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热喷涂技术及其在天然气管道中的应用

作者
中国腐蚀与防护网
来源
中国腐蚀与防护网
发布时间
2016-11-28
关键词
热喷涂, 天然气, 石油
领域
腐蚀领域
摘要
热喷涂技术及其在天然气管道中的应用
正文
20世纪80年代以来，我国大陆天然气探明储量和产量持续快速增长，已经形成川渝、新疆、陕西长庆、青海以及南海等陆上和海上气区，累计探明可采储量2.66万亿m3。根据《天然气管网布局及“十一五”发展规划》，2006~2010年期间，我国将基本形成覆盖全国的天然气基干管网，规划建设天然气管道大约1.6万km，到2010年，天然气管道总长将达4.4万km。在天然气开采以及集输处理过程中，由于各类环境因素、储存和输送介质的特性等造成管道金属的腐蚀非常普遍，影响因素非常复杂。据统计，天然气管道50%的泄漏问题是由腐蚀直接引起的，每年因金属腐蚀造成的直接和间接损失高达数十亿元，甚至导致人员伤亡和中毒等重大安全事故。因此，如何长期有效地抑制腐蚀是消除事故隐患、保障安全运行、降低生产成本的重要环节。热喷涂表面处理技术，是一种非常有效的天然气管道防腐技术。尤其是我国近年来在四川、新疆和吉林等地连续开发了多个大型富含硫化氢和二氧化碳的酸性和高酸性天然气田，这类酸性天然气集输管道的腐蚀条件极其恶劣，热喷涂防腐技术是一种很好的选择。 热喷涂在石油工业中的应用 热喷涂在石油工业中得到了广泛的应用，已成功用于石油勘探、开采等设备的修复和防护。热喷涂涂层已成功用于石油钢管、海洋平台的长效防腐。胜利油田井下作业工程安装公司引进的电弧喷涂技术，较好地解决了金属防腐的难题，填补了油田金属防腐的空白。油田使用的各类泵的柱塞、缸套、叶轮等零件均可采用多种热喷涂方法进行修复和强化。油田使用的塔、罐、管道可采用电弧喷涂铝、锌、不锈钢等涂层防腐或采用火焰喷塑防腐。在黄岛油库和秦皇岛输油公司首站油罐外表面使用过此种技术。采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂均可解决油田用各种锅炉管道的腐蚀和冲蚀问题。美国德克萨斯州和路易斯安娜州采油井架、海上油管喷锌，加两道乙烯基铝粉漆喷铝0.16mm，加乙烯铝粉漆，经过25年后检查，涂层完好。英国北海钻井平台采用喷涂铝涂层和封闭技术，长期运行防腐效果良好。 热喷涂技术在天然气管道中的应用 我国所产天然气中很大一部分为含硫化氢和二氧化碳的酸性天然气，从开采井口到净化厂之间的集输管道中输送的天然气中含有硫化氢、二氧化碳、高矿化度气田水（富含氯离子）和有机硫等多种腐蚀介质，同时还存在泥沙、凝析油和蜡等复杂多相成分，加上输送温度和压力高，气体流速快，伴随的腐蚀相当严重。尤其是管道弯头和连接部位，不仅有化学和电化学腐蚀作用，还伴随有较强的冲刷腐蚀，一直是工程防腐中的难题。热喷涂防腐技术，以在金属表面喷涂锌及铝从而形成防腐涂层为主。锌涂层作为牺牲阳极对金属基体进行保护。铝涂层则以致密的氧化薄膜对金属基体进行隔离防腐，特别是在与TiO2复合使用时，不仅具有很强的附着力，而且有极好的韧性，能够抵抗由于金属基体变形对涂层产生的破坏。而α晶形的氧化铝具有很高的硬度，可以提高涂层的耐磨性能。此外，高温下铝涂层可与铁发生反应形成抗高温氧化保护层，具有一定的耐高温氧化能力。针对酸性油气田地面集输管道的特点，中石油川西北气田对其集输管道的弯头采用了超音速火焰喷涂处理，涂层材料以Al2O3和TiO2为主，使管道弯头的使用寿命由以前的1~3a延长到了10~15a。但由于所采用的热喷涂工艺技术条件要求苛刻，国内的工艺技术水平还难以达到需求，只能将需处理的工件送往国外的专业厂家进行处理，导致成本高昂，限制了该技术的全面推广和应用。针对其海上开采和集输的特点，针对海水冲刷腐蚀，采用火焰热喷涂和封闭涂层相结合的天然气输送管道外防护涂层技术，有效地提高了管道的耐海浪冲刷性和海水腐蚀性能，延长了管道寿命。 热喷涂纳米涂层技术 近年来，随着热喷涂技术的迅速发展以及纳米技术的重大进展，两者相结合的热喷涂纳米结构涂层技术正成为热喷涂领域一个重要的发展方向。目前，利用热喷涂技术制备纳米涂层主要采用2种方式：（1）制备具有部分纳米特征的宏观涂层。即将含量相对较少的纳米颗粒加入传统涂层中，使涂层成为纳米颗粒弥散强化的、具有一定纳米特征的复合涂层；（2）制备完全由纳米颗粒构成的涂层，赋予涂层优异的工程性能。将AT13粉掺杂纳米级颗粒Al2O3+13wt%TiO2的复合粉进行等离子喷涂，并对其应用于天然气井油管进行了实验。实验结果表明：掺杂纳米颗粒的粉末平铺性能好，涂层组织均匀性提高；纳米颗粒的加入使涂层残余应力降低；掺杂纳米颗粒的涂层组织结构优于常规涂层，在相近硬度条件下，摩擦系数降低，耐磨性能提高了30%以上，可使油管耐腐蚀性提高近1倍。 在解决石油天然气工业中腐蚀和磨损问题的各类技术手段当中，热喷涂技术已被证明是一种非常有效和成功的技术，在天然气管道上的应用也已取得了一定的成果，积累了经验，为其进一步推广应用奠定了良好的技术基础。但目前国内热喷涂技术与国外相比还有较大差距，其应用仍存在工艺稳定性不高、专业操作人员水平较低、数量不足、设备开发能力较弱、涂层孔隙率较高、封闭漆的性能和配套性较差等问题。针对这些问题，可采取以下对策：（1）结合国家倡导的自主知识创新和产业升级政策，进行产学研联合，开发热喷涂纳米涂层等新技术、新工艺，并建立成果小试、中试放大和产业化应用一条龙式产品创新和开发体系；（2）开发完整和配套的技术工艺体系，包括前处理、涂层材料加工、热喷涂和封闭涂料，培训操作人员，建立专业的技术支持和施工服务队伍；（3）在石油天然气行业推广和建立工程设备全寿命成本评估的概念和方法，以真正体现和实现热喷涂技术的成本优势，并促进其在天然气管道防腐中的全面推广和应用。 更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：庞雪洁 《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事 投稿联系：编辑部 电话：010-62313558-806 邮箱：ecorr_org@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

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