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管道防腐.docx

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管道防腐

9管道防腐

9.1基础资料

9.1.1现场资料

本工程管道全线位于山东省淄博市博山区，沿线属三级地区，个别管段周围人口密度较大。

博山区属大陆性季风半润湿气候，土壤多为壤土、沙壤土，富含钾、钙等矿物质元素，根据以往工程经验，判断该地为易腐蚀地区，土壤电阻率低。

管道沿线无伴行及交叉高压输电线路，电气化铁路等干扰源。

管道共穿越省级道路3次，穿越长度150m。

9.1.2工艺资料

本工程管线较短，沿线不设阀室，管道干线长度为13.2km，选用高频直缝电阻焊L415型钢管，管径为φ457，一般段管道壁厚为8.8mm，省道穿越处壁厚为11.0mm。

本管道输送介质为处理合格的干气，介质温度为5~20℃。

9.2防腐方案

本管道输送介质为处理合格的干气，因此本工程仅考虑外部环境对管道的腐蚀。

防腐层是管道防止外部腐蚀的主要手段，质量好的防腐层可使管道与腐蚀环境隔绝开，具有减少腐蚀的良好功效。

当防腐层存在破损时，若没有阴极保护，破损处金属将遭受腐蚀介质的侵蚀，腐蚀速率加快，而阴极保护作为管道防腐的补充手段，将发挥其非常理想的防蚀作用，能大大减缓或抑制腐蚀介质对管道的侵蚀。

据国内多年的实践证明，对于埋地金属管道，采用防腐层和阴极保护联合保护的防腐措施不仅是行之有效的，而且是经济合理的。

为减少和避免外部环境对管道的腐蚀，确保管线长期安全运行，本工程将采用防腐层和阴极保护联合保护的方案对埋地长输管道和工艺装置区管道进行保护。

9.3防腐层的选择

9.3.1线路管道外防腐层、内涂层的选择

长输管道外防腐层选择是否合理，直接关系到管道的使用寿命，因此在管道防腐层的筛选时应着眼于长远的经济效益，根据管线沿线的自然条件和土壤地质等情况，选用防腐性能较好、最适应当地地质条件的防腐层。

管道外防腐涂层的选择原则，按照有关规范要求，埋地管道外防腐层一般应具备下列特性：

1）有良好的绝缘性，绝缘层电阻率应大于10000Ω·m2;

2）有良好的防潮、防水性；

3）有较强的机械强度

－有一定的抗冲击强度和硬度；

－有良好的耐弯曲性；

－有较好的耐磨性。

4）防腐层对钢管道表面有良好的粘接性；

5）防腐层的材料和施工工艺对母材的性能不应产生不利的影响；

6）有良好的抗阴极剥离性能；

7）有较好的耐化学性和抗老化性；

8）易于现场补口补伤；

9）外观光滑平整与土壤摩擦系数小，可减少外部阻力；

10）能机械化连续生产，满足工程建设需要；

11）对环境无毒害作用。

9.3.1.1主要防腐涂层介绍

目前国内外用于长输管道外防腐涂层主要有：

聚乙烯二层（2PE）及三层结构涂层（3PE）、熔结环氧粉末（FBE）涂层和煤焦油瓷漆涂层以及无溶剂液体环氧树脂涂料。

实践证明这几种涂层各有其优缺点和适用条件。

这几种防腐材料主要优缺点、国内外应用状况及评价见表9.3-1。

9.3.1.2外防腐方案的选择

煤焦油瓷漆具有较长的应用历史，价格比较便宜，可满足一般防腐要求，但对于长距离、大口径的管线，其防腐性、粘结性能等综合性能指标很难达到工程要求且产生健康和空气质量问题。

