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                  阀门管道的防腐与保温(2)

                  [ 时间:2013-09-10 源站:beat321365体育投注 点击:968 ]

                   法,可根据不同的施工要求和条件选择使用。

                  5.管道外壁防腐蚀层

                  20世纪70年代以来,由于油气长输管道向极地、海洋、冻土、沼泽、沙漠等严酷环境延伸,对防腐层性能提出了更严格的要求,因此在管道防腐材料研究中,各国都着眼于发展复合材料或复合结构。强调防腐层具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应性能等,满足防腐、绝缘、保温、增加强度等多种功能要求。

                  1 常用外壁防腐蚀层

                  a.各种外壁防腐蚀层的性能和使用条件:各国根据本国的资源情况,管道工作环境和技术水平等,逐步形成了各种防腐材料系列,其技术性能和使用条件如表所示。

                  外防腐层的技术性能和使用条件简表

                  分项

                  涂层类别

                  石油沥青

                  煤焦油瓷漆

                  环氧煤沥青

                  塑料胶粘带

                  聚乙烯包覆层(夹克)

                  环氧粉末涂层

                  底漆

                  材料

                  沥青底漆

                  焦油底漆

                  煤沥青、601#环氧树脂混合剂等

                  压敏型胶粘剂或丁基橡胶

                  丁基橡胶和乙烯共聚物

                  涂层

                  材料

                  石油沥青,中间材料为玻璃网布或玻璃毡等

                  煤焦油沥青,中间材料为玻璃网布或玻璃毡等

                  煤沥青、634#环氧树脂混合剂、玻璃布等

                  聚乙烯、聚氯乙烯(带材)

                  高(低)密度聚乙烯(粒料)

                  聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂(粉末)

                  涂层

                  结构

                  采用薄涂多层结构

                  同左

                  同左

                  普通: 1层内带

                  1层外带

                  加强: 2层内带

                  1层外带

                  特强: 2层内带

                  2层外带

                  涂料连续紧密粘结在管壁上,形成硬质外壳

                  涂层熔化在管壁上,形成连续坚固的薄膜

                  厚度

                  /mm

                  普通≥4.5

                  加强≥5.5

                  特强≥7

                  普通≥3

                  加强≥4.5

                  特强≥5.5

                  普通≥0.2

                  加强≥0.4

                  特强≥0.6

                  0.74

                  13.5

                  0.20.3

                  适用温

                  /

                  –2070

                  –2070

                   

                  一般:–3060

                  特殊:–60100

                  –4080

                  –40107

                  施工及

                  补口

                  方法

                  工厂分段预制或现场机械连续作业,补口多用石油沥青现场补涂

                  多采用工厂预制,补口多用热烤带

                  工厂分段预制或现场机械连续作业,补口用相同材料涂刷

                  主要采用现场机械连续作业

                  采用模具挤出或挤出缠绕法,工厂预制,补口用热收缩套

                  采用静电喷涂等离子喷涂工厂分段预制,用热收缩套或喷涂后固化补口

                  优、

                  缺点

                  技术成熟,防腐可靠,物理性能差,且受细菌腐蚀

                  吸水率低,防腐可靠,物理性能差,抗细菌腐蚀,现场施工时略有毒性

                  机械强度高,耐热、耐水、耐介质腐蚀能力强、常温固化时间长,要求除锈严格,表面干燥

                  绝缘电阻高,易于施工,物理性能差

                  很好的通用防腐层,物理性能和低温性能好,技术复杂,成本较高

                  防腐性能好,粘结力强,强度高,抗阴极剥离好,技术复杂,成本高

                  适用

                  范围

                  材料来源丰富地区

                  同左

                  适用于普通地形及海底管道

                  干燥地区

                  各类地区

                  大口径、大型工程、沙漠热带地区

                   

                  b.常用外壁防腐蚀层

                  1)石油沥青防腐蚀层:石油沥青用作管道防腐材料已有很长历史。由于这种材料具有来源丰富、成本低、安全可靠、施工适应性强等优点,在我国应用时间长、使用经验丰富、设备定型,不过和其他材料相比,已比较落后。其主要缺点是吸水率大,耐老化性能差,不耐细菌腐蚀等。

                  2)煤焦油瓷漆防腐蚀层:煤焦油瓷漆(煤沥青)具有吸水率低、电绝缘性能好。抗细菌腐蚀等优点,即使在新型塑料防腐蚀层迅猛发展的近30年,美国油、气管道使用煤焦油瓷漆仍占约半数。目前我国只在小范围内使用,有待进一步推广。主要原因是热敷过程毒性较大,操作时须采取劳动保护措施。

                  3)环氧煤沥青防腐蚀层:由环氧树脂、煤沥青、固化剂及防锈颜料所组成的环氧煤沥青所组成的环氧煤沥青涂料,具有强度高、绝缘好、耐水、耐热、耐腐蚀介质、抗菌等性能,适用于水下管道及金属结构防腐。同时具有施工简单(冷涂工艺)、操作安全、施工机具少等优点,目前已在国内油气管道推广应用。不过这种防腐蚀层属于薄型涂层,总厚度小于1mm,对钢管表面处理、环境温度、湿度等要求很严,稍有疏忽就会产生针孔,因此施工中应特别注意。

                  4)塑料胶粘带防腐蚀层:在制成的塑料带基材上(一般为聚乙烯或聚氯乙烯,厚0.3mm左右),涂上压敏型粘合剂(厚0.1mm左右)即成压敏型胶粘带,是目前使用较为普遍的类型。它是在掺有各种防老化剂的塑料带材上,挂涂特殊胶粘剂制成的防腐蚀材料,在常温下有压敏粘结性能,温度升高后能固化,与金属有很好的粘结力,可在管道表面形成完整的密封防腐蚀层。

