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埋地管道防腐蚀技术的现状与展望


焊管.第31卷第3期.2008年5月

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●行业综述

埋地管道防腐蚀技术的现状与展望
韩文礼,林竹
(中国石油集团工程技术研究院,天津300451)

摘要:管道防腐蚀技术已经有了很大的发展,出现了许多新的防腐蚀材料和技术,但管道的 腐蚀问题仍未从根本上得到解决。简述了埋

地钢质管道外防腐常用的几种材料的特性,并着 重讨论了我国管道涂层防腐蚀技术的现状、存在的问题及前景展望。虽然我国的管道防腐蚀 技术发展很快,但与发达国家相比,在材料质量的稳定性、作业过程控制、跟踪检测评估技术和 管理等方面还存在不小的差距。 关键词:管道防腐;防腐材料;涂料;防腐技术;腐蚀检测 中图分类号:TE988.2文献标志码:A文章编号:1001—3938(2008)03一0009—05

O前言
管道运输的优越性越来越被人们所认识,管道 运送的介质也越来越复杂,由于腐蚀引起的管线穿 孔破坏更是时有发生。随着我国长距离石油天然 气管道的大规模建设和城市管网的普及,实现管线 安全高效运行显得尤为重要。最大限度地降低腐 蚀造成的危害,不仅是经济的问题,而且是社会安 定、环境保护的问题,已引起有关方面的高度重视。 管道运输在世界上已经有140多年的历史, 管道建设的施工机具、施工技术和防腐蚀技术都 有了长足的发展。本文简述了埋地钢质管道外防 腐常用的几种材料的特性,并着重讨论我国管道 涂层防腐蚀技术的现状、存在的问题及前景展望。

道干线长度已超过230×104

km。

目前,控制埋地钢质管道腐蚀的主要手段依 然是防腐层加阴极保护。在某种程度上,防腐层 质量决定了管道的使用寿命。在管道外防腐涂层 方面,国内外采用的是石油沥青、煤焦油瓷漆、聚 乙烯胶带、环氧煤沥青、熔结环氧粉末(FBE)、双 层PE和三层聚乙烯(3PE)等。从有关资料报道 来看,石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤 沥青等传统防腐材料的用量呈下降趋势,而环氧 粉末和近年来发展起来的双层PE和三层PE的 用量有较大的上升,聚氨酯沥青在欧美和中东等 地区也发展较快。 FBE在国外应用有30多年的历史,在国内应 用也有十几年的历史,FBE是众多防腐涂料中附 着力、抗冲击性、耐磨蚀性、抗阴极剥离等综合性

1管道防腐蚀技术的现状
自1865年美国建成世界上第一条输油管道至 今,管道运输业已有140多年的历史。管道运输主 要用于能源输送,除普遍用于石油、天然气、液化石 油气、化工原料等的输送外,还用于煤浆、煤层气、 矿石等的运输。在全球已建成的230×104多千米 管道中,输气管道约占60%,原油管道和成品油管 道各占15%,化工和其他管道不足10%。目前世 界上100%的天然气、85%以上的原油运输是通过 管道输送实现的。截至2003年底,全世界油气管

能较好的品种之一。国外管道中以北美地区应用 最为广泛。但它也存在一些自身的缺点,如防水 性较差,不耐尖锐硬物的冲击碰撞,施工运输过程 中,很难保证涂层不被破坏,现场修补困难,且价 格昂贵。因此在碎石土、石方段、地下水位较高的 地区要慎用或不用。 3PE是20世纪80年代欧洲研制成功并开始 使用的。它将FBE良好的防腐蚀性能、黏结性、 高抗阴极剥离性和聚烯烃材料的高抗渗性、良好 的力学性能和抗土壤应力等性能结合起来的防腐 蚀结构,一经问世就在许多工程上得到了应用,尤

