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海底管道节点防腐涂层结构发展概况

2019-08-08 10:52:35

管道运输已成为油气输送为经济和运输方式,管道的长期稳定运行对保障能源运输至关重要。腐蚀作为管道主要的破坏形式之一,造成的管道破坏事故正逐年增多,因此近年来油气管道的腐蚀防护得到了高度关注。

在油气管道防腐中,节点补口作为油气管道防腐为薄弱的环节之一,其补口涂层性能的优劣显著影响整条长输管道的使用寿命。尤其对于服役环境为恶劣的海底管道,节点补口涂层的腐蚀防护性为重要,海底油气管道节点防腐涂层的结构与涂敷工艺被国内外管道建设公司和专家广泛研究。

本文在综合目前国内现有节点防腐涂层结构的基础上,针对节点涂层结构和补口工艺两个方面概述了国外海底管道节点防腐涂层的发展动态。同时展望了今后我国深水节点防腐涂层结构和补口工艺的发展方向及发展趋势。

“液态环氧底漆+热收缩带”三层聚烯烃热缩涂层结构由底层的液态环氧底漆和外层带有热熔胶的聚烯烃热收缩带构成。相对于早期“热熔胶+热收缩带”的两层节点防腐涂层结构,液态环氧底漆的引入提高了三层聚烯烃热缩涂层结构的抗阴极剥离性能,增强了聚烯烃热缩涂层与钢管的附着力及其与3LPE涂层的兼容性,在整体上显著提高了节点补口的防腐性能。

三层聚烯烃热缩节点涂层结构已成为国内外3LPE防腐管道普遍采用的节点补口涂层结构,但该涂层结构在实际海底管道节点应用中仍存在一定程度的补口质量问题:慢固化体系液态环氧底漆加热固化后,快速固化产生较大的内应力不利于其与钢基材的长期附着;热收缩带的安装仍普遍依赖人工火焰喷枪烘烤,施工效率较低,也无法避免操作人员素质差异产生的质量不确定性,对于目前使用多的具有高软化点和高剪切力热熔胶热收缩带的施工尤其如此。

为了尽可能降低热收缩带补口施工的人为影响,海底管道节点自动行走喷砂除锈机、节点钳式中频感应线圈及热收缩带红外加热安装设备得到了开发和应用。同时伴随着涂敷工艺日益成熟,三层聚烯烃热收缩涂层结构应用于现场海底管道补口,其补口质量和施工效率有了显著提高,促进了该涂层结构在国内浅水海域和边际油田开发中的推广应用。目前,该节点防腐涂层结构已在国内锦州9-3、垦利10-1及渤中34-1等项目的3LPE和3LPP海底管道防腐补口中得到了成功的应用。

针对低温等恶劣条件下补口材料与3LPE涂层出现难于粘接的问题,国外公司开发出海底管道节点喷涂聚脉防腐工艺聚脉涂层是通过异氰酸酷与氨基化合物(端氨基聚醚、胺类扩链剂)以高压喷涂形式进行快速反应而形成的弹性体材料。聚脉涂层具有优良的机械性能、耐化学腐蚀性和良好的防水性,同时聚脉材料也具有较高自催化活性,聚脉喷涂施工对环境温度、湿度影响不敏感,可在低温条件下快速反应成形。在3LPE防腐管道补口施工中,只需对搭接PE涂层进行极化处理(电晕、火焰极化等)即可进行喷涂补口,显著提高了补口质量和效率。

尽管聚脉有很好的理化性能,但由于聚脉与钢基材间的键合易受强碱环境破坏,因此聚脉涂层的抗阴极剥离性能较弱。为提高聚脉涂层的抗阴极剥离性能,聚脉材料的改性研究在国内得到了大量关注。孙晶u7」等人对改性聚脉进行了大量的研究,通过调整聚脉原料配方、配比及添加改性助剂等手段制备出改性聚脉材料,有效地提高了聚脉涂层的耐阴极剥离性能,填补了国内低温极寒地区补口的技术空白。

目前,聚脉涂层已在印度尼西亚能源公司海底输气管道节点防腐中得到了成功的应用。在国内,随着节点聚脉喷涂补口自动化设备的开发,聚脉涂层在兰银线3LPE陆地管道节点防腐中得到了应用,在国内海底管道节点防腐中聚脉涂层还未见应用。喷涂聚脉涂层在3LPE海底管道节点补口中展现出了巨大的潜在优势,其必将成为低温环境3LPE海底管道现场补口涂层的涂层结构。

随着深水油气田的不断开发,深水管道面临着为苛刻的服役环境,这给管道节点的腐蚀防护提出了高的要求。针对3LPE启LPP海底管道节点防腐特点,国外公司开发出海底管道现场节点FBE喷涂技术,显著提高了节点防腐层与主体管道FBE底涂层的兼容性和一致性,使节点防腐性能和补口效率得到了极大提高,同时也促进了与节点FBE底涂层相配套的节点涂层结构及涂敷工艺的不断发展。

“FBE+改性PE”涂层是一种与3LPE防腐管相配套的新型节点防腐涂层结构,该结构底层为喷涂FBE涂层,外层挤塑涂敷化学改性PE涂层。PE材料进行化学接枝改性后,材料的化学极性不但得到了显著提高,同时该材料仍保留较高的机械强度。现场节点补口时,挤塑的化学改性PE涂层无需胶茹剂即可与预热后的FBE涂层产生极强的化学粘接,而且其与预热后的主体PE涂层也展现出良好的搭接效果。

因此,”FBE+改性PE”节点涂层结构展现了与主体3LPE防腐层较高的一致性和兼容性。Borealis公司和KWH公司已联合开发出改性PE涂层材料及与其相配套的现场自动挤塑涂敷设备,并在中东水下油气管道补口中得到了成功应用。


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