管道内防腐技术现状及发展

张玉宝 王 强 斯琴图雅

（黑龙江省科学院技术物理研究所，黑龙江 哈尔滨 150086）

1 引言

在我国的石油、天然气以及矿山开采系统中，长距离的输送管道起着生命线的作用，也是国民经济建设中的一根大动脉。目前，石油、天然气、成品油的输送以及水煤灰、卤水矿盐等资源的输送主要依靠长距离的管道来实现，另外城市地下管道也输送着各种工业和民用物流，是城市发展的生命线，其内部的输送介质和外部的土壤环境都无时无刻不对管材进行着腐蚀。由于输送介质大多数为易燃、易爆、有毒的，一旦因腐蚀造成泄漏，不仅造成能源浪费、环境污染、经济损失严重、而且将威胁人身和财产安全，因此在工程的建设中必须对管道的内外防腐处理给与特别的重视。

在多年的生产运行中，对铺设的直埋式管道的外防腐采用涂敷涂层和外加电流阴极保护的方法基本抑制了外环境对管道外壁造成的腐蚀。由于内腐蚀具有隐蔽性，往往被人们忽视了它的存在。其实，输送介质的特殊性对钢管内壁造成的腐蚀也是相当严重的，有时甚至超过了外腐蚀。据调查，目前总腐蚀穿孔量的90%都来自管线的内壁的腐蚀[1]。

随着科学技术的进步与发展，新型材料如耐热、耐压、耐腐蚀、耐老化塑料以及高强度复合材料等开始大量投入使用，防腐、防垢技术进入了一个崭新的阶段。目前，国内外管道内防腐技术主要集中在两个方面：一个是管道内涂层技术，二是管道衬塑技术[2]。

2 管道内涂层防腐技术

关于涂层技术在国内有很多报道，我国常用的管道内涂层防腐技术有：水泥砂浆内衬里技术；水性带锈复合防锈涂料内涂技术；玻璃钢管道内衬技术；H87 内防腐技术；玻璃鳞片漆内防腐技术；环氧粉末内防腐技术；涂塑钢管等。现在国内应用较多的是涂敷层法，此法容易实施，具有比较完备的整套实施方案和检测手段（如内窥仪），涂敷手段也上升到机器人操作的水平，业界同仁也发明了很好的涂料。但是当管道的内涂层为有机涂层、无机涂层或聚合物内衬时，现场施焊的高温会使焊缝两侧附近的涂层或内衬因烧焦而脱落，使管道失去保护作用。为保证管道焊口部位的抗腐蚀性能，必须采取焊后内补口或其他工艺措施，解决管道接头的连接与防护问题。目前国内外对内涂层管道连接接头的防护技术主要有以下几种：自动补口机法；无焊承插压接法；无焊外套筒压接法；螺纹连接法；内衬保护套管焊接法；记忆合金热膨胀法；记忆合金热收缩套法；不锈钢接头法；无内补口技术等，这些方法都在某些方面存在局限性。目前解决涂层管道现场接口的防腐处理方法中用到的形状记忆功能产品只有形状记忆性合金，但它对现场装备的要求很高且对装备质量依赖性很大，难以保证接头补口的可靠性。形状记忆合金费用非常昂贵，使一些工程因造价高的原因望而怯步。此技术只能停留在理论和实验室阶段，无法大量应用。

笔者负责研究的项目辐射交联聚乙烯热膨胀内衬管，是一种把聚乙烯管经过辐射交联，加热后轴向拉伸使管径变细后冷却定型，将取向了的分子结构冻结下来，使之具有记忆效应，当再次加热到拉伸取向温度时，被冻结了的取向结构被解冻，在没有外力作用时，这种分子结构开始恢复到原来的状态，在宏观上表现为:管子发生轴向收缩而径向膨胀变形,从而紧密地接合于管道内壁上，实现管道衬塑。如果将热膨胀内衬管外壁涂上热熔胶，就赋予了它防腐密封的功能，可以解决小口径管道内涂层现场补口的问题，用此法取代记忆合金套等方法，前景相当不错。

