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1、阀门管道的防腐与保温 一、防腐的重要性 阀门管道常见的腐蚀是碳钢和低碳合金钢的腐蚀。不论阀门管道是铺设在地上、地下或水下（包括海底），都要受到外界空气、土壤、水（特别是海水）对阀门管道外壁的腐蚀，以及输送介质对阀门管道内壁的腐蚀。外界空气特别是当空气中含有二氧化硫、硫化氢等有害气体时，将产生化学腐蚀。地下土壤也能产生化学腐蚀，地下杂散电流还能产生电化学腐蚀。海水是含有多钟盐类的电解质溶液，另外还含有溶解氧、海洋生物，其电阻率很小，故腐蚀速度比在土壤中快得多。在某些缺氧得土壤中，还会产生由厌氧细菌引起得细菌腐蚀。另外还有由金属表面产生物理溶解引起的物理腐蚀。 在国民经济和国防各部门中，每年
2、都有大量金属构件和设备因腐蚀而损耗。据文献介绍，20世纪60年代，全世界每年因腐蚀而损耗的金属达1亿吨以上。据2000年不完全统计，我国当年因腐蚀造成的损失达5000多亿人民币，约占当年国民生产总值（GDP）的6％。随着科学技术的进步，各种防腐蚀措施的采用，近年因腐蚀造成的经济损失有新的下降。 管道和油气储罐的腐蚀，不仅会造成油、气的跑漏损失，还可能引起火灾，特别是天燃气管道和储罐还可能引起爆炸；不仅会带来巨大的经济损失，而且会威胁人身安全、污染环境。因此阀门管道工程的防腐是极为重要的。 二、保温是技术和节能的需要 石化工业产品中特别是原油的输送，必须加热到一定温度，以免温度太低粘度剧增
3、增加阀门管道输送阻力、不利于输送，为此应对油品适当加热。为了减少沿程的阀门管道散热以降低加热能耗，输送管道应进行保温。精矿浆和煤浆等长距离输送管道，为了防止到达末端后浆体结冰，输送管道也应进行保温，如果需要还应进行加热。各种明设管道跨越沟谷河流时，为防止停机时间过长时结冰，应进行伴热保温。天然气的气质标准不允许有游离水，不允许内壁结露，某些冷介质输送管道例如制冷管道和室内地下水管道，不允许外壁结露，也应进行保温。某些加热设备例如原油加热炉，为防止表面温度过高而烫伤操作员，也应进行保温，使表面温度不超过60℃。这样既保护了操作员，也节约了燃料消耗。 保温层的厚度越大，投资越大，但热耗越小；反
4、之保温层的厚度越小，投资越小，但热耗越大，因此存在经济厚度问题。对于不允许管道内壁结露的天然气管道和不允许管道外壁结露的冷介质管道，其保温层厚度决定于不结露的需要。 管道运输正常运行的保温属于稳定热工计算问题，停机后的保温属于非稳定热工计算问题。一般采用伴热保温措施，以确保冷却后的最低温度不低于允许的最低温度。 三、金属腐蚀的防护 1．腐蚀机理 由于外界空气中很少有二氧化硫、硫化氢等有害气体，因此化学腐蚀主要是氧化作用。另外大气中含有水蒸气，他会在金属表面冷凝形成水膜，水膜能溶解大气中的O2及CO2等其他介质，使金属表面发生电化学腐蚀。大气中金属的腐蚀受大气条件、金属成分、表面形状、朝
5、向、工作条件等因素影响而不同，其中主要是大气条件。在没有湿气的情况下，很多污染物几乎没有腐蚀性，但相对湿度超过80％，腐蚀速度就会迅速上升。 表中列出几种常用金属在不同腐蚀环境的平均腐蚀速度供参考。 常用金属在不同腐蚀环境的平均腐蚀速度 腐蚀环境 平均腐蚀速度 /（mg/（dm2·d）） 钢 铜 锌 农村大气 海洋大气 工业大气 海 水 土 壤 — 2.9 1.5 25 5 0.17 0.31 1 10 3 0.14 0.32 0.29 8 0.7 管道运输工程中的管道和金属结构件主要是碳钢和低碳合金钢，必须采取可靠的防腐措施。
6、 2．腐蚀因素 管道运输工程不论是明设还是埋设，很容易形成腐蚀原电池。影响腐蚀的因素主要有： （1） 空气湿度：空气中存在一定水蒸气，它是腐蚀的主要因素。空气湿度越高，金属越容易腐蚀。 （2） 环境腐蚀介质的含量：腐蚀介质含量越高，金属越容易腐蚀。 （3） 土壤中杂散电流的强弱：埋地管道的杂散电流越强，金属越容易腐蚀。对土壤腐蚀性影响较大的4个因素有： a．土壤电阻率：土壤电阻率直接受土壤颗粒大小、含水量、含盐量的影响，应由工程地质勘察报告给出土壤的电阻率。如下表给出了土壤腐蚀性与土壤电阻率的关系： 土壤腐蚀性与土壤电阻率的关系 土壤电阻率/Ω·m ＜20 20～50 ＞5
