管道内防腐补口工艺探讨(梅琦)

-186-管道内防腐补口工艺探讨梅奇孙红浩（北京扬奇工程技术有限公司）摘要：本文针对管道内防腐中目前仍然存在的焊缝补口技术瓶颈进行了探讨，并对现行的几种内补口的方法进行了梳理，重点对管道内智能补口车的现有技术发展程度以及现场的适用性进行了阐述，并将热喷涂技术应用到补口施工的现场可操作性进行了介绍。最后，接合自身的实践，提出了管道内智能补口车与热喷涂耐蚀涂层短节的组合办法来实现管道内补口的方法。关键词：管道内防腐补口热喷涂1前言管道输送由于具有安全、便捷及低成本等特性，目前已成为液体运输的最佳方式，特别是在石油、石化、天然气及市政等行业，管道运输网络就如同组成人体的血管一样。由于管道输送网络已经彻底渗入到国民经济的各个行业当中，因此，管道的安全运行就显得特别重要。而管道能否安全运行的一个非常关键的因素就是对管道内外表面腐蚀的控制。管道的外腐蚀能“看得见、摸得着”，且随着前些年管道防腐蚀技术的引进、消化和近些年来我国技术的发展，不同环境条件下的管道外腐蚀已经得到了有效的控制；而管道的内表面状态基本上“看不见，摸不着”，且我国对内防腐技术方面的研究起步较晚，技术不完善，对内表面的防腐蚀控制就相对难些。管道内表面防腐控制如同管道外表面防腐一样，需要分单根预制和现场补口两个步骤进行。随着我们国家无溶剂涂料等技术的进步，管道内防腐中，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；但现场内补口工序目前还存在一些缺陷和不完善的地方，严重时甚至成了管道内防腐市场发展的瓶颈。经过我国各行业科技人员的不懈努力，近些年来开发出来了不少的管道内补口的方法，如：记忆合金法、内衬短接法、机械压接法、丝扣连接法、管端加焊不锈钢短节法、热喷涂焊法、智能补口机法等等，但有的方法因苛刻的工艺条件限制，在焊接现场没有办法得到有效的应用，如记忆合金和内衬短节法；有的因需要繁杂的前期施工工序作配合，在现场得不到有效的推广，如机械压接和丝扣连接法；有的因施工成本高昂或现场技术不成熟等原因，失去了现场应用的实际价值，如加焊不锈钢短节和各种材质的内衬短接法等；对于长输管线，特别是较大口径的长输管线时，上述诸多方法均显示出了自身应用的局限性。根据现有智能补口车技术的成熟程度、现场操作的方便性和质量控制的稳定性，并结合近年来的现场实践，管道内智能补口车技术与管端口热喷涂焊无补口技术的结合应用，具有很好的市场推广价值。-187-2管道内智能补口车及涂层检测车我们国家管道内补口车的开发始于上世纪八、九十年代的大庆油田和胜利油田，进入本世纪后，经北京扬奇公司工程技术人员的不断开发与完善，已经基本适应了长直输送管道内补口的需求，特别是在DN400以上时，5D以上的弯头也可顺利通过，且配套的管道内涂层检测车能有效检测补口涂层的质量。2.1管道内补口车管道内补口车类似“小火车”一样，由多节组成，按功能分为动力车、除锈清理车、喷涂车等。动力车为整个补口车在管道内的行进及各项功能的实验提供动力；除锈清理车可对焊缝表面进行打磨清理，喷涂车为双组份喷涂模式，对焊缝进行液态涂料的喷涂。该补口车分管道内主车和管道外控制两大系统，是一台集机、电、讯为一体的自动化作业设备，管内主车上载有自动控制系统、摄像定位、图像发射、遥控接收系统。管外监控系统包括图像接收、遥控发射系统、手持操作器、图像监视器及工作电源等。工作时，操作人员通过监控系统发出各项摇控指令，完成对管内小车的前进、后退、定位、除锈、清理、喷涂、停车等项作业的控制。另外，该机还具有欠压、通讯中断等保护措施，在确保正常运行的同时又具备较强的自救能力。同时，配套的救助车也能在补口车出现异常的情况下，进入管道内对故障补口车进行救援。图1DN80补口车图2DN150图3DN80补口车图4DN700补口车目前管道内智能补口车适用管径为DN80以上，控制方式有无线遥控（DN200以上）和有线控制模式，适用的涂料为双组份无溶剂类涂料，当管径大于DN400时，该设备能通过5D以上的弯头，且一次操作距离可达到1公里以上。