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保温管道防腐技术

发布时间:2019-12-19访问人数: 558
01保温管道防腐技术的概况
管道与土壤或水长期接触,会产生化学腐蚀和大量热量的散失,对管网的安全运行、管输故障及使用寿命带来极大威胁。其很大程度上取决于材料和防腐保温方法,管道必须采取适当防腐保温控制技术,确保管网安全运行,降低能耗,延长使用寿命。对集输管道防腐保温后,传热热阻增大,热损失减少,有利于安全集输。
02防腐保温结构及材料选择
2.1防腐保温层结构
输送介质温度不超过 100℃的埋地钢质管道泡沫塑料防腐保温层应由防腐层 - 保温层 - 防护层 - 端面防水帽组成。防腐层可选用聚乙烯胶粘带、TO树脂、液体环氧类涂料、聚乙烯防腐层或熔结环氧粉末防腐层,其结构及厚度由设计根据现场实际选定;保温层应选用硬质聚氨酯泡沫塑料,保温层厚度应在满足输送工艺要求前提下结合经济厚度计算确定,其厚度不应小于 25mm;防护层厚度应根据管径及施工工艺确定,其厚度应大于等于 1.4mm;防腐保温管端面应采用辐射交联型热缩防水帽进行防水密封。当温度大于100℃时,通常在钢管及聚氨脂泡沫塑料之间加一层硅制品(如微孔硅酸钙),但这也仅适用于短距离及站场内部管道。
2.2保温管道防腐层
管道防腐层是保证管道外壁不被腐蚀的最后屏障,直接影响管线使用寿命。近年来我国防腐涂层技术发展迅速,干线管道涂层主要采用的有熔结环氧粉末、三层聚乙烯复合涂层(三层 PE)。
熔结环氧粉末为一次成膜涂层,由固态环氧树脂、固化剂及多种助剂经混炼、粉碎加工而成,属热固性材料,采用静电喷涂工艺将环氧粉末喷涂、熔融粘结到钢管表面并固化成型。环氧粉末用作管道防蚀涂层,具有对钢铁粘结力强、膜完整性好、耐阴极剥离、耐土壤应力和耐磨损、涂覆操作简单、无污染、抗冲击性和抗弯曲性能好等特点。
挤压聚乙烯防腐层三层结构底层通常为环氧粉末涂层,中间层为胶粘剂层,外层为聚乙烯层,由于其兼有熔结环氧粉末优异的防腐性能以及聚乙烯优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性,近年来在我国新建大口径管道工程中大量应用,如西气东输、兰郑长、长呼输油管道、库鄯线、陕京线等重点工程,也形成了较完整的技术体系。
2.3保温管道防腐保温层
管道所用的保温材料最初为石棉灰、硅藻土、蛭石,后发展到矿渣棉、玻璃棉、珍珠岩等,这些材料的保温效果、吸水性及施工条件等都不够理想。七十年代初,石油管道开始采用硬质聚氨酯泡沫塑料保温,并在各类繁多的保温材料中逐渐占据了主导地位。硬质聚氨酯泡沫塑料因其导热系数低、密度小、可工厂预制、现场施工方便,广泛应用于埋地长输管道的保温。当输送高温介质管道时,经综合经济比较后可采用复合结构,即在钢管与聚氨酯泡沫之间加夹微孔硅酸钙等耐温材料。泡沫塑料是一种发泡体保温材料,由多异氰酸酯、组合聚醚加催化剂、发泡剂、稳定剂等原料组成,其中发泡剂是聚氨酯泡沫中最重要的一种助剂,应为无氟发泡剂。
2.4保温管道防腐防护层
管道的实际保温效果能否达到预定指标,取决于保温层的防水性,而保温材料的多孔性使其吸水性较强,硬质聚氨酯泡沫塑料虽然具有闭孔结构,但如果长时间处在一定水压下,同样要吸水。因此,对这类保温材料要外包防护层。国内管道采用硬质聚氨酯泡沫保温时使用的外防腐层主要有两种:即石油沥青玻璃布防护层和聚乙烯夹克防护层。硬质聚氨酯泡沫塑料保温层外加石油沥青玻璃布防护层的施工工艺为喷涂泡沫成型或模具成型后外缠石油沥青玻璃布,生产效率低,施工工艺落后,现在已较少使用。硬质聚氨酯塑料保温层外加聚乙烯防护层的施工工艺有“管中管”成型和“一步法”成型两种,随着两种施工工艺日趋成熟,生产效率高,应用较为普遍。地上敷设管道多采用镀锌铁皮、铝箔玻璃钢等。埋地管道则多为高、低密度聚乙烯包覆层,俗称夹克。近来也有将高、低密度聚乙烯综合起来使用做防护层的,俗称中密度聚乙烯。该种材料既有近似于高密度聚乙烯的强度,同时又具有低密度聚乙烯的韧性,将二者综合后的材料大大延长了材料的耐环境应力开裂时间。埋地保温管道的外防水层也有的使用TO树脂玻璃钢、环氧树脂玻璃钢或改性石油沥青玻璃布等。
