小口徑管道內防腐蝕技術

林 竹，韓文禮，郭繼銀，張彥軍

1.中國石油集團工程技術研究院，天津 300451

2.石油管工程重點實驗室—涂層材料與保溫結構研究室，天津 300451

小口徑管道內防腐蝕技術

林 竹1，2，韓文禮1，2，郭繼銀1，2，張彥軍1，2

1.中國石油集團工程技術研究院，天津 300451

2.石油管工程重點實驗室—涂層材料與保溫結構研究室，天津 300451

石油石化行業(yè)的小口徑管道（DN60～200），面臨著輸送介質腐蝕性強、內防腐施工難度大等問題，一直是困擾防腐業(yè)界的技術難題之一，每年因腐蝕穿孔及滲漏帶來了巨大的經濟損失。主要針對目前常見的幾種小口徑管道內防腐蝕技術，包括風送擠涂、塑料管內穿插、復合管及DGR內外防腐一體化等技術，介紹了各自的技術特點、適用范圍和質量控制點。雖然這些技術得到一些實際工程應用，但都存在一定的局限性，隨著新技術的出現（如DGR一體化防腐技術），小口徑管道的防腐質量未來會得到提高。

小口徑；管道；內防腐

石油石化、消防等行業(yè)使用著大量的小口徑管道（DN200以下），這些管道大部分以碳鋼管為主。由于輸送介質的復雜性，特別是石油石化行業(yè)的單井管道、集輸管道、注水管道以及煉廠的工藝管道，輸送介質涉及到采出液、含油污水、含水原油、回注水等，這些介質通常具有礦化度高，含有CI-、H2S、CO2等，常有較高溫度的特點，具有較強的腐蝕性，不論是從安全環(huán)保角度還是從延長管道壽命角度都應對管道采取內外防腐蝕措施。

在外防腐方面，我國有了較為完整的體系，包括采用3PE、環(huán)氧粉末涂料、液體涂料（環(huán)氧涂料、聚氨酯涂料）及包覆類材料等技術。這些原材料的生產技術、防腐工藝、執(zhí)行的標準都與國外先進技術相差無幾[1-2]。

在內防腐方面，由于小口徑管道的施工復雜程度較高，同時焊接熱影響區(qū)的存在和現場內補口技術的滯后，導致一般的涂層預制防腐技術受到了限制，而采用添加緩蝕劑的防腐措施由于成本較高也未得到普遍采用[3-4]。為解決小口徑管道的內防腐難題，部分科研單位和工程技術人員研究開發(fā)了一些新型的內防腐技術，本文主要對這些技術的應用特點及施工要求等進行了介紹，包括風送擠涂技術、塑料管內穿插技術、復合管技術、DGR防腐一體化技術等。

1 風送擠涂技術

風送擠涂技術主要借鑒了舊管道修復工程采用的風送擠涂防腐材料的技術思路，即在管道兩端安裝收發(fā)球裝置，將配制好的防腐材料采用風送擠涂工藝涂敷到管道內壁，從而形成連續(xù)均勻的防腐層，達到保護管道內壁的作用。此技術曾在勝利油田、中原油田、江蘇油田等采用，目前仍在長慶油田、新疆塔河油田、江蘇油田等單位推廣應用[5-6]。

1.1 擠涂材料

風送擠涂的防腐材料包括防腐涂料和水泥砂漿等，其中防腐涂料的用量最大，按照SY/T 4076 -2016《鋼質管道液體涂料風送擠涂內涂層技術規(guī)范》[7]的要求，主要采用附著力強、防腐性能優(yōu)異的液體環(huán)氧涂料，環(huán)氧涂料可以是溶劑型或無溶劑型，涂料性能指標應符合現行行業(yè)標準SY/T 0457-2010《鋼質管道液體環(huán)氧涂料內防腐層技術標準》[8]的規(guī)定，并滿足擠涂工藝及施工條件的要求，液體環(huán)氧涂料的性能指標應符合表1的規(guī)定。