图5补口车可连续通过两个弯头2.2管道内涂层质量检测车管道内涂层检测车与补口车结构类似，由动力驱动车和检测车两节组成，驱动车为检测车-188-在管道内的行进和工作提供动力源，检测车可实现视频外观检察、涂层厚度检测和漏点检测等功能，检测的结果通过信号传输系统传输至管道外的监控器，操作人员可非常方便的读取。如下图：图6管道内涂层检测车图7外观检测图8漏点检测图9厚度检测通过视频检察，可以查看补口涂层外观质量以及补口涂层的宽度和焊缝涂层敷盖的完整性；通过涂层厚度和电火花的检测，直观的判定补口涂层质量的符合性。2.3影响涂层补口质量的几个关键因素2.3.1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，并在焊接对口时严格控制对口的错边量；2.3.2选用补口车工艺时，涂料选择的合理性。遵从选择与管体内防腐涂层材质一致的原则，并从现场施工的安全性、施工效率以及与焊接施工现场配合等角度，应尽量选择无溶剂类涂料；2.3.3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要符合设计要求，新旧涂层搭接时，原涂层表面的拉毛宽度及搭接宽度的精度控制（补口幅度）都应有严格的保证；2.3.4不论是长输管道还是工艺管道，在施工中都不可避免的存在“死口”，因此，在施工中，补口单位和安装单位应进行密切的配合，合理编制焊接工序；焊接过程中充分利用阀门井、泵、站设置，来尽量减少对接口（俗称“死口”）的产生；在有“死口”的地方，“死口”处理工艺的选择应具备合理性与可操作性。2.3.5现场质量检测手段应跟得上，如补口的宽度、涂层的厚度、补口定位的精度、电火花检漏等2.4管道内涂层补口车在现场的应用国内研制的管道内补口车目前已系列成型，有无线摇控式、有线遥控式以及大中小口径等系列，近几年在国内得到了较为普遍的应用，特别是涂层检测车的应用，使涂层的补口质量得到了有效的保障。可完全适用于中小口径的直管段以及中大口径的内防腐焊缝补口操作。图10补口前焊缝图11补口焊缝定位中图12补口后焊缝-189-用智能补口车法进行管道内补口有如下优点：现场补口可与管道安装单位实施交叉施工，利用安装单位的间歇时间，完成喷涂补口施工。使管道安装现场的各工序之间的配合变得简单易行。设备可使高粘度的无溶剂类涂料做专用补口涂料，可减少补涂遍数，缩短施工周期。对环境的施工条件及配套设施要求较低，施工速度快，质量容易得到控制。采用电动驱动，能耗低。在野外施工时，一台小功率的发电机，或一定容量的蓄电池组就可提供充足的动力供应。在现场补口施工中，补口车采用视觉光学定位系统，定位准确、直观、方便，科学的检测手段，能使防护工程质量得到有效的保证。但补口车在实际操作中，还存在一些技术未能得到突破，如各种直径管道上的“死口”，以及DN400以下的弯头（弯管处）焊缝的补口，目前还不能用补口车的办法来实现。3热喷涂耐蚀金属材料补口方法该工艺采用电弧喷涂法在距管道端口150~200mm范围内（焊接时热影响区范围内），堆焊上一层耐蚀金属材料，如锌、铝、锌铝合金及不锈钢材料等，然后再进行管道内防腐层的整体涂敷，涂料涂层与端头热喷涂耐蚀金属涂层重合范围为50～100mm。管道焊接时，采用耐蚀焊条打底焊，耐蚀焊条材质同热影响区内堆焊的耐蚀材料一致，然后在用普通的焊条完成钢管焊接的同时，实现焊口表面的防腐蚀。该方法技术新颖，工艺相对简单，对耐蚀材料、焊条及焊接工艺要求也较容易实现。电弧喷涂防腐涂层的防腐原理为机械屏蔽和阴极保护联合作用。当涂层发生破损、腐蚀介质存在时，金属喷涂层能够牺牲自己，保护钢铁基体不发生腐蚀。当选用锌或铝作为热喷涂的耐蚀金属时，由于其阴极保护效果较为明显，在一般的输水的管道焊接时可以省去相同材质焊条的打底焊工序。经过计算和实验证明一定厚度和宽度的锌（铝）耐蚀金属涂层，利用其优越的电保护性能，完全可以对焊缝进行长达数十年的保护。