7、0 土壤腐蚀性等级 强 中 弱 b．土壤中的氧：土壤中含氧量与土壤的湿度和结构有关，干燥土壤的含氧量多，潮湿土壤的含氧量少。湿度和结构不同，其含氧量可能相差很大，土壤的湿度和结构不同，其含氧量可能相差几万倍，这些都会形成氧浓差电池腐蚀。 c．土壤的pH值：多数土壤显示中性，pH值在6～7.5中间。我国北方土壤多略偏碱性，南方土壤多略偏酸性。从土壤类型看，碱性砂质粘土和盐碱土pH值多在7.5～9.5之间，腐植土和沼泽土pH值在3～6之间，属于酸性。一般说，酸性土壤的腐蚀性强。 d．土壤中的微生物：土壤中的微生物对金属的腐蚀有很大影响，主要为厌氧的硫酸盐还原菌和好氧的硫杆菌、铁细菌等
8、其中以硫酸盐还原菌危害最甚。对沼泽地带、硫酸盐类型的土壤，要特别注意微生物的作用，在这种条件下阴极保护负电位要提高-100mV。 3．外防腐绝缘层 （1） 防腐绝缘层的质量要求 将防腐涂料均匀致密地涂覆在经除锈的金属管道外表面，使其与各种腐蚀性介质隔绝，消除电化学腐蚀电池的电路，是管道外防腐最基本的防腐措施。金属表面涂刷各种涂料后，经固化形成的涂料膜，能够牢固地结合在金属表面上，使其与外界环境严密隔绝。 （2） 防腐绝缘层应具备下述性能和技术要求： a．有良好地稳定性 1） 耐大气老化性能好； 2） 化学稳定性好； 3） 耐水性能好，吸水率小； 4） 有足够的耐热性，确保在
9、使用介质温度和最高气温下不变形、不流淌、不皱皮、不易老化； 5） 耐低温性能好，在堆放、运输和施工后，防腐涂料不龟裂、不脱落。 b．有足够的机械强度 1） 有一定的抗冲击强度，以防止由于搬运中碰撞和土壤压力而造成损伤； 2） 有良好的抗弯曲性，以使在管道施工时不致因弯曲而损坏； 3） 有较好的耐磨性，以防止在施工中受外界摩擦而损伤； 4） 针入度须达到足够的指标，以便使涂层能抵抗较集中的负荷； 5） 与管道有良好的粘结性和附着力。 c．有良好的电绝缘性 1） 防腐层的电阻不小于100000Ωm2； 2） 耐击穿电压强度不得低于电火花检测仪检测的电压标准。 d．防腐层应具有
10、耐阴极剥离强度的能力 e．防腐层破损后易于修补 f．抗微生物侵蚀性能好 g．不透气、不透水，容易干燥凝固 （3） 选择防腐涂料时，应考虑下述因素： a．管道运行的介质温度和施工、生产过程中的环境温度； b．管道通过地区的土壤性质； c．防腐涂料的装卸和储存条件； d．防腐涂料性能是否符合标准要求（是否合格），性能是否优良； e．施工工艺是否先进； f．防腐涂料的价格和施工费用情况。 4．钢材的表面处理 （1） 钢材表面状态的影响 防腐质量的好坏取决于防腐涂料与钢材的附着力，而附着力取决于除锈质量。钢材表面处理的目的是：① 提高钢材的防腐能力；② 增加钢材与涂膜之间的附
11、着力；③ 有利于顺利进行涂装作业，保证涂膜质量，以最大限度地发挥涂料防腐性能；④ 延长涂膜的耐久性。 涂装前不同表面处理方法对涂装质量有较大影响。如采用相同底面配套漆膜，在相同条件下经两年曝晒后，其漆膜锈蚀的情况如表所示。 不同表面处理的漆膜锈蚀情况 表面处理方法 漆膜锈蚀情况 不经除锈 手工除锈 酸洗除锈 喷砂磷化处理 60％ 20％ 15％ 仅有个别锈点 （2） 钢材表面除锈质量等级标准 我国原石油部制定的《涂装前钢材表面预处理规范》（SY/T 0407-1997）是参照美国钢结构的质量等级制定的，其质量等级标准如表所示。 钢材表面除锈质量等级标准 处 理
