油气管道内防腐涂层性能研究

2014-03-09赵国仙毕宗岳李鸿斌

焊管 2014年1期

张鹏，赵国仙，毕宗岳，李鸿斌，王军，赵勇

（1.西安石油大学材料科学与工程学院，西安710065；2.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西宝鸡721008；3.宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院，陕西宝鸡721008）

0 前言

随着能源市场需求的激增，管道输送事业发展迅速，全世界建成了许多大型供气系统和输油管网。然而，腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素［1-4］。我国的地下油气管线投产l～2年后即发生腐蚀穿孔的情况屡见不鲜，它不仅造成因穿孔而引起的油、气泄漏损失，以及由于维修所带来的材料、人力上的浪费和停工停产造成的损失，而且还可能因腐蚀引起火灾事故［5-7］。从腐蚀发生的原因分析，油气管道腐蚀与外界环境条件、管道本身材料和防腐措施有关［2-6］。

油气管道防腐措施包括正确选用耐腐蚀材料、合理的防腐设计、电化学保护、介质处理、金属表面覆盖层等，其中采用各类涂层将管道内外表面与介质隔离开，是目前最为普遍采用的防腐蚀措施［8］。涂层能够阻挡腐蚀介质到达金属/涂层界面，但当水、介质离子渗透到金属界面时会导致涂层附着力的下降和膜下腐蚀的发生。近年来我国管道防腐技术发展很快，但与发达国家相比，尚存在不少问题，如涂层质量不稳定、成本高，缺乏竞争力、跟踪检测技术落后、管道剩余寿命评估技术落后、补口技术落后等［9-15］。为了研究服役管道内涂层的性能，本研究对服役6年的某管道涂层进行了性能检测评价，以期为石油管道的涂层防护提供技术支持。

1 试验材料及设备

1.1 试验材料

试验所用的材料、规格及生产厂家见表1。

表1 试验材料

1.2 试验设备

试验用仪器设备见表2。

表2 试验用主要设备

2 试验结果及讨论

2.1 试验结果

2.1.1 内涂层外观检测

采用涂层测厚仪对服役钢管内涂层进行多次测量，得出涂层厚度平均值为88.45 μm。对内涂层进行了外观检查，发现服役后内涂层总体来说外观较好。涂层表面色泽鲜亮，涂层完整性较好，无大面积脱落，只有局部存在部分缺陷，如流挂、鼓泡、螺旋线、破损、划伤以及机械损伤等。图1为内涂层外观照片。

2.1.2 附着力检测

内涂层附着力试验以SY/T 6530—2002附录D为参照的标准。图2为试验照片。将塑料胶带从涂层表面揭去后，225个方块涂层网格未出现任何剥离现象，表明该涂层经服役后附着力仍然符合标准要求，附着力良好。

图2 内涂层附着力试验

2.1.3 剥离试验

内涂层剥离试验以SY/T 6530—2002附录C为参照的标准。图3为内涂层剥离试验照片，试验结果表明，该内涂层服役后抗剥离性较好，涂层很难被刮去，只有小片剥落，且剥落片为粉状颗粒，符合标准要求，抗剥离性良好。

图3 内涂层剥离试验照片

2.1.4 磨损试验

按照标准ASTM D968—1993对内涂层进行了耐磨性试验。对涂层试片的试验区进行耐磨性计算，

式中：V—磨损所耗用的沙子体积，L（保留一位小数）；

T—覆盖层厚度， mil（1 mil=25.4×10-6m，保留一位小数）。

经计算得A=34.7 L/mil（大于标准要求的23 L/mil），符合标准要求。图4为涂层磨损性能曲线，由图4可以看出，涂层开始的耐磨性较好，磨损所耗用的沙子体积为60 L，即占总用沙量的一半时，涂层的厚度减少还不是很明显，而在之后随着用沙量的增加，涂层厚度快速减少。

图4 内涂层磨损性能曲线

2.1.5 柔韧性试验

根据标准ASTM D522，选用弯曲直径13 mm对内涂层试样进行弯曲试验，结果涂层在弯曲处有剥落、开裂现象，说明该涂层经服役后抗变形性相对较差。图5为内涂层柔韧性能试验照片。

图5 内涂层柔韧性能试验照片

2.1.6 水浸泡试验

将3块涂层试样经过饱和CaCO3蒸馏水溶液浸泡21天后，原本3个表面光滑的试样，表面均出现了密密麻麻的小鼓泡，如图6所示。试验结果表明，该涂层水浸泡试验不符合标准要求，说明该涂层在实际服役环境下，受到传输介质的影响较大。

图6 浸泡后涂层鼓泡照片

2.1.7 水与甲醇混合液浸泡试验

将3个试样经过5天的混合液浸泡后，试样涂层表面光滑，无鼓泡现象，符合标准要求。图7为水与甲醇混合液的浸泡试验照片。

2.1.8 盐雾试验

参照盐雾试验相关标准，将3个试样放入盐雾箱内，400 h后发现3个试样涂层表面均出现了鼓泡现象。

说明该涂层在实际的服役环境下，长期受到输送介质以及服役温度等的影响，使得涂层性能劣化，耐蚀性较差，如图8所示。

图7 水与甲醇混合液的浸泡试验照片

图8 盐雾试验后试样照片

2.1.9 水压鼓泡试验

内涂层水压鼓泡试验按照标准SY/T6530—2002附录F，图9为涂层水压鼓泡试验照片。试验后试样涂层表面光滑，无任何鼓泡现象，水压鼓泡试验合格，说明服役后涂层耐水压性能良好。

图9 水压鼓泡试验后试样照片

2.1.10 气压鼓泡试验

参照标准SY/T 6530—2002附录E进行内涂层气压试验，试验后发现在2号试样划痕处有一个鼓泡，直径约1.5 mm，其他部位表面光滑未发现鼓泡。由此可知，涂层经服役后耐气压性能还存在一定问题，特别是对于涂层表面划伤部位，容易因气压较高而引起鼓泡，对于涂层寿命存在一定的隐患。图10为气压鼓泡试验照片。