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01保溫管道防腐技術(shù)的概況
管道與土壤或水長(zhǎng)期接觸，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕和大量熱量的散失，對(duì)管網(wǎng)的安全運(yùn)行、管輸故障及使用壽命帶來(lái)極大威脅。其很大程度上取決于材料和防腐保溫方法，管道必須采取適當(dāng)防腐保溫控制技術(shù)，確保管網(wǎng)安全運(yùn)行，降低能耗，延長(zhǎng)使用壽命。對(duì)集輸管道防腐保溫后，傳熱熱阻增大，熱損失減少，有利于安全集輸。
02防腐保溫結(jié)構(gòu)及材料選擇
2.1防腐保溫層結(jié)構(gòu)
輸送介質(zhì)溫度不超過(guò) 100℃的埋地鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層應(yīng)由防腐層 - 保溫層 - 防護(hù)層 - 端面防水帽組成。防腐層可選用聚乙烯膠粘帶、TO樹(shù)脂、液體環(huán)氧類(lèi)涂料、聚乙烯防腐層或熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層，其結(jié)構(gòu)及厚度由設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選定；保溫層應(yīng)選用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，保溫層厚度應(yīng)在滿(mǎn)足輸送工藝要求前提下結(jié)合經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算確定，其厚度不應(yīng)小于 25mm；防護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)管徑及施工工藝確定，其厚度應(yīng)大于等于 1.4mm；防腐保溫管端面應(yīng)采用輻射交聯(lián)型熱縮防水帽進(jìn)行防水密封。當(dāng)溫度大于100℃時(shí),通常在鋼管及聚氨脂泡沫塑料之間加一層硅制品(如微孔硅酸鈣),但這也僅適用于短距離及站場(chǎng)內(nèi)部管道。
2.2保溫管道防腐層
管道防腐層是保證管道外壁不被腐蝕的最后屏障，直接影響管線(xiàn)使用壽命。近年來(lái)我國(guó)防腐涂層技術(shù)發(fā)展迅速，干線(xiàn)管道涂層主要采用的有熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯復(fù)合涂層（三層 PE）。
熔結(jié)環(huán)氧粉末為一次成膜涂層，由固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及多種助劑經(jīng)混煉、粉碎加工而成，屬熱固性材料，采用靜電噴涂工藝將環(huán)氧粉末噴涂、熔融粘結(jié)到鋼管表面并固化成型。環(huán)氧粉末用作管道防蝕涂層，具有對(duì)鋼鐵粘結(jié)力強(qiáng)、膜完整性好、耐陰極剝離、耐土壤應(yīng)力和耐磨損、涂覆操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、抗沖擊性和抗彎曲性能好等特點(diǎn)。
擠壓聚乙烯防腐層三層結(jié)構(gòu)底層通常為環(huán)氧粉末涂層，中間層為膠粘劑層，外層為聚乙烯層，由于其兼有熔結(jié)環(huán)氧粉末優(yōu)異的防腐性能以及聚乙烯優(yōu)良的機(jī)械性能、絕緣性能及強(qiáng)抗?jié)B透性，近年來(lái)在我國(guó)新建大口徑管道工程中大量應(yīng)用，如西氣東輸、蘭鄭長(zhǎng)、長(zhǎng)呼輸油管道、庫(kù)鄯線(xiàn)、陜京線(xiàn)等重點(diǎn)工程，也形成了較完整的技術(shù)體系。
2.3保溫管道防腐保溫層