12、方 法 等级标准 说 明 清 洗 用溶剂、碱清洗剂、蒸汽、酒精、浮液或热水除掉油、油脂、灰土、盐和污物 手动工具除锈 St 2级 用手动工具或钢丝刷铲、磨、刮或刷除掉疏松的锈松动的氧化皮和疏松的旧涂层，达到规定的除锈质量标准 动力工具除锈 St 3级 用动力工具或动力钢丝刷铲、磨、刮或刷除掉疏松的锈松动的氧化皮和疏松的旧涂层，达到规定的除锈质量标准 白级喷（抛）射除锈 Sa 3级 用砂轮或喷嘴抛射或喷射（干喷或湿喷）砂、钢砂或钢丸，除掉所有可见的氧化皮、旧涂层和外来污物，使金属表面显示均匀的金属光泽 近白级喷（抛）射除锈 Sa 2½级 喷射除
13、锈至近白级，直到至少有95％的表面上没有肉眼可见的残留物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑 工业级喷（抛）射除锈 Sa 2级 喷射除锈钢材表面可见的油脂和污垢，以及氧化皮，铁锈和旧涂层等附着物已基本清除（表面积75％），其残留物应是牢固附着的 清扫级喷（抛）射除锈 Sa 1级 喷射除锈，除了牢固粘结在表面上的氧化皮锈和旧漆允许留下外，一切污物均除掉，露出大量均匀分布的基底金属斑点 酸 洗 采用酸洗、双重酸洗或电解酸洗，将锈和氧化皮全部除掉 钢管表面处理方法有手工除锈、机械除锈、喷（抛）除锈、火焰除锈、化学除锈多钟方法，可根据不同的施工要求和条件选择使用。
14、5．管道外壁防腐蚀层 20世纪70年代以来，由于油气长输管道向极地、海洋、冻土、沼泽、沙漠等严酷环境延伸，对防腐层性能提出了更严格的要求，因此在管道防腐材料研究中，各国都着眼于发展复合材料或复合结构。强调防腐层具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应性能等，满足防腐、绝缘、保温、增加强度等多种功能要求。 （1） 常用外壁防腐蚀层 a．各种外壁防腐蚀层的性能和使用条件：各国根据本国的资源情况，管道工作环境和技术水平等，逐步形成了各种防腐材料系列，其技术性能和使用条件如表所示。 外防腐层的技术性能和使用条件简表 分项 涂层类别 石油沥青 煤焦油瓷漆 环氧煤沥青
15、 塑料胶粘带 聚乙烯包覆层（夹克） 环氧粉末涂层 底漆 材料 沥青底漆 焦油底漆 煤沥青、601＃环氧树脂混合剂等 压敏型胶粘剂或丁基橡胶 丁基橡胶和乙烯共聚物 无 涂层 材料 石油沥青，中间材料为玻璃网布或玻璃毡等 煤焦油沥青，中间材料为玻璃网布或玻璃毡等 煤沥青、634＃环氧树脂混合剂、玻璃布等 聚乙烯、聚氯乙烯（带材） 高（低）密度聚乙烯（粒料） 聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂（粉末） 涂层 结构 采用薄涂多层结构 同左 同左 普通： 1层内带 1层外带 加强： 2层内带 1层外带 特强： 2层内带 2层外带 涂料连续紧密粘结在管
16、壁上，形成硬质外壳 涂层熔化在管壁上，形成连续坚固的薄膜 厚度 /mm 普通≥4.5 加强≥5.5 特强≥7 普通≥3 加强≥4.5 特强≥5.5 普通≥0.2 加强≥0.4 特强≥0.6 0.7～4 1～3.5 0.2～0.3 适用温 度/℃ –20～70 –20～70 一般：–30～60 特殊：–60～100 –40～80 –40～107 施工及 补口 方法 工厂分段预制或现场机械连续作业，补口多用石油沥青现场补涂 多采用工厂预制，补口多用热烤带 工厂分段预制或现场机械连续作业，补口用相同材料涂刷 主要采用现场机械连续作业
17、采用模具挤出或挤出缠绕法，工厂预制，补口用热收缩套 采用静电喷涂等离子喷涂工厂分段预制，用热收缩套或喷涂后固化补口 优、 缺点 技术成熟，防腐可靠，物理性能差，且受细菌腐蚀 吸水率低，防腐可靠，物理性能差，抗细菌腐蚀，现场施工时略有毒性 机械强度高，耐热、耐水、耐介质腐蚀能力强、常温固化时间长，要求除锈严格，表面干燥 绝缘电阻高，易于施工，物理性能差 很好的通用防腐层，物理性能和低温性能好，技术复杂，成本较高 防腐性能好，粘结力强，强度高，抗阴极剥离好，技术复杂，成本高 适用 范围 材料来源丰富地区 同左 适用于普通地形及海底管道 干燥地区 各类地区 大口径、
