淺談沙漠地區管道內防腐現場補口

李 凱 張賢波 李康銳 曹 宏 劉 宵

1.西安石油大學，陜西 西安 710065；

2.中國石油塔里木油田公司開發事業部，新疆 庫爾勒 841000

0 前言

位于塔克拉瑪干沙漠中央位置的某油田，自1996 年投入開發以來，至今已有各種油、氣、水管道300 余條，油田產出水礦化度高（90 000 mg／L），以（K+＋Na+）Cl-離子為主，油、氣、水、硫化氫等多相流腐蝕介質共存，大部分為CaCl2型水，主要腐蝕因素為CO2、H2S、Cl-。這些腐蝕性物質易導致集輸管道內銹蝕，進而造成穿孔、泄漏等事故，帶來生產停止、環境污染等問題。 此外，腐蝕性物質還使鋼管內壁表面粗糙，增加運營費用，造成數億的損失。

隨著全球能源危機的凸顯及人們環保意識的增強，輸油、氣鋼質管道的內外保護越來越受到重視。 目前，外防腐技術已相對較成熟［1］，管道內防腐施工技術，尤其是內防腐現場補口作業的開發與應用顯得日益重要。2008 年，該油田更換了3#、4# 生產匯管，并進行了全線內防腐作業。 但從2010 年起，管線開始在焊縫處頻繁刺漏，目前已累計發生刺漏80 余次。 經判斷，其原因在于當時的內防腐補口工藝存在缺陷，管線內補口處工藝質量不高，由此造成局部腐蝕，嚴重影響了安全生產。

1 管道內防腐現場補口

管道內防腐需分單根預制和現場補口兩個步驟進行。 隨著中國無溶劑涂料等技術的進步，單根預制階段的產品質量已基本可以滿足各類輸送介質條件的耐腐蝕要求，且預制生產也實現了工業自動化操作；但現場補口工藝目前還存在一些缺陷，成了管道內防腐市場發展的瓶頸。

1.1 工作原理

管道內噴涂主要由管道內噴涂車完成， 其分為行走、供料、旋噴和控制四部分。 內噴涂車工作時以220 V交流電作動力源，在管道內沿正反兩個方向爬行，其平地最大爬行深度為30 m；工作時所有操作指令均通過控制箱上的按鍵來完成，操作人員可直觀、準確、方便地進行操作。 內噴涂車供料系統由料倉和料泵組成，料倉內的涂料通過電機帶動的齒輪泵被打入旋杯內，旋噴電機以＞20 000 r/min 的旋噴轉速， 使旋杯內涂料在強離心力的作用下高效率霧化，均勻噴涂在鋼管內表面上，形成優良的防腐層。

1.2 作業流程

現場補口作業流程主要由9 個部分組成，見圖1。

圖1 現場補口作業流程

1.3 影響因素及解決措施

1.3.1 環境因素及解決措施

a） 二級及以上風沙天氣嚴禁管道內防腐現場補口施工作業。

b）夏季涂料不用加溫，春、秋、冬季必須對涂料預加溫，溫度在40 ℃左右為宜。

c） 若鋼管內壁潮濕，噴涂施工前，需將鋼管預熱以驅除潮氣，預熱溫度控制在40～60 ℃。

d） 當環境溫度<25°C 時， 內壁一次成濕膜厚度應達到250～300 μm，一次成干膜厚度應達到150～200 μm；當環境溫度25～40°C 時， 內壁一次成濕膜厚度應達到350～400 μm，一次成干膜厚度應達到150～200 μm；當環境溫度>40°C 時，內壁一次成濕膜厚度應達到250～300 μm，一次成干膜厚度應達到150～200 μm。

1.3.2 焊接質量因素及解決措施

a）焊接工藝的選擇，建議采用焊接衍生物產生量少的工藝，如氬弧焊打底工藝［2］；在焊接對口時嚴格控制對口的錯邊量，焊縫余高不超過2 mm，過高焊瘤必須割掉重焊見，見圖2。

圖2 內部焊縫缺陷防腐

b） 焊縫表面處理的質量對形成的涂層質量影響最大，因此，焊縫表面的清理質量必須符合設計要求，新舊涂層搭接時，需嚴格保證原涂層表面拉毛寬度及搭接寬度的精度控制（補口幅度）。

c）為保證組對間隙均勻，定位時應保證接管內壁平整，內壁錯邊量不超過管壁厚度的10%，且≤15 mm。

d）焊口打磨、清潔的程度和坡口的斜度一般為Sa 2.5級， 保證平整、潔凈的焊縫表面使補口涂層具有良好附著力。

1.3.3 其它因素及解決措施

a）組對焊接必須充分考慮沙漠地勢，通常采取3 搭1 或4 搭1 方式，特殊地勢采取2 搭1 或1 搭1 方式，保證補口質量。

b）在管端涂層處300～500 mm 寬幅， 模擬牽引速度進行噴涂，觀察3 min，測量濕膜厚度，觀察是否流掛，同時對補口車參數進行調整，之后將涂料擦洗干凈。

c）為避免死口過多，最好在三通處進行分組分向補口。 補口前需對三通處手工除銹和刷涂，或用軟軸除銹和噴涂裝置進行噴涂。 法蘭連接時手工除銹補口，對彎頭、三通等異型件進行一道口一補。

d）內噴涂車后退速度一般為10 mm/s。

e） 噴涂后進行外觀檢查，不允許出現流淌、氣泡和不均勻等現象，然后進行兩頭封堵，下線進行堆放。 注意防止灰塵進入［3］。

2 沙漠地區管道內防腐現場補口特點

2.1 流動風沙影響

塔克拉瑪干沙漠為世界上最大流動性沙漠，由于整個沙漠受西北和南北兩個盛行風向的交叉影響，風沙活動十分頻繁劇烈，每年3～10 月為風沙盛行期。 據測算，低矮沙丘每年可移動約20 m，最大風速達300 m/s，流動沙丘占80%以上。

