长输天然气管道内涂层技术及其应用

长输天然气管道内涂层技术及其应用

陈耿１，潘代波２，骆晖３，季寿宏４，罗

勇４

（１．中石化西南油气分公司联益公司．四川德阳６１８０００；２．中石油北京油气调控中心，北京１００１０１；３．中石油四川科宏工程设计公司，四川成都６１０２１５；４．浙江省天然气开发有限公司，浙江杭州３１０００６）

摘要：天然气长输管道内壁采用覆盖层不仅可以减少管道的内壁腐蚀，而且可以降低管道内壁粗

糙度，减少输气时的摩阻，提高输气量，减少清管次数，减少中间加压站，有效地降低压缩机功耗，提高经济性。文中分析了采用天然气管道内涂层技术的必要性和优点以及内涂层的涂覆工艺和技术难点。

关键词：长输管道；内涂层；涂覆工艺中图分类号：ＴＥ８３２．２

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００４—９６１４（２００９）０４—００１５—０３

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３．ＳｉｃｈｕａｎＫｅｈｏｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

４．ＮａｔｕｒａｌＧａｓ

Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２１５，Ｃｈｉｎａ；

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，ｏｆＺｈｅｊｉａｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１０００６，Ｃｈｉｎａ）

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０引言

天然气管道内涂技术是在管道内壁喷涂一定厚度的环氧树脂，不仅可以避免管道内壁在输送酸性气体受到腐蚀，而且能防止夹杂在气流中的其他污物杂质沉积在被腐蚀的管道内壁边面上，防止管道的实际流通面积减少、降低管道的输气能力。国外从２０世纪

减少输气管道的能耗有两个途径：在设计阶段优化管道的管径、工作压力和压比的选择，并且优化压

气站的设置及主机设备的选择；减少管道的输气摩擦

阻力损失，也就是减少输气时所需要的压力旧。１。现

在减少输气管道的摩阻损失的唯一办法就是在管道的内表面覆盖一层减阻内涂层。管道内壁覆盖一层减阻内涂层后，它的最主要的作用就是降低水力摩阻系数，同时也降低了输气时所需要的输气压力。也就是说，减阻内涂层的作用在保持既定的管径和输气量

６０年代以来，就在长输管道中采用内涂技术，且部分

国家规定新建设的输气管道必须采用内涂层技术。管道在喷涂内涂层后可降低气体输送时摩阻的７％一

１４％，在长距离大口径输气管道中可产生很好的经济

效益¨Ｊ。

１采用内涂减阻的必要性

天然气的输气干线能耗是相当大的，所以节约燃用天然气，以降低天然气的市场价格是管道输气的重要研究内容。

的条件下，减少全线管道的输气功率；或者已定的全管道的总功率下，提高管道的输气量。对于大口径的

输气管道，其效益是非常大的。２涂料的组成及选择

管道内涂技术的主要功能是减阻、防蚀。因此，减阻内涂涂料的性能基本要求主要有：黏结力、渗透性、耐磨性、耐压性、耐热性、化学稳定性和耐腐蚀性

收高日期：２００９—０２—１９收修改稿日期：２００９—０３—２６

及光泽度等。

万方数据　

１６

ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

涂料的组成物质有很多，可以分为成膜物、颜料、助剂和溶剂４类，其中成膜物是必不可少的。为了能

在管道内壁形成具有良好性能的覆盖层，涂料的组分必须选择得当，配方科学合理。国内的化工行业制定

按涂料的主要成膜物对涂料进行分类，但在实际运用中还按覆盖层成型时是否发生化学反应、按涂料的防护作用、及按涂料的物理形态进行分类ＭＪ。

按ＡＰＩ标准进行涂料的选择，目前国内外一致的作

法是选用双组分液体环氧树脂，属反应固化型。作为内

涂涂料，它的粘结力、耐磨性、光洁度、施工条件、固化时间等是主要因素，但实际应用的成功经验也是不可忽视的一项指标。据国外的涂覆公司介绍，有些涂料按ＡＰＩ

标准检测没有问题，但经不起实践的考验。

３内涂层的涂覆工序

３．１

内涂覆施工的基本程序

管道预热＿÷表面处理＿除尘。端部胶带＿无气喷涂＿加速固化一检验一堆放（储存待运）。

３．２表面处理

管道内壁表面处理是内涂前的必做工作，表面处理质量的好坏决定了内涂覆盖层质量的好坏，是内涂技术的关键工序。表面处理的目的是将管道内表面上的油污、轧制氧化皮及疏松的锈渣等附着物除掉。处理方法有机械法和化学法２种。