18、大型工程、沙漠热带地区 b．常用外壁防腐蚀层 1）石油沥青防腐蚀层：石油沥青用作管道防腐材料已有很长历史。由于这种材料具有来源丰富、成本低、安全可靠、施工适应性强等优点，在我国应用时间长、使用经验丰富、设备定型，不过和其他材料相比，已比较落后。其主要缺点是吸水率大，耐老化性能差，不耐细菌腐蚀等。 2）煤焦油瓷漆防腐蚀层：煤焦油瓷漆（煤沥青）具有吸水率低、电绝缘性能好。抗细菌腐蚀等优点，即使在新型塑料防腐蚀层迅猛发展的近30年，美国油、气管道使用煤焦油瓷漆仍占约半数。目前我国只在小范围内使用，有待进一步推广。主要原因是热敷过程毒性较大，操作时须采取劳动保护措施。 3）环氧煤沥青防腐蚀
19、层：由环氧树脂、煤沥青、固化剂及防锈颜料所组成的环氧煤沥青所组成的环氧煤沥青涂料，具有强度高、绝缘好、耐水、耐热、耐腐蚀介质、抗菌等性能，适用于水下管道及金属结构防腐。同时具有施工简单（冷涂工艺）、操作安全、施工机具少等优点，目前已在国内油气管道推广应用。不过这种防腐蚀层属于薄型涂层，总厚度小于1mm，对钢管表面处理、环境温度、湿度等要求很严，稍有疏忽就会产生针孔，因此施工中应特别注意。 4）塑料胶粘带防腐蚀层：在制成的塑料带基材上（一般为聚乙烯或聚氯乙烯，厚0.3mm左右），涂上压敏型粘合剂（厚0.1mm左右）即成压敏型胶粘带，是目前使用较为普遍的类型。它是在掺有各种防老化剂的塑料带材上，
20、挂涂特殊胶粘剂制成的防腐蚀材料，在常温下有压敏粘结性能，温度升高后能固化，与金属有很好的粘结力，可在管道表面形成完整的密封防腐蚀层。 胶粘带的另一种类型为自融型带，它的塑料基布薄（0.1mm左右），粘合剂厚（约0.3mm），塑料布主要起挂胶作用，粘合剂则具有防腐性能。由于粘合层厚，可有效地关闭带层之间地间隙，防止水分从间隙侵入。 5）聚乙烯包覆层：通过专用机具将聚乙烯塑料热塑在管道表面，形成紧密粘接在管壁上的连续硬质塑料外壳，俗称“夹克”。其应用性能、机械强度、适用温度范围等指标均较好，是性能优良的防腐涂层之一，我国自1978年以来，陆续在各油田试用。夹克防腐层的补口，一般可采用聚乙烯热收
21、缩套（带、片）。 6）环氧粉末涂层：环氧粉末涂层是将严格处理过的管子预热至一定温度，再把环氧粉末喷在管子上，利用管壁热量将粉末融化，冷却后形成均匀、连续、坚固的防腐薄膜。热固性环氧粉末涂层由于其性能优越，特别适用于严酷苛刻环境，如高盐高碱的土壤，高含盐分的海水和酷热的沙漠地带的管道防腐。环氧粉末涂层喷涂方法自20世纪60年代静电喷涂研究成功到现在，已形成了完整的喷涂工艺，正向高度自动化方向发展。 四、管道的阴极保护与杂散电流保护 1．阴极保护的基本原理 金属管道的周围环境包括土壤、水和含有水蒸气的气体，均含有一定的电解质，尤其是埋设的金属管道和水下特别是海水中的金属管道，周围环境的电解
22、质含量更多，因此金属管道几乎都存在电化学腐蚀。除采用外防腐涂料防腐外，还要采用阴极保护措施抑制电化学腐蚀。另外当外界有杂散电流时，例如电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统等直流电力系统，会使处在电解质溶液中的金属管道产生电解而腐蚀，应采取排流保护措施。 电化学腐蚀分为原电池腐蚀和电解腐蚀。原电池腐蚀系指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀；电解腐蚀系指外界杂散电流使电解溶液中的金属进行电解而产生的腐蚀。 阴极保护的原理如图所示 阴极保护的基本原理 被保护的金属管道电位较低，称为阳极，辅助阳极或牺牲阳极电位更低，两者之间在电解质溶液中产生电流，使被保护
23、的金属管道得以保护。阴极保护有两种方法，其原理相同。 外加电流阴极保护：利用直流电源，通过辅助阳极对被保护的金属管道通以恒定电流，使阴极变化，以防止腐蚀，此法为外加电流保护法，如图所示。 两种阴极保护方法的优缺点比较如表所示。 两种阴极保护方法的优缺点比较 方法 优点 缺点 外 加 电 流 阴 极 保 护 方 法 ① 单站保护范围大，因此管道越长，相对投资越小 ② 驱动电压高，能够灵活控制阴极保护电流，可供给较大保护电流 ③ 不受土壤电阻率的限制，在恶劣的腐蚀条件下也能使用 ④ 采用难溶性阳极材料，可作长期的阴极保护 ① 一次性投资费用较高 ② 需要
