管道內(nèi)防腐技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張玉寶 王 強 斯琴圖雅

（黑龍江省科學院技術(shù)物理研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

1 引言

在我國的石油、天然氣以及礦山開采系統(tǒng)中，長距離的輸送管道起著生命線的作用，也是國民經(jīng)濟建設中的一根大動脈。目前，石油、天然氣、成品油的輸送以及水煤灰、鹵水礦鹽等資源的輸送主要依靠長距離的管道來實現(xiàn)，另外城市地下管道也輸送著各種工業(yè)和民用物流，是城市發(fā)展的生命線，其內(nèi)部的輸送介質(zhì)和外部的土壤環(huán)境都無時無刻不對管材進行著腐蝕。由于輸送介質(zhì)大多數(shù)為易燃、易爆、有毒的，一旦因腐蝕造成泄漏，不僅造成能源浪費、環(huán)境污染、經(jīng)濟損失嚴重、而且將威脅人身和財產(chǎn)安全，因此在工程的建設中必須對管道的內(nèi)外防腐處理給與特別的重視。

在多年的生產(chǎn)運行中，對鋪設的直埋式管道的外防腐采用涂敷涂層和外加電流陰極保護的方法基本抑制了外環(huán)境對管道外壁造成的腐蝕。由于內(nèi)腐蝕具有隱蔽性，往往被人們忽視了它的存在。其實，輸送介質(zhì)的特殊性對鋼管內(nèi)壁造成的腐蝕也是相當嚴重的，有時甚至超過了外腐蝕。據(jù)調(diào)查，目前總腐蝕穿孔量的90%都來自管線的內(nèi)壁的腐蝕[1]。

隨著科學技術(shù)的進步與發(fā)展，新型材料如耐熱、耐壓、耐腐蝕、耐老化塑料以及高強度復合材料等開始大量投入使用，防腐、防垢技術(shù)進入了一個嶄新的階段。目前，國內(nèi)外管道內(nèi)防腐技術(shù)主要集中在兩個方面：一個是管道內(nèi)涂層技術(shù)，二是管道襯塑技術(shù)[2]。

2 管道內(nèi)涂層防腐技術(shù)

關于涂層技術(shù)在國內(nèi)有很多報道，我國常用的管道內(nèi)涂層防腐技術(shù)有：水泥砂漿內(nèi)襯里技術(shù)；水性帶銹復合防銹涂料內(nèi)涂技術(shù)；玻璃鋼管道內(nèi)襯技術(shù)；H87 內(nèi)防腐技術(shù)；玻璃鱗片漆內(nèi)防腐技術(shù)；環(huán)氧粉末內(nèi)防腐技術(shù)；涂塑鋼管等。現(xiàn)在國內(nèi)應用較多的是涂敷層法，此法容易實施，具有比較完備的整套實施方案和檢測手段（如內(nèi)窺儀），涂敷手段也上升到機器人操作的水平，業(yè)界同仁也發(fā)明了很好的涂料。但是當管道的內(nèi)涂層為有機涂層、無機涂層或聚合物內(nèi)襯時，現(xiàn)場施焊的高溫會使焊縫兩側(cè)附近的涂層或內(nèi)襯因燒焦而脫落，使管道失去保護作用。為保證管道焊口部位的抗腐蝕性能，必須采取焊后內(nèi)補口或其他工藝措施，解決管道接頭的連接與防護問題。目前國內(nèi)外對內(nèi)涂層管道連接接頭的防護技術(shù)主要有以下幾種：自動補口機法；無焊承插壓接法；無焊外套筒壓接法；螺紋連接法；內(nèi)襯保護套管焊接法；記憶合金熱膨脹法；記憶合金熱收縮套法；不銹鋼接頭法；無內(nèi)補口技術(shù)等，這些方法都在某些方面存在局限性。目前解決涂層管道現(xiàn)場接口的防腐處理方法中用到的形狀記憶功能產(chǎn)品只有形狀記憶性合金，但它對現(xiàn)場裝備的要求很高且對裝備質(zhì)量依賴性很大，難以保證接頭補口的可靠性。形狀記憶合金費用非常昂貴，使一些工程因造價高的原因望而怯步。此技術(shù)只能停留在理論和實驗室階段，無法大量應用。

筆者負責研究的項目輻射交聯(lián)聚乙烯熱膨脹內(nèi)襯管，是一種把聚乙烯管經(jīng)過輻射交聯(lián)，加熱后軸向拉伸使管徑變細后冷卻定型，將取向了的分子結(jié)構(gòu)凍結(jié)下來，使之具有記憶效應，當再次加熱到拉伸取向溫度時，被凍結(jié)了的取向結(jié)構(gòu)被解凍，在沒有外力作用時，這種分子結(jié)構(gòu)開始恢復到原來的狀態(tài)，在宏觀上表現(xiàn)為:管子發(fā)生軸向收縮而徑向膨脹變形,從而緊密地接合于管道內(nèi)壁上，實現(xiàn)管道襯塑。如果將熱膨脹內(nèi)襯管外壁涂上熱熔膠，就賦予了它防腐密封的功能，可以解決小口徑管道內(nèi)涂層現(xiàn)場補口的問題，用此法取代記憶合金套等方法，前景相當不錯。

3 管道襯塑技術(shù)