管子表面处理过程中的周围环境温度不应低于１０℃，相对湿度低于８０％。喷砂处理后，立即用吸尘

器或干燥、洁净的压缩空气除去所有灰尘、碎渣及砂

粒。对于已建管道，内涂敷只能在现场进行。可采用化学处理法，该方法分为脱脂、酸洗（除垢）冲洗、磷酸处理、水洗干燥等工序。经过表面处理的内表面应立刻进行表面内喷涂作业，否则有了新锈还要再处理。无气喷涂是内涂的可取方法，喷涂应在避风、防尘、防污条件下进行，环境温度、湿度均应有一定限制，以保证涂敷质量。管子表面环境温度在１０～６０℃之间．管子表面温度在整个过程中维持在２１—３８℃之

间。内涂敷层的厚度在５０—６５斗ｍ之间．管端两头要

留有一定的非涂表面，用于管道焊接，涂后经干燥后，管端要盖上管帽，防止灰尘污染。

喷涂应在平台上进行，管子通过旋转的管架进入

喷涂平台，平台两端的箱罩将管子两端封闭，当喷头万　

方数据０．１５～０．５０

ｍ．喷涂时，支持应保持匀喷速运动。管子

旋转的速度和喷嘴移动速度应通过调试，确保覆盖层的设计厚度。

喷涂作业完成后，管子继续旋转几ｓ，然后，应立即除去端部保护胶带。从带有测试片的管子内取出测试片并补涂。如果喷砂后不能立即涂覆，间隔时间超过８ｈ以上时，表面会快速生成新锈，在施工前必须重新处理表面。必须进行常规检测，确保形成完整的膜厚‘５｜。

涂覆后的管子进人固化程序，环境温度较高时可自然固化。要求快速固化的管子可采用热空气加热

固化，根据生产速度可一根或几根同时进行。但加速

固化的设备、工艺必须符合技术规范的要求。４减阻内涂技术实现的难点４．１设计参数的选择

工程设计成功与否，主要取决于参数选取是否准确。过去未采用内涂，很少对钢管内壁的粗糙度加以考虑，在输气管道工程设计规范中，对粗糙度的取值也没有作出规定。通过调研发现，实测钢管粗糙度时，不同的厂家、不同的人员的结果差异很大，很难用

于设计。用于工艺计算的当量粗糙度又与介质的雷诺数、压力流量等多种因素有关，这方面的文献报道

已有不少。为了控制内涂质量，钢管内壁要采取表面

处理，对于大口径管道，经济的作法是抛丸，处理后的

锚纹深度是设计的又一关键参数，取大了增加造价，取小了粘结力受到影响，这一参数还决定了内涂的厚度。

４．２内涂工艺的选择

在技术上“先内后外”和“先外后内”两种工艺方案都是可行的，目前国外这两种工艺都有应用。“先外后内”工艺要求相对简单，只需在管道传送装置上采取保护措施就行了，内涂的所有工序均不会对外涂造成损害。从外涂线上进入内涂作业线的钢管带有一定的温度，可省去内涂预热的工序，这样可节省设备投资并减少了工时。其优点是：不需两次搬运钢管；外涂中的喷砂和淋水不会影响内涂；涂料不需耐高温；可利用外涂的余热，少一道加热程序。但施工时要注意保护外涂不受破坏；当外覆盖层损坏时责任难定；且内涂作业易损坏外覆盖层。“先内后外”工艺

的特点是：钢管可直接内涂，制约因素少；传动装置不

需用软垫；可与外涂分开作业。其不足是涂料要耐

３．３内喷涂作业

从远端返回时，开始喷涂环氧涂料，喷嘴距管子表面

第４期陈耿等：长输天然气管道内涂层技术及其应用

１７

２５０℃短时高温；要有初期加热装置；外涂前，内涂覆层要有一定的固化时间。４．３采用的标准

减阻内涂在国内尚无实践，所以没有相关标准，作为一项技术若要应用则必须制订标准，在这个问题上，根据国家的标准化政策，实行“等同采用”原则。

在２０００年１１月的西气东输内涂技术研讨会上，到会

的所有公司几乎全部采用了ＡＰＩ

ＲＰ

５Ｌ２标准，国家的

标准化政策允许直接“等同采用”。ＡＰＩ标准作为内

涂技术的基本要求，加上补充规定和设计文件，基本

上可以满足管道建设工程上的需要Ｌ６Ｊ。４．４设备选用

钢质管道内涂设备分３部分：表面处理、涂覆和快速固化。关键设备是前两部分，对于大口径的管道，表面处理采用抛丸技术是经济合理的，但据了解，

国内还没有这类设备，研制难度大；涂覆设备是以高压无气喷涂为主，作为内涂专用时，则要求喷涂均匀、控制水平高。设备的选用既影响涂覆质量的好坏，还

将决定工程的进度和质量，必须予以重视。５采用内涂层的优点

天然气管道的减阻内涂技术是一项经济效益显著的技术，虽然各国的参数取值不尽相同，但结论一致，均认为初期内覆盖层投入的成本将会得到几倍的回报，管径越大、线路越长、输气量越大效益就越好。采用内涂层的效益主要体现在以下几方面：