2.5保温管道防腐补口材料
根据统计,管道腐蚀的主要原因是由于地下水从管道补口处侵入保温层后,由电化学腐蚀引起的。近年来,由于热缩制品的发展,多采用聚乙烯热收缩带、聚乙烯热熔套等。针对补口是保温管道的关键环节,设计中一般在管端采用辐射交联热收缩性防水帽,并在补口处钢管外壁采用加强防腐措施,采用的材料有加强煤焦油瓷漆、加厚型S52—1型聚氨酯专用防水防腐漆、环氧类防水材料、辐射交联热收缩套(带)等。
03国外保温管道结构及常用材料
根据对国外保温管道检索资料分析,国外保温管道常用的材料主要有以下几种类型:
(1)保温管道的结构为输送钢管—防腐—保温层—外保护层。其保温层的材料为闭孔型硬质泡沫塑料,地上管道保温层外的保护层一般采用镀锌铁皮,地下管道保温层外的保护层一般采用聚乙烯夹克。补口采用现场泡沫塑料浇注,然后用热收缩套和铁皮双重保护。目前保温管道的防护层采用缠绕法涂敷工艺,使涂敷质量更佳,较其它涂敷工艺更经济。
(2)对管道采用导管倾倒岩石和砂石碎屑进行保护和保温。即对预先开挖管沟,对管线覆盖保温砂层和保护性岩石碎屑的保温保护方式。英国北海管道、挪威的国家石油公司对近海油井出油管道采取这种保温保护方式证明,它是一种有效的经济的保温方式。
(3)国外近年来用于保温管道的材料,除以上所述外还有:
①纤维类保温材料
主要为岩棉制品、矿渣棉制品、硅酸盐纤维制品、玻璃棉制品等。这类材料造价低,施工方便,工期短,结构简单。
硅酸盐纤维制品有硅酸铝毡、保温绳、陶瓷纤维纺织品。这类材料的特点是耐火、保温,使用温度高,化学稳定性好,但价格较贵。
玻璃棉及制品材料密度小,导热系数小,在日本使用广泛。
②气孔状(亦称空气层型)(粉未类)保温材料
这类保温材料有珍珠岩、硅藻土、膨胀硅石、硅酸钙制品、复合硅酸盐制品(硅酸镁、海泡石、硅酸铅、稀土复合保温材料等)。
目前在这类材料基础上又发展出超轻量硅酸钙及超微粒子二氧化硅。超轻量硅酸钙密度、线收缩率、防水性能、添加增强材料等方面均优于普通硅酸钙制品。它的导热系数仅是其它无机保温材料的1/3~1/4。
③多泡型保温材料
目前,国外发泡型保温材料分为:
a)有机发泡材料如:酚醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料PVC、聚异氰脲酯泡沫塑料等。它们都具有导热系数小、吸水率低、抗压强度高、易于成型,方便施工等特点;
b)无机发泡塑料如:发泡珍珠岩、玻璃发泡体、发泡水泥、发泡粘土、发泡蛭石、水玻璃发泡体、发泡陶瓷以及磷酸盐等。国外通过对无机发泡材料的开发和研究表明,有相当部分无机保温材料很理想,且价格低廉。这些无机发泡材料有取代泡沫夹克中聚氨酯泡沫塑料保温材料的趋势;
c)复合泡沫材料如:由树脂粘合玻璃泡沫而形成的一种复合泡沫保温材料。异氰酸脂与碱金属硅酸盐类反应,可制成有机无机复合泡沫塑料。该类材料的最大优点是泡沫结构非常坚固,抗压强度大和耐高温,其特点是密度大、导热系数大、价格高。
从上所述可以看出,管道保温材料从其类型上可分为多泡型、空气层型和纤维型三大类。由于多泡型保温材料具有导热系数小、吸水率低、抗压强度高及易于成型和便于施工等优点,在国外的油气管道保温中已经得到越来越广泛的应用。
04结语
管道的防腐保温技术,不但降低了管体腐蚀泄漏的事故发生率,延长了管道的服役寿命,而且是节能降耗的一种重要措施。为缩小我国管道防腐保温技术与发达国家的差距,我们应重视前期现场调研和资料收集,吸收国外先进技术的同时总结国内经验,进一步优化防腐保温的结构设计,充分考虑设计的可靠性(严密性)与经济性(保温厚度、结构形式)的统一,进一步推动我国管道防腐保温技术的发展。
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