管道所用的保溫材料最初為石棉灰、硅藻土、蛭石,后發(fā)展到礦渣棉、玻璃棉、珍珠巖等,這些材料的保溫效果、吸水性及施工條件等都不夠理想。七十年代初,石油管道開(kāi)始采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫，并在各類(lèi)繁多的保溫材料中逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料因其導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、可工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)施工方便，廣泛應(yīng)用于埋地長(zhǎng)輸管道的保溫。當(dāng)輸送高溫介質(zhì)管道時(shí)，經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)比較后可采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，即在鋼管與聚氨酯泡沫之間加夾微孔硅酸鈣等耐溫材料。泡沫塑料是一種發(fā)泡體保溫材料，由多異氰酸酯、組合聚醚加催化劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑等原料組成，其中發(fā)泡劑是聚氨酯泡沫中最重要的一種助劑，應(yīng)為無(wú)氟發(fā)泡劑。
2.4保溫管道防腐防護(hù)層
管道的實(shí)際保溫效果能否達(dá)到預(yù)定指標(biāo),取決于保溫層的防水性,而保溫材料的多孔性使其吸水性較強(qiáng),硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料雖然具有閉孔結(jié)構(gòu),但如果長(zhǎng)時(shí)間處在一定水壓下,同樣要吸水。因此,對(duì)這類(lèi)保溫材料要外包防護(hù)層。國(guó)內(nèi)管道采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫時(shí)使用的外防腐層主要有兩種:即石油瀝青玻璃布防護(hù)層和聚乙烯夾克防護(hù)層。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫層外加石油瀝青玻璃布防護(hù)層的施工工藝為噴涂泡沫成型或模具成型后外纏石油瀝青玻璃布,生產(chǎn)效率低,施工工藝落后,現(xiàn)在已較少使用。硬質(zhì)聚氨酯塑料保溫層外加聚乙烯防護(hù)層的施工工藝有“管中管”成型和“一步法”成型兩種,隨著兩種施工工藝日趨成熟,生產(chǎn)效率高,應(yīng)用較為普遍。地上敷設(shè)管道多采用鍍鋅鐵皮、鋁箔玻璃鋼等。埋地管道則多為高、低密度聚乙烯包覆層,俗稱(chēng)夾克。近來(lái)也有將高、低密度聚乙烯綜合起來(lái)使用做防護(hù)層的,俗稱(chēng)中密度聚乙烯。該種材料既有近似于高密度聚乙烯的強(qiáng)度,同時(shí)又具有低密度聚乙烯的韌性,將二者綜合后的材料大大延長(zhǎng)了材料的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂時(shí)間。埋地保溫管道的外防水層也有的使用TO樹(shù)脂玻璃鋼、環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼或改性石油瀝青玻璃布等。
2.5保溫管道防腐補(bǔ)口材料
根據(jù)統(tǒng)計(jì),管道腐蝕的主要原因是由于地下水從管道補(bǔ)口處侵入保溫層后,由電化學(xué)腐蝕引起的。近年來(lái),由于熱縮制品的發(fā)展,多采用聚乙烯熱收縮帶、聚乙烯熱熔套等。針對(duì)補(bǔ)口是保溫管道的關(guān)鍵環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)中一般在管端采用輻射交聯(lián)熱收縮性防水帽,并在補(bǔ)口處鋼管外壁采用加強(qiáng)防腐措施,采用的材料有加強(qiáng)煤焦油瓷漆、加厚型S52—1型聚氨酯專(zhuān)用防水防腐漆、環(huán)氧類(lèi)防水材料、輻射交聯(lián)熱收縮套(帶)等。
03國(guó)外保溫管道結(jié)構(gòu)及常用材料
根據(jù)對(duì)國(guó)外保溫管道檢索資料分析,國(guó)外保溫管道常用的材料主要有以下幾種類(lèi)型:
（1）保溫管道的結(jié)構(gòu)為輸送鋼管—防腐—保溫層—外保護(hù)層。其保溫層的材料為閉孔型硬質(zhì)泡沫塑料,地上管道保溫層外的保護(hù)層一般采用鍍鋅鐵皮,地下管道保溫層外的保護(hù)層一般采用聚乙烯夾克。補(bǔ)口采用現(xiàn)場(chǎng)泡沫塑料澆注,然后用熱收縮套和鐵皮雙重保護(hù)。目前保溫管道的防護(hù)層采用纏繞法涂敷工藝,使涂敷質(zhì)量更佳,較其它涂敷工藝更經(jīng)濟(jì)。
（2）對(duì)管道采用導(dǎo)管傾倒巖石和砂石碎屑進(jìn)行保護(hù)和保溫。即對(duì)預(yù)先開(kāi)挖管溝,對(duì)管線(xiàn)覆蓋保溫砂層和保護(hù)性巖石碎屑的保溫保護(hù)方式。英國(guó)北海管道、挪威的國(guó)家石油公司對(duì)近海油井出油管道采取這種保溫保護(hù)方式證明,它是一種有效的經(jīng)濟(jì)的保溫方式。