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其是欧洲国家,其应用呈不断上升的趋势。 国外,目前防腐涂层的选用仍然存在两种观 点:北美地区一般偏向于FBE,欧洲则偏向于 3PE。美国有关统计表明,FBE、3PE和煤焦油呈 现三足鼎立的局面,其他早期的一些防腐材料的 应用数量与范围在逐步缩减。 近年来,国外研制开发出一些新型的管道防 腐涂层技术,包括加拿大百劭公司(bredero shaw) 研制开发出HPCC(high
performance composite

coating)涂层体系,它也属于三层结构,包括环氧

粉末底层、粉衫胶粘剂中间层和聚烯烃面层,目
前有HPCC—PE面层和HPCC—PP面层两大系 列。与3PE、3PP不同的是,它的外层不是挤出聚 烯烃而是喷涂聚烯烃粉末,涂层总厚度仅为1.5 mm,其中环氧粉末底层厚度350 Izm、粉59/胶粘 剂中间层150 Ixm,聚烯烃面层1
000斗II}。HPCC

涂层采用整体一次喷涂成型技术,施工方便。由 于采用喷涂技术,相对于3PE而言,在焊缝处不 会产生黏结不良的死角,因而具有更好的保护作 用,并节省了60%的材料费用,而且在体系的耐 阴极剥离、耐老化、耐弯曲等主要性能方面已经超 过3PE。HPCC涂层与其他涂层材料性能对比如 图l、图2所示,不同温度下HPCC涂层耐阴极剥 离指标情况如图3所示。 目前HPCC涂层已经在美国和加拿大的管道 工程中应用约l
000

图3蛐PCC在不同温度下的耐阴极剥离指标

德克萨斯州到芝加哥附近的天然气管道采用了这 种涂料,10余年来未产生腐蚀;在马格里布至非 洲阿尔及利亚地区的天然气管道,原先涂敷三层 PE结构,在焊口处就涂有这种涂料。该涂料的优 点是既可在正常情况下施工,也可在0℃左右顺 利施工。它不含溶剂,利于环保,一次成膜厚,施 工效率高,涂层坚韧,表面光洁,附着力优良,耐磨 性强,膜厚1.5 mm就足以达到防护外壁的目的。 由于它的耐冲击性和柔韧性要优于FBE,因此在 运输、安装过程中受到的损伤也比较小。在耐微 生物腐蚀和抗植物根茎方面也很优良,不过需要 有较高的施工技巧和设备要求。 与国外一样,我国管道防腐层的应用也是从沥 青类防腐层开始的,自20世纪50年代的第一条管

km,管道直径从406—1

067

mm,使用效果良好,可以说HPCC涂层体系将是 未来管道防腐层的发展方向之一。 聚氨酯沥青也是20世纪90年代末发展较快 的埋地管道外用涂料之一。美国、加拿大和中东 等地区在很多工程中都采用了这种涂料。如美国

线——克独线开始,一直到70年代的东北输油管
道等都采用了石油沥青防腐层;70年代后期至80 年代,胶带、夹克、环氧粉末等防腐新材料相继在我 国投入使用;80年代至90年代中期是各种防腐层 发展、竞争的时期;90年代后期,FBE和3PE两种 防腐层从众多防腐层材料中脱颖而出,逐渐成为主
图1 HPCC和其他材料柔韧性对比

流防腐材料;作为世界最新的防腐材料,双层环氧

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和聚脲也开始得到少量应用。目前,我国防腐层基 本实现了标准化,某些技术参数已经达到了国外的 先进水平。已建的国内长输管道的防腐层材料主 要为熔结环氧粉末、3PE,油田内部主要集输管道的
表1

防腐层材料多为熔结环氧粉末、3PE,非主要管道的 防腐层材料仍然为石油沥青类;城市供水、供气管 道的防腐层材料则一般多采用环氧煤沥青和胶带。 近几年国内外管线典型工程基本情况见表1。