風沙給管道內防腐現場補口作業帶來很大困難，沙粒的存在會直接影響涂料與管壁的結合，進而縮短管道壽命［4］，故要求二級及以上風沙天氣嚴禁管道內防腐現場補口作業。 沙漠地區進行管道內防腐現場補口作業，首先需在進行補口噴涂前采取空壓機吹風，將焊口位置影響焊接的細小沙粒清除干凈。 為保證無沙粒被卡在焊縫位置，需在管道兩端進行正反方向兩次吹風，徹底清除管道內細小沙粒。 吹風過程中，在管道出風端使用硬白紙進行檢查，直到不出現細小沙粒為止；其次，在噴涂過程中需采取一定防風措施，防止風沙進入管道內破壞內防腐噴涂層，見圖3；最后，在噴涂完畢后，需將管道兩端嚴實封堵并等待濕膜固化， 以防止沙粒進入補口位置，影響補口質量。

2.2 起伏沙丘影響

塔克拉瑪干沙漠內部沙丘連綿起伏，一般高70～80 m，最高可達250 m，管道的鋪設“蜿蜒”前行（見圖4），管道內防腐現場補口工作受地形影響大，主要表現為：沙丘起伏影響管接頭的對接，管接頭的組對定位焊接是保證焊接質量、促使管接頭背面成形良好的關鍵，如果組對間隙、鈍邊大小不合適，易造成內凹、焊瘤、未焊透等缺陷，進而會直接影響后期的噴涂補口質量；沙丘上下起伏將導致內噴涂車在內部噴涂時，涂層出現“下淌”現象，故需保證施工環境溫度不能太高，并在管道敷設之前對其走向位置進行推沙處理，以降低落差，另外可采取鋪墊、上吊等措施來保證后期焊接和補口的施工質量。

2.3 溫差影響

塔克拉瑪干沙漠系暖溫帶干旱沙漠，夏天最高溫度可達67.2 ℃，年晝夜溫差＞40 ℃。相關記錄數據表明每年6 月8∶00 環境溫度為12 ℃左右，而15∶00 可以達到40 ℃左右，21∶00 為17 ℃左右［5］。 溫度變化對內防腐涂料的固化時間和雙組份的配料將產生一定影響，不宜在較高溫度下進行雙組份涂料混合，易發生暴聚、冒煙、燙傷等事故［6］，溫度越低涂料活性越差，對固化影響越大。 因此一般噴涂時間宜選擇在12∶00～14∶00 及18∶00～21∶00 兩段時間來開展。 經過現場實踐，發現這兩時間段內作業噴涂效果較好，未出現嚴重掛流、凝固質量差等現象。

3 結論

沙漠地區管道內防腐現場補口作業工藝相比其他地區施工有很多區別，認識到流動風沙、起伏沙丘和溫差等影響噴涂質量的因素之后，采取了必要的應對措施。目前該工藝方法已成功應用于DN 80～500 管道，為管道內防腐現場補口的推廣提供了借鑒。

［1］ 龔樹鳴. 長輸天然氣管道外防腐涂層選擇［J］. 天然氣與石油，2001，19（1）：24-30.Gong Shuming. Selection of External Corrosion Coating in Long-distance Natural Gas Pipeline ［J］. Natural Gas and Oil，2001，19（1）：24-30.

［2］ 李鳳江. 管道內防腐涂層補口的質量控制［J］. 科技與企業，2012，21（5）：63.Li Fengjiang. Quality Control of Pipeline Internal Corrosion Coating Defect Repair ［J］. Science and Technology and Enterprise,2012，21（5）：63.

［3］SY/T 0457-2000，鋼制管道液體環氧涂料內防腐層技術標準［S］.SY/T 0457-2000，Technical Standard for Steel Pipeline Internal Liquid Epoxy Corrosion Coating ［S］.

［4］ 趙學芬，姚安林. 地形起伏地區集氣管道內腐蝕敏感性預測分析［J］. 天然氣與石油，2007，25（3）：36-39.Zhao Xuefen，Yao Anlin. Prediction and Analysis on Internal Corrosion Sensitivity of Gas Gathering Pipelines in Relief Areas.［J］.Natural Gas and Oil，2007，25（3）：36-39.

［5］ 金莉莉，何 清，李振杰，等. 塔克拉瑪干沙漠腹地沙丘溫度特征淺析［J］. 干旱氣象，2010，28（2）：134-141.Jin Lili，He Qing，Li Zhenjie，et al. Analyses on Sand Dune Temperature Characteristics in Taklimakan Desert Hinterland［J］.Arid Meteorology，2010，28（2）：134-141.

［6］ 李建軍. 防腐工程質量影響因素分析及解決對策［J］. 天然氣與石油，2000，18（1）：27-29.Li Jianjun. Analysis on Corrosion Control Quality Influence Factors and Countermeasures［J］.Natural Gas and Oil，2000，18（1）：27-29.