3 管道衬塑技术

关于管道衬塑技术在国内也有很多报道，主要是非开挖衬塑修复技术。非开挖旧管道修复技术是减少工业投资、降低成本，延长管线寿命的革命性技术。传统的管道修复技术多为对旧的管道开挖维修或报废后取出原管道重新铺设新管道。随着城市建设步伐，市区道路普遍拓宽，各类住宅楼房逐年增多，甚至部分楼房建设于管道之上，周围环境发生较大变化，造成管线周围地质结构变化，使运营的管线经常发生泄漏。如果在建筑物下发生泄漏处理起来非常困难，所以非开挖技术就有了大展身手的机遇。在国外，非开挖穿插高密度聚乙烯管防腐技术已在美国、英国、德国、瑞典等国家成功应用于油气田、市政工程的各种管道中。该技术已有20年的历史，有几千公里的应用经验。在国内，虽然刚刚起步，但发展速度很快。非开挖穿插高密度聚乙烯管已成功地在部分油田和城市供热管线中和电厂供热管线中应用，打开了管线修复和防腐技术的新领域，已有近百公里的应用经验。

国内已有的内衬管道方法主要是英国气体公司所发明的专利，其主要思想是：将一节大于要衬管道内径且具有保持复原力的塑性材料制成的管拉过一个型模或滚轮时其外径减少15%并拉入要衬的管道，利用对材料施力产生弹性变形，使它具有短暂记忆效应，待撤掉拉力后管道自然恢复胀径与管道内壁实现紧密贴合[10]。在惠州市成达胶管制品有限公司专利中所述技术:用发生了分子接枝的高密度聚乙烯材料制成的薄壁软管，在薄壁软管外壁复合了热熔胶，靠水解交联反应后使管交联变硬，靠热熔胶结合于管道内壁[11]。大庆油田建设集团的实用新型专利所述内容：用水作为动力将塑膜管牵进管道，靠胶粘结合与管道内壁上[12]。在东营胜邦塑胶有限公司专利中所述技术：使PE 管通过多U型管技术，将外径大于钢管内径PE 管缩径后牵入钢管内，恢复后过盈配合于钢管内壁上[13]，从而实现衬塑目的，U型管法最早是法国技术。大庆石油学院文献所涉及的内衬管没有进行过交联改性，也没有进行过轴向拉伸。它只是将薄的聚乙烯管材进行压匾处理后直接使用，使用时用气胀方法复原管材。

笔者所研究的辐射交联聚乙烯热膨胀管已申报国家发明专利，该管是一种把聚乙烯管经过辐射交联，利用辐射交联后聚乙烯管的形状记忆功能，进行轴向定径拉伸使直径变小制成有热膨胀功能的内衬管。辐射交联聚乙烯管加热后拉伸径向变细，在室温下是永久性变形而非弹性变形，再次加热后径向可膨胀，径向膨胀率：5%～10%，从而紧密地接合于管道内壁上，可实现管道衬塑的一种功能性产品。已有专利方法与本项研究的方法相近的只有英国气体公司。但是英国气体公司的方法必须借助大型机械设备，需要很大的力对未加热到熔融状态的非交联管材进行拉伸，拉伸力必须在屈服强度一半的范围之内，使其弹性变形。而本项研究对辐射交联的管材轴向拉伸是在加热状态下进行的，不需要很大的力，径向变细在室温下是永久性变形；英国气体公司的方法必须在线应用，而本项目所研究的热膨胀内衬管产品可以预制后使用。辐射交联聚乙烯热膨胀管可以用在铺设新管道时可用于管道内防腐和涂层管道现场接口内防腐。也可以应用于旧管道改造，包括石油、天然气、煤气、供水和供热等管线以及腐蚀性材料的输送管道。

4 发展趋势

在管道内防腐领域，国内应用较多的是涂敷层法，此法容易实施，成本低，比较适合我国国情。同时涂层技术有比较完备的整套实施方案和检测手段（如内窥仪），涂敷手段已上升到机器人操作的水平。此外，张陶清等将阴极保护技术也应用到了管道内壁防腐[15]，使管道内防腐如虎添翼。

但是，在国外衬塑技术更是以新的姿态而崛起，这是因为衬塑比涂层有如下优点：衬塑对金属完全均匀的覆盖；衬塑对管道内表面净化要求不像涂层与净化处理质量具有直接的相关性；衬塑对管道的振动、冲击比涂层敏感性小，不断裂剥落。更凸出的特点是衬塑管道可承受高压又能抵抗各种介质的腐蚀[2]，所以衬塑技术将占据管道内防腐领域的相当的市场份额。如果将衬塑技术与阴极电流保护技术很好的结合在一起，管道内防腐技术将走上一个新的里程碑。

[1]宋扬,牛守臣.管道内腐蚀及控制方法[C].中国国际腐蚀控制大会论文集,2002.

[2]赵芳璧,张宏伟.钢管道衬塑内防腐技术[J].油气田地面工.