管道防腐层补口技术标准和施工规程.ppt
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1、管道防腐层补口 技术标准和施工规程 王向农 浙江慈溪 2009年4月,一、管道防腐层补口质量的重要性,管道防腐层补口质量的重要性,管道防腐层的现场补口构成整个管道防腐体系非常重要的一部分。从理论上讲,补口防腐层应当与管道主体防腐层结构融合成一体,两者在结构上是连续的互相融合的。现场补口施工时,应当采用与管道主体防腐层相适宜的防腐材料和施工技术,从而使补口防腐层与管道主体防腐层紧密结合,形成平滑过渡、均匀连续的防腐结构。,管道防腐层补口质量的重要性,实际上,在现场施工中,由于受到气候条件、施工设备、环境因素以及施工人员技术素质的影响,补口工艺控制难度很大,因此,补口往往成为整条管道防腐体系的一个
2、薄弱环节。,现场补口条件的挑战,中东某输气管道长517 km,井口到处理站的管道操作温度110,管道采用3LPP工厂预制防腐层,输气干线采用3LPE工厂预制防腐层,现场补口选用3层聚丙烯热缩套。管道穿越沙漠,环境温度35-45 ,中午钢管表面温度超过65 。由于早晚温差大,管道热胀冷缩严重,天气恶劣,沙尘暴刮来含盐砂粒构成腐蚀威胁。,现场补口条件的挑战 中东管道现场的沙尘暴,现场补口条件的挑战 未补口管道被沙子部分掩埋,现场补口条件的挑战 沙漠高温使管道发生热变形,现场补口条件的挑战 沙漠里的补口作业工棚,现场补口条件的挑战 沙漠管道热变形损坏防腐层,现场补口的挑战 完成的聚乙烯片补口,现场补
3、口条件的挑战,某输油管道地处亚马逊河流域热带雨林,设计工作温度90,采用工厂预制熔结环氧粉末(FBE)防腐层。选用耐高温聚乙烯热缩套作为现场补口材料,因为不受高湿度的影响。 天气潮湿闷热,气温35-47 ,几乎天天有雨。施工队伍重视上岗培训,全线实施漏涂点检测,加强质量控制,每一百个补口抽取一个进行剥离试验。,现场补口条件的挑战 管道穿越热带雨林,现场补口条件的挑战 热带雨林里管道补口作业工棚,现场补口条件的挑战 补口部位除锈清理,现场补口条件的挑战 缠包补口片材,现场补口条件的挑战 烘烤补口热缩片,现场补口条件的挑战 现场附着力试验,现场补口条件的挑战,加拿大北部地区油气管道采用HPCC高性
4、能复合防腐层,俄罗斯萨哈林岛的油气管道采用3LPE防腐层。施工条件恶劣,气温低达-35至-45,永久冻土层上几乎终年覆盖白雪。在萨哈林岛短暂的夏季冻土融化成难行的烂泥地。两条管道补口区域均采用感应加热,并采用双组分液体环氧底漆和3层热缩套作为补口材料。,现场补口条件的挑战 萨哈林岛高寒地区,现场补口条件的挑战 萨哈林岛短暂的白昼,现场补口条件的挑战 严寒中补口部位的感应加热,现场补口条件的挑战 严寒中烘烤热缩套补口,补口是管道的薄弱环节,据美国输送安全局的调查,45%的管道损失是由管道外腐蚀引起的,集输气管道的泄漏事故中74%也是腐蚀造成的。据调查,一条总长180 km、直径377的输油管道采
5、用热缩套补口,投产仅两年,就因多处穿孔而停产维修。管线检查发现腐蚀点453处,其中,补口处有415处腐蚀点,占总数的90%以上。(防腐保温技术2007年第1期第29-33页),补口是管道的薄弱环节,辽河油田油建二公司介绍,某管线采用热缩带补口72道,由于在11月末的寒冷季节施工,最低气温 -29,风力5 6 级。虽然施工单位具有丰富的补口技术经验,但是,这些补口完成后2天,所有72道补口都发生了开裂,最长裂纹达96 mm。裂纹形状多样,既有环向,又有轴向,没有规律。(防腐保温技术1999年第2期第35-36页),补口是管道的薄弱环节,据Canusa公司报道,其竞争对手在俄罗斯某管道工程上采用热
6、缩套补口,由于先期产品仅仅在23实验室条件下通过了一系列的试验,而没有按照现场-30的实际施工环境温度进行设计,结果现场选用的黏接剂失效,导致几百个热缩套补口严重脱黏。,二、管道防腐层补口技术的选择,管道防腐层补口技术的选择,选择管道防腐层补口技术时,需要考虑许多影响因素,主要有以下这些: 施工要求 表面除锈 施工速度 施工技术难易程度 设备要求,管道防腐层补口技术的选择,补口防腐层与管道主体防腐层的 融合性 管道结构与施工方法 材料与施工成本 管道环境和工作条件 管道预期使用寿命 管道日常维护预算,管道防腐层补口技术的选择,与阴极保护要求的一致性 当地环境保护和安全卫生法规 管道运行温度和周