国内外管线典型工程基本情况



国内与国外管道防腐技术的差距

90年代全面发展,先后建成的陕京输气管道、涩 宁兰输气管道、兰成渝成品油管道以及中型输油

2.1材料 目前,国内管道常用的防腐蚀材料,包括补口 材料,整体水平已经达到或接近国外同类产品的

输气管道普遍采用监理制,在项目建设的质量、进 度、投资控制和合同管理、信息管理等方面取得了 明显成效。但由于监理制度实施时间较晚,缺乏 专业的培训机构和培训制度,监理费过低,导致监 理公司为降低费用,采取监理人员临时聘用,所聘 人员中专业技术人员比例较低,综合素质有待提 高,而且目前监理人员的培养速度远远不能满足 监理市场的需求,需要进一步加强。 2.5设计、监测 由于管道建设大多位于野外地区,管线经过 地震带、湿陷性黄土塬以及出现滑坡等自然灾害 频发地带的可能性非常大,应采用基于极限应变 的设计方法。 国内实施管道外检测技术始于20世纪80年 代中期,检测方法主要包括标准管/地电位检测、 皮尔逊(pearson)检测、涂层绝缘电阻测试等。但 监测技术还很薄弱,虽然国内也引进了国外的先 进监测设备及技术,但在缺陷准确定位、合理指导 大修方面与国外相比尚有较大的差距。

水平,但总体来说,国内管道防腐材料仍然存在适
用性差、材料质量不稳定等问题,特别是在材料的 适用性方面仍然与国外产品存在一定差距,在材 料的生产和研究方面还有待提高。 2.2施工作业过程

防腐界一直存在“三分材料,七分施工”的说
法,所以施工质量对整体质量至关重要,由于目前 操作工法不够完备,工人操作不够认真,特别是补 口施工,由于现场施工受环境因素影响大,而各家 材料的施工性能又各有不同,故给施工造成一定的 难度,施工质量无法得到有效保证,应加强对施工 工法的制定和完善,并加强现场施工的监督管理。 2.3标准规范 与国外先进标准比较,我国的管道防腐标准 存在重材料、轻工法,重室内检测、轻现场检测的 问题,对材料本身的性能较为重视,规定性能项目 较多。而对产品施工性能和安装系统的性能重视 不够,以标准SY/T0413--2002为例,目前标准中 缺少对热收缩带补口使用性能的控制,包括耐热 冲击性能、耐热水浸泡以及使用温度下的剥离强 度等;该标准缺乏对底层熔结环氧粉末涂层厚度 的控制,执行起来不好操作。 2.4监理 管道工程建设监理从20世纪80年代起步,

3管道建设中亟待解决的问题
3.1新材料的研究开发. 目前,国外的防腐层发展趋势是改进3PE,以 及在双层熔结环氧粉末结构上下功夫。例如,在 FBE表面采用液态聚氨酯或改性环氧保护层,以 防止管道在吊装、敷设、定向钻穿越道路及河流等

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焊 各种工序中发生损坏。同时在液体树脂补口技术 方面也发展很快,建议加快技术探索步伐,尽快达 到国外同类技术的水平。 3.2新规范制(修)订 目前FBE和3PE两种防腐层技术已经成为 油气长输管道最常用的两种外防腐层技术,而热 收缩套则是应用最广泛的现场补口技术。这些涂 层技术在生产中发挥了很好的作用,但是在施工 和应用过程中也暴露出一些问题,包括FBE防腐 层漏点多、3PE环氧粉末层和胶层厚度无法检测、 现场一次补口合格率低和埋地后补口出现开裂和 剥离等,已经影响到整体防腐质量和防腐层的使 用寿命。上述问题在一定程度上是由于原材料、 工厂预制和现场施工等环节缺乏更有效的检测评 价技术所致。目前,国内现行技术标准及规范主 要是整体采用国外标准规范,没有充分考虑国情 和管道的实际情况和环境条件要求,部分检验指 标及试验方法存在指标偏低和缺乏可操作性等问 题,这些都会直接影响到对管道防腐层及补口质 量的检测及控制,应通过对防腐层及补口所用材 料、施工质量检测及评价技术的研究,进而对现行 标准进行修订,以满足管道防腐的需要。
3.3

