浅谈沙漠地区管道内防腐现场补口

李 凯 张贤波 李康锐 曹 宏 刘 宵

1.西安石油大学，陕西 西安 710065；

2.中国石油塔里木油田公司开发事业部，新疆 库尔勒 841000

0 前言

位于塔克拉玛干沙漠中央位置的某油田，自1996 年投入开发以来，至今已有各种油、气、水管道300 余条，油田产出水矿化度高（90 000 mg／L），以（K+＋Na+）Cl-离子为主，油、气、水、硫化氢等多相流腐蚀介质共存，大部分为CaCl2型水，主要腐蚀因素为CO2、H2S、Cl-。这些腐蚀性物质易导致集输管道内锈蚀，进而造成穿孔、泄漏等事故，带来生产停止、环境污染等问题。 此外，腐蚀性物质还使钢管内壁表面粗糙，增加运营费用，造成数亿的损失。

随着全球能源危机的凸显及人们环保意识的增强，输油、气钢质管道的内外保护越来越受到重视。 目前，外防腐技术已相对较成熟［1］，管道内防腐施工技术，尤其是内防腐现场补口作业的开发与应用显得日益重要。2008 年，该油田更换了3#、4# 生产汇管，并进行了全线内防腐作业。 但从2010 年起，管线开始在焊缝处频繁刺漏，目前已累计发生刺漏80 余次。 经判断，其原因在于当时的内防腐补口工艺存在缺陷，管线内补口处工艺质量不高，由此造成局部腐蚀，严重影响了安全生产。

1 管道内防腐现场补口

管道内防腐需分单根预制和现场补口两个步骤进行。 随着中国无溶剂涂料等技术的进步，单根预制阶段的产品质量已基本可以满足各类输送介质条件的耐腐蚀要求，且预制生产也实现了工业自动化操作；但现场补口工艺目前还存在一些缺陷，成了管道内防腐市场发展的瓶颈。

1.1 工作原理

管道内喷涂主要由管道内喷涂车完成， 其分为行走、供料、旋喷和控制四部分。 内喷涂车工作时以220 V交流电作动力源，在管道内沿正反两个方向爬行，其平地最大爬行深度为30 m；工作时所有操作指令均通过控制箱上的按键来完成，操作人员可直观、准确、方便地进行操作。 内喷涂车供料系统由料仓和料泵组成，料仓内的涂料通过电机带动的齿轮泵被打入旋杯内，旋喷电机以＞20 000 r/min 的旋喷转速， 使旋杯内涂料在强离心力的作用下高效率雾化，均匀喷涂在钢管内表面上，形成优良的防腐层。

1.2 作业流程

现场补口作业流程主要由9 个部分组成，见图1。

图1 现场补口作业流程

1.3 影响因素及解决措施

1.3.1 环境因素及解决措施

a） 二级及以上风沙天气严禁管道内防腐现场补口施工作业。

b）夏季涂料不用加温，春、秋、冬季必须对涂料预加温，温度在40 ℃左右为宜。

c） 若钢管内壁潮湿，喷涂施工前，需将钢管预热以驱除潮气，预热温度控制在40～60 ℃。

d） 当环境温度<25°C 时， 内壁一次成湿膜厚度应达到250～300 μm，一次成干膜厚度应达到150～200 μm；当环境温度25～40°C 时， 内壁一次成湿膜厚度应达到350～400 μm，一次成干膜厚度应达到150～200 μm；当环境温度>40°C 时，内壁一次成湿膜厚度应达到250～300 μm，一次成干膜厚度应达到150～200 μm。

1.3.2 焊接质量因素及解决措施

a）焊接工艺的选择，建议采用焊接衍生物产生量少的工艺，如氩弧焊打底工艺［2］；在焊接对口时严格控制对口的错边量，焊缝余高不超过2 mm，过高焊瘤必须割掉重焊见，见图2。

图2 内部焊缝缺陷防腐

b） 焊缝表面处理的质量对形成的涂层质量影响最大，因此，焊缝表面的清理质量必须符合设计要求，新旧涂层搭接时，需严格保证原涂层表面拉毛宽度及搭接宽度的精度控制（补口幅度）。

c）为保证组对间隙均匀，定位时应保证接管内壁平整，内壁错边量不超过管壁厚度的10%，且≤15 mm。

d）焊口打磨、清洁的程度和坡口的斜度一般为Sa 2.5级， 保证平整、洁净的焊缝表面使补口涂层具有良好附着力。

1.3.3 其它因素及解决措施

a）组对焊接必须充分考虑沙漠地势，通常采取3 搭1 或4 搭1 方式，特殊地势采取2 搭1 或1 搭1 方式，保证补口质量。

b）在管端涂层处300～500 mm 宽幅， 模拟牵引速度进行喷涂，观察3 min，测量湿膜厚度，观察是否流挂，同时对补口车参数进行调整，之后将涂料擦洗干净。

c）为避免死口过多，最好在三通处进行分组分向补口。 补口前需对三通处手工除锈和刷涂，或用软轴除锈和喷涂装置进行喷涂。 法兰连接时手工除锈补口，对弯头、三通等异型件进行一道口一补。

d）内喷涂车后退速度一般为10 mm/s。

e） 喷涂后进行外观检查，不允许出现流淌、气泡和不均匀等现象，然后进行两头封堵，下线进行堆放。 注意防止灰尘进入［3］。

2 沙漠地区管道内防腐现场补口特点

2.1 流动风沙影响

塔克拉玛干沙漠为世界上最大流动性沙漠，由于整个沙漠受西北和南北两个盛行风向的交叉影响，风沙活动十分频繁剧烈，每年3～10 月为风沙盛行期。 据测算，低矮沙丘每年可移动约20 m，最大风速达300 m/s，流动沙丘占80%以上。

