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油气管道防腐技术进展油气管道防腐技术进展 主讲：袁宗明主讲：袁宗明 （教授）（教授）单位：西南石油学院单位：西南石油学院油气储运研究所油气储运研究所2001.112001.1120012001年博士课程年博士课程主要内容• 引言 • 油气管道涂层技术综述 • 油气管道阴极保护技术进展引言l金属腐蚀的定义金属腐蚀是金属和周围环境起化学或电化学反 应而导致的一种破坏性侵蚀由于物理原因造成的损 伤不称为腐蚀，而称为磨蚀（erosion），磨损（ galling），或磨耗（wear） l研究腐蚀与防腐的意义一个非常重要的原因就是“经济”因素 ü在英国、澳大利亚、日本等国每年的腐蚀损失大 约都占其当年国民生产净产值的3~4% ü我国每年因腐蚀造成的经济损失据1995年统计高 达1500亿元，约占国民生产总值的4% ü以中原油田为例，1993年生产系统、管线、容器 腐蚀穿孔8345次，更换油管590km，直接经济损失7000 多万元 控制管道腐蚀的途径 l改变管道接触介质的性质 一是周围环境介质 ，二是是输送介质 改变管 线周围环境介质的性质在现阶段几乎不可能，也很不经 济，只能局部改变部分性质，一般情况下很少采用。

而 输送介质的性质则是我们所能控制的，如天然气的净化 、原油的脱硫脱水等 l改变管道材料 采用各种耐腐蚀 的管材，如各种合适的金属、合 金、合成材料、复合材料或陶瓷等 l控制金属电化学腐蚀中的极化过程 如电化学保护技术 l将管道与腐蚀介质隔离开来 如涂层技术1 油气管道涂层技术综述 l涂层定义 ü广义定义：用物理的、化学的、或者其它方法 ，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度 、不同于基体材料且具有一定的强化、防护或特殊功 能的覆盖层 ü狭义定义：用物理的、化学的、或者其它方法 ，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度 的（一般大于10μm）的不同于基体材料且具有一定 的强化、防护或特殊功能的覆盖层 ü两者的区别在于对覆盖层厚度的限定发展历史回顾 l我国自古就有用生漆保护埋在土壤中棺木的方法 ，在公元前就已经开始使用油漆来防腐了 l1822年《Dinglers Polytechnischem Journal》杂 志上发表了现代第一篇关于防锈漆的报告，报告 建议使用油漆、树脂和植物油喷涂钢表面 l涂层技术是伴随着涂料工业的发展而发展起来的 l在我国，现代涂料工业的开创距今也只有80多年 的历史历史发展阶段 l1940~1960年管道防腐涂层主要是煤焦 油、石油沥青及乙烯基胶带 l1960~1970年，为煤焦油、沥青、高密 度聚乙烯及 PE胶带 l1980~1990年为高密度聚乙烯茄克、环 氧粉末 l1990年以后主要是环氧粉末和 PE组成 的三层系统 管道外涂层技术进展 l国内外涂层应用现状 ü目前，全世界涂料的种类多达5000多 种，而我国据粗略估计，防腐蚀涂料品种 已超过1000多种 ü 经常用于管道防腐的却大致可以分为 以下几类：石油沥青（包括各种改性石油 沥青）、煤焦油瓷漆、聚乙烯类（包括聚 乙烯胶带、挤出聚乙烯等）、环氧粉末（ FBE）、环氧煤沥青、复合涂层、混凝土 和聚氨酯泡沫等 表1.1 《Pipeline Digest》1992~1996 年度管道涂层用量调查汇总表1.2 1985~1998年国内主要长输 管道防腐层各种涂层所占比例注：上表是根据注：上表是根据1985~19981985~1998年国内建设的年国内建设的3333条、合计长度条、合计长度 约约81008100kmkm管道所用外防腐层统计出来的管道所用外防腐层统计出来的 表1.3 1990~1995年世界管道 主要覆盖层用量调查 从表1.1和表1.3我们可以发现： （1）在国外，这几年环氧粉末的使用都是排在首位，说明 它已经成了各用户的首选涂料，表明它的性能令人满意 ，我们将在后面讨论； （2）石油沥青的使用在国外已经越来越少了。