7、期性变化 矿化度和土壤电阻率 管道沉降和受到的土壤应力 土壤类型,熔结环氧粉末(FBE)补口,熔结环氧粉末(FBE)补口,熔结环氧粉末(FBE)补口,工厂预制熔结环氧粉末(FBE)防腐层的管道上,熔结环氧粉末(FBE)是首选补口材料。采用半自动施工设备,完成一个补口需要6-10分钟。 假如感应线圈与管道没有保持同心,或者线圈绕组间隔距离不均,就会使轴向和径向温度有明显差异。造成过热区域涂膜起泡,过冷区域固化不充分。,熔结环氧粉末(FBE)补口,环氧粉末有敏感的吸水性,储藏不当会大量吸水,现场加热时水分跑出来,在防腐层上形成许多水泡。,熔结环氧粉末(FBE)补口,现场补口区域的预热采用电感应加热
8、是比较合适的,燃气远红外加热不太成功。钢管预热温度介于230-250之间,不得超过260,如果温度过高,会使X80等级以上的高强度钢管机械性能发生变化。所以,新的动向是采用较低温度施工的熔结环氧粉末。,多组分液体(MCL)补口,英国管道感应加热公司(Pipeline Induction Heat)为多重聚烯烃防腐层开发了多组分液体(Multi-component Liquid System)补口技术。针对不同用途选择不同的聚氨酯和环氧树脂液体涂料,可快速反应生成柔韧性好的防腐层,最高使用温度90。掺混煤焦油的液体涂料可以降低3LPP的补口防腐层成本。,多组分液体(MCL)补口,多组分液体(MC
9、L)补口,多组分液体(MCL)补口,英国管道感应加热公司(Pipeline Induction Heat)还设计开发了配套的自动化施工机具,设备按编定程序操作,自动控制喷嘴不同液体组分的配比,并确保环形喷嘴环绕管道补口区域转动时均匀喷洒涂料,确保每一补口始终如一的防腐层厚度和相同的施工宽度。减少了涂料不必要的浪费,省时、省力、省料。,多组分液体(MCL)补口,2000年英国煤气公司下属Transco公司开始使用多组分液体补口技术。自动化施工机具经过多年改进,现在单机操作一天可以完成350道多组分液体补口,补口防腐层厚度1000微米,搭接工厂预制防腐层50-75 mm。,多组分液体(MCL)补口
10、,多组分液体(MCL)补口,多组分液体(MCL)补口,巴库-第比利斯-赛汗输油管道,本世纪西亚最大的管道工程,2002年9月开工,2006年7月13日正式完成。管道穿越阿塞拜疆(440 km )、亚美尼亚(边界)、格鲁吉亚(244.5 km )和土耳其(1070 km )。管线全长1760 km。翻越高加索山脉多座山脊,最高海拔2830 m。地上地下穿越3000条公路、铁路和市政管道,还要穿越500 m宽的河流。,巴库-第比利斯-赛汗输油管道,巴库-第比利斯-赛汗输油管道,大部分管段的管径为42英寸,靠近赛汗的管径为34英寸。 管道设计日输油能力1000万桶(160万方)。设计流量每秒2米。该
11、管道输油量相当于全球原油需求量的 1%。2009年有望达到日输原油100万桶(16万方)。工程总投资36亿美元。2006年6月4日60万桶原油装船外运,阿塞拜疆原油开始通过此管道出口。,巴库-第比利斯-赛汗输油管道,此管道采用工厂预制3层防腐层,即一层熔结环氧粉末底漆,一层共聚物黏接剂,最外层是3 mm厚的中密度聚烯烃机械防护层。一共有5万个现场焊接补口,选用加拿大特种聚合物涂料公司(Special Polymer Coating)的刷涂型环氧-聚氨酯涂料(SPC 2888),SPC 2888,据加拿大特种聚合物涂料公司介绍,美国加拿大的3700 km长的Alliance联合输气管道工程(美国
12、956 km的36英寸管道和加拿大797 km的36英寸和42英寸管道)采用工厂预制熔结环氧粉末防腐层,已经用了126,000升SPC 2888刷涂型环氧-聚氨酯液体补口涂料,单层干膜厚度1000微米(20密耳)。,SPC 2888,SPC 2888,据2004年2月15日Sunday Times报道,2003年11月发现巴库-第比利斯-赛汗输油管道已经完成的SPC 2888液体环氧补口发生开裂或者脱黏,当时已经有15000个补口埋入地下,工程暂停下来处理补口问题,估计重新开挖需要耗资5亿英镑。补口问题使整个管道工程延误一年左右。,SPC 2888,早就有防腐材料专家指出,SPC 2888液体