另外，借鉴内衬不锈钢复合管在石油石化行业的应用环境和现场的焊接安装办法，我们在管端口热喷涂不锈钢耐蚀涂层的办法，也完全可以实现特殊环境下管体有内防腐涂层的焊口的免补口工艺。不锈钢型号的选择应根据输送介质成份和腐蚀性来定。现场安装时，采用同材质的不锈钢焊条先进行打底焊，然后用普通焊条进行封盖。4组合式补口工艺根据现场的生产实践以及有针对性的实验，并结合相关的资料介绍，现推荐一种组合式的补口工艺，即在DN80以上的直管段用管道内智能补口车进行补口，在不能用补口车进行补口区域（即对接焊口和小口径的弯头焊缝等），建议采用在管道端口热喷涂耐蚀涂层，并在焊接时选择与耐蚀金属同材质的焊条进行打底焊的办法来解决这些特殊环境条件下的补口问题。由于管道安装现场对接焊口出现的随机性和不确定性，为了便于安装现场的操作，以及制作热喷涂耐蚀金属涂层质量的稳定，可以选择在预制厂提前承制好一端头含有耐蚀金属涂层的短节，短节的最小长度应大于焊接工艺要求的最小焊缝间距。如下图：-190-图13短节预制图14热喷涂过程图15热喷涂后的成品短节该短节一端喷涂上耐蚀金属涂层，其余部分在表面清理后，涂敷上与主管体一致的防腐涂层。当现场存在有“死口”或不能用补口车进行补口的焊缝时，焊接前将预制短节分别加焊在即将要对接的管路上（含有耐蚀金属涂层的一端朝外，短节与主管体连接的焊缝用液态涂料补口），然后将两端含有耐蚀金属涂层的短节对接到一起时，先用与耐蚀金属材质一致的焊条进行氩护焊打底焊，再用通用焊条完成整体的焊接操作。选择这样的工艺，能确保短节在严格的工艺要求环境条件下进行生产，在使耐蚀金属涂层的预制质量得到有效保证同时，更方便于现场安装焊接的操作。（若在长管道两端直接进行热喷涂作业，若没有完善的工装设备作配合，热喷涂层质量的稳定性将受到很大的影响）。下图是一组含有热喷涂锌层的短节在焊接后的免补口实验。短节管径为DN400，长度为500mm；耐蚀材质为锌，热涂层厚度为600um,热喷涂宽度为150mm(距管端口)，焊接采用普通焊条。焊接后将焊缝剖开，测量焊接时热影响区域在焊缝两侧10mm范围以内（如图16）。随后进行水浸泡实验。浸泡一天后，观察到在远离热喷涂层区域已经出现明显的锈迹，而在有锌层保护的表面以及在经角磨机打磨后露出的管体基材的焊缝表面，均没有发现有任何锈蚀点的存在。经长时间的连续观察，热喷锌外侧区域的锈蚀越来越严重，而热喷涂锌层区域内的表面依旧如原样。如图17、18图19、20是在水浸泡第30天和一年后拍摄，从表面状态可以看出来，在距热喷涂锌层较远，得不到有效保护的基材表面出现了明显的锈蚀，而在围堵区域内因得到锌层的电化学保护作用，即使裸露的基材表面也没有受到腐蚀介质的侵蚀。图16焊接时热影响区域及影响程度的测试图17将焊缝上热影响区内的锌层磨掉，露出基材图18浸泡水试验当天-191-图19第30天时观察的图片图20一年后的表面状态5结论通过以上的分析，并接合自身的实践以及参考专业人士的科研成果，认为当管径大于DN80时，在直管端用智能补口车可直接进行补口；管线中出现的对接口或智能补车不能到达的焊口，可以用加焊端口含有热喷涂耐蚀金属材料短节的办法来进行免补口处理；当管径小于DN80时，可采用管端口直接进行热喷涂焊的办法来解决小口径输送管道没有办法进行补口的问题。耐蚀金属材料的选择可根据输送介质的对钢管表面的腐蚀性来确定，当以近中性水为输送介质时可以考虑热喷锌、铝或锌铝合金，并在焊接时可不再用打底焊工艺；当在较苛刻的腐蚀环境时，可选择不锈钢或锌铝合金等，并在焊接时用同材质的焊条进行打底焊。参考文献[1]陈普信石油工程建设小直径管线高压无气喷涂及无补口防腐技术2001年6月第三期34页[2]攀三新石油工程建设管道内防腐现场补口新思路2011年2月第一期59页[3]张永刚管道技术与设备油气管道内防腐补口技术研究进展2009年第五期45页-192-作者简介梅奇，1990年毕业于郑州工学院化工工艺专业，先后就职于河南省防腐总公司、河南省防腐绝热工程