西气东输工程管道防腐蚀概况

随着我国经济的发展，以煤炭为主的能源消费结构造成的环境污染十分严重。为了实现经济的可持续发展，我国已确定把开发利用天然气作为优化能源消费结构、改善大气环境的一项重要举措，并将天然气长输管道列人国家重点建设项目。我国天然气资源丰富，市场利用前景广阔，为满足国内对天然气的需求，加快实施西气东输工程具有重要的战略意义。我国是世界上最早发现和应用天然气的国家，但由于历史原因，发展缓慢。20世纪90年代末期，天然气在一次能源中所占的比例仅为21％，与世界同期平均水平(23．8％)相差甚远。我国天然气资源主要分布在中、西部地区，其中塔里木天然气赍源量占全国天然气资源总量的22％，具有良好的开发前景。东部的长江三角洲地区经济发达，但资源贫乏，每年从外地调煤炭的比例达到80％一90％，形成以煤炭为主的能源消费结构，以上海为例每年煤炭消耗量为一万吨每平方公里，环境朽染问题比较突出。西气东输管道起自新疆塔里木的轮南，终点是上海市西郊的白鹤镇，自西向东途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏和上海市等9个省(自治区)市。根据市场需求的增长以及塔里木嫩甘宁气田开发的进展，确定到2OO8年向河南、安徽、江苏、浙江和上海输送商品天然气120亿立方米／a，其中2003年、2OO4年利用陕甘宁天然气供应上述地区。输气干线管径为1016mm，管材为X70。1管道线路沿线气候与工程地质特点管道干线轮南、武威段线路长1839km，武威、靖边段线路长582km，靖边、郑州段线路长672km，郑州一上海段线路长907km，全长约4o00km。管道干线穿(跨)越长江、黄河、淮河等特大型河流5次，大型河流、冲沟穿(跨)越21次，中型河流、冲淘穿(跨)越55次，隧道穿越15000m，公路穿越589次，干线铁路穿越34欢，新建公路长度934km，扩建公路长度150km。西气东输工程从我国的内陆盆地到东海之滨，经过了多种气候类型。大致以吕梁山为界，其西北部主要为内陆地区，属中温带、暖温带干旱、半干旱大陆性气候，受青藏高原、蒙新荒漠及东南季风因素的影响，大陆性气候特征显著．其主要特点为冬长夏短、干旱少雨、冬季寒冷、昼夜温差大等。其东南部主要受海洋性气候的影响，从温暖带逐渐过菠到亚热带，主要特点是气温日差较小，日照充足，雨量充沛。年均气温自西北向东南逐渐增高。西气东输工程管线横贯我国东西，沿线穿过多种地貌单元、不同的地理环境，其差异较大。沿线工程地质状况基本如下：轮南．武威段地层岩以冲洪积碎石土(戈壁土)和岩石为主。靠近盆地中央处地表沉积有粉土或沙土；凡有河流漉经的盆地地带．一般为绿洲，地表为粘性土．以下为卵石地层；其中觉罗塔格山．南期戈壁一柳园以东约700km区段地表3．0m以内大部分为基岩。靠近山前的地段季节性山洪冲刷强烈。沙地有3段：库尔勒以西、博斯腾湖以南、库木塔格沙垄，均不超过20km．。地下水埋深一般大于3.0m，局部盐碱地及河流下游的洼地地下水埋深小于10m。季节性冻土冻深为0．814m。武威．靖边地层主要为冲、洪积卵砾石，岩石埋藏较深；局部见风积沙及黄土覆于地表，厚度不大；两段长度小于10km的山区基岩裸薅。地下水埋深一般大于3．0m，季节性冻土冻深为1．0～1．3m。靖边至郑州地表主要为黄土覆盖，局部冲沟沟底有砂岩、泥岩等岩石裸露，黄土厚度1—50m不等，湿陷性较强。