關于管道襯塑技術(shù)在國內(nèi)也有很多報道，主要是非開挖襯塑修復技術(shù)。非開挖舊管道修復技術(shù)是減少工業(yè)投資、降低成本，延長管線壽命的革命性技術(shù)。傳統(tǒng)的管道修復技術(shù)多為對舊的管道開挖維修或報廢后取出原管道重新鋪設新管道。隨著城市建設步伐，市區(qū)道路普遍拓寬，各類住宅樓房逐年增多，甚至部分樓房建設于管道之上，周圍環(huán)境發(fā)生較大變化，造成管線周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，使運營的管線經(jīng)常發(fā)生泄漏。如果在建筑物下發(fā)生泄漏處理起來非常困難，所以非開挖技術(shù)就有了大展身手的機遇。在國外，非開挖穿插高密度聚乙烯管防腐技術(shù)已在美國、英國、德國、瑞典等國家成功應用于油氣田、市政工程的各種管道中。該技術(shù)已有20年的歷史，有幾千公里的應用經(jīng)驗。在國內(nèi)，雖然剛剛起步，但發(fā)展速度很快。非開挖穿插高密度聚乙烯管已成功地在部分油田和城市供熱管線中和電廠供熱管線中應用，打開了管線修復和防腐技術(shù)的新領域，已有近百公里的應用經(jīng)驗。

國內(nèi)已有的內(nèi)襯管道方法主要是英國氣體公司所發(fā)明的專利，其主要思想是：將一節(jié)大于要襯管道內(nèi)徑且具有保持復原力的塑性材料制成的管拉過一個型模或滾輪時其外徑減少15%并拉入要襯的管道，利用對材料施力產(chǎn)生彈性變形，使它具有短暫記憶效應，待撤掉拉力后管道自然恢復脹徑與管道內(nèi)壁實現(xiàn)緊密貼合[10]。在惠州市成達膠管制品有限公司專利中所述技術(shù):用發(fā)生了分子接枝的高密度聚乙烯材料制成的薄壁軟管，在薄壁軟管外壁復合了熱熔膠，靠水解交聯(lián)反應后使管交聯(lián)變硬，靠熱熔膠結(jié)合于管道內(nèi)壁[11]。大慶油田建設集團的實用新型專利所述內(nèi)容：用水作為動力將塑膜管牽進管道，靠膠粘結(jié)合與管道內(nèi)壁上[12]。在東營勝邦塑膠有限公司專利中所述技術(shù)：使PE 管通過多U型管技術(shù)，將外徑大于鋼管內(nèi)徑PE 管縮徑后牽入鋼管內(nèi)，恢復后過盈配合于鋼管內(nèi)壁上[13]，從而實現(xiàn)襯塑目的，U型管法最早是法國技術(shù)。大慶石油學院文獻所涉及的內(nèi)襯管沒有進行過交聯(lián)改性，也沒有進行過軸向拉伸。它只是將薄的聚乙烯管材進行壓匾處理后直接使用，使用時用氣脹方法復原管材。

筆者所研究的輻射交聯(lián)聚乙烯熱膨脹管已申報國家發(fā)明專利，該管是一種把聚乙烯管經(jīng)過輻射交聯(lián)，利用輻射交聯(lián)后聚乙烯管的形狀記憶功能，進行軸向定徑拉伸使直徑變小制成有熱膨脹功能的內(nèi)襯管。輻射交聯(lián)聚乙烯管加熱后拉伸徑向變細，在室溫下是永久性變形而非彈性變形，再次加熱后徑向可膨脹，徑向膨脹率：5%～10%，從而緊密地接合于管道內(nèi)壁上，可實現(xiàn)管道襯塑的一種功能性產(chǎn)品。已有專利方法與本項研究的方法相近的只有英國氣體公司。但是英國氣體公司的方法必須借助大型機械設備，需要很大的力對未加熱到熔融狀態(tài)的非交聯(lián)管材進行拉伸，拉伸力必須在屈服強度一半的范圍之內(nèi)，使其彈性變形。而本項研究對輻射交聯(lián)的管材軸向拉伸是在加熱狀態(tài)下進行的，不需要很大的力，徑向變細在室溫下是永久性變形；英國氣體公司的方法必須在線應用，而本項目所研究的熱膨脹內(nèi)襯管產(chǎn)品可以預制后使用。輻射交聯(lián)聚乙烯熱膨脹管可以用在鋪設新管道時可用于管道內(nèi)防腐和涂層管道現(xiàn)場接口內(nèi)防腐。也可以應用于舊管道改造，包括石油、天然氣、煤氣、供水和供熱等管線以及腐蝕性材料的輸送管道。

4 發(fā)展趨勢

在管道內(nèi)防腐領域，國內(nèi)應用較多的是涂敷層法，此法容易實施，成本低，比較適合我國國情。同時涂層技術(shù)有比較完備的整套實施方案和檢測手段（如內(nèi)窺儀），涂敷手段已上升到機器人操作的水平。此外，張?zhí)涨宓葘㈥帢O保護技術(shù)也應用到了管道內(nèi)壁防腐[15]，使管道內(nèi)防腐如虎添翼。

但是，在國外襯塑技術(shù)更是以新的姿態(tài)而崛起，這是因為襯塑比涂層有如下優(yōu)點：襯塑對金屬完全均勻的覆蓋；襯塑對管道內(nèi)表面凈化要求不像涂層與凈化處理質(zhì)量具有直接的相關性；襯塑對管道的振動、沖擊比涂層敏感性小，不斷裂剝落。更凸出的特點是襯塑管道可承受高壓又能抵抗各種介質(zhì)的腐蝕[2]，所以襯塑技術(shù)將占據(jù)管道內(nèi)防腐領域的相當?shù)氖袌龇蓊~。如果將襯塑技術(shù)與陰極電流保護技術(shù)很好的結(jié)合在一起，管道內(nèi)防腐技術(shù)將走上一個新的里程碑。

[1]宋揚,牛守臣.管道內(nèi)腐蝕及控制方法[C].中國國際腐蝕控制大會論文集,2002.

[2]趙芳璧,張宏偉.鋼管道襯塑內(nèi)防腐技術(shù)[J].油氣田地面工.