1.2 擠涂工藝

風送擠涂工藝是在管道焊接埋地后，在非開挖的情況下對管道進行整體內防腐，其施工示意如圖1所示。在管道組對焊接埋地后，首先進行通球清掃和試壓，合格后選用化學除銹或噴砂除銹對管道內壁進行表面處理，然后將防腐涂料泵入管道，利用空壓機產生的高壓氣動力推動擠涂球前進，并在管道內壁形成均勻、連續(xù)的涂層，從而起到防腐作用。

圖1 風送擠涂施工示意

采用風送擠涂技術施工的防腐層厚度較大、致密性好、一次性擠涂長度可達1～2km，施工效率高。與單根管道噴涂、現場焊接補口工藝相比，彎頭不需單獨斷開，避免了補口缺陷，可形成均勻連續(xù)涂層，整體性好。

1.3 存在問題

（1）由于是在現場進行原位擠涂，存在彎頭、上下坡等復雜施工部位/環(huán)境，施工中無法有效控制擠涂壓力和速度，使擠涂球行進速度不穩(wěn)定，從而導致防腐層出現厚薄不均甚至可能漏涂的情況。

（2）由于一次施工長度長，無論是噴砂除銹還是化學清洗，如果表面處理質量控制不嚴，會對防腐質量造成不良影響。

（3）在線質量檢測只能在管端或檢測段等局部區(qū)域進行，無法實現對內防腐層的整體全面檢測，特別是無法進行對于彎頭、上下坡等特殊部位的防腐質量檢測，存在一定的質量隱患。

1.4 質量控制點

按照SY/T 4076-2016《鋼質管道液體涂料風送擠涂內涂層技術規(guī)范》的規(guī)定，主要的質量控制點包括以下幾方面：

（1）管道經機械清潔及化學清洗后，表面應清潔，無殘垢，無浮銹，無金屬粗晶析出的過酸洗現象，并有完整的鈍化膜。

（2）管道整體噴砂除銹后，應分別按照GB/T 8923.1《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》和GB/T18570.3《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的評定試驗 第3部分：涂覆涂料前鋼材表面的灰塵評定（壓敏粘帶法）》對表面進行評定，要求除銹等級應達到Sa2.5級，表面灰塵度不應超過3級。

（3）在施工完成后，應采用管道本體檢測或檢測段檢測的方式，分別進行涂層外觀、厚度、漏點和附著力的檢測，檢驗后應對不合格和損傷的內防腐層進行修補或重涂。

2 內穿插技術

內穿插技術也是首先被應用于舊管道修復的技術，該技術是將中高密度的聚乙烯等柔性管插入需要修復的舊管道內，利用舊管道的剛性和強度作為支撐結構，以及聚乙烯管耐腐蝕、耐磨損、抗?jié)B透等特點，形成“管中管”復合結構，使修復后的管道具備鋼管和聚乙烯管的綜合性能。該技術對管道清洗及表面處理要求低，減少了清管時間和投入，施工周期短，不僅可以應用于舊管道修復工程，也可用于新建管道的內防腐工程，特別適用于城市燃氣管道等輸氣管道工程[9-11]。

2.1 穿插材料

通過日本及歐美等國對各種管材的研究和應用表明，適用于內穿插技術的柔性管材料主要包括中密度聚乙烯和高密度聚乙烯，這種管材耐腐蝕、耐老化、耐低溫，而且具有良好的機械性能。中密度聚乙烯既有較好的剛性和強度，又有較好的柔性和蠕變性，工作壓力一般不高于400 kPa，在日本應用較為廣泛；而美國使用高密度聚乙烯管更為普遍。根據SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內襯修復管道施工技術規(guī)范》規(guī)定的聚乙烯性能指標見表2[12]。

表2 三類PE內襯用材料的主要物理性能典型值

目前，SY/T4110-2007《采用聚乙烯內襯修復管道施工技術規(guī)范》已經列入了2017年標準修訂計劃，部分性能指標可能會進行調整。

另外，綜合性能優(yōu)異的塑料合金也可用作穿插材料，塑料合金泛指工程塑料（樹脂）的共混物，該類材料首先在 20世紀60年代中期由美國 Brog Warner Chemicals公司開發(fā)，它主要包括以PC、PBT、PA、POM（聚甲醛）、PPO、PTFE（聚四氟乙烯）等工程塑料為主體的共混體系，以及ABS樹脂改性材料等，它是一種表觀均一的多組份的工程聚合物體系，是兩種或多種不同結構單元的均聚物或共聚物的混合物，根據各組份的材料不同而具有不同的性能，比原單一塑料的性能（如機械強度、耐熱性能、熱膨脹、延伸率、負載變形量以及尺寸穩(wěn)定性等）均有較大的提高。應用較為廣泛的塑料合金包括聚酰胺（尼龍）類合金及聚碳酸酯類合金等。