无溶剂液体环氧涂层具有极好的附着力、低固化收缩率，极好的抗冲击和耐阴极剥离性，无溶剂挥发，无环境危害等优点，但固化时间长，材料和施工设备需进口且费用较高。

由于喷涂作业方便，更加适用于管道管件的防腐。

表9.3-1管道常用防腐涂层性能综合比较

项目

无溶剂液体环氧涂料

环氧粉末

煤焦油瓷漆

聚乙烯二层结构

聚乙烯三层

结构

推荐

标准

SY/T6854-2012

SY/T0315-2005

Q/CNPC38-2002

SY/T0379-98

GB/T23257

-2009

GB/T23257-2009

结构

单层薄膜

单层/双层

多层厚涂

增强缠绕

二层厚涂

三层厚涂

材料

无溶剂液体环氧树脂

环氧树脂粉末

底漆+瓷漆+内外包扎带

胶粘剂+聚乙烯

环氧粉末+共聚物+聚乙烯

涂敷

工艺

常温下

喷涂

静电喷涂

热涂缠绕

挤出包覆

或缠绕

静电喷涂+

挤出或缠绕

适用

温度

-30～110℃

-30～100℃

-20～80℃

-30～70℃

除锈

要求

Sa2.5

Sa2.0

Sa2.5

涂层

厚度

0.6～2mm

0.3～0.8mm

3.0～5.0mm

1.8～3.7mm

环境

污染

很小

较大

很小

补口

工艺

喷涂

喷涂或热收缩套

热烤缠带或

热收缩套

热收缩套/无溶剂

液体环氧涂料

主要

优点

高强度和抗耐磨损性，极好的附着力、低固化收缩率，极好的抗冲击和耐阴极剥离性，无溶剂挥发，无环境危害；涂装工艺简单；使用寿命长

粘结力强，使

用温度范围宽，涂敷管可冷弯，具有极好的耐

土壤应力和耐

阴极剥离性能

耐石油产品植

物根系、微生

物，国内原料

充足，吸水率

低。

使用寿命

长

绝缘性能好机

械强度高吸

水率低、抗透

湿性强、耐土

壤应力好

综合性能优异，

既有FBE的强

粘结，良好的耐

阴极剥离和防

腐性能，又有

PE良好的机械

性能，抗透湿性

和高度绝缘性

缺点

柔韧性稍差，固化时间较长

易为尖锐物冲击破坏，对吸水敏感，涂装过程要求十分严格，耐光老化性能差

高温软化，低

温发脆，机械

强度较低，施工条件恶劣，污染环境，涂敷厂的烟气处

理要求高

粘结力较差，失去粘结后易造成阴保屏蔽，与焊缝较高的钢管结合较差，严重损伤修复困难

初期投资成本高；要求准确的施工参数；对阴极保护电流可能有屏蔽作用

待解决的问题

涂料质

量有待提高

国产材料的质量

及防腐涂敷线水平有待提高

涂敷厂的烟气

处理，减少环境污染

胶粘剂质量有待提高

国产环氧粉末质量有待提高

环氧粉末具有与金属表面粘结力强，绝缘性能好，机械强度高，耐化学腐蚀性能优异等特点，但单层环氧粉末的耐划伤、抗磕碰的抗冲击性能较差，防腐层在施工过程中易出现破损现象，双层环氧粉末较单层环氧粉末虽在抗冲击方面已有较大改进，但低温韧性较差，成本高；三层PE的综合性能与双层环氧粉末相似，尤其它的耐划伤、抗磕碰等抗冲击性能远优于环氧粉末涂层。

结合国内目前施工现状以及防腐层的综合性能与涂敷作业的简便性、经济性等因素，经综合比较，初步确定本工程管道外防腐层全线采用三层PE防腐涂层。

选用三层PE为本管道工程外防腐层，主要是因为它具有环氧粉末和聚乙烯防腐层的双重优点，各项综合性能比较优异，而且其抗冲击性能尤为突出，防腐层绝缘电阻很高，防腐层质量较好，降低投产运行后的维护和修理费用。

目前国内已有多家三层PE防腐层的生产加工厂家，生产能力和材料来源比较稳定，防腐层价格适中。

防腐层补口材料将采用辐射交联聚乙烯热收缩套（带）（三层）；补伤采用聚乙烯补伤片。

此外对于采用三层PE地段热煨弯管的防腐层，由于三层PE生产工艺所限，该防腐层难以满足弯管管段的防腐要求，因此上述地段的弯管管段防腐层将采用双层熔结环氧粉末+聚丙烯胶粘带防腐，以确保弯管管段的防腐等级不低于直管管段防腐层等级。

