管道防腐保温试验分析

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摘要：

随着科技的发展，近年来我国的管道防腐保温技术越来越先进。由于所有的管线与管件在装置要求中都强调在防腐涂装前，除锈等级要达到最新国家标准的St3级，对原油的运输要保证封闭性与温度稳定性，本文结合长输管线的管道防腐保温设计进行分析,对新建联合站设备的管道防腐保温设计进行分析，包括设备与管道防腐保温要求与设计，对设备管道防腐保温有一个比较详细的了解。

关键词：管道防腐；设备管道；防腐保温

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、工程概况

长呼原油管线是防腐公司首次承揽的长输原油管道防腐保温工程，钢管规格为Φ457，钢级为X60，鄂尔多斯防腐厂具备每天4公里生产能力，生产车间分为（1）钢管FBE防腐车间、（2）聚乙烯外护管挤出车间、（3）穿管车间、（4）聚氨酯泡沫保温层发泡车间、（5）防水帽安装车间五部分。具体生产工艺流程如下：

现今，我国对于建立新联合站有很高的要求，因为联合站要将所有分散的原油料进行集中，在进行初步处理后将合格的原油送往长距离输油管道的首站，是地面运输系统的重要组成部分。首先是采用脱水工艺，在各个井区的来油、气等统一经过进站阀门，根据它们不同的温度将油、气、水进行初步三相分离，分离出来的气体进入轻烷回收装置，分离出的原油进入油污与污砂处理系统，在经过不断分离与除污之后得到相对干净的原油。要满足原油输出还需要进行原油的稳定，就是尽量将会造成原油损失的挥发性强的轻烷比较完整的分解出来，尽量降低在常温下原油的蒸发，从原油稳定装置出来的原油可以直接进入外输管道或者进罐储存，而还没有稳定的原油可以从脱水区进罐，进入专门的进罐流程、装车流程、外输流程以及倒罐流程。

二、防腐保温设计

2.1设备防腐保温

设备防腐，油管内防腐使用的是EP改性环氧防静电涂料，在进行底漆、面漆分别2次后，保证加上贴膜厚度不低于200微米的情况下才可以使用；水罐则是采用的EP改性环氧重防腐涂料，也是底漆、面漆各2次，加上膜厚度不低于200微米；如果联合站内的设备不保温，那么外涂的为环氧富锌底漆与氟碳面漆，且都是2次，加上膜厚度不低于200微米；有保温的设备只需要进行底漆环氧富锌2次，加上膜厚度不低于80微米就可以使用，在进行分离与运输之前都要进行仔细的检查，保证各项指标都正常而且达到标准。设备保温，储罐的保温会比较严格，一般是岩棉板外包镀锌铁皮作为防护层，镀锌铁皮的厚度是根据储罐大小来定的，0.7mm的厚度是用于5000m3以上的储罐，0.5mm的厚度用于5000m3以下的储罐，另外还要注意储罐的形状。

2.2管道防腐保温

管道防腐，管道防腐对于管道运输至关重要，其所有的管件与管线在防腐涂料使用前就必须达到国家规定的最新标准。对于联合站内的各种地面管线与管件，如果没有保温层的要进行外面底漆环氧富锌二次，面漆氟碳二次，加上膜厚度不低于200微米。有保温层的只需要涂环氧富锌底漆二次，涂层干膜总厚度不小于80微米。有保温层而且伴热的地面管道，可以在外面涂敷环氧富锌底漆二次，涂层干膜总厚度不低于80微米，同时采用27mm×3mm伴热管蒸汽伴热，再进行外包保温层的保护。

另外，对于无保温层的埋地管道防腐可以采用环氧煤沥青的特别加强级别防护，涂层干膜总厚度不低于600微米，有补口结构的可以同管道本体。对于有保温层且无伴热的埋地管道，防腐一般采用环氧煤沥青普通级别的防腐结构。对于有保温层及伴热的埋地管线，将进行外防腐涂敷环氧富锌底漆二2次，涂层干膜总厚度不低于80微米。对于主要的集输干线来说，单井的玻璃钢管可以不防腐，干线与支干线管道防腐采用环氧粉末结构，图层干膜厚度不低于300微米，在管道的各个补口处使用无溶剂环氧涂料，厚度不低于300微米，如果是穿越段的管道，需要承受的压力更大，要使用加强级别的保护结构，再涂防腐材料，而且要特别做干线的牺牲阳极保护。

管道保温，因为原油的传输对温度有比较高的要求，所以针对不同的地段，管道处于不同的环境要采用不同的方式，对于联合站内的埋地管道一般使用δ=40mm黄夹克泡沫塑料进行保温，管道的补口处使用聚乙烯热收缩套，露出地面部分，可外包氯化橡胶玻璃布结构；联合站内地上的管道保温使用岩棉管壳，外面采用0.75mm厚度的镀锌铁皮保护；埋地管道保温采用憎水型微孔硅酸钙管壳，聚乙烯粘胶带外带一道（搭接50%）作为防护层等。另外，对于蒸汽管线防腐保温方面，如果是管径≤100mm的管线可以采用50mm厚复合硅酸盐管壳，管径＞100mm的管线可以采用100mm厚复合硅酸盐管壳。地面蒸汽管线再包油毡纸一道，外面要包0.75mm厚镀锌铁皮。埋地蒸汽管线再包油毡纸一道，外缠一遍玻璃布。对于输油干线的埋地部分可以使用δ=40mm黄夹克泡沫塑料进行保温，管道的接口采用聚乙烯热收缩套，露出地面部分，也可外包氯化橡胶玻璃布结构。