24、外部电源 ③ 对邻近的地下金属结构物干扰大 ④ 维护管理较复杂 牺 牲 阳 极 保 护 方 法 ① 保护电流的利用率高，不会过保护 ② 适用于无电源地区和小规模分散的对象 ③ 对邻近的地下金属结构物几乎无干扰，施工技术简单 ④ 安装及维护费用小 ⑤ 接地和防腐兼顾 ① 驱动电压低，保护电流调节困难 ② 使用范围受土壤电阻率的限制 ③ 对于大口径裸管或防腐涂层质量不良的管道，由于费用高，一般不宜采用 ④ 在杂散电流干扰强烈地区，将丧失保护作用 ⑤ 投产测试工作较复杂 辅助阳极材料要有良好的导电性和抗腐蚀性，常用的有碳钢、铸铁、石墨、高硅铸铁、磁性氧化铁等
25、 常用阳极材料性能如表所示。 常用阳极材料性能 性 能 阳 极 材 料 碳 钢 石 墨 高硅铸铁 磁性氧化铁 密度 /（kg/m3） 20℃电阻率 /（Ω·cm） 抗弯强度 /（105Pa） 抗压强度 /（105Pa） 消耗率 / [kg /（A·a）] 允许电流密度 /（A/m2） 利用率（％） 7800 17×10–6 9.1～10 50 450～1680 700×10–6 80～130 140～350 0.4～1.3 5～10 66 7000 72×10–6 14～17 70 0.1～1 5～8
26、0 50 5100～5400 3×10–2 与高硅铸铁相似 与高硅铸铁相似 0.02～0.15 100～1000 综上所述，无论采用何种方法，都必须使产生的电流足以克服和抵消腐蚀电流，从而停止金属管道的腐蚀，受到有效的保护。 牺牲阳极材料需要满足下述要求： 1）驱动电位大，使被保护金属管道阴极极化。 2）阳极极化率小，使电位及输出电流稳定。 3）单位重量消耗提供电量多，单位面积输出电流大，电流效率高。 4）价格低廉，来源广，制造简单，便于施工。 常用的牺牲阳极材料有镁基合金、铝基合金、锌基合金三大类，其基本性能如表所示。 牺牲阳极材料的性能 性能 纯镁
27、镁、锰 镁合金（Mg-6Al-3Zn） 铝合金（Al-Zn-In） 纯锌、锌合金 密度 /（kg/m3） 阳极开路电位/V 对钢铁的有效电压/V 理论产生电量/（A·h/g） 1740 1.56 0.75 2.2 1770 1.48 0.85 2.21 2830 1.08 0.25 2.87 7140 1.03 0.2 0.82 海水中 电流效率（％） 发生电量 /（A·h/g） 消耗率 / [kg /（A·a）] 50 1.1 8 55 1.22 7.2 80 2.2 3.8 95 0.78 11.8 土壤中
28、 电流效率（％） 发生电量 /（A·h/g） 40 0.88 50 1.11 65 1.86 65 0.53 2．杂散电流的腐蚀及防护 （1） 直流电对腐蚀的影响 电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统，都会在土壤中产生杂散电流，使地下管道产生电化学腐蚀，其腐蚀程度要比一般的土壤强烈得多，有杂散电流存在时，管地电位差可能高达8～9V，较无杂散电流的零点几伏电位差大得多，其影响可远达几十公里，必须采取防护措施。 （2） 防止杂散电流的措施 除使长输管道远离杂散电流外，如果不能远离，长输管道防止杂散电流的主要措施是排流保护，即用绝缘的金属电缆将被保护的金属管道与排
29、流装置连接，将杂散电流引回铁轨或回归线（负极母线）上。电缆与管道的连接点称为排流点。排流保护可分为简单排流保护、极性排料保护、接地式排流、强制排流等，在工程设计中由电力专业设计人员确定。 由于杂散电流通过管道时电位变化幅度较大，所以地下管道采用排流保护的段落，一般都不用阴极保护。 （3） 阴极保护的抗干扰措施 当各种管道密集分布或平行铺设时，某一根管道的阴极保护设施会对其他管道产生干扰，不仅会影响被保护管道的防护效果，还会加速未防护管道的腐蚀。为防护这种干扰影响，应尽可能使未防护管道远离阴极保护设施，否则应采取下述抗干扰措施： 1）采用绝缘法兰隔离有阴极保护的管段和无阴极保护的管段，一