（1）根据沿线地质条件，一般段管线防腐采用常温型普通级三层PE防腐（防腐层的厚度为≥2.9mm，熔结环氧底层≥0.12mm，胶粘剂层≥0.17mm）

（2）冷弯管采用防腐好的直管用冷弯机弯制而成，防腐方案同直管段

（3）热煨弯管采用双层熔结环氧粉末+聚丙烯胶粘带防腐。

双层熔结环氧粉末外防腐层应由底、面两层环氧粉末一次喷涂成膜而构成，防腐层厚度：

底层厚度≥300μm；外层厚度≥500μm；总厚度应≥800μm。

聚丙烯胶带（厚1.1mm，搭接宽度为带宽的50%~55%）。

（4）补口采用无溶剂液体环氧涂料（干膜厚度≥400μm）＋聚乙烯热收缩补口带。

9.3.1.3内涂层的选择

管道内涂层技术在可以有效防止管道内腐蚀发生的同时，也是提高输量的有效手段，可研设计按照淄博分输站在最小、最大输气压力和输气量条件下，计算天然气到白杨河发电有限公司的压力，对本工程管道是否设置内涂层做比选。

从表9.3-2可以看出，在本工程的最小、最大输量条件下，管道是否设置内涂层，对白杨河发电有限公司的交接压力基本无影响。

从运行效果看国内内涂层管道运行效果较好，但是国内运行时间较短，国内也未做过内涂层检测，同时内涂层投资较高；综合考虑目前已经建成与本工程规格相同的管道，均未设置内涂层。

因此可研设计推荐本工程不设置内涂层。

表9.3-2内涂层方案比选

输气量104m3

设置内涂层

无内涂层

起点压力MPa

末点压力MPa

起点压力MPa

末点压力MPa

384

4.20

3.98

4.20

4.00

5.33

5.23

5.33

5.25

9.3.2输气工艺装置区防腐

9.3.2.1工艺装置区埋地管道防腐层

工艺装置区内埋地管道的防腐层除具有一般防腐层所应当具有的性能外，还应当具有以下几个显著特点：

（1）能适应现场的施工环境（如温度、湿度等）；

（2）易于现场涂覆作业，质量易于控制；

（3）对环境的污染小。

由于站场内埋地管网走向较为复杂，一般工程实践中均采用现场涂敷的工艺。

目前工艺站场内埋地管道常用的外防腐层主要包括无溶剂液体环氧和聚烯烃冷缠胶带。

无溶剂液体环氧防腐性能好，但对管道除锈要求高，喷砂除锈达到Sa2.5级，抗冲击性能差，易在管道下沟回填过程中破坏防腐层，耐土壤应力差。

聚烯烃冷缠胶带防腐层施工方便，对管体除锈要求低，手工动力除锈达到St3级或钢丝刷除锈至St2级，机械强度相对较高，抗冲击性能优异，但带间搭接缝隙较多，防腐性能不及液体环氧。

结合本工程的实际情况，为使工艺装置区埋地管线防腐安全可靠，工艺装置区内埋地工艺管线防腐推荐采用以下形式：

（1）与工艺装置区外管道相同管径的进、出站管道，仍采用三层PE防腐层，补口补伤方式同站外管道。

（2）其他埋地管道采用：

无溶剂型液体环氧防腐涂层（干膜厚度不小于600μm）＋聚丙烯胶粘带（带厚1.1mm，搭接宽度为带宽的50%~55%），补口补伤与主管道防腐类型相同。

9.3.2.2工艺装置区地上管道及地上附属设施的防腐层

地上管道外防腐层主要采用高氯化防腐层体系、聚氨酯防腐层体系和氟碳防腐层体系。

在耐腐蚀、耐老化性方面，高氯化防腐层体系<聚氨酯防腐层体系<氟碳防腐层体系，在价格方面，高氯化防腐层体系<聚氨酯防腐层体系<氟碳防腐层体系。

综合而言，氟碳防腐层体系的耐水性、耐候性、耐老化性性能优异，虽然价格最高，但寿命较长，性价比高，故选用氟碳防腐层体系。

地上非保温管道及金属构筑物外防腐推荐采用涂装环氧富锌底漆2道（厚度70μm）、环氧云铁中间漆2~3道（厚度100μm）和耐候型氟碳面漆2道（厚度80μm）。

9.3.2.3埋地阀门、法兰等异构件的外防腐

工艺装置区的埋地阀门（包括气液联动阀）部件、法兰等异构件，先对这些金属设施表面采取原防腐材料或相近的液态环氧防腐材料进行修复，采用粘弹体防腐膏、粘弹体防腐胶带密封，并使用配套的聚丙烯防腐胶粘带进行加强保护。