由于聚乙烯材料僅適用于不超過45℃的輸送介質，為滿足高溫介質的輸送需求，國內開發(fā)出了耐溫性塑料合金管材以滿足實際需求，如河北建投寶塑管業(yè)公司研制的石油天然氣內襯修復用耐高溫聚烯烴合金（HT-PO）管[13]，該管具有工作溫度高（≤95℃）、耐壓強度高、耐應力開裂能力好等性能特點，使用壽命大于50年。

2.2 穿插工藝

內穿插施工的工藝流程見圖2。

圖2 穿插施工工藝流程

適用內穿插技術的管徑范圍為DN100～700，對應的塑料管最小壁厚范圍為4～16mm，主要用于相對平直的埋地管道內防腐工程，對于起伏大、拐彎多的復雜地形不太適宜。

針對舊管道，國外也有不停輸內穿插技術得到了實際應用，其優(yōu)點是更新施工不影響正常輸氣，但操作程序較為復雜，也存在一定的施工風險。

2.3 質量控制點

為保證施工質量，按照行標SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內襯修復管道施工技術規(guī)范》的要求，主要質量控制點包括以下幾方面：

（1）在穿插過程中應對拉力進行連續(xù)監(jiān)測，測出的拉力應小于內襯管屈服強度的50%與管壁橫截面積的乘積，以免對內襯管的性能造成影響。

（2）在內襯管插入前，應采用管道內部尺寸檢測儀器檢測確定管道內徑，并確保內襯管在插入過程中不會被損壞。

（3）內襯管在變形恢復后可通過內窺裝置進行檢查，要求內襯管在管道內部是連續(xù)的，并緊貼在管道內壁。

3 復合管技術

復合管技術主要包括鋼塑復合管和雙金屬復合管兩類。

（1）鋼塑復合管是集金屬管和塑料管優(yōu)點為一體的一類新型管材，按照成型工藝可分為涂塑復合鋼管、襯塑復合鋼管和孔網鋼帶（絲）骨架塑料復合管等。涂塑復合管是在鋼管內壁涂覆具有防腐效果的環(huán)氧樹脂或者是聚乙烯等涂層材料；襯塑復合管是在鋼管內壁通過冷拔或者是內脹等工藝將塑料管粘結在鋼管上；孔網鋼帶（絲）骨架塑料復合管則是一種以纏繞并焊接成型的鋼帶（絲網）作為加強骨架，以聚乙烯或聚丙烯等熱塑性塑料為基體，包容為一體的鋼塑復合管道。日本積水株式會社于1962年首次開發(fā)出一種稱為“LP”的復合管，其內層是PVCU管，外層為鋼管，內外層之間有聚氨酯泡沫層，以消除噪音，增加耐沖擊力和隔熱性等；英國Bayer公司開發(fā)的一種金屬/塑料（HDPE）套管可承受100℃以上的高溫。

鋼塑復合管既有金屬的堅硬、剛直不易變形、耐熱、耐壓、抗靜電等特點，又具有塑料的耐腐蝕、不生銹、不易產生垢漬、管壁光滑、保溫性好、清潔無毒、質輕、施工簡易、使用壽命長等特點，目前主要應用于給排水工程。由于涂塑和襯塑工藝不能很好地解決鋼塑復合界面的粘結問題，因此采取了鋼絲點焊和鋼帶打孔的方式來避免出現鋼塑的復合粘結界面，從而避免了復合界面的開膠問題，但也對鋼塑復合管的承壓能力和使用壽命造成了一定的影響[14]。

