到，特别当焊口出现焊疤及线路弯头时在死角处产生漏涂。内喷涂由于采用全方位的旋转式喷涂，可克服上述难题。在1995年5月至1997年4月对7.7km的φ159×7、5.8km的φ108×6两条气田水输送管道进行内喷涂，结果表明管道预制涂装质量优良，较拖涂工艺管道内壁更加光滑、均匀。其覆盖层厚度大于200μm。据初步测算，采用内喷涂工艺工程造价为154.78元／m2，一条φ108×5的内涂管道每公里在3.4万元左右，内喷涂工艺较拖涂费用减少约1／3，管道使用寿命由原来1～2年延长至5年以上。高压无空气喷涂工艺与之相配套的涂料，明显优于矿区现有涂装工艺和涂料，是今后石油天然气管道内防腐，以及油管、套管内外壁防腐蚀处理的发展方向。三、结论与建议(1)采用旋转抛物内喷砂工艺完全达到Sa2.5级以上水平，切实可行，减轻了工人的劳动强度。(2)采用高压无空气内喷涂新工艺后，涂装质量大幅度提高，较拖涂工艺管道内壁更加光滑、均匀，克服了焊口出现焊疤及弯管时产生死角而漏涂的难题。施工周期大大缩短，在施工中可行、可靠、安全。(3)现场焊接口、烤口、堵头采用喷涂修补，保证质量和进度。(4)新工艺较现有工艺成本降低三分之一左右，管道使用寿命延长近一倍，减少环境污染，且具有缓垢作用。(5)建议目前用人工来控制喷枪在管内移动速度，今后应改为遥控变速；同时完善内管整体检测设备，如测厚仪、喷砂质量检测仪。何英勇杨鼎文：管道内喷涂防腐技术的应用，油气储运，1999，18(4）30～32。作者单位：四川石油管理局川西南矿区工程设计研究所（收稿日期：1998-10-07)