管道内喷涂防腐技术的应用
何英勇杨鼎文
摘要针对酸性天然气和输卤管道内的严重腐蚀及结垢问题 ,研究开发出高压无气喷涂新工艺及相适用的涂料 ,并进行了现场应用试验。
结果表明 ,聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆具有优异的耐水性、耐强酸碱性、耐硫化物和化工大气腐蚀。
介绍了该涂料的涂装工艺、高压无空气喷涂原理及现场焊口修补方法等 ,并将高压无空气喷涂与传统的拖涂工艺进行技术经济比较 ,同时喷枪控制方面提出了建议。
主题词管道内涂层喷涂防腐技术应用一、概述
80年代初 ,国外已淘汰了空气喷涂装置 ,取而代之的是高压无空气喷涂、静电喷涂、电泳喷涂、静电粉末喷涂 ,高温离子喷涂等新工艺 ,其中高压无空气喷涂占80 ％以上。
国外石油天然气管道内壁涂料现已广泛采用多元树酯改性重防腐蚀漆。
90年代初 ,任丘、胜利、大庆等油田 ,先后从美国、日本、加拿大引进管道喷涂自动线 ,采用烘炉固化和先进的检测自控设备 ,对管道预制取得了良好的效果。
但是现场焊接口的修补施工尚未完全解决 ,其施工严格复杂 ,施工周期长 ,成本高 ,这些已成为石油天然气管道、油管套管内外防腐蚀工程亟待解决的课题。
当务之急要求开发适用各油田的投资小、能耗和成本低 ,涂装质量好的涂料品种 ,以及与之配套的涂装工艺。
含硫、含水、含氯盐水天然气的开采 ,在四川天然气田所占比例越来越大 ,特别是各气田开始进入中后期 ,排水找气工艺的相继推广 ,此类气井和油、气管道、气田水管道的腐蚀相当严重 ,未经内壁防腐的输卤管道 ,一般在1～2年内就基本穿孔、泄漏 ,不仅使管道停产 ,同时对环境造成极大的污染。
川西南矿区为解决酸性天然气和输卤管道内的严重腐蚀及结垢 ,先后采用内衬工艺塑料玻璃钢 ,钢质管道内覆盖层拖涂、揽涂、整体挤涂等内管处理 ,玻璃钢输卤管 ,以及外包扎玻璃钢加强管等防腐措施 ,取得了不少的经验。
但实际预制和修补中采用落后的拖涂预制、现场焊口修补揽涂的方式 ,致使漆膜均匀度差 ,出现漏涂 ,涂装质量得不到保证 ,同时造成环境污染。
另外 ,涂料用环氧树酯漆(底漆和面漆)常温固化缓慢 ,特别是冬季施工困难 ,固化剂量难以准确控制 ,导致漆膜变脆 ,漆膜柔韧性差 ,易粉蚀 ,流动差等缺点。
为了更新涂装工艺和改进涂料品种 ,川西南矿区工程设计研究所与自贡利达来实用化工研究所共同研究开发了高压无气喷涂新工艺及相适用涂料新品种的筛选 ,并在1995年5月至1997年4月现场应用试验。
二、管道内外防腐蚀覆盖层试验
1、重防腐蚀涂料品种的筛选及性能
根据矿区天然气管道内外腐蚀介质 ,以及管内工况条件：天然气和
气田水中主要含有硫化氢(H
2S)、氯化钠(NaCl
2
)、二氧化碳（CO
2
）、有
机硫酸、C
2
以上烷烃以及泥砂。
管道输送压力3～4 MPa ,工作温度小于150 ℃。
要求涂料耐高温 ,在较高的温度
下耐硫化氢（H
2S）、氯离子（Cl－）、二氧化碳（CO
2
）的
643000 ,四川省自贡市；电话：(0813)4611063。
腐蚀 ,漆膜附着力、强度、韧性好 ,具有良好的润滑性能及耐溶剂 ,阻燃性好。
经过比较 ,选择聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆 ,以及高压无空气喷涂工艺。
(1)聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆(底、面漆) 耐热性能：可在温度不超过150 ℃下长期作用 ,在400 ℃空气和氮气中损失小于50 ％。
机械性能：机械性能优良 ,冲击强度为50 kg.cm ,硬度大于2 H ,柔韧性不超过1 mm。
