燃气管道磨损研讨
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为满足长距离天然气管道（陕京二线、西气东输管道等）输气工艺的需要，在管道内壁涂敷减阻涂层，以减小管道内表面的粗糙度，降低天然气管道摩阻，实现天然气管道的经济运行。涂敷内壁减阻涂层的天然气管道的输量能提高5％～15％，同时可减少压缩机数量、降低压缩机能耗，获得可观的经济效益。为提高涂层的使用寿命和使用效率，需要开展内壁减阻涂层的失效机理研究，分析破坏内壁减阻涂层内聚力和附着力的原因，并采取有效措施减轻对涂层的损伤。综合实际工况可知，内壁减阻涂层的失效模式并非由单一因素导致，其重要诱因包括天然气粉尘冲刷、热风通过和清管作业。
1天然气粉尘的影响
管输天然气中含有微量粉尘颗粒（基本为氧化铁），在高速流动的天然气气流携带下，粉尘会对管道内壁产生一定的冲刷作用。为进一步考察这种冲刷作用，进行了30d的高浓度（3g/m3）粉尘磨损实验。实验前后分别在管道内壁环向均匀取10个数据采集点。实验中将混配后的粉尘装入粉末硫化装置，由文丘里管喷到实验管进风口进行均匀释放，释放的粉尘被强气流带入管道，利用三维白光干涉表面形貌仪测试实验前后管道内涂层的厚度和粗糙度[1-2]。结果表明：①原内壁减阻涂层表面光亮平整，粉尘实验后，表面光亮程度明显下降，表面粗糙度增大，仪器测得的表面粗糙度从3.12m增至3.46m（图1），增幅达10％；②实验后管壁内涂层厚度减薄1.4m，减薄比例为1.8％。根据实验结果，尽管粉尘粒径很小（800目），但在高流速的天然气管道内，粉尘相当于磨料，且冲刷过程一直持续，因此改善天然气气源的净化效果，降低粉尘含量，能有效减轻粉尘对内涂层的冲刷磨损，是一种延长涂层寿命的好方法。
2温度的影响
实际工况中，压缩机输送的天然气温度和土壤温度随时变化。管道与内涂层的热膨胀系数不同，内壁减阻涂层可能受到热应力的影响，为此，通过热循环实验验证由温度形成的应力对内壁减阻涂层的影响程度，采用柴油机和鼓风机达到循环加热的目的。实验后，测得内涂层的附着力为2级（即合格或无变化），这是由于内涂层厚度较薄，热传导速度快。可见，在实际工况的温度范围内，温度变化对内涂层的影响极小。
3清管器的影响
涂敷内减阻涂层的原油或成品油管道，由于输送介质具有作用，因此清管器运行时，几乎不存在密封皮碗与涂层的摩擦问题，皮碗的运行长度及使用寿命均可得到保证。但对于天然气管道，常规机械清管器却会损伤内减阻涂层，原因是聚氨酯皮碗与环氧树脂内减阻涂层之间存在极高的摩擦因数（＞0.25）及其较大的过盈量，皮碗通过管道时足以对内涂层产生较大的剥离作用[3-5]。为此，在室内采用清管实验设备进行清管器拖拉实验。在管道内壁选取均匀分布的10个点，分别进行实验前和实验后内涂层厚度数据的采集。实验分4个阶段：第1阶段，10次牵引；第2阶段，20次牵引；第3阶段，30次牵引；第4阶段，40次牵引。每个阶段采集3组数据，对采集数据结果进行对比分析（表1）。
3.1清管器对内涂层的破坏作用（1）原内壁减阻涂层表面平整，经过清管器拖拉实验后，内壁表面无划痕，但通过超声波测厚仪测试，内减阻涂层的表面厚度有所减薄，所以，过多的清管作业对内壁减阻涂层存在一定影响。（2）由于清管器直径大于管道直径，一般存在3％～4.4％的过盈量，过盈量大小决定清管器在天然气管道内的启动压差，过盈量使得清管器密封板在管道内产生径向压力并直接作用于内壁减阻涂层。如果管道内存在较多的天然气粉尘，即使管道内天然气的高速通过能够携带走大部分粉尘，但管道内壁仍然会有粉尘附着，实施清管作业时，粉尘对内涂层的磨损、研磨作用会进一步增强。（3）天然气管道运行初期，清管作业对内壁减阻涂层影响较小，管道运行若干年后，因天然气管道内残留的粉尘无法彻底清除，清管器对内壁减阻涂层的破坏作用将越来越明显。
3.2降低清管器对内壁减阻涂层破坏的方法与对策①减小清管器密封皮碗与内壁减阻涂层的摩擦因数，改善摩界条件，减小清管器与内涂层之间的摩擦力，可降低清管作业对内涂层的破坏程度。②大的过盈量是造成内涂层磨损的重要因素之一，在清管器密封材料耐磨性能一定的情况下，减小清管器过盈量，可有效减轻内涂层的磨损程度。③采用轻型清管器骨架和环形支撑轮架，使清管器在管道内涂层上受力均匀，可减轻清管器运行对管道内涂层的磨损。
4结论
粉尘磨损、热风循环和清管器拖拉实验结果表明：天然气粉尘和清管器运行对管道内壁减阻涂层的磨损影响较大。其中，粉尘通过改变涂层的粗糙度，降低天然气的输送效率；清管作业会减薄涂层厚度，影响涂层寿命；温度变化产生的热应力对涂层影响相对较小。通过降低天然气中的粉尘含量，可以有效减少粉尘对内涂层的冲刷磨损；减小清管器皮碗与内涂层之间的摩擦因数、减少清管器过盈量、使用轻型清管器，均可以减轻清管作业对内涂层的磨损程度，从而延长内涂层的使用寿命。