管 3.5加强管道完整性管理

2008年5月

近年来,我国在管道安全评估技术、检测技 术、数据管理技术、修复技术以及泄漏检测与监测 技术等方面开展了大量的研究工作,有些成果已 经达到国际领先水平。但与国外相比,总体上还 存在较大的差距,特别是在管道完整性管理技术 与体系的建设及应用方面,我国尚处于起步阶段, 还有很多工作有待开展,包括管道完整性数据库 建立、管道安全检测、管道安全评估、基于风险管 理的管道完整性评价和管道的安全预警与维抢修 完整性管理等,通过这些工作的开展,可以为管道 运行管理、检测、维修和更换提供全面、可行的科 学依据,确保现役管道安全、经济和高效地运行。



展望
随着我国能源政策的调整,长输管线的建设

在我国很快就会形成高潮,中石油计划在2006到 2010年投入1 000亿元建设多条油气输送管道, 新建管道总长度将达到1.5 气干线管线将达到8 将分别达到3
000 000


104

km,其中,天然

km,原油和成品油管线
000 km。

km和4

高强钢阴极保护电位的确定 随着X70和X80等高强度管线钢在管道工程

国际管道输送技术正在朝着长运距、大直径、 高压力的方向发展,高压输送要求使用强度更高、 韧性更好的管线钢,以减少钢材消耗,降低材料费 用。因此高压输送采用高钢级钢管呈强劲的发展 趋势。目前,日本和欧洲已试制出X90和X100 级管线钢,并在研究更高钢级的管线钢,目前世界 上有10条输气管道采用了X80级管线钢,敷设 管道约500 km。全长约7
000

上的推广应用,其阴极保护电位如何确定成为问 题,特别是对于X80及以上钢级,目前国内外尚无 相关标准规范对阴极保护电位作出规定,需要针对 高钢级钢的自身特点,进一步开展相关研究。 3.4腐蚀检测技术及评判标准的制订 从对管线科学化管理的角度来说,应该有计 划、逐步地对各条管线进行腐蚀检测,建立管线腐 蚀及其防护状况的档案,以及有的放矢地进行维 护和大修。检测内容应包括防腐层状况检测、阴 极保护状况检测、管线腐蚀状况的检测。当今发 达国家新建管线一投产,就对其技术状况进行跟 踪检测,通过评估对腐蚀部位进行整治修复,这种 主动的修复虽然耗费一定的资金,但比管道发生 事故后的抢修代价要小得多。相对而言,国内对 管道跟踪检测重视不够,腐蚀检测技术的研究应 用水平也较低,尚缺乏统一的检查评判标准。因 此,为保证管线的安全高效运行,发展金属管道腐 蚀检测技术及制订评判标准迫在眉睫。

km的西气东输二

线也设计采用X80级管线钢管。 随着管道建设的发展,对管道防腐技术也提 出了新的需求,具体包括: (1)随着管道建设向沙漠、沼泽、冻土和海洋 等苛刻环境的延伸,要求防腐层能够满足更加苛 刻的环境和工艺条件,并且有更长的使用年限。 (2)防腐蚀技术(如HPCC涂层技术)必将引 起各界重视,并得到快速发展。随着对管道长期 运行安全性重视程度的加强,对管道的后期管理 工作也将越来越受到重视,包括腐蚀监测技术和 管线剩余寿命评估技术等将得到进一步的发展。 (3)国内管道建设存在涂层防腐为主,阴极保

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护为辅的现象,甚至有些管道没有采取阴极保护措 施。随着人们对阴极保护作用的认识,加上阴极保 护技术的逐渐完善,势必会出现防腐与阴极保护并 重的新局面,从而大大提高管道的运行寿命。 (4)随着我国工程项目建设监理制的逐步开 展和完善,把工程监理引入管道防腐设计、原材料 供应及施工招标、施工过程等阶段,将有助于优化 方案设计,减少甚至避免设计失误,确保防腐工程 的质量。 综上所述,虽然我国管道防腐蚀方面还存在 着不少的问题和困难,相信通过新材料、新工艺、 新技术的不断采用,我国的管道防腐技术会日臻 完善,我国的管道建设也必将取得更大的成就。

