地下油气管道的腐蚀防护技术以西气东输管道工程为例 4页

学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年4月第35卷第4期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Apr．2013Vo1．35No．4地下油气管道的腐蚀防护技术——以西气东输管道工程为例王卫国(中国石油天然气管道局，河北廊坊065000)胡士信(中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000)徐昌学，张鹏(中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊065000)[摘要]管道运输是现代重要的运输方式之一，管道在国民经济建设中发挥了不可替代的作用，管道运输不仅关系经济命脉，同时也关系到公共安全。由于管道输送的介质是危险物质，管道的安全性是一个十分重要的课题。以西气东输管道工程为例，分析了当前地下油气管道的防护问题，重点阐述了管道的腐蚀与防护技术，主要包括：管道防腐层技术；阴极保护技术；减阻内涂技术，这些技术在西气东输管道工程中得以成功应用。[关键词]管道安全；防腐；阴极保护；减阻内涂[中图分类号]TE988．2[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2013)04—0250—04伴随着中国石油管道人的足迹，中国石油管道事业实现了从无到有、从小到大、油气并输、国内国外并举，取得了举世瞩目的成就。截止2010年，已建成国内原油、天然气、成品油长输管道8万余公里，支线及油田集输管道13．9×10km，形成了横跨东西、纵贯南北、覆盖全国、连通海外的油气管道干线网。管道在国民经济建设中发挥了不可替代的作用，管道运输不仅关系经济命脉，同时也关系到公共安全。管道埋入地下就会腐蚀，这是一个自然规律，然而作为联系石油工业上下游的纽带，管道安全关系到石油工业的命运，如何提高管道使用的可靠性和耐久性，是管道防腐蚀科学工作者和管道工程设计者们长期的重要任务。由于管道输送的介质是危险物质，管道的安全性是一个十分重要的课题。为此，笔者以西气东输管道工程为例，重点阐述了地下管道的腐蚀防护技术。1管道防腐层技术目前针对管道防腐成熟的做法是采用外防腐层与阴极保护联合的保护措施。其中外防腐层是防止管道外壁腐蚀的主要手段；阴极保护作为防腐层保护的辅助手段，为防腐层缺陷处的钢管外表面提供电化学保护。因此，外防腐层的选择对管道的长期安全运行至关重要。通常，外防腐层的选择应遵守以下原则。1)技术可靠能适应长输管道沿线各种不同的自然环境，能够在管道使用年限内，保证管道外防腐层完整。2)经济合理管道外防腐层的选用应达到性能／价格比最优的目的。3)材料优化根据管道沿途经过不同区域的腐蚀环境，选择适当的防腐层和结构。4)施工简便选择使用寿命匹配、可靠性高、施工管理方便等。根据功能和环境要求，对防腐层材料的性能有明确的要求，如具有良好的化学稳定性、与钢管保持足够的结合力、抗冲击、抗弯曲、耐阴极剥离、耐化学介质、耐温度变化、较低的吸水率、良好的施工[收稿日期]2012—1o—o2[作者简介]王卫国(1959一)，男，1982年大学毕业，教授级高级工程师，现主要从事管道建设管理工作。\n学兔兔www.xuetutu.com第35卷第4期王卫国等：地下油气管道的腐蚀防护技术性能和易于修复等。当前管道上使用的防腐层种类主要表1管道防腐层的性能对比有石油沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末(FBE)、三层聚乙烯(3LPE)等，其中FBE和3LPE是最为常用的两类防腐层。可以说没有一种十分理想的防腐层，在工程实践中，人们的选择只能根据防腐层的主要性能，充分利用其优点，防止和避免其缺点。Reviel】针对FBE和3IPE防腐层进行了比较(表1)，根据各项目的优劣程度和多年的使用性能进行综合评分，FBE为8分，注：“+”为优良；“一”为有一定局限性。3IPE为8分，双层FBE为10分。与3LPE相比，FBE的整体黏结性、阴极保护相容性更好些，主要缺点是抗施工损伤性较差；3LPE的主要缺点是涂敷工艺较复杂，补口及配件涂敷的一致性较差。相比之下，双层FBE在10项性能指标中都无可挑剔，是最优秀的管道防腐层。需要特别指出的是，随着X80、X100高钢级管线钢技术的成熟和大规模应用，管材的温度敏感性问题对防腐层材料提出了新的要求，以往的FBE在涂装过程中需要较高的温度(200℃以上)才能达到良好的防腐性能，而该温度下高强钢的力学性能会发生明显劣化，所以需要开发新的低温条件下固化的FBE材料。西气东输二线全线采用X80管线钢的工程实际给这一防腐层材料技术的快速突破带来了强大动力，在中石油集团公司科研课题的支持下管道局研究院研制成功符合低温涂装要求，并具有良好防腐性能的新型FBE涂层材料，可以满足高强钢单、双层FBE防腐层和3LPE防腐层底层的应用要求。