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燃气管道腐蚀与防腐蚀设计探讨

王红妹
 
燃气是现代城市必不可少的基础设施之一, 与社会经济发展,环境保护和人民生活息息相关。但是,由于燃气具有易燃、易爆、易扩散的特点,一旦发生泄漏,极易造成火灾、爆炸等恶性事故。从近几年全国各地燃气系统发生泄漏爆炸事故的案例中分析得知,发生燃气泄漏事故的原因,主要有腐蚀穿孔、外力损伤和管道材料缺陷等,其中最主要的是燃气管道的腐蚀穿孔。
1.管道腐蚀原因
燃气管道外腐蚀是在外防腐层破损、阴极保护不完全情况下发生的。在燃气管道设计中,埋地管道一般采用钢管附加外防腐层,其中高、中压管道还采取阴极保护措施。但是,钢管由于内外腐蚀极易产生穿孔,其外壁腐蚀更为突出,且埋地管道具有很强的隐蔽性,潜伏期长,这是导致燃气泄漏事故发生的主要原因。腐蚀既可大面积减薄管道的壁厚,从而导致过度变形或破裂,也可直接造成管道穿孔或应力腐蚀开裂,引发燃气泄漏,甚至出现爆炸事故。造成管道腐蚀有多方面因素,主要表现在:
(1)埋地管道外壁防腐层有破损,与土壤接触形成化学和电化学腐蚀。防腐层的破损既有施工质量问题又有外力破坏因素。
(2)管道补口防腐质量达不到要求。因焊口部位存在管道和焊条不同的金属组分,该部位存在异金属的电偶腐蚀和应力腐蚀的双重作用,若补口防腐质量不能保证,一旦防腐层失效,补口部位极易发生腐蚀。
(3)杂散电流的干扰阴极保护失效,使得燃气管道被腐蚀。
(4)运行年限较长的燃气管道,由于防腐层已经老化,在阴极保护强度不够或者没有采取阴极保护措施的情况下,使管道腐蚀更加严重。
(5)阀门井内的阀门、法兰等,因井内有积水(天津市地下水位较高),比较潮湿,易产生锈蚀。
(6)穿墙、楼板管套封堵不严或长期置于潮湿的介质中,极易产生管道腐蚀。
2. 燃气管道腐蚀控制设计
钢质管道在运行过程中不可避免会出现腐蚀现象,因此,腐蚀控制技术对燃气管道的安全运行起着至关重要的作用。天津市从上世纪七十年代使用管道燃气开始,防腐材料使用时间最长的是沥青玻璃布防腐涂层,之后是煤焦油瓷器、环氧煤沥青涂层,再后来发展到聚乙烯包覆涂层。大约在上世纪九十年代初,熔结环氧粉末涂层以其优异的附着性、抗植物根系穿透性能和耐腐蚀性能被应用于燃气管道的外防腐。自从陕气进京后,燃气管道开始采用聚乙烯三层复合结构防腐,即3层PE(环氧底漆一胶粘剂一聚乙烯),它克服了环氧不耐磕碰的特点,采用高压挤出缠绕工艺涂敷,极大地提高了致密性,且具有良好的韧性、抗冲击性和抗弯曲性,能有效防止施工中的机械损坏及使用过程中的植物根系和土壤环境应力的损坏。近几年,STAC、RD6、660、760等冷缠带系列防腐涂料,以其可靠的防腐效果和优良的机械保护性能也受到青睐,特别是STAC矿脂油带复合型补口防腐技术,在改善补口质量方面具有一定优势。
目前,在燃气管道设计中,根据管道的性质,选择的外防腐材料如下:
(1)埋地燃气管道
在燃气管道设计中,埋地燃气管道外防腐层一般采用聚乙烯三层复合结构防腐,其中高压、次高压以及中压(除中心城区)管道还采取阴极保护措施。管道外防腐层是抵抗管道腐蚀的第一道屏障,阴极保护通常被用来控制防腐层破损部位的腐蚀。阴极保护有牺牲阳极和外加电流两种。牺牲阳极不需要外部电源,对邻近构筑物无干扰,一般在所需保护电流小,土壤电阻率低的区域选择牺牲阳极保护方式;外加电流阴极保护不受环境电阻率限制,输出电流连续可调,保护范围大,一般在电源方便,保护电流需要量大的地方选择外加电流阴极保护方式。埋地管道设计中,管道防腐层和阴极保护方式的正确选择与使用对燃气管道安全运行起着至关重要的作用。