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作者简介:韩文礼(1961一),男,高级工程师,1982年毕业 于北京钢铁学院金属腐蚀与防护专业,一直从事石油管 道、储罐、钢结构防腐蚀涂料的研究及新成果转化工作。 先后参加、主持了lO余项部级科研项目,发表技术论文 10余篇。 收稿日期:2007—1l—16

参考文献:

修改稿收稿日期:2008一01—09 编辑:罗刚

[1]王朝晖.我国金属管道腐蚀控制有待加强的若干问题
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国产X80钢级热煨弯管新产品通过鉴定
感应加热弯管是管线工程中不可缺少的部分,是管道工 程的瓶颈项目。国内外专家多次呼吁,在今后大直径管道建 设中应采用X80钢级管线钢,以降低管道壁厚,减少施工难 度,节约建设资金,但至今国内也没有X80钢级管线钢管感 应加热弯管的应用先例,因此进行X80钢级管线钢管感应加 热弯管的制作工艺研究意义十分重大。 目前从北京召开的西气东输二线工程用X80钢级
函1 219 mm x22 innl热煨弯管等新产品鉴定会上获悉:由中油

管道机械制造有限责任公司研制的“X80钢级的西l
×22

219 mill

mm热煨弯管新产品”通过了专家鉴定,并批准投入批量

生产,首批产品将投入西气东输二线的建设。 鉴定会上,来自中国石油天然气集团公司和中国钢铁工 业协会的有关专家通过现场考察,听取试制报告,查阅质量保 证体系文件、工厂有关资质证书和质量记录,对新产品试制的
热煨弯管现场

工艺要点进行了认真讨论后,一致认为,中油管道机械制造有

限责任公司具有较强的生产、检验装备和完善的质量保证体系,样品力学性能和外观尺寸控制水平较 高;新产品试制经过了不同成分干线管、专用母管的多项试验,技术路线准确,工艺方案严谨,解决了 直管段回火韧性较低等技术难题;新产品的力学性能和外观尺寸均能满足西气东输二线工程技术条 件的要求,具备了批量生产的条件。
(摘自《中国石油网>,2008年5月8日)

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埋地管道防腐蚀技术的现状与展望
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 韩文礼, 林竹 中国石油集团工程技术研究院,天津,300451 焊管 WELDED PIPE AND TUBE 2008,31(3) 11次

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引证文献(11条) 1.李立冬 城市燃气管道防腐设计的探讨[期刊论文]-科技致富向导 2013(21) 2.张本新 埋地长输管道的防腐与防护[期刊论文]-管道技术与设备 2011(1) 3.李爱凤 埋地管道外腐蚀控制管理与评价系统研究[期刊论文]-电脑知识与技术 2009(8) 4.刘凯 城市燃气管道防腐设计的探讨[期刊论文]-黑龙江科技信息 2013(30) 5.牛幼飞.王功 城市燃气管道防腐设计中的几大问题研究[期刊论文]-科技传播 2012(10) 6.夏阳.张玉梅.伍劲涛.袁坤 浅析长输燃气管线防腐层检测和修复[期刊论文]-科技资讯 2009(19) 7.王玉福.王红.马祥礼.马文鑫.申龙涉 集肤效应电伴热管线局部腐蚀研究[期刊论文]-石油化工高等学校学报 2011(2) 8.祝新伟.卢志明.潘柏定.沈美华.蒋腾波 架空管道常用涂层防腐性能试验研究[期刊论文]-轻工机械 2010(3) 9.王斌 输油管道的腐蚀与防护[期刊论文]-科技信息 2010(36) 10.龙志斌.龙云正.汪颐.赵建华.葛启维 钢管3PE外防腐多层聚烯烃涂敷新工艺介绍[期刊论文]-焊管 2009(10) 11.徐文龙.李言涛.曹玉阳.李再峰.杨黎晖 油气管道防蚀涂层技术的研究进展[期刊论文]-材料保护 2013(4)

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