铜导线2阴极保护技术区域性阴极保护是近年来强力推广的新技术，分强制电流和牺牲阳极法两种方式。通常因站内接地多、管网复杂，所需电流太大，所以站场区域性阴极保护多采用强制电流方式。区域性阴极保护应考虑：保护电流的均匀分布、管道间焦碳包覆层耐磨编织网相互屏蔽、对干线阴极保护系统的干扰、对站内自动化系统图1导电聚合物柔性阳极结构的影响及阴极保护有效性的检测等问题。强制区域性阴极保护系统的辅助阳极地床有：浅埋分布式、深井阳极式、深井阳极和分布阳极联合式、柔性阳极分布式等多种。其他阳极方式均为常规技术，而柔性阳极是一种新的技术，是以导电聚合物为基材制作而成的长线形连续性辅助阳极，外表酷似电缆，故也称缆形阳极(图1)，它主要应用于埋地钢质管道和储罐的阴极保护，施工简单方便，防腐效果显著，与其他辅助阳极相比，其主要特点见表2。根据表2可知，柔性阳极是站内区域性阴极保护和罐底阴极保护的首选，现在柔性阳极已国产化，性能和国外产品一样，价格却低了很多。\n学兔兔www.xuetutu.com．252．油气管道工程2013年4月柔性阳极1)输出电流分布均匀对于长输管道，费用较高，保护站内或罐2)不会造成管道保护过保护或保护不足底，费用／性能比最佳3)不会造成对其他金属构筑物干扰影响4)不受土壤电阻率的限制5)对于管网，可弱化电绝缘条件6)复杂管网区域内，也不会造成屏蔽或干扰7)可与管道同时施工、同沟敷设，便于安装，视需要可任意剪截以西气东输二线为例，干线全长4895km，管径1219mm，管材X80，阴极保护采用强制电流保护方案。由于管线途径地域广，地质条件差异较大，为合理设置阴极保护站位置，综合各种影响因素，对于采用3LPE防腐层的管道，保护电流密度取5gA／m值，并根据不同的管道参数和电位范围，按GB／T21448标准计算阴极保护的范围和电流需要量。阴极保护站与工艺站场或RTU阀室结合，共设阴极保护站39座。阴极保护参数采用遥测技术，将各保护站和RTU阀室的数据，通过站控SCADA系统传至区域控制中心，管道沿线的GPRS无线电电位采集系统的数据通过公共无线系统传至区域控制中心的单独服务器，各站通过内部网络了解沿线保护电位情况。3减阻内涂技术天然气管道的减阻内涂技术在国外已十分普及，如目前西方工业发达国家所建天然气管道几乎百分之百地实现了减阻内涂。虽然各国的参数取值不尽相同，但结论却是一致的，即认为初期内涂层投入的成本将会得到几倍的回报，管径越大、线路越长、输气量越大，效益就越好。管道减阻内涂主要使用的涂层材料为双组份环氧类]，对于这类涂料，即可图2涂装减阻内涂层的钢管作减阻内涂用，也可作防腐内涂用(减阻内涂后的钢管见图2所示)。减阻型内涂层厚度大于5Om，一般选择要大于80Fm，管道连头处不做内涂处理；防腐型内涂层厚度大于250／1rn，一般选择要大于500Fm，管道连头处必须做防腐处理。在西气东输管道工程建设之初，提出了采用减阻内涂技术，经过计算和分析可得出如下结论：1)管内壁施加上内涂层之后，在同样输量下，站间距可以增大16．2～30，从而使压气站数可以减少3个左右。2)管内壁加上内涂覆盖层之后，在同样输量下，消耗的总功率可以减少18．7～23，若驱动机为燃气轮机的话，则自耗气可以减少13．1～23。\n学兔兔www.xuetutu.com第35卷第4期王卫国等：地下油气管道的腐蚀防护技术3)西气东输管道工程采用减阻内涂技术后，可减少固定资产投资7．1亿元。4)西气东输管道工程采用减阻内涂技术，每年可减少运行费用1．65亿元。5)输气能力可提高6．0，年输气量可提高7．3×10m。。6)管内壁加上内涂覆盖层之后，可减少清管次数，减少辅助生产开支。据国外经验数据表明，有内涂的管道只需每12～18个月进行一次清管，而没有内涂的管道，一年通常需要近3次。若每次清管费按10万元算，则每年可节约清管费30万元。7)管内壁加上内涂覆盖层之后，还有如下优点：有利于管内壁冶金缺陷的检查；缩短气体管道的干燥时间；减少管壁上的物质沉积；提高输送介质的纯度；改善流体的流动性能；减少污染；降低维护费用；减缓内壁腐蚀等间接的效益等。总之，天然气管道内涂减阻技术在技术上是先进的、成熟的，经济上是合理的，在西气东输管道工程中成功应用后已定为中石油重点推广的新技术之一，在随后建设的各条大口径天然气管道上得以应用。4结语我国的管道运输，从零开始，当初，管道建设是在极其艰苦的条件下边实践边探索起步的，此后，逐步实现了机械化作业，施工水平有了很大提高。管材、防腐、检测和管道维护都采用了新技术、新工艺、新材料，以管道为主业的管道局也已走出国门，在“十一五”期间，管道局国际业务赢利首次超过国内。管道是国家的动脉，强化管道管理，正确运用科学技术，检测、维护埋地管道，延长管道寿命，要让管道为祖国的“四化”发挥应有的作用。目前，我国的油气管道建设处于一个新的发展时期，同时面临严峻的国内外市场的挑战，需要抓住机遇、担起重任，继往开来，再创辉煌。[参考文献][1]RevieRW．尤利格腐蚀手册EM3．杨武译．北京：化学工业出版社，2005．E23胡士信，陈向新．天然气管道减阻内涂技术EM3．北京：化学工业出版社，2003[编辑]龙舟