（１）在管径不变的前提下，可提高输量，降低管道

投资。管道内涂后平均增加输气量约１６．５６％。根据

国外资料介绍，只要内涂后的输气量能提高１％～

２％，便可收回内涂的费用＂Ｊ。

（２）在输量一定的前提下，可缩小管径，节约钢材和施工费用。例如，１５０ｋｍ输气管道没有内涂时管径为ＤＮ３７７，有内涂时管径只需ＤＮ３２５。两方案对比，内涂加上管材费用比不加内涂的管材费用少４０万元。

（３）可扩大增压站站间距，减少增压站数量。管道内涂后，增压站的站间距平均可增大约３２．８７％，据国外统计资料介绍，输气管道使用内涂后其压气站数量至少可减少２０％。

‘

（４）由于摩阻减小压缩机动力，消耗减小。管道内涂后，输气动力可平均降低１８．８９％，据资料介绍，

国外使用内涂后，输气动力消耗可降低１５％～２０％。

（５）可延长清管周期、减少清管次数。

万　

方数据（６）可减轻管内壁腐蚀保证介质纯度。６结束语

长输天然气内涂层减阻技术具有良好的技术性与经济性。以减阻为目的的天然气内涂层技术是一项很有推广价值的技术。

首先，国内各油田和民航系统对以防蚀为目的的内涂技术均进行过开发利用，并有成功的经验，形成了一系列标准规范，为推广减阻内涂提供了可供借鉴的经

验；其次，国外几十年的实践为国内推广内涂技术提供

了可靠的数据。国外的高性能涂料喷涂设备、检验仪器等可直接应用；最后，国内专业化的管道防腐施工队伍有丰富的外涂经验，与外涂技术相比，内涂技术相对简

单，即品种单一，空间范围仅限于管内，无需加热，施工条件较易控制。天然气内涂层减阻技术在技术上是成

熟的，经济上是有很大收益的。

参考文献：

［１］胡士信，陈向新．内涂技术在天然气长输管道的应用前

景．石油规划设计，２０００（５）：１－４．［２］ＫＬＯＨＮ

ＣＨ．ＲｅｓｕｌｔｓｏｆＦｏｌｌｏｗ－ＵｐＴｅｓｔｓ

０１１

ＩｎｔｅｒｎａｌｌｙＣｏａ－

ｔｅｄＰｉｐｅ．ＰｉｐｅｌｉｎｅＩｎｄｕｓｔｒｙ，１９６０（４）．

［３］胡士信，董旭，窦宏强．西气东输干线管道减阻内涂技术．材料保护，２００１，３４（１０）：１－４．

［４］

张红兵，刘志林，郑云萍，等．管道内涂层涂敷技术及其应用．腐蚀科学与防护技术，２００３１５（２）：１０７—１１０．

［５］赫连建峰，陆琴芳，刘金霞．管道减阻内涂层的涂敷工艺

及质量控制．石油工程建设，２００２，２８（２）：５—７．［６］

杨晓鸿．西气东输工程天然气长输管道内外涂层技术经济分析．天然气工业，２００１，２１（２）：８９—９３．

［７］张宗荣．国内外管道内壁涂层技术的综述．油气储运，

１９８５，４（３）：４１—４６．［８］

沈善策．关于干线输气管道采用内壁覆盖层时的工艺设计问题．油气储运，２０００（７）：２５—２７．

［９］ＡＰＩ

ＲＰ５Ｌ２

１９９４非腐蚀性气体输送管道内覆盖层的

推荐做法．［１０］ＷＯＲＴＨＩＮＧＨＡＭ

ＲＧ，ＡＳＡＮＴＥＢ，ＣＡＲＭＩＣＨＡＥＬＧＡ，

以ａ／．ＣｏｓｔＳｔｕｄｙ

ＪｕｓｔｉｆｉｅｓＩｎｔｅｒｎａｌＣｏａｔｉｎｇ

Ｏｎ

４８ｉｎ．Ｇａｓ．

１ｉｎｅ．Ｏｉｌ＆Ｇａｓ．１９９４．

［１１］

ＭＡＲＬＢＵＪ，ＳＴＳＴＯＩＬ．ＴｈｅＺｅｅＰｉｐｅＰｉｇｇｉｎｇＣｈａｌｌｅｎｇｅ．Ｐｉｐｅ

Ｌｉｎｅ

Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，１９９０（６）．

［１２］

ＳＹ／Ｔ

４０５７—９３—１９９５液体环氧涂料内防腐层钢管技

术条件．

［１３］

ＳＹ／Ｔ

０４４２—ｓｒ７钢质管道融结环氧粉末内涂层技术标准．

作者简介：陈耿（１９８ｌ一），工程师，从事天然气开采及储运管理

及研究工作。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nxs4.html