所有的管道、管件都是采用的高技术的材料，对不同地区、不同环境与不同温度的管道都进行详细的设计，以保证原油的正常安全运输。优化的装置组合与认真的态度，保证了原油外输的稳定；完善的运输技术简化了原油运输流程，保证运输设备管道的安全，实现全密闭的集中运输，最大程度的保证资源的利用；先进的原油稳定技术，保证原油在稳定的状态下高效率的进行运输。

三．试验方案

主要针对聚氨酯直埋保温管道在冬季低温环境下，储存，搬运，施工安装过程中可能面临的问题进行模拟和实验室试验。模拟条件与施工现场尽量接近。

3.1材料低温试验

只需求出模拟冬季现场条件下，聚乙烯外护管性能的实际值，并与正常环境条件下的值进行比较，得出各项性能指标的变化率：拉伸强度、断裂伸长率、纵向回缩率、环向回缩率、纵向收缩应力、环向收缩应力。

3.2保温管耐低温试验

需要通过在不同温度下的试验，确定保温管是否可以满足相应的技术要求，从而确定保温管可否在该地区冬季环境条件下，进行正常的生产、储存、运输、施工安装等工作，并进行一下试验：保温管低温冲击试验、规定的温度下存放24h后，在该温度下进行冲击试验、保温管低温试验后剪切强度、完成规定温度的冷热循环试验（周期）次数后，进行剪切强度试验，测出强度衰减率、保温管低温承载（抗压）试验。

四．试验结果分析

4.1低温环境会对材料的物理力学性能产生明显影响，尤其是拉伸强度、断裂伸长率。随温度降低拉伸强度增大，断裂伸长率降低，材料表现出明显的脆性，可以承受更大的荷载，但可承受的变形能力大幅度下降，对于挠曲，高频振动，冲击，顶压等剧烈破坏的承受能力明显下降。表现在工程现场施工中，吊装、搬运以及在这些过程中发生的磕碰、挤压、坠落等情况，在冬天寒冷季节对于保温管都是致命的。

4.2材料自身随温度变化会产生较大的内聚应力，当环境温度降低时环向和轴向收缩会产生这种应力。而聚氨酯泡沫在向夹克中注料成型过程中，因密度要求较高，会产生明显的过填充，并且发泡、固化反应过程为放热过程，巨大的膨胀力和强烈温升会导致外护管受力膨胀，在其恢复到常温时，巨大的应力就会蓄积在保温管内部夹克和泡沫和钢管之间，与外护管自身内聚应力相结合，当外界环境温度进一步降低时，产生强烈的开裂倾向，一旦收到冲击性外力或局部的应力集中都会使巨大的蓄积能量在瞬间释放，导致开裂。

4.3该保温管对于剪切强度、静载荷（抗压）等非剧烈变化的外在因素反应不明显，表现在工程现场就是，如果仅仅是冬季在户外低温条件下存储，静态堆放，目前管道质量应当不存在问题，无发生开裂的危险，即：产品生产可以按照计划进行，但不宜在此季节进行施工安装工作。

五．总结及今后打算

继续研究长呼防腐保温管在低温条件下性能指标的变化，更准确的为冬季施工提供可靠的试验数据，课题组将进一步开展相关的科研实验。外护管的低温脆化、应力集中、表面缺陷三种因素相互作用，是造成防腐保温管开裂主要原因。所以根据三个因素进行以下研究工作：

5.1低温防腐材料改性研究

由于聚乙烯为热塑性材料，在常温下具有良好的机械性能。但其对温度敏感，特别是在低温下，脆性增加且韧性下降，机械性能下降。通过对聚乙烯的改性研究，可使其具有良好的低温冲击韧性和低温断裂延伸率，以防开裂破坏，为冬季施工创造有利条件。

5.2对防腐保温管应力的研究

利用真实成品管模拟深冬低温环境下，由堆放、吊装，安装过程中发生的磕碰、挤压、坠落等现象的外应力情况，更加真实地对保温管进行受力分析，取得相关数据。

结束语：

由于现代建设的发展，对原油、天然气等的广泛应用，设备与管道防腐技术也越来越成熟，为了进一步的保证各个联合站与管道的安全，也为了减少工程损失与资源损失，提高设备管道的防腐保温设计水平至关重要，要从设计的准备、防腐保温结构优化、阴阳极保护设计等方面着手，充分的总结经验、教训，不断推广新技术、新材料的运用，因地制宜的研究出适合我国国情与环境的设备管道防腐保温技术。

参考文献：

[1]高峰.热力管道防腐保温技术探析[J].机电信息,2013(27).

[2]肖世泉.暖通工程施工及管道防腐保温技术[J].科技致富向导,2014(7).