30、般在被保护管道的出站口、大型穿越障碍物的两端、杂散电流影响段，被保护管道与其他不应受到阴极保护的管道连接处应装设绝缘法兰。绝缘法兰采用绝缘垫片，每个螺拴都加绝缘圈和绝缘套管，使两个法兰完全绝缘。组装后要做绝缘性能试验，用500V兆欧表摇测，其绝缘电阻大于5MΩ方可焊到管道上。 2）采用加“均压线”的方法，将未保护管道与保护管道用电缆连接起来，以保持各处电位的平衡，实行联合阴极保护，一般长输管道每隔50m左右设一“均压线”。 3）在距阳极较远有电流从管道流出的部位，安装一个牺牲阳极与管道相连，使杂散电流经牺牲阳极流入地下。 （4） 交流输电线感应腐蚀的防护 一般来说交流电引起的腐蚀比直流
31、电小得多，大约为直流电的1％以下。但是当高压交流输电线与管道平行架设时，由于静电场和交变磁场的影响，对金属管道感应而产生交流电流，这时对管道的影响和危害却不能忽视，在交直流叠加的情况下，交流电的存在可引起电极表面的去极化作用，使腐蚀加速。除尽可能避免或缩短平行段的长度外，还应采取下述措施： 1）将管道串接大电容接地，或在管道与电力系统接地之间安装接地电池。接地电池由一对或几对用绝缘块隔开的锌阳极构成，埋在低电阻率的回填土中。 2）为防止高压电对人员的危害，在所有露出地面的金属管道附属设施处，需作接地处理，以消除静电干扰。在管道工作人员接触有关部位，设接地栅极或接地电池，将感应的交流电引入大
32、地，防止工作人员受电击。 3）为防止绝缘法兰被击穿，应在法兰上安装避雷器或放电器，或将法兰两端与接地电池相连。 4）严格遵循有关安全规程。 五、金属阀门管道的内壁涂层 1．内壁涂层技术在国内外的应用 为了防止管道内壁腐蚀、降低内壁粗糙度、增加输送能力、延长管道使用寿命，20世纪60年代以来，内壁涂层技术在国外得到迅猛的发展，1968年美国石油学会（API）制定了《输气管道内涂层的推荐准则》，对内涂层材料、施工和质量都作了严格规定，之后英国、法国、荷兰、加拿大等国家相继制定了内壁涂层的标准。我国采用内壁涂层技术始自20世纪70年代，首先应用水泥浆作给水管道的衬里，以解决管内壁的腐蚀结垢
33、问题，并制定了《埋地给水钢管道水泥浆衬里技术标准》（CECS10：1989），现已在全国推广应用，该标准适用于DN≥500的室外给水钢管道。对于室内给水管道，已废止使用黑铁管和镀锌钢管，推广采用适于输送饮用水的硬质聚氯乙烯管材、高密度聚乙烯管材和铝塑复合管。我国石油行业制定了《钢质管道熔结环氧粉末内涂层技术标准》（SY/T0442-1997），经原能源部批准于1990年10月1日实行，但国内长输管道内涂层尚处于试验研究阶段。 2．内壁涂层的效果及性能要求 （1） 内壁涂层的效果 管道外壁涂层只能解决管道周围环境对外壁的腐蚀，不能解决输送介质对内壁的腐蚀。为此，应采取内壁涂层的措施，内壁涂
34、层的技术经济效果有如下各点： 1）防止内壁腐蚀，例如硫化物（硫化氢、硫醇等）、水、氧、厌氧细菌都会引起油气管道的内壁腐蚀，甚至影响输送介质的质量，为此，应采用耐腐蚀的内涂层。 2）降低管壁粗糙度，减少摩阻损失，可增加加压站的间距、减少加压站的数量，从而降低投资和能耗。 3）减少管道事故，延长管道使用寿命，可减少维护费用。 4）由于管壁粗糙度减小，可降低清管通球的驱动压力。据国外的实践，有内涂层管道的通球驱动压力约可降低50％。由于污物不易粘接，清管变得容易，可减少清管通球的次数。 5）钢管出厂后，一般不立即使用，如有内涂层，可长期储存。易于检查管子的内壁缺陷，借助漆膜的光泽，可方便地