仅太行山区段岩石多见直接裸露，山坡部位有薄层黄土覆盖，山谷处一般有冲洪积卵石、碎石覆盖。本段地下水埋深一般大于3.0m，季节性冻土深为1．0～1．2m。郑州．上海段为冲积平原，第四系覆盖层一般大于20m。岩性有黄土、黄土状土、中细砂、粉土、粘性土等。地下水埋深长江以北一般大于2．0m，长江以南大多地段浅于1.0m。季节性冻土冻深淮河以北为0．1—0.5m；淮河以南无冻土。2输气工艺方案及场站设置干线输气工艺方案：管径1016mm，输气压力10．0MPa，压比1．3～1．4．材质X70，带有减阻内覆盖层。2003年输气量8．17亿立方米／a(商品气量，下同)，20O4年输气量55．12亿立方米／a，在靖边设临时首站(增压)1座；2008年达到输气量120亿立方米／a，沿线共设工艺站场32座，其中首站1座，中间压气站17座，分输站11座，末站1座，清瞥站2座。3管道防腐蚀措施3.1管道外防腐蚀屡的选择要求外防腐蚀层的选择应遵守以下原则：(1)技术可靠，防腐蚀性能好，具有较好的机械性能和绝缘性能，水渗透率低，耐阴极剥离性好，耐植物根穿刺，耐微生物侵蚀，与钢管粘接力强，易于补口、补伤等；(2)经济合理．做到既能达到防蚀效果又可节省投资；(3)根据现有的技术装备和施工经验，能达到设计提出的要求，满足工程的需要。目前国内外适用于长输管道的防腐蚀涂层主要有煤焦油瓷漆、PE二层结构、PE三层结构、熔结环氧粉末(FBE)、双层熔结环氧粉末(双层FBE)覆盖层等。下面将各种防腐蚀材料的主要优缺点、国内外应用状况及评价简述如下：(1)煤焦油瓷潦具有绝缘性能好、吸水率低、耐细菌腐蚀和植物根茎穿透、国内材料充足及使用寿命长、价格低(约55一60元／平方)等优点。主要缺点是机械强度较低，适宜温度范围窄，低温易变脆，生产施工过程中可能会逸出有毒气体，需要严格的蛔雾处理措施。国外使用已有70多年历史，近年来因受环保的限制逐渐被其他覆盖层代替。我国已研制出达到国际标准的煤焦油瓷漆产品，分3种型号．以适应不同的温度需要。(2)PE两层结构具有绝缘性能好、吸水率低、机械强度高、坚韧耐磨、耐酸碱盐和细菌腐蚀、耐温度变化、国内材料充足等优点，价格较低(60～65元／平方米)。缺点是耐紫外线性能差，阳光下过久暴露易老化，与钢管表面结合力较差，抗阴极剥离性能差。PE层的静电屏蔽作用不利于外加电流阴极保护。国外采用聚己烯防腐蚀有40多年历史．目前仍有一定的使用量，其中，在中小管径上的用量占第一位．中等管径应用上仅次于熔结环氧粉末。国内1985年后广泛应用，到目前为止油田和各地中小管径采用此种覆盖层的防腐蚀管道已超过上万公里。(3)PE三层结构PE三层结构防腐蚀层结合了高密度聚乙烯包覆、熔结环氧粉末的优点。它利用环氧粉末与钢管表面牢固站台，利用高密度聚己烯耐机械损伤，两层之间特殊的胶层使三者形成分子键结合的复合结构，实现防蚀性能、机械性能的良好结台，是目前我国大型管道工程首选的涂层。PE三层结构肪腐蚀层从1995年在库部线、陕京线应用以来，防蚀效果很好。但有人认为：PE三层结构覆盖层破损后．容易形成静电屏蔽，阴极保护作用不能良好发挥。目前我国对此观点尚未重视。PE三层结构肪腐蚀层造价相对较高(约100元／平米)，是其缺点之一。(4)熔结环氧粉末(FBE)具有与钢管表面结合牢固、绝缘性能好、机碱强度高、耐温度变化、耐化学腐蚀等优点，可适用于各种恶劣自然环境。主要缺点是耐紫外线性能差；由于覆盖层较薄(0.35～0．