长输油气管道防腐保温技术及优化设计

倪行秀

文章编号：2095-6835（2017）04-0106-02

摘 要：对油气长输管道进行防腐保温是降低能耗、保证管道安全运行的重要手段之一。简要介绍了我国长输管道防腐保温技术现状，防腐保温层的材料和结构，从设计角度出发，着重论述了防腐保温技术应用中存在的问题及其优化措施，旨在保证设计的可靠性和经济的统一性，以提高我国管道防腐保温技术水平。

关键词：防腐保温；结构材料；优化设计；保温层

中图分类号：TE988.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.106

随着节能减排工作的日益推进，我国能源建设快速发展，能源结构不断优化、调整，石油、天然气在能源消耗中所占的比例日益增大。长输管道作为铁路、公路、海运、航空运输和管道输送5大运输方式之一，在输送油气时，与其他运输方式相比具有无可比拟的优点，是油气运输的主力军。因此，相关部门研究长输管道的防腐保温技术具有非常重要的现实意义。

1 长输管道防腐保温技术现状

有关资料显示，长输管道在服役期内管道外壁发生的泄露事故多是由腐蚀穿孔造成的，这主要归结于防腐保温设计不合理。鉴于此，可以通过优化防腐保温设计方案进一步降低事故发生率。在腐蚀控制设计中，多以涂层防护为主，并辅以阴极保护技术作为补充；在保温设计中，从保温材料的性能、保温结构和施工工艺入手，重视保温层下腐蚀（Corrosion Under Insulation，CUI），在满足工艺条件下推行经济厚度。

1.1 长输管道外防腐

防腐涂层与阴极保护联合的保护方法已被广泛应用于埋地长输管道的腐蚀控制中，并取得了良好的保护效果。涂层是埋地管道腐蚀控制的第一道屏障，其作用是将管体金属与腐蚀性的土壤环境隔离。因为涂层本身不可避免地存在针孔和漏点，所以，管道在装卸、运输和施工过程中会造成涂层破损或开裂。当其投入运行后，服役环境腐蚀性介质作用，第三方破坏，都可能导致涂层漏点的产生。因此，单纯依靠涂层不能完全抑制管道的腐蚀，并且由于涂层缺陷处裸露的局部管体表面与涂层完好的大面积管体构成了大阴极、小阳极的腐蚀电池，反而会加剧局部腐蚀造成的破坏。

1.2 长输管道防腐保温

根据《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB 50264），管道的保温应由保温层和保护层组成，保温层材料应具有导热系数小，吸水率低，有一定机械强度，不易燃烧和对管道无腐蚀的性能，耐热性好的特点；保护层应具有足够的机械强度和韧性，化学性能稳定，耐老化，具有防水和电绝缘的性能。

管道所用的保温材料最初大多采用矿棉、玻璃纤维、膨胀珍珠岩、复合硅酸盐和硅酸钙等，尽管憎水性硅酸盐管壳、岩棉管壳价格比较便宜，但是，它们的导热系数比较大，在原油输送过程中会产生较大的热量损失，而且保温管壳是一块块手工捆绑的，热伸缩缝引起保温结构开裂，必然使整体保温层不连续。玻璃纤维棉太软，在运输和施工过程中，容易出现外保护层破裂的情况，且其吸水率比较高，管道极易腐蚀穿孔。

2 防腐保温结构和材料选择

2.1 防腐保温层结构

输送介质温度不超过100 ℃的埋地钢质管道泡沫塑料防腐保温层应由防腐层、保温层、防护层和端面防水帽组成。防腐层可选用聚乙烯胶粘带、液体环氧类涂料、聚乙烯防腐层或环氧粉末防腐层，其结构和厚度由设计根据现场实际情况选定；保温层应选用硬质聚氨酯泡沫塑料，保温层厚度应在满足输送工艺要求的前提下，结合经济厚度计算确定，其厚度不应小于25 mm；防护层厚度应根据管径和施工工艺确定，其厚度应大于等于1.4 mm；防腐保温管端面应采用辐射交联型热缩防水帽进行防水密封，防水帽与防护层和防腐层的搭接长度均不应小于50 mm。