(2)涂料性能聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆系双组分漆 ,具有优异的耐水性、耐强酸碱性、耐硫化物(硫化氢和有机硫醇)和化工大气腐蚀 ,其耐腐蚀等性能较单纯环氧漆更好。
漆膜坚硬、附着力强、耐磨性好、润滑性能优异 ,利于流体输送 ,耐压力升降剥离等性能。
需与同类型底漆、面漆配合使用 ,其三防性能更佳。
广泛用于油气田和卤水输送管道内外壁 ,化工设备管道 ,各种酸碱槽罐、船舶和电器设备等防腐蚀和绝缘 ,以及高温设备(不超过180 ℃)。
(3)覆盖层施工方法铁红聚氨酯改性环氧重防腐蚀底漆和面漆均系双组分漆 ,使用时按比例均匀 ,并用稀释剂调至施工粘度；管道经过喷砂处理达到Sa2.5级 ,并用空气吹除粉尘；喷涂三道底漆；喷涂三道面漆；施工现场温度不低于0 ℃；施工器具洁净 ,不得使用其它稀释剂；覆盖层厚度(平均)150～250 μm。
2、涂装工艺及其选择
(1)涂装工艺涂装工艺包括表面处理、喷涂底漆和面漆、以及现场焊接口、台班连接处及其它固定焊口、堵头和烤口等内喷涂修补。
本工艺采用先进的遥控内喷砂设备 ,高压无空气内孔喷涂设备 ,特别是现场焊接口修补等不易控制点采用内喷涂 ,保证了焊接口内涂质量。
其工艺流程为表面处理(喷砂)→喷涂底漆→喷涂面漆→现场焊口修补。
(2)高压无空气喷涂原理高压无空气喷涂是将0.6 MPa的压缩空气注入喷气机后利用活塞原理将涂料室压力增至7～8 MPa ,涂料在高压下分子结构裂解后重新聚合产生互穿网络交链反应 ,其间空气和涂料不直接接触。
涂料注入高压喷枪经过滤后 ,用螺旋式送料器推向喷头 ,形成球面向管壁喷涂 ,见图1、图2。
(3)表面处理表面处理是将管内壁上的油脂、铁锈、氧化铁皮等清除干净后 ,进入喷砂除锈。
试验开始采用抛丸 ,效果不很理想 ,只能达到Sa0.5级 ,改用喷绿豆砂后达到Sa2.5级以上。
图1 高压无空气喷涂机原理图
图2 喷枪结构示意图
(4)喷砂喷砂分为管内喷砂和管外喷砂工艺。
管外喷砂均采用直管喷枪 ,管内采用旋转抛物喷枪。
生产实践证明 ,管内表面处理采用旋转抛物喷砂工艺 ,改进了现在四川石油管理局内各矿区采用的直管枪喷砂工艺 ,管内各部位喷砂质量均达到Sa2.5级以上 ,内壁显现出金属本体肉眼不见锈点。
绿豆砂粒直径为0.5～2.5 mm ,砂粒很干燥 ,以免加砂时需经常筛网过滤除去粉尘和粗颗粒。
砂粒用后收集起来 ,避免散落。
喷砂设备包括空压机、砂罐、喷枪。
(5)喷涂底漆聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆的甲乙组分不能与水接触 ,以免起泡 ,用后必须盖紧。
甲组分：乙组分＝3～4∶1。
使用时用多少配制多少 ,以免固化报废。
底漆喷涂三道 ,每道之间相隔时间 ,表干即可。
施工温度不低于0 ℃ ,气温低时适当延长表干时间。
内管壁用专用高压无空气喷枪。
外壁式平面用高压无空气枪喷涂 ,可采用湿碰湿方式不断喷涂加厚 ,应注意以不能流挂为限。
对输气和卤水管道内壁采用上述内喷枪 ,未出现流挂 ,流平性 ,遮盖力和附着力好。
预制管道固化后测得膜厚为90 μm。
设备有空压机、高压无空气喷涂机、内管喷枪。
涂装完毕 ,用覆盖层测厚仪和覆盖层针孔检测仪分别作检验 ,并对覆盖层的附着力、柔韧性、强度、硬度、耐腐蚀性作检验。
其中高压无空气内孔喷涂工艺中喷嘴、移动速度、涂料粘度之间的选取以及喷涂漆膜厚度控制是关键。
(6)喷涂面漆面漆采用聚氨酯改性环氧重防腐蚀漆 ,它也属于双组分漆 ,甲乙组分不能与水接触 ,以免起泡 ,固化报废 ,用后必须盖紧。
甲组分∶乙组分＝3～4∶1(重量)。
使用时随时用随时配制 ,其操作工艺、设备同底漆。
最后一遍漆固化(实干)后用测厚仪测定漆膜 ,漆膜总厚度不小于210 μm。