一方面是处 于环境保护的考虑，另一方面则是其自身使用条件的限 制所造成的，在发达国家已经基本上不用了，但由于其 工艺和技术现在都相当成熟，更重要的是其价格低廉， 一次性投入低，而且货源比较广，因此，在第三世界国 家还有一定的市场； （3）环氧煤沥青的使用在国外也受到了一定的限制 和石油沥青的情况类似； （4）煤焦油瓷漆尽管也存在环境保护的问题，但由 于其优良的防腐性能仍然占据了很大的市场； （5）尽管三层聚乙烯等复合涂层有着优良的防腐性 能，但还没有得到大力推广，这一方面是由于经济 上的原因，另一方面则是由于施工的工艺、技术还 没有其它涂层成熟； （6）聚氨酯类涂层的应用在油气管道中也不够广泛 ； （7）内涂层的应用量正在日益扩大，我们将在后面 单独讨论它； •从表1.2中我们可以得到如下信息 ： （1）在过去石油沥青一直都是我们的首选 涂层这主要是我国的经济还相对比较落 后，在当时正好能满足我们的要求，比较 符合我国的国情； （2）在上个世纪90年代后期，煤焦油瓷漆 成了国内的首选涂层； （3）在发达国家广泛使用的环氧粉末在我 国还没有得到大力推广； （4）聚乙烯三层由于其极佳的防腐性能 已在国内开始使用了，这意味着我国的 防腐技术和国外的差距已经越来越小了 ，同时说明我国在防腐层选择上已不再 象以前那样急功近利了，考虑的更长远 一些，因为聚乙烯三层结构的一次性投 入较其它涂层要大得多； （5）我国在选择涂层时，除了经济上的 要求外，已经加大了对性能和环保要求 的力度。

表1.4 1990~1996年国内新建长输管 道防腐覆盖层使用情况 注：上表中的注：上表中的“ “在建在建” ”是相对于是相对于19971997的数据而言的的数据而言的 管道常用外防腐涂层性能 特性及适用条件 （1）良好的电绝缘性 （2）良好的粘接性，耐阴极剥离 （3）良好的稳定性要求耐老化性能好；化学稳 定性好；耐化学和微生物腐蚀；耐水性好，吸 水率低；有足够的耐热性，确保其在热输（原 油）温度下不变形，不加快老化速度；耐低温 性能好，确保其在低温下堆放、拉运和施工时 不产生龟裂和脱漆现象；要能抵御由于环境介 质与涂层反应而导致涂层性能变差，达不到保 护要求 （4）足够的机械强度要求有一定的抗 冲击强度，以避免在搬运、安装敷设等 施工环节中对涂层的机械损坏；有良好 的抗弯曲性，以确保管道弹性敷设或冷 弯时不致损坏；能耐土壤应力，以防止 土壤、岩石等摩擦而损伤；还要求能抗 植物根茎穿透 要将涂层实际应用到工程上，还需满 足以下几个要求 ：（5）能机械化连续生产，满足工程建设需 要 （6）涂料来源广泛，质量可靠 （7）易于现场补口补伤 （8）经济上合理 常用防腐层的特点及其适用条件 （1）石油沥青 ü优点主要是施工技术比较简单、在国内 比较成熟、取材容易、造价较低（国内造价约为 70元/m2左右） ü缺点主要是：吸水率高、易老化、机械 性能差、耐土壤应力差、绝缘电阻低、耐热性差 、不耐微生物、不耐深根作物、使用寿命较短、 防腐工劳动条件差、对环境有一定的污染等 ü可用于对涂层性能要求不高的一般土壤 环境，如：沙土，粘土等，适用温度为- 15℃~80℃。

在碎（卵）石土壤、石方段、土壤 含水量高和水下，生物活动频繁，植物根茎发达 地区慎用或禁用 （2）环氧煤沥青 ü优点主要为：覆盖层固化后机械强度高、电性 能好、化学性质稳定、使用寿命长久，施工方 便，可常温冷冻施工、自然固化，可以机械化 、半机械化和手工施工，耐土壤应力好，耐水 、耐微生物及植物根茎穿透这种防腐层的抗 土壤应力能力仅次于熔结环氧粉末防腐层，其 抗外力穿透能力良好此外，其造价较低廉， 在相同除绣条件下，其综合造价（含运输、加 工、损耗等）可与石油沥青相媲美 ü 缺点主要是：固化时间长至少需要24h，低温（0℃） 下固化时间更长，涂层质量易受天气影响，生产规模 受限，北方冬季施工受限；双组分很难保证始终混合 均匀，适用期短；施工中溶剂挥发，有一定环境污染 ；使用过程中（尤其热管道）绝缘性能下降很快，导 致阴极保护电流很快上升 ü 可用于规模较小管径较小的管道工程，穿越套管及金 属构件的防腐同时对涂层机械性能要求不高，但要 求耐水、微生物及植物根茎的地区在多石土壤、石 方段，强土壤应力区，大规模大口径管道工程慎用或 禁用适用温度为<110℃（2）环氧煤沥青 （3）煤焦油瓷漆 ü 优点主要是：耐石油产品、植物根茎、微生物，粘接力强 ，吸水率低，绝缘性好，抗土壤应力，抗阴极剥离，价格 低廉，使用寿命长 ü 缺点主要是：机械强度较低，使用温度有限，有毒性、环 境污染较重。