                  胶粘带的另一种类型为自融型带,它的塑料基布薄(0.1mm左右),粘合剂厚(约0.3mm),塑料布主要起挂胶作用,粘合剂则具有防腐性能。由于粘合层厚,可有效地关闭带层之间地间隙,防止水分从间隙侵入。

                  5)聚乙烯包覆层:通过专用机具将聚乙烯塑料热塑在管道表面,形成紧密粘接在管壁上的连续硬质塑料外壳,俗称“夹克”。其应用性能、机械强度、适用温度范围等指标均较好,是性能优良的防腐涂层之一,我国自1978年以来,陆续在各油田试用。夹克防腐层的补口,一般可采用聚乙烯热收缩套(带、片)。

                  6)环氧粉末涂层:环氧粉末涂层是将严格处理过的管子预热至一定温度,再把环氧粉末喷在管子上,利用管壁热量将粉末融化,冷却后形成均匀、连续、坚固的防腐薄膜。热固性环氧粉末涂层由于其性能优越,特别适用于严酷苛刻环境,如高盐高碱的土壤,高含盐分的海水和酷热的沙漠地带的管道防腐。环氧粉末涂层喷涂方法自20世纪60年代静电喷涂研究成功到现在,已形成了完整的喷涂工艺,正向高度自动化方向发展。

                  四、管道的阴极保护与杂散电流保护

                  1.阴极保护的基本原理

                  金属管道的周围环境包括土壤、水和含有水蒸气的气体,均含有一定的电解质,尤其是埋设的金属管道和水下特别是海水中的金属管道,周围环境的电解质含量更多,因此金属管道几乎都存在电化学腐蚀。除采用外防腐涂料防腐外,还要采用阴极保护措施抑制电化学腐蚀。另外当外界有杂散电流时,例如电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统等直流电力系统,会使处在电解质溶液中的金属管道产生电解而腐蚀,应采取排流保护措施。

                  电化学腐蚀分为原电池腐蚀和电解腐蚀。原电池腐蚀系指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀;电解腐蚀系指外界杂散电流使电解溶液中的金属进行电解而产生的腐蚀。

                  阴极保护的原理如图所示

                   

                   


                   

                   

                   

                   

                   

                  阴极保护的基本原理

                   

                  被保护的金属管道电位较低,称为阳极,辅助阳极或牺牲阳极电位更低,两者之间在电解质溶液中产生电流,使被保护的金属管道得以保护。阴极保护有两种方法,其原理相同。

                  外加电流阴极保护:利用直流电源,通过辅助阳极对被保护的金属管道通以恒定电流,使阴极变化,以防止腐蚀,此法为外加电流保护法,如图所示。

                  两种阴极保护方法的优缺点比较如表所示。

                  两种阴极保护方法的优缺点比较

                  方法

                  优点

                  缺点

                        单站保护范围大,因此管道越长,相对投资越小

                        驱动电压高,能够灵活控制阴极保护电流,可供给较大保护电流

                        不受土壤电阻率的限制,在恶劣的腐蚀条件下也能使用

                        采用难溶性阳极材料,可作长期的阴极保护

                        一次性投资费用较高

                        需要外部电源

                        对邻近的地下金属结构物干扰大

                        维护管理较复杂

                        保护电流的利用率高,不会过保护

                        适用于无电源地区和小规模分散的对象

                        对邻近的地下金属结构物几乎无干扰,施工技术简单

                        安装及维护费用小

                        接地和防腐兼顾

                        驱动电压低,保护电流调节困难

                        使用范围受土壤电阻率的限制

                        对于大口径裸管或防腐涂层质量不良的管道,由于费用高,一般不宜采用

                        在杂散电流干扰强烈地区,将丧失保护作用

                        投产测试工作较复杂

                  辅助阳极材料要有良好的导电性和抗腐蚀性,常用的有碳钢、铸铁、石墨、高硅铸铁、磁性氧化铁等。

                  常用阳极材料性能如表所示。

                  常用阳极材料性能

                     

                       

                   

                   

                  高硅铸铁

                  磁性氧化铁

                  密度 /kg/m3

                  20℃电阻率 /(Ω·cm

                  抗弯强度 /105Pa

                  抗压强度 /105Pa

                  消耗率 / [kg /A·a]

                  允许电流密度 /A/m2

                  利用率(%)

                  7800

                  17×10–6

                   

                   

                  9.110

                   

                  50

                  4501680

                  700×10–6

                  80130

                  140350

                  0.41.3

                  510

                  66

                  7000

                  72×10–6

                  1417

                  70

                  0.11

                  580

                  50

                  51005400

                  3×10–2

                  与高硅铸铁相似

                  与高硅铸铁相似

                  0.020.15

                  1001000

                   

                  综上所述,无论采用何种方法,都必须使产生的电流足以克服和抵消腐蚀电流,从而停止金属管道的腐蚀,受到有效的保护。

                  牺牲阳极材料需要满足下述要求:

                  1)驱动电位大,使被保护金属管道阴极极化。

                  2)阳极极化率小,使电位及输出电流稳定。

                  3)单位重量消耗提供电量多,单位面积输出电流大,电流效率高。

                  4)价格低廉,来源广,制造简单,便于施工。

                  常用的牺牲阳极材料有镁基合金、铝基合金、锌基合金三大类,其基本性能如表所示。