35、进行内壁检查。 （2） 常用内壁涂料 1）给水管道采用水泥砂浆衬涂 可用于饮用水管道 2）液体环氧涂料 一般推荐采用胺固化环氧树脂和聚酰胺固化环氧树脂，其环氧当量值为450～525，环氧值为0.19～0.22，相当于我国生产的601＃环氧树脂。这种涂料强度高、附着力大、耐磨耐腐蚀，适用于高压油气管道和非饮用水管道。我国兰州涂料研究所和中国石油天然气总公司四川设计院研制的E–2环氧涂料即此类产品。 3）环氧煤焦油涂料 它主要由环氧树脂同煤焦油沥青按一定比例配成的，是一种成本低性能好的内涂料，对酸、碱、盐、水都有较好的抗腐蚀性能。 4）酚醛树脂涂料 热固性酚醛树脂涂料机械性能好，
36、耐化学腐蚀，耐热温度可达120℃，也是一种性能较好的内涂料，在日本使用较多。 5）粉末涂料 目前用于管道内壁防腐的粉末涂料，主要是热固性的环氧树脂和热塑性的聚乙烯。前者多用于油气管道，后者用于输水管道。管道内壁防腐所用环氧树脂主要是双酚A型，也可采用双酚A与环氧氯丙烷的共聚物，所用固化剂多为双氰胺、已二酸二酰胺或封闭型聚异氰酸酯。采用上述树脂和固化剂构成的涂料，可获得理想的防腐效果。环氧粉末涂料的涂膜具有强度高。附着力强、耐化学腐蚀性能好的特性，使用温度为-30～110℃。 （3） 涂层结构 涂层结构由底层、中间层和面层组成，涂层结构的总厚度是涂层寿命的主要指标之一。一般认为底层厚度是
37、钢材表面粗糙度的3倍以上，不同的应用条件，对涂层厚度有一定的控制范围，内涂层厚度的参考数据如表所示。 管道内涂层的控制厚度 内涂层应用条件 控制厚度/μm 钻 杆 注水油管 一般油（气）田污水 重腐蚀性的油（气）田污水 含砂耐腐蚀厚浆涂层 湿式二氧化碳 油（气）田卤水 油田水回注系统 125～250 125～230 250~350 400~550 400~550 250~400 400~550 250~400 石油行业标准SY/T0442-1997所列环氧粉末内涂层厚度列于下表 管 道 类 别 涂层厚度/μm 输气管 减阻型 防腐型 ≥
38、50 ≥200 输油管道 输水管道 ≥200 ≥300 （4） 施工技术 内涂层施工工艺分为工厂喷涂和现场涂敷两大类，工厂喷涂的优点是涂层质量易保证，对管道内壁表面处理质量、涂层厚度、均匀度、缺陷等可直接监控；另外，工厂喷涂周期短、产量高，可采用现代化生产手段，是内涂层的主要施工方式。现场涂敷是对已铺设好的管道在现场采用整体涂敷内涂层的方法和现场衬里方法，现简介如下： 工厂喷涂工艺分为机械喷涂法、流化床法、静电喷涂法和灌涂法四种方法。 机械喷涂法的工艺流程如图所示。 管内喷涂工气流程 长输管道大都采用高压无空气喷涂方式，具有生产效率高、涂膜
39、质量好的优点，不会因压缩空气所带来的水分、尘土、杂质等影响涂膜质量，还可节省涂料，防止溶剂雾滴污染环境。为确保膜厚和涂膜的均匀、光滑，必须使涂料充分雾化。 流化床法是粉末涂料最早使用的方法，设备简单，操作容易。待涂管子经内表面处理预热到300℃，然后放在施涂装置夹具之间，构成粉末流动和空气流动回路。钢管按一定速度旋转，同时位于出口处的引风机将粉末涂料与空气按一定比例吸入，流过待涂管子时便附着在管子内壁，融解后形成涂层。 静电喷涂法是国外最先进、应用最普遍的内涂层施工技术，其基本原理是高压静电感应吸附。喷枪置于管子一端与高压电负极连接，管子须接地，使喷枪与管子形成强大的静电场。管子另一端与涂
40、料回收装置和抽气装置连接，在静电场的作用下后抽气装置的吸引下，带有电荷的涂料从喷嘴喷出后，立即受到管子内表面的吸附并分布在内表面，然后迅速将管子移到电感应圈，边加热边转动，使涂料熔化均匀，喷涂完毕即可固化。 灌涂法就是将涂液灌入管道内，把两端封死，经多次滚动管道后，最后倒出所余涂料，待干燥后再进行涂敷，直至要求厚度为止。这是管道内壁涂敷较简单的方法，但生产效率较低。 现场管道整体涂敷的长度为3～10km，一般采用挤涂法：用两个专门设计的“涂管塞”进行挤涂，涂管塞上带有若干橡胶活塞盘或活塞碗，用嵌入其中的心轴和螺杆使两个清管塞联在一起，把涂料放入两个涂管塞之间，以压缩空气为动力推动两个涂管塞