（3）國(guó)外近年來(lái)用于保溫管道的材料,除以上所述外還有:
①纖維類(lèi)保溫材料
主要為巖棉制品、礦渣棉制品、硅酸鹽纖維制品、玻璃棉制品等。這類(lèi)材料造價(jià)低,施工方便,工期短,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
硅酸鹽纖維制品有硅酸鋁氈、保溫繩、陶瓷纖維紡織品。這類(lèi)材料的特點(diǎn)是耐火、保溫,使用溫度高,化學(xué)穩(wěn)定性好,但價(jià)格較貴。
玻璃棉及制品材料密度小,導(dǎo)熱系數(shù)小,在日本使用廣泛。
②氣孔狀(亦稱(chēng)空氣層型)(粉未類(lèi))保溫材料
這類(lèi)保溫材料有珍珠巖、硅藻土、膨脹硅石、硅酸鈣制品、復(fù)合硅酸鹽制品(硅酸鎂、海泡石、硅酸鉛、稀土復(fù)合保溫材料等)。
目前在這類(lèi)材料基礎(chǔ)上又發(fā)展出超輕量硅酸鈣及超微粒子二氧化硅。超輕量硅酸鈣密度、線(xiàn)收縮率、防水性能、添加增強(qiáng)材料等方面均優(yōu)于普通硅酸鈣制品。它的導(dǎo)熱系數(shù)僅是其它無(wú)機(jī)保溫材料的1/3～1/4。
③多泡型保溫材料
目前,國(guó)外發(fā)泡型保溫材料分為:
a)有機(jī)發(fā)泡材料如:酚醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料PVC、聚異氰脲酯泡沫塑料等。它們都具有導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、抗壓強(qiáng)度高、易于成型,方便施工等特點(diǎn);
b)無(wú)機(jī)發(fā)泡塑料如:發(fā)泡珍珠巖、玻璃發(fā)泡體、發(fā)泡水泥、發(fā)泡粘土、發(fā)泡蛭石、水玻璃發(fā)泡體、發(fā)泡陶瓷以及磷酸鹽等。國(guó)外通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)發(fā)泡材料的開(kāi)發(fā)和研究表明,有相當(dāng)部分無(wú)機(jī)保溫材料很理想,且價(jià)格低廉。這些無(wú)機(jī)發(fā)泡材料有取代泡沫夾克中聚氨酯泡沫塑料保溫材料的趨勢(shì);
c)復(fù)合泡沫材料如:由樹(shù)脂粘合玻璃泡沫而形成的一種復(fù)合泡沫保溫材料。異氰酸脂與堿金屬硅酸鹽類(lèi)反應(yīng),可制成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合泡沫塑料。該類(lèi)材料的最大優(yōu)點(diǎn)是泡沫結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固,抗壓強(qiáng)度大和耐高溫,其特點(diǎn)是密度大、導(dǎo)熱系數(shù)大、價(jià)格高。
從上所述可以看出,管道保溫材料從其類(lèi)型上可分為多泡型、空氣層型和纖維型三大類(lèi)。由于多泡型保溫材料具有導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、抗壓強(qiáng)度高及易于成型和便于施工等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)外的油氣管道保溫中已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
04結(jié)語(yǔ)
管道的防腐保溫技術(shù)，不但降低了管體腐蝕泄漏的事故發(fā)生率，延長(zhǎng)了管道的服役壽命，而且是節(jié)能降耗的一種重要措施。為縮小我國(guó)管道防腐保溫技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，我們應(yīng)重視前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和資料收集，吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)總結(jié)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化防腐保溫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分考慮設(shè)計(jì)的可靠性（嚴(yán)密性）與經(jīng)濟(jì)性（保溫厚度、結(jié)構(gòu)形式）的統(tǒng)一，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)管道防腐保溫技術(shù)的發(fā)展。