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长输天然气管道外防腐涂层选择
龚树鸣(四川石油勘察设计研究院,四川成都610017)
摘要:外防腐涂层是埋地钢质管道主要防腐手段,阴极保护是涂层防腐的补充手段。为保证长输管道在预期的使用寿命内不产生由于外腐蚀而引起功能损失。选用性能高、寿命长但一次费用高的涂层比选用性能低、寿命短、一次费用低的涂层对长寿命的工程更经济。在涂层技术经济分析中还必须考虑人文条件,人文条件是指施工单位的质量意识和管道所经地区居民的素质。综合各种因素,对西气东输这类大口径、长距离、使用寿命长的输气管
道,现阶段首选三层PE;随着人员素质的提高,条件允许的地区应大力发展熔结环氧粉末涂层;石油沥青只能用于预期使用寿命不长的管道;煤焦油瓷漆适用管径不大或预期使用寿命不长、人口密度不大的管道工程。
1外防腐涂层与阴极保护的关系
埋地钢质管道为控制土壤对管道的电化学腐蚀,公认的作法是采用外防腐绝缘涂层和阴极保护联合措施。其中外防腐涂层是主要防腐手段,从根本上防止钢管的电化学腐蚀;阴极保护作为涂层防腐的补充手段,为涂层缺陷处的钢管外表面提供电化学防护。当涂层质量不佳,破损严重时,若采用增加阴极保护作为主要防腐手段,不单是阴极保护投资和维护费用急增,而且管理和维修、保护电流的合理分布都会出现许多难题。阴极保护为涂层缺陷处(露铁点)提供阴极极化电流,使裸钢在土壤中阴极极化到-0.85～1.15V(相对硫酸铜电极),达到腐蚀几乎停止的目的,其极化电流密度大约为10～100mA/m22。。在低土壤电阻
率环境中的劣质涂层,虽然阴极保护电流能够均匀分布,但是距通电点较近的管道涂层破损点消耗了过多的阴极保护电流,致使管道与土壤的电位差衰减过快,距通电点一定距离后,涂层破损点的钢表面达不到足够的极化电流密度,因而保护电位达不到-0185V标准,腐蚀继续发生;在高土壤电阻率地区,由于介质的导电性差,阴极保护电流的分布很不均匀,回路电阻很大,面积稍大的破损点难以达到足够的极化电流密度,致使阴极保护很不充分,往往需要沿管道敷设柔性阳极来提供足够的阴极保护电流。柔性阳极的敷设既投资巨大,又给阴极保护站的设置和管理带来极大的困难。
根据20世纪80年代中期对横贯加拿大管线(TCPL)超过2000km长度的管道外防腐状况调查,涂层良好的管道处于高土壤电阻率环境和低土壤电阻率环境都容易获得良好
的阴极保护,均可受到远程阴极保护系统(传统的具有远阳极的阴极保护站)的保护;涂层质量差的管道,在高土壤电阻率地区,为了有效保护管道都需要沿管道设置分布式阳极。和远程系统相比,分布系统的每安培电流的投资要高得多,而且比远程系统更容易遭到破坏,它们需要对阳极输出电流严格控制,比低土壤电阻率地区要求更为严格。理由是破损程度不均,管道沿线各段对阴极保护电流的需求变化幅度很大。
综上所述,涂层不良的管道难以获得良好的阴极保护,把阴极保护作为这些管道的主要保护手段往往不能见效。
破损点的面积与破损点接地电阻并非线性关系。在同一管地电位差和相同的土壤电阻率条件下,破损点面积越小,阴极保护电流密度越大;破损点面积越大,阴极保护电流密度越小。在同一地区的管道,小破损点已经极化到阴极保护标准,而大破损点则因未极化到阴极保护标准继续存在腐蚀;破损点的接地电阻与土壤电阻率几乎成正比,同样大小的破损点,在相同的管地电位差条件下,低土壤电阻率地区可能极化到阴极保护标准,高土壤电阻率地区就可能达不到阴极保护电位标准。若大于最大的破损点直径,就达不到阴极保护标准。
2外防腐层应具备的性能
埋地管道外防腐层的功能是通过防腐层把钢质管道的外表面与腐蚀环境隔离以控制腐蚀,减少所需的阴极保护电流,改善电流分布。
2.1外防腐层基本性能
有效的电绝缘性;有效的隔水屏障性;涂敷于管道的方法不会对管道性能产生不利影响;涂敷于管道上的涂层缺陷最少;与管道表面有良好的附着力;能防止针孔随时间发展;能抵抗装卸、储存和安装时的损伤;能有效地保持绝缘电阻随时间恒定不变;抗剥离性能;抗化学介质破坏;
补伤容易;物理性能保持能力强;对环境无毒;能防止地面储存和长距离运输过程不发生变化和降解。以上为防腐层性能的基本要求,实际操作中,又分为施工与安装过程对涂层性能的要求和使用过程中对涂层性能的要求。
2.2施工与安装过程对涂层性能的要求
2.2.1抗弯曲性
在运输、使用过程中,管道往往产生弹性形变或
塑性形变,比如弹性敷设、吊管机将沟边组装好的管道吊装下沟、冷弯,要求已涂敷的涂层不产生裂纹或脱落
2.2.2硬度与耐磨性
管道在堆放或下沟后,往往下部有尖硬物体;回填物中也难免混有尖硬石块,涂层必须具有足够的硬度或变形能力承受回填物和管道自重所施加的集中压力,否则涂层会产生缺陷。管道在施工过程中或运行过程中,还会与土壤发生磨擦,为了保证涂层不致失去防腐功能,要求涂层应