9.4管道、设备保温

9.4.1线路管道保温

本工程输气管线埋深处年最低气温≥7.5℃，不需要做保温设计。

9.4.2输气工艺装置区管道保温

埋地保温管道因对防水层的严密性要求很高，如果质量保证不了更易造成管道的穿孔，因此原则上能地面敷设的尽量地面敷设，只有因工艺要求无法采用地面敷设的管道需埋地敷设。

本工程埋地排污保温管道采用硬质聚氨酯泡沫塑料保温（厚度50mm），环氧玻璃钢进行外护（厚度2.5mm）。

9.5阴极保护

9.5.1线路管道阴极保护

GB/T21448-2008《钢质管道外腐蚀控制规范》规定，长输管道和油气田外输管道应采用阴极保护。

常用的阴极保护方式有强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护，两方案对比详见表9.5-1：

博山区属大陆性季风半润湿气候，土壤多为壤土、沙壤土，富含钾、钙等矿物质元素，属易腐蚀地区，土壤电阻率低，并且本工程管道距离较短，结合以往工程经验，推荐采用牺牲阳极法进行阴极保护。

9.5.1.1牺牲阳极的选择

根据GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》6.4节的规定，本工程选用镁牺牲阳极进行保护。

表9.5-1阴极保护方案对比表

阴保方式

外加电流

牺牲阳极

优点

1、输出电流连续可调；

2、保护范围大；

3、不受环境电阻限制；

4、一次性投资高；

5、保护装置寿命长。

1、不需外部电源；

2、对临近地下构筑物干扰小；

3、投产调试后可不需管理；

4、一次性投资低；

5、保护电流分布均匀，利用率高。

缺点

1、需要外部电源；

2、对临近构筑物干扰大；

3、维护管理工作量大。

1、高电阻率环境不宜使用；

2、保护电流不可调；

3、对防腐层质量要求高；

4、投产调试工作复杂；

5、消耗有色金属。

9.5.1.2阴极保护的计算

1）根据GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》A2.4牺牲阳极输出电流计算公式计算牺牲阳极输出电流

式中：

Ig—牺牲阳极输出电流，A;

ec—阴极极化电位，V;

ea—阴极极化电位，V;

R—回路总电阻，Ω;

Ec—阴极开路电位，V；

△Ec—阴极极化电位，V；

Ea—阳极开路电位，V；

△Ea—阳极极化电位，V；

Rg—多支组合牺牲阳极接地电阻，Ω；

Rc—阴极过渡电阻，Ω；

R1—导线电阻，Ω；

△E—牺牲阳极有效电位差，V

2）根据GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》A2.5计算需要阳极支数。

所需阳极支数：

式中：

I—保护电流，A，I=S×Cd×（1-E），S=π×D×L;

—单支牺牲阳极输出电流，A

n—阳极支数；

B—备用系数，取2~3；

S—被保护面积，m2；

Cd—保护电流密度，mA/m2；

E—涂层效率；

D—管道直径，m；

L—管道长度，m。

根据计算，需要7.7kg镁牺牲阳极56块，另考虑土壤电阻率，本工程每1km设置一处测试桩，共设置13处，每处设置7.7kg镁牺牲阳极5块。

3）再根据A.2.6牺牲阳极工作寿命的计算公式，得到牺牲阳极组实际工作寿命。

其中

Wg—牺牲阳极组净质量，kg；

Tg—牺牲阳极工作寿命，a；

I—阳极电流输出，A;