2.2 防腐保温常用材料

2.2.1 防腐层

近年来，我国防腐涂层技术发展迅速，干线管道涂层主要有熔结环氧粉末、三层聚乙烯复合涂层（三层PE）。熔结环氧粉末为一次成膜涂层，由固态环氧树脂、固化剂和多种助剂经混炼、粉碎加工而成，属热固性材料，采用静电喷涂工艺将环氧粉末喷涂、熔融黏结到钢管表面，并固化成型。环氧粉末作为管道防蚀涂层，具有对钢铁黏结力强、膜完整性好、耐阴极剥离、耐土壤应力和耐磨损、涂覆操作简单、无污染、抗冲击性和抗弯曲性能好等特点，可用于工作温度为-30～100 ℃的钢质埋地管道或水下管道设施的外防腐，其主要遵循的是《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》（SY/T 0315—2013）。

2.2.2 保温层

保温层是硬质聚氨酯泡沫塑料，因其导热系数低、密度小、可工厂预制、现场施工方便，被广泛应用于埋地长输管道的保温。当输送高温介质管道时，经综合经济比较后，可采用复合结构，即在钢管与聚氨酯泡沫之間加夹微孔硅酸钙等耐温材料。泡沫塑料是一种发泡体保温材料，由多异氰酸酯、组合聚醚加催化剂、发泡剂和稳定剂等原料组成。其中，发泡剂是聚氨酯泡沫中最重要的一种助剂，应为无氟发泡剂。

2.2.3 外防护层

外防护层多采用由聚乙烯专用料形成的聚乙烯。高密度聚乙烯（HDPE）是一种超高分子聚合物，可以有效阻止水向保温层的渗透，且这种材料的绝缘性好，易于加工成型，用这种材料制成的防水保护夹克具有一定的抗磨、抗冲击、抗撕裂和抗拉性能，可以满足施工、运行载荷的要求。保温层外加聚乙烯夹克保护层的预制有“一步法”成型工艺和“管中管”成型工艺2种。

2.2.4 补口材料

管道防腐保温层补口施工采取的是防腐层补口、保温层补口、防护层补口程序。防腐层补口宜采用辐射交联聚乙烯热收缩带/套（介质温度低于70 ℃）或液态涂料，比如聚氨酯类（介质温度高于70 ℃）；保温层补口可采用专用模具现场发泡；外护层补口应采用辐射交联热收缩补口带（或补口套）。

3 防腐保温的优化设计

3.1 前期调研及方案比选

一般来讲，在设计长输管道工程前期，应注重现场环境系统评价工作，为设计优化方案，保证工程量的准确性提供内容齐全、深度满足要求的基础资料。在具体工作中，主要了解工程沿线的地形地貌、土壤电阻率等与本专业设计相关的参数，掌握工程投资和偿还年限、工程所在地热能价格。设计时，要论证多种方案，不能生搬硬套标准、规范，不能单一考虑保温结构的经济性或可靠性，应综合技术、经济等因素比较保温材料的技术可靠性、施工工艺、使用寿命、成本等，以确定最优的方案。

3.2 防腐层和阴极保护优化设计

新建管道涂层的选择不单纯是管道防腐的投资，而要考虑环境的适应性，环境保护要求，以及寿命期内费用全分析（包括涂层材料费、涂装费、运费、维修保养、更换大修等多方面的考虑），主要涉及以下几方面的内容，即环境评价的作用及内容、涂层选择的基本原则、涂层选型与结构设计、补口材料与工艺和经济分析。不同地质条件下的涂层结构应根据管道沿线腐蚀性环境的调查、分析和测试结果来最终确定。

3.3 保温层经济厚度计算

长输管道的保温效果不仅与保温材料的类型和合理的保温结构有关，还取决于保温层的厚度。保温层越厚，管路热损失越小，越节约能源；但厚度加大，保温结构造价则提高。保温层厚度应在管道保温热力计算的基础上，按照技术经济分析得出的“经济保温厚度”确定。

4 结束语

总之，管道运输是我国主要的油气运输方式之一。当今，我国对油气资源的需求量正不断增加，带动了众多油气长输管道的建设和发展，这也对管道防腐保温技术提出了更高的要求。因此，在长输管道的设计建设中，仍然需要进一步研究和开发，进一步优化防腐保温的结构设计，并充分考虑设计的可靠性与经济性的统一，使其达到世界先进水平，确保管输系统的长期安全运营，降低管道事故发生的概率，节约建设成本。

参考文献

[1]李丽新.管道防腐保温技术综述[J].中国石油和化工标准与质量，2012，33（12）：81.

[2]赵超，王彦海.探究输油气管道施工中的防腐问题[J].科技致富向导，2012（21）：260.

〔编辑：白洁〕