由于环保的要求，在德国、法国、意大利早 已停止使用，连美国的一些州也限制使用，澳大利亚从 1977年起停止使用 ü 可用于人烟稀少的沙漠、戈壁地区和水位高，植物根茎茂 盛，生物活动频繁的沼泽或灌木丛生地区在碎（卵）石 土壤、粘质土壤及环境保护要求高的地区慎用或禁用煤 焦油瓷漆有三种型号，其适用温度分别为A型：-13℃~35℃ ；B型：-8~60℃；C型：-3~80℃ （4）环氧粉末 ü 优点主要有：粘接力强，使用温度范围较宽，有良好的 热稳定性，涂敷管可冷弯，表面平滑，具有极好的耐土 壤应力和耐阴极剥离性能 ü 主要缺点有：较易受冲击破坏，不耐尖锐的碰撞，对吸 水敏感，防水性差，长期处于潮湿环境下会生成气泡， 涂装过程要求十分严格，耐光老化性能差，防腐层的电 阻值随温度升高而明显下降，在潮湿环境里电阻值也较 低 ü 可用于大部分土壤环境，特别适用于定向钻穿越段极粘 质土是目前用量最大的防腐层，在北美地区应用最为 广泛[11]在碎（卵）石土壤、石方段、地下水位较高， 土壤含水量较高的地区慎用或禁用适用温度为- 30~110℃ （5）聚乙烯二层 ü主要优点有：绝缘性能好，机械强度高，吸水率 低、抗透湿性强，耐化学介质浸泡性能好，耐土 壤应力好，补口与补伤方便 ü缺点主要有：粘接力较差，失去粘接后易造成阴 极保护屏蔽，与焊缝较高的钢管结合较差，阳光 下易老化，严重损伤后修复比较困难 ü用于大部分土壤环境，特别是机械强度要求高， 土壤应力破坏作用较大的地区。

在架空管段要慎 或禁用，另外由于其对钢管粘接较差，温差较大 的地区应慎重考虑国内的预制价格在80~90元 /m2左右对于挤压型聚乙烯其使用温度不得超 过70℃ （6）聚乙烯三层 ü 优点主要有：综合性能优异，将环氧粉末和聚乙烯的优 点集于一体，具有良好的粘接性能，高度电绝缘性，优 良的防水、抗透湿性能、耐化学侵蚀性能以及良好的机 械强度、抗冲击性能 ü 主要缺点有：造价高，对钢材表面处理，涂敷工艺，涂 敷程序要求很高，补口若与管体同结构，将较复杂，否 则与管体不匹配，造价高，对管子焊缝，特别是螺纹管 子凸起焊缝的包覆厚度不够 ü 可用于各类环境，特别适用于对涂层机械性能、耐土壤 应力及阻力屏障性能要求较高的苛刻的环境如碎（卵） 石土壤、石方段、土壤含水量高，生物活动频繁，植物 根系发达地区在架空管段慎用或禁用，另外由于其防 腐工艺复杂，造价高，一般土壤环境不推荐使用对于 挤压型聚乙烯其使用温度不得超过70℃ 国内常用外涂层技术现状 一、石油沥青涂层 ü石油沥青是我国应用最为广泛、最早也是最多 的防腐涂层，目前的应用技术也很成熟，从设计到 施工的配套技术都比较完整 ü《SY/T 0420—97 埋地钢质管道石油沥青防腐 层技术标准》是一项既包含设计内容又有生产及施 工验收规定的综合性标准，包括沥青补口补伤 ü该标准代替了《SYJ 8—84 埋地钢质管道使用 沥青防腐层技术标准》和《SYJ 4020—88 埋地钢质 管道使用沥青防腐层施工及验收规范》。

在原标准 的基础上，进行了修改、补充，增加了先进的沥青 熬制工艺，对质量检验提出了更严格的要求，指标 先进，检测方法科学，实用性很强 二、煤焦油瓷漆防腐层 ü《SY/T 0079—93埋地钢质管道煤焦油瓷。