富樹脂內襯層對提高玻璃鋼管道腐蝕性能的作用

2015-01-12 05:31:08張麗

油氣田地面工程 2015年10期

張麗

大慶油田工程有限公司

張麗

大慶油田工程有限公司

大慶油田已進入三次采油階段，新的驅油技術不斷涌現，各種驅油介質的加入使得介質環境越來越復雜，為此對管道的耐蝕性及抗滲性能提出了新的要求。富樹脂內襯層是玻璃鋼管道內表面樹脂含量較高的內襯層，其成型工藝是采用連續纖維纏繞與手工鋪設的復合結構。對富樹脂內襯層的玻璃鋼管內表面和截面進行了電鏡掃描測試，從掃描測試結果可以看出，管道內表面有一層完整、均勻的富樹脂層，樹脂致密并將纖維完全包裹起來，減少了貧膠現象，可有效阻擋介質向基體區和界面區的滲入，提高管道的防腐和防滲效果。

玻璃鋼管道；富樹脂內襯層；腐蝕機理；結構特點；模擬試驗

玻璃鋼管道具有優良的耐蝕性，其內壁光滑，輸送能耗及安裝維護費用低，具有較好的絕緣性能，不需陰極保護，使用壽命長，綜合經濟效益好，對輸送介質無二次污染，被廣泛應用于石油及化工行業的介質輸送。目前大慶油田已進入三次采油階段，新的驅油技術不斷涌現，各種驅油介質的加入使介質環境越來越復雜，介質的分子半徑越來越小，工藝條件也越來越嚴苛，為此對管道的耐蝕性及抗滲性能提出了新的要求，以保證管道的產品質量，確保油田經濟高效開發和產能建設工程的安全生產。

1 玻璃鋼的腐蝕機理

玻璃鋼是一種多相結構材料，其腐蝕因素主要取決于組分材料的固有特性，并且和界面特性也密切相關。介質對玻璃鋼的腐蝕主要有兩種情況：①玻璃鋼管道內表面吸附了介質分子，介質分子向玻璃鋼基體滲透、擴散，使樹脂基體產生化學降解和機械降解；②樹脂與介質不發生反應，而是介質分子滲入玻璃鋼內部，破壞樹脂基體的次價鍵，與介質發生溶劑化作用出現溶脹和溶解，特別是在應力（外加應力或內部應力）和介質的共同作用下，樹脂還會出現銀紋，并且進一步生長成裂紋，直至發生脆性斷裂。

2 玻璃鋼管道的結構特點及性能

2.1 結構特點

目前油田在用的玻璃鋼管道主要由樹脂和纖維兩種材質構成，其中基體樹脂的作用是將纖維緊密包裹黏合在一起，在纖維間傳遞載荷，并使載荷均衡分布，同時阻擋介質對纖維結構層的腐蝕與滲入，其耐腐蝕及耐熱特性直接影響玻璃鋼管道的性能。玻璃纖維起到了支撐骨架及承載內外載荷壓力的作用，其成型工藝是將預浸環氧基體樹脂的纖維束按照一定的鋪層設計連續纏繞到芯模上，并進行加熱固化修整脫模。這種成型工藝生產的玻璃鋼管道只有兩層結構，即結構層和外護層。

玻璃鋼管道的結構層采用等強度設計，即從內至外采用連續纖維纏繞。在纏繞過程中，因纏繞力的作用管道外表面無外力阻擋，樹脂會自然存留結構層外表，樹脂在不飽和官能團作用下發生固化，形成富樹脂層并起到外層保護的作用，即外護層。而內表面由于芯模的阻擋，樹脂因纏繞力的作用，多余的樹脂會流出，無法在管道內表面形成均勻連續的富樹脂層，管體內表面容易出現貧膠現象。

2.2 內表面微觀形貌分析

從玻璃鋼管道內表面掃描電鏡測試結果可以看出，無內襯富樹脂層的玻璃鋼管道內表面（30× 30 mm）有13個缺陷點，每個缺陷處的玻璃纖維完全裸露。在輸送介質的過程中，纖維直接與介質接觸，腐蝕介質便從缺陷處滲入至樹脂與纖維間的界面區和纖維的毛細孔中，使樹脂-纖維的黏結力下降而引起分離，并在樹脂與纖維黏結不充分處形成滲透壓，介質便以毛細方式急速滲透到界面的孔隙中，加速了界面的脫黏剝離。

2.3 富樹脂內襯層的作用

富樹脂內襯層是玻璃鋼管道內表面樹脂含量較高的內襯層，其成型工藝是采用連續纖維纏繞與手工鋪設的復合結構，在芯模表面鋪設一層預浸樹脂的玻璃纖維/聚酯氈帶或玻璃纖布，形成厚度為0.2～0.5 mm的富樹脂內襯層，然后將預浸環氧基體樹脂的纖維束按照一定的鋪層設計連續纏繞到內襯層上，并進行加熱固化修整脫模，形成富樹脂內襯層的玻璃鋼管。

對富樹脂內襯層的玻璃鋼管內表面和截面進行了電鏡掃描測試，見圖1。由圖1可以看出，管道內表面有一層完整、均勻的富樹脂層，樹脂致密并將纖維完全包裹起來，減少了貧膠現象，可有效阻擋腐蝕性介質滲入樹脂基體內部引起玻璃鋼的溶脹，降低介質中小分子通過樹脂層表面滲透到玻璃纖維的速度，提高管道對介質的防腐蝕性能。

圖1 富樹脂內襯層電鏡掃描測試

2.4 性能分析

（1）樹脂含量和巴氏硬度。對兩種成型工藝生產的玻璃鋼管道樹脂含量和內表面巴氏硬度進行測試，見表1。由測試結果可以看出，由于管道內壁富樹脂層的增加，使得玻璃鋼管道內表面巴氏硬度大幅度下降，樹脂含量有了較大的增加。

（2）腐蝕模擬試驗。對兩種成型工藝的玻璃鋼管道，在堿含量分別為850、425 mg/L的三元介質中，進行了同等試驗條件的腐蝕模擬試驗，見表2。由表2可以看出，有富樹脂內襯層的玻璃鋼管道的失效時間遠超過沒有富樹脂內襯層的玻璃鋼管道。由此可見，富樹脂內襯層可以有效阻擋介質向基體區和界面區的滲入，提高了管道對介質的耐蝕性；樹脂對纖維的有效包裹，提高了管道的防腐和防滲效果。