（2）雙金屬復合管是以碳素鋼管或合金鋼管為基管，在其內表面覆襯一定厚度（一般為2～3mm）的不銹鋼、鈦合金、銅、鋁等耐蝕合金制造的復合管，這種特殊的結構形式，使其兼顧碳鋼的耐壓性和不銹鋼的耐蝕性以及相對不銹鋼價格低廉的特點[15]。由于生產工藝的限制，目前國內主要采用“金屬管道爆燃加襯技術”或者液壓復合技術，其基層和襯層間的結合完全是機械結合，未達到冶金結合，基層和襯層間會有一定的縫隙，導致焊接時層間未熔合或夾渣、主要合金元素易燒損、焊縫背面氧化成型不良、焊縫周圍碳原子遷移影響防腐效果等焊接缺陷的形成，因此解決復合管的焊接難題是其大規(guī)模推廣應用的關鍵。

4 DGR一體化防腐技術

DGR技術是近年來發(fā)展起來的一項新型整體防腐技術，全稱為“堆焊固溶端頭處理+內外有機防腐層”小口徑管道內外一體化防腐蝕技術，簡稱DGR。利用DGR技術生產的防腐管可以現場直接焊接安裝，免除了內補口工序且能實現管內防腐層連續(xù)完好，能夠較好地解決小口徑管道的防腐難題，目前在勝利油田、長慶油田等得到了應用和試用，防腐蝕效果較好[16-17]。

4.1 組成

DGR一體化防腐包括三部分：第一，管端內表面的耐蝕合金堆焊固溶層；第二，管體內表面的耐蝕環(huán)氧粉末防腐層；第三，管體外表面的環(huán)氧粉末或3PE防腐層。DGR內外防腐示意如圖3所示。

圖3 小口徑鋼管DGR內外防腐示意

4.2 技術特點

（1）單根鋼管內外涂（覆）層和端頭內堆焊均在工廠預制完成，質量可檢、可控。

（2）管端堆焊層與管體內表面實現平滑過渡。

（3）鋼管內壁除熱影響區(qū)外，管體及管體與堆焊層的過渡區(qū)環(huán)氧粉末一次成型（焊接熱影響區(qū)由耐蝕合金起到防腐作用）。

（4）可以根據輸送介質選擇不銹鋼焊材，包括鎳基合金、雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼等[18-19]。

（5）由于采用了耐蝕合金，使焊縫區(qū)域與堆焊層、內防腐層形成連續(xù)的防腐層，因此現場焊接完成后只需要做外補口，無需進行內補口防腐作業(yè)，施工簡單快速。

4.3 工藝流程

DGR一體化防腐技術的流程為：端頭內表面預處理→端頭堆焊固溶處理→內壁噴砂處理→內壁噴涂環(huán)氧粉末→外壁拋丸處理→外壁涂敷環(huán)氧粉末（或3PE） →端頭外處理→質檢。

4.4 質量控制點

（1）端頭堆焊固溶施工應采用變電流堆焊工藝和專用TIG焊機，以保證堆焊層的平整度；同時需對預補口內孔進行車削加工，以保證管道內組對精度，從而保證了內焊道質量[20]。

（2）由于DGR管道端頭的特殊結構，為保證焊接質量，需要采取特殊的焊接方式，即采用免充氬藥皮耐蝕合金焊絲TIG打底焊接，然后采用手工電弧焊工藝填充蓋面[21]。

5 結束語

小口徑管道內防腐蝕一直是困擾防腐蝕業(yè)界和應用單位的一個技術難題，目前各種小口徑管道內防腐蝕技術都有各自的技術特點，得到一些實際工程應用，但或多或少都存在一定的局限性。隨著已有技術的完善和新技術的出現（如DGR一體化防腐技術），小口徑管道的防腐蝕質量未來一定會得到大的提高。

[1]趙翔.石油埋地管道防腐技術研究[J].全面腐蝕控制，2015，29（8）：37-38.

[2]謝志巍.淺析埋地輸油管道防腐技術[J].全面腐蝕控制，2016，30（9）：59-60.

[3]王建雷，耿鉑.集輸管道的內壁腐蝕與控制[J].石油化工腐蝕與防護，2008，25（5）：42-44.