13、环氧补口与聚乙烯塑料黏接不良,并且从没有在工厂预制的管道多层聚烯烃防腐层上用作补口材料。他们建议改用与之相融合的聚乙烯胶黏带,因为其已有25年的实际应用经验。2002年7月, BP委托某独立实验室进行筛选试验,结果均不理想。到2002年10月,BP还是决定用SPC 2888液体环氧为唯一补口材料。,SPC 2888,2003年3月,防腐材料专家用SPC 2888液体环氧做的样板弯曲试验时,防腐层严重开裂。 2003年11月管道施工开始。据2004年报告,发现格鲁吉亚境内管道补口防腐层四分之一开裂,阿塞拜疆部分管道补口开裂2.6%。BP认为是施工单位没有按照冬季施工规程操作。他们要求施工单位重新
14、涂刷补口前后要加热管子。,SPC 2888,施工承包商2005年的报告表明,涂刷前后加热管子虽然减少了开裂数量,但没有根本解决问题,尤其是与工厂预制多层聚乙烯防腐层的搭接部位,非常容易发生开裂。由于补口防腐层质量不良,也影响到投产后阴极保护的实施。,液体环氧补口材料与3LPE的黏合,加拿大特种聚合物涂料公司为此研究了补口材料与3LPE的黏合问题,因为PE的化学惰性,属于非极性表面,未处理的PE表面能只有30-40达因/厘米。经过火焰处理后,表面能最少达到60达因/厘米。所以,必须对补口区域的工厂预制防腐层进行极化处理,包括:化学处理用专用底漆,刷净级喷砂、机械打毛、火焰处理等。,液体环氧补口材
15、料与3LPE的黏合,液体环氧补口材料与3LPE的黏合,液体环氧补口材料与3LPE的黏合,刷净级喷砂后,液体环氧补口材料与PE的黏接强度达到500磅/平方英寸; 磨料打毛后,液体环氧补口材料与PE的黏接强度达到750磅/平方英寸; 火焰处理后,液体环氧补口材料与PE的黏接强度达到1100磅/平方英寸,液体环氧补口材料与3LPE的黏合,液体环氧补口材料与3LPE的黏合,热缩套,虽然热缩套是比较成功的,也是应用较广的补口材料,特别在工厂预制的3LPP和3LPE防腐层管道上有很多应用实例。但是,热缩材料对土壤应力很敏感,容易皱缩变形。在压缩机出口还受到较高管道温度的影响,热缩套与管道脱黏,不仅引起微生
16、物腐蚀,而且影响阴极保护系统的正常工作。,热缩套 土壤载荷下起皱的热缩套,热缩套 高温下热缩套受土壤应力影响,热缩套 剥离的防腐层下发生微生物腐蚀,Amenas输气管道 3LPP防腐层体系补口技术,Amenas输气管道 3LPP防腐层体系补口技术,2006年建设的阿尔及利亚Amenas输气管道上,采用3LPP防腐层体系,即熔结环氧粉末底漆,一层聚丙烯黏接剂,外层聚丙烯。 选用的补口是Canusa-CPS GTS-PP 聚丙烯热缩套。管径10-24英寸,共有10000个现场补口。,Amenas输气管道 3LPP防腐层体系补口技术,Amenas输气管道 3LPP防腐层体系补口程序,(磨料)盐分污染
17、试验 表面磨料喷砂清理 表面粗糙度测量 表面清洁度检查 确定热缩套位置并做标记 混合液体环氧底漆 补口区域预热,Amenas输气管道 3LPP防腐层体系补口程序,刷涂液体环氧底漆 测量湿膜厚度 预热强行固化环氧底漆 热缩套安置到位并放上隔热套heat shield 用丙烷火炬加热使热缩套固定到位 检验 冷却后附着力试验,热熔聚丙烯带补口,英国管道感应加热公司(Pipeline Induction Heat)开发成功现场补口专用设备,采用热熔聚丙烯带补口,能与工厂预制3LPP防腐层融合成一体。干膜厚度达到3.5 mm(要求 2.5 mm),针入度 0.02 mm(要求 0.1 mm), 常温下剥
18、离强度达到21.7N/mm(要求 6 N/mm),热熔聚丙烯带补口,热熔聚丙烯带补口,热熔聚丙烯带补口,热熔聚丙烯带补口,热熔聚丙烯带补口 第三方测试数据,熔焊聚烯烃夹克补口,Tapecoat公司根据2000年5月的一项专利设计开发成熔焊式(Fusion-Weld)聚烯烃夹克补口。电热丝预埋在塑料套内,两层塑料熔合温度大约为232,通电2分钟左右就可以完成补口的熔焊。(详见防腐保温技术2002年第1期),熔焊聚烯烃夹克补口,熔焊聚烯烃夹克补口,注模成型补口,Thermotite公司有项注模成型补口专利技术。该补口体系包括熔结环氧粉末(FBE)、黏接剂和注模成型聚丙烯。特别适合盘管补口和近海管道
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