ωg—牺牲阳极消耗量，kg/（A•a）；

U—电流效率；

Z—理论电容量，Ah/kg；

根据计算，本工程65块牺牲阳极的工作寿命可达30年。

9.5.2工艺装置区区域阴保

工艺装置区内埋地管道也易于腐蚀。

虽然埋地管道有防腐涂层保护，但防腐涂层不可避免的会存在缺陷；另外，装置区一般有较多的电气设备及接地系统，埋地管道易受到杂散电流干扰而发生腐蚀。

为了有效保障管道的安全运行，并按照《石油天然气安全规程》（AQ2012-2007）中第7.3.5节“对输油气站内的油罐、埋地管道，应实施区域性阴极保护”，对本工程的工艺装置区实施区域性阴极保护。

本工程工艺装置区内所需保护的埋地管道包括：

工艺专业的埋地钢质管道。

9.5.2.1保护方式的选择

阴极保护有强制电流和牺牲阳极2种方式。

牺牲阳极法一次性投资较大，运行维护工作量小。

外加电流法一次性投资较小，运行维护工作量较大，运行时需要用电，后期投入较大。

且本工程工艺装置区管线分布较为简单，综上所述，对工艺装置区采用牺牲阳极阴极保护方案。

9.5.2.2阴极保护计算

本工程工艺装置区采用镁牺牲阳极，工艺计算过程同9.5.1。

经计算，工艺装置区设置3组镁牺牲阳极（每组5块7.7kg镁阳极）。

9.6干扰防护

管道沿线无伴行及交叉高压输电线路，电气化铁路等干扰源，因此输气管道无需采取排流措施。

9.7外防腐层及阴极保护系统有效性测试评价

9.7.1防腐层保护状况的检测内容、方法及评价标准

防腐层外观采用目测法逐根检查。

聚乙烯层表面应平滑，无暗泡，无麻点，无皱折，无裂纹，色泽应均匀。

管道表面防腐层应按SY/T0063的有关规定进行漏点检测，并做好防腐层的检测记录。

防腐层的漏点采用在线电火花检漏仪检查，检漏电压为25kV，无漏点为合格。

单管有两个或两个以下漏点时，按补伤方式进行修补；单管有两个以上漏点或单个漏点沿轴向尺寸大于300mm时，该管为不合格。

9.7.2阴极保护有效性的检测内容、方法及评价标准

阴极保护系统运行前，应在所有测试装置处进行自然腐蚀电位的测量，阴极保护系统运行后，应定期进行阴极保护系统的检查与测试，以确认阴极保护系统是否正常运行，运行期间的管/地电位是否符合保护准则。

本工程采用牺牲阳极法对管道进行保护，检测内容包括阳极运行和状态、阳极保护电位、输出电流、开路电位，至少每年检测一次。

阴极保护参数的测试应符合GB/T21246-2008（埋地钢制管道阴极保护参数测量方法）的规定。

评价标准应符合GB/T21448-2008（埋地钢制管道阴极保护技术规范）的相关规定。

9.8防腐主要工程量

本工程防腐主要工程量见表9.8-1。

表9.8-1防腐主要工程量

序号

工程名称

单位

数量

备注

线路管道防腐层

1.1

Ф457管道3PE普通级

m2/km

18727/13.05

1.2

Ф457管道3PE加强级

m2/km

215/0.15

1.3

热煨弯管外防腐

730

1.3

Ф457防腐管补口

处

1227

工艺装置区防腐层

2.1

埋地管线

2.1.1

无溶剂液体环氧

2.1.2

聚丙烯胶粘带（宽100mm，厚1.1mm）

4500

2.2

地上管线

2.2.1

涂装环氧富锌底漆（2道）（厚度70μm）

2.2.2

环氧云铁中间漆（2~3道）（厚度100μm）

11.2

2.2.3

耐候型氟碳面漆（2道）（厚度80μm）

保温层

3.1

管道保温层

m2/m

16/80

序号

工程名称

单位

数量

备注

阴极保护

4.1

测试桩安装

处

4.2

牺牲阳极

组

每组5块镁阳极（7.7kg/块）

4.3

阴极保护测试与调试

13.2

4.3

外防腐层检测及评价

13.2

4.4

铜芯电缆VV-0.6/lkv1×10mm2

240

4.5

氧化锌避雷器

支

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