[4]徐海英.溫度對鋼管內涂層質量影響的分析[J].防腐保溫技術，2010，18（1）：25-26.

[5]李紹興，周拾慶.陳堡油田管道腐蝕調查及風送擠涂防腐技術應用[J].現代涂料與涂裝，2011，14（9）：16-19.

[6]梁根生，楊剛，李亞光，等.小口徑管道內壁覆蓋層技術在單井集輸管道腐蝕治理中的應用[J].中外能源，2011，16（1）：80-83.

[7]SY/T4076-2016，鋼質管道液體涂料內涂層風送擠涂工藝[S].

[8]SY/T 0457-2010，鋼質管道液體環(huán)氧涂料內防腐層技術標準[S].

[9]王卓.高密度聚乙烯塑料管穿插內襯施工技術的研究與應用[J].中國化工貿易，2014，25（2）：219-220.

[10]葛鵬莉，羊東明，韓陽，等.內穿插修復技術在塔河油田的應用[J].腐蝕與防護，2014，35（4）：384-386.

[11]李洪新.內穿插PE管修復技術在排污管道修復中的應用[J].建設科技，2014，21（17）：68-70.

[12]SY/T4110-2007，采用聚乙烯內襯修復管道施工技術規(guī)范[S].

[13]朱原原，羊東明，高秋英，等.復雜腐蝕環(huán)境下HT-PO管道修復技術的應用[J].油氣儲運，2013，32（12）：1 355-1 357.

[14]丁建，劉勇，欒世林，等.鋼骨架塑料復合管在油田污水系統中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2016，32（11）：57-58.

[15]孫雁伯，韓秀麗，王蘭花.雙金屬復合管防腐蝕應用技術[J].油氣田地面工程，2016，35（3）：106-107，110.

[16]韓文禮，林竹，郭繼銀，等.油田小口徑管道DGR內外防腐一體化技術研究與應用[J].腐蝕防護之友，2017，46（2）：84-89.

[17]盧忠華，晏宏學.內襯不銹鋼復合管焊接技術的研究及應用[J].金屬加工：熱加工，2017，34（6）：30-33.

[18]董龍濤，沈伯佳，李瑋，等.堆焊內補口技術在長輸管道死口連頭中的應用[J].石油工程建設，2016，42（3）：1-5.

[19]張希川，李健，張瑞濤，等.管道內壁不銹鋼焊條堆焊的耐腐蝕工藝研究[J].焊管，2012，35（8）：9-12，18.

[20]許小波，肖德明，張念濤，等.X70管道內壁雙相不銹鋼熱絲TIG堆焊工藝[J].焊接，2015，32（12）：39-42.

[21]沈伯佳.鋼質管道死口連頭不銹鋼堆焊結構的力學性能分析[J].全面腐蝕控制，2016，30（3）：26-28.

Internalanticorrosion technologyofsmalldiameter pipelines

LIN Zhu1，2，HAN Wenli1，2，GUO Jiyin1，2，ZHANG Yanjun1，2
1.CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China
2.Research Division of Anticorrosion Coating and ThermalInsulation Structure，The Key Laboratory of Tubular Goods Engineering，CNPC，Tianjin 300451，China

The pipelines with small diameter（DN60～200） in petroleum and petrochemical industry face strong corrosion from transportation medium and construction difficulty of internal anticorrosion.The pipeline perforation and seepage due to internal corrosion often lead to great economic losses and are always the technical difficulty to afflict anticorrosion sector. This paper illustrates the technical features，applicative scopes and quality control matters of several internal anticorrosion techniques commonly used for small diameter pipelines，including air pressure extrusion coating，inside penetration with plastic pipe，composite pipe and DGR integral internal-external anticorrosion.Although these techniques have been applied in practical engineering projects，they still have certain limitations.But，with new technique development，the anticorrosion quality of smalldiameter pipelines willbe further improved.

smalldiameter；pipeline；internalanticorrosion

林 竹（1970-），男，四川南充人，高級工程師，1991年畢業(yè)于西南石油大學應用化學專業(yè)，現從事油氣田腐蝕與防護研究工作。Email：linz@cnpc.com.cn

2017-03-21

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.019