50mm)，耐划伤和磕碰性能较厚覆盖层要差。国外从20世纪60年代开始应用于管道防腐，发展很快，是目前国际管道防腐蚀上采用量最多的覆盖层。价格约在65～70元／平米。(5)双层熔结环氧粉末(双层FBE)与PE三层结构类似，具有和PE三层相同的综台性能，机械性能尤其高．补口也用双层FBE，相容性好，覆盖层表面光滑。另外可避免阴极屏蔽问题，与阴极保护系统的匹配性比PE三层结构更好。这是国际上新研制出的一种覆盖层，最适于穿越段使用。国内已准备在最长的钱塘江定向钻穿越中使用。缺点是价格较高，约在95～100元／。本次调研中考虑将其使用在淮河以南的水网地区。3.2外防腐蚀层的选用方案根据工程特点和自然环境，结合各种防腐蚀层的特点，做了以下几点分析：(1)本工程管径粗．智体重量大，在运翰、管线组装过程中涂层受力大，宜选择机械性能好的涂层；(2)本工程系统庞大，建设标准高，服务年限长，应选择综合性能好、耐久性强的涂层；(3)沿线从东到西环境差异大，土壤类型、腐蚀状况不同，可根据不同地段的特点分段选用同的涂层。但为了全线标准的统一，不能选太多的品种。据此，推荐在自然环境比较恶劣(如石方段多、施工条件差)的区段采用PE三层结构覆盖层；在穿越段集中、腐蚀性强的地段选用双层FBE覆盖层；其余区段采用FBE加强级覆盖层。防腐蚀层分布如下：(1)轮南．玉门、嘉峪关界交通不便，地层以岩石、胶结的碎石土为主，拟采用PE三层结构防腐蚀，线路长约1356；(2)玉门、嘉峪关界．靖边地处河西走廊及沙漠边缘，拟采用FBE加强级防腐蚀，线路长约1065km；(3)靖边．博爱为黄土高原地形，地貌复杂，道路状况差，拟采用PE三层结构防腐蚀．线路长约604km；(4)博爱．淮河西岸，处于平原上．拟采用环氧粉末加强级防腐蚀．线路长约495km；(5)淮河西岸．上海，前段有些丘陵，后段为水网地区，土壤腐蚀性较强，大型河流、湖泊等穿越较多．拟采用双层FBE防腐蚀,线路长约480km。双层FBE技术我国还没有应用经验,为保证工程质量和工期．推荐用PE三层结构作为备用方案。合计：PE三层结构防腐蚀1960km：FBE加强级防腐蚀1560km；双层眦防腐蚀480km。3.3管道外防腐蚀补口PE三层结构防腐蚀层段采用加强级(三层)辐射交联聚乙烯热缩带补口，FBE段采用液体环氧现场喷涂或辐射交联聚乙烯热缩带补口。双层FBE采用同种材料及结构补口。3.4外防腐蚀检验及标准PE三层结构防腐蚀按照埋《地钢质管道聚乙烯防腐蚀层技术标准》(SY/T0413—95)执行；FBE防腐蚀按照钢《质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准》(SY／T0315—97)执行；双层FBE防腐蚀执行加拿大标准(CAN／CSA-Z245.20—99》。3.5管道的阴极保护管道防腐除防腐蚀层外还施加了阴极保护，由于防蚀层性能优良，使得保护距离加长，该线全部采用强制电流阴极保护，共设阴极保护站27座，其中14座与工艺站场结台，13座与阁室结合，对于无交流电的地方，阴极保护可采用的电源tegB(热电发生器)、CCVT(密闭循环蒸汽发电机)和太阳能电池。在本工程的设计中除了常规的技术外，考虑到国外技术水平，我们将在西气东翰阴极保护中按照目前国外通用的消除腰降的技术进行设计．增加遥测和遥控、电源i菖／断测试系统等，以提高测试的精度，同时大大减少管道管理的工作量。