风沙给管道内防腐现场补口作业带来很大困难，沙粒的存在会直接影响涂料与管壁的结合，进而缩短管道寿命［4］，故要求二级及以上风沙天气严禁管道内防腐现场补口作业。 沙漠地区进行管道内防腐现场补口作业，首先需在进行补口喷涂前采取空压机吹风，将焊口位置影响焊接的细小沙粒清除干净。 为保证无沙粒被卡在焊缝位置，需在管道两端进行正反方向两次吹风，彻底清除管道内细小沙粒。 吹风过程中，在管道出风端使用硬白纸进行检查，直到不出现细小沙粒为止；其次，在喷涂过程中需采取一定防风措施，防止风沙进入管道内破坏内防腐喷涂层，见图3；最后，在喷涂完毕后，需将管道两端严实封堵并等待湿膜固化， 以防止沙粒进入补口位置，影响补口质量。

2.2 起伏沙丘影响

塔克拉玛干沙漠内部沙丘连绵起伏，一般高70～80 m，最高可达250 m，管道的铺设“蜿蜒”前行（见图4），管道内防腐现场补口工作受地形影响大，主要表现为：沙丘起伏影响管接头的对接，管接头的组对定位焊接是保证焊接质量、促使管接头背面成形良好的关键，如果组对间隙、钝边大小不合适，易造成内凹、焊瘤、未焊透等缺陷，进而会直接影响后期的喷涂补口质量；沙丘上下起伏将导致内喷涂车在内部喷涂时，涂层出现“下淌”现象，故需保证施工环境温度不能太高，并在管道敷设之前对其走向位置进行推沙处理，以降低落差，另外可采取铺垫、上吊等措施来保证后期焊接和补口的施工质量。

2.3 温差影响

塔克拉玛干沙漠系暖温带干旱沙漠，夏天最高温度可达67.2 ℃，年昼夜温差＞40 ℃。相关记录数据表明每年6 月8∶00 环境温度为12 ℃左右，而15∶00 可以达到40 ℃左右，21∶00 为17 ℃左右［5］。 温度变化对内防腐涂料的固化时间和双组份的配料将产生一定影响，不宜在较高温度下进行双组份涂料混合，易发生暴聚、冒烟、烫伤等事故［6］，温度越低涂料活性越差，对固化影响越大。 因此一般喷涂时间宜选择在12∶00～14∶00 及18∶00～21∶00 两段时间来开展。 经过现场实践，发现这两时间段内作业喷涂效果较好，未出现严重挂流、凝固质量差等现象。

3 结论

沙漠地区管道内防腐现场补口作业工艺相比其他地区施工有很多区别，认识到流动风沙、起伏沙丘和温差等影响喷涂质量的因素之后，采取了必要的应对措施。目前该工艺方法已成功应用于DN 80～500 管道，为管道内防腐现场补口的推广提供了借鉴。

［1］ 龚树鸣. 长输天然气管道外防腐涂层选择［J］. 天然气与石油，2001，19（1）：24-30.Gong Shuming. Selection of External Corrosion Coating in Long-distance Natural Gas Pipeline ［J］. Natural Gas and Oil，2001，19（1）：24-30.

［2］ 李凤江. 管道内防腐涂层补口的质量控制［J］. 科技与企业，2012，21（5）：63.Li Fengjiang. Quality Control of Pipeline Internal Corrosion Coating Defect Repair ［J］. Science and Technology and Enterprise,2012，21（5）：63.

［3］SY/T 0457-2000，钢制管道液体环氧涂料内防腐层技术标准［S］.SY/T 0457-2000，Technical Standard for Steel Pipeline Internal Liquid Epoxy Corrosion Coating ［S］.

［4］ 赵学芬，姚安林. 地形起伏地区集气管道内腐蚀敏感性预测分析［J］. 天然气与石油，2007，25（3）：36-39.Zhao Xuefen，Yao Anlin. Prediction and Analysis on Internal Corrosion Sensitivity of Gas Gathering Pipelines in Relief Areas.［J］.Natural Gas and Oil，2007，25（3）：36-39.

［5］ 金莉莉，何 清，李振杰，等. 塔克拉玛干沙漠腹地沙丘温度特征浅析［J］. 干旱气象，2010，28（2）：134-141.Jin Lili，He Qing，Li Zhenjie，et al. Analyses on Sand Dune Temperature Characteristics in Taklimakan Desert Hinterland［J］.Arid Meteorology，2010，28（2）：134-141.

［6］ 李建军. 防腐工程质量影响因素分析及解决对策［J］. 天然气与石油，2000，18（1）：27-29.Li Jianjun. Analysis on Corrosion Control Quality Influence Factors and Countermeasures［J］.Natural Gas and Oil，2000，18（1）：27-29.