(2)室外架空燃气管道
室外架空燃气管道一般采用防腐涂料,包括稳定性环氧带锈底漆以及与其配套的高性能快干防腐面漆、TO树脂、氯磺化防腐漆、通用耐磨型环氧厚浆防腐涂料等。通常在居民和工、商业用户燃气工程设计中,室外架空管道如采用焊接钢管或无缝钢管,在表处理达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923标准中St3级的要求后,涂TH-77稳定型环氧带锈底漆2道,再涂TJ52-17高性能快干防腐面漆2道,或涂刷樟丹和调和漆各2道;若采用镀锌钢管,直接涂TJ52-17高性能快干防腐面漆2道或涂调和漆2道;在场站工程设计中,露天管道采用抗紫外线照射、耐水性和防渗透性能良好的通用耐磨型环氧厚浆防腐涂料或TO树脂、氯磺化等防腐涂料,包括底漆、中间漆和面漆。
(3)室内燃气管道
室内燃气管道一般采用镀锌钢管,防腐及涂漆前表面处理按照SSPC-SP1溶剂清洗标准除去管道表面油脂等杂物,直接涂TJ52-17高性能快干防腐面漆2道或涂调和漆2道。在穿楼板部位,为避免潮湿介质对管道产生腐蚀,套管内的管道采用660冷缠带防腐,且防腐材料为环保型的。
(4)弯头、三通、法兰、凝水缸、阀门
在燃气管道设计中,弯头、三通等管件的防腐一般采用环氧煤沥青冷缠带防腐;凝水缸、法兰、阀门,包括井内管道及管件除锈后,连同阀门、法兰等再用STAC冷缠带包裹。STAC具有优异的柔韧性和可塑性,可被捏成任何形状,用来将异型管件的不规则部位填平,避免在缠绕胶带时产生空洞,或桥连现象,导致防腐层密封不严。
3. 新型防腐材料探索与应用
目前,在埋地燃气管道设计中的防腐层均采用聚乙烯三层复合结构防腐,即三层PE(环氧底漆一胶粘剂一聚乙烯)防腐,管道补口采用聚乙烯热收缩套,穿越段补口采用双层聚乙烯热收缩套。三层PE防腐层以其优异的耐蚀性、耐阴极剥离性能和优异的机械性能,已得到广泛共识。相对主管线在防腐厂自动化流水线的生产方式,热收缩套的现场补口安装全部为手工操作,受施工环境、操作人员安装熟练程度以及责任心等因素的影响非常大,是管道防腐层中最薄弱的环节。
2010年,腐蚀与防护杂志发表了多篇关于用热收缩套补口失效的文章,并对运营2-6年的部分油气输送管道进行防腐层补口的现场调查,并附有失效后管道腐蚀的照片。调查结果发现,热收缩套补口失效主要表现为:热收缩套与管体粘结不良以及热收缩套与管体防腐层搭接部位粘结不良,而且在所有失效点,金属管体都存在程度不等的腐蚀。
今年4月,天津市职工技协防腐应用技术协会组织研讨,并请相关单位介绍新型防腐材料,也做了现场演示。作为燃气集团的设计单位,已经和防腐应用技术协会签订了技术合作协议,共同推进防腐技术创新应用与推广。因此,从设计角度要积极探索新型防腐材料、防腐工艺及防腐技术,选择具有先进性、适用性的创新型防腐材料,达到延长管道使用寿命,保证燃气管道安全运行的目的。
目前,燃气集团已将112线高压天然气工程作为采用新型防腐材料的试点工程,在线路工程设计中,管道弯头、三通等均采用STAC矿脂油带复合型补口防腐;干、支线阀门仍采用STAC腻子加冷缠带防腐;管道定向穿越段的管道采用帕罗特防腐,穿越段补口采用帕罗特-结防腐,以提高管道防腐层的耐磨性和抗冲击性,保护管道在定向穿越过程中防腐层免受损伤。
防腐层设计的基本出发点应该是技术上可行、经济上合理。今后我们还将进一步探索先进的补口材料和补口方法,积极开展新型补口工艺、新材料推广应用工作,在协会的组织领导下,把防腐蚀工作继续深入地进行下去。
作者:王红妹  天津市燃气热力规划设计院  高级工程师
电子邮箱:whm9292@sohu.com