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薄弱环
2、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,现场补口条件的挑战,某输油管
3、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高性能复合防腐层,俄罗斯萨哈林岛的油气管道
4、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的输油管道采用热缩套补口,投产仅两年,就因多处穿孔而停产维
5、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缩套补口,由于先期产品仅仅在23实验室条件下通过
6、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
7、(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
8、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(MCL)补口,多组分液体(MCL)补口,英国管道感应加热公司(Pipeline In
9、duction 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,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
10、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)
11、。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
12、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。
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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施工现场补口。据称已经在25万个盘管预制厂(spoolbase)和近海管道现场补口上应用。,注模成型补口,注模成型补口,注模成型补口,三、管道
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