41、通过管道。涂层厚度由后一个涂管塞完成，要求管道的曲率半径不小于5倍管道直径。其涂敷步骤如下： 1）表面准表：用清管器将洗涤液沿管道推进，冲刷掉管内污物；然后用涂管塞推顶洗涤剂，除掉管道内壁油脂；最后用氮气或热空气进行吹扫和干燥。 2）除锈：用带刷子或刮管器的清管器通过管道，以除去腐蚀层等污物；用氮气吹扫磨料，除去氧化皮和污物；用酸洗除锈法除锈。通过上述方法达到表面除锈质量要求。 3）清洗、磷化、干燥：用酸洗除锈后的管道，再用水冲洗掉残留的游离酸，然后立即进行内表面磷化处理，用干燥剂或热空气干燥。 4）内涂装：内涂装时要控制压差稳定，使涂管塞平稳而均匀的前进，以保证涂膜均匀光滑。 5）
42、涂层固化：按涂料要求进行。 油气管道的现场衬里有聚乙烯薄膜衬里，环氧树脂离心法衬里，用清管器衬里。 六、阀门管道的保温 1．保温的含义 凡是通过保温材料和加热措施使管道和设备保持一定的温度或温度范围，都统称为保温，包括以减少散热损失降低能耗为目的的措施称保温：以减少外部热量向管道内部侵入为目的的措施称保冷；以管道外表面或管道内表面不结露的措施，即表面温度超过露点的措施称保温；以降低或维持工作环境温度、改善劳动条件、防止表面过热引起火灾或操作人员烫伤为目的的措施称保温。 管道运输工程的保温包括：正常运行稳定散热条件的保温和停机后非稳定散热条件的伴热保温。 2．设计施工的基本原则和有关
43、规定 （1） 设计施工的基本原则和技术要求 1）外表面温度高于50℃的管道、设备和附件必须保温。 2）管道运输工艺中，凡是设备例如原油加热炉的加热温度要求维持长年稳定时，必须控制加热温度，不同季节的加热量应进行调节，并进行保温。 3）对于北方易凝油品例如原油和成品油的储油罐，根据需要应进行保温或伴热保温。 4）对于北方明设部分管道例如跨越沟谷、河流的管道，为防止停机时输送介质的凝结或冻结，应进行伴热保温。 5）对于外表面温度较高的设备例如锅炉和加热炉，应进行隔热保温，以保证表面温度不超过60℃，防止烫伤操作员。 6）室外架空管道和潮湿环境中的管道，在保温层外应做防水防潮层。 7
44、为防止外界因素的破坏和保温层的脱落，在保温层外或防水防潮层应做保护层，并按保温层、防水防潮层的顺序施工。 8）管道和设备的保温施工应在试压及防腐合格后进行，施工前必须对管道和设备进行清扫和干燥，冬季雨季施工应有防冻防雨措施。 9）保温材料应有生产厂家的合格证或检验报告，其种类、规格和性能应符合设计要求。 （2） 设计施工的有关规定 各种管道和热力设备的保温，应遵守国家和有关行业颁布的标准、规范、规定进行设计和施工，主要有： 《设备及管道保温技术通则》（GB/T 4272—1992）； 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB 50236—1998）； 《工业设备及管道
45、绝热工程质量检验评选标准》（GB 50185—1993）； 《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB 50264—1997）； 《设备和管道保温设计导则》（GB/T 8175—1987）； 《工业设备管道防腐蚀工程施工及验收规范》（HGJ 229—1991） 3．保温材料的技术性能 （1） 保温材料的选用原则 1）平均温度等于或小于350℃时，保温材料的热导率不得大于0.12W/（m·℃）或0.432kj/（m·℃），并有明确的随温度变化的变化规律。 2）保温材料的密度不大于350kg/m3。 3）除软质、半硬质、散状材料外，硬质无机成型制品的抗压强度不应小于0.3MPa，有机
46、成型制品的抗压强度不应小于0.2MPa。 4）保温材料的质量含水率不得不大于7.5％，保冷材料的质量含水率不得大于1％。 5）保温材料应具有安全使用温度的性能资料，必要时尚需提供耐火性能、憎水率、热膨胀率或收缩率、抗折强度、pH值、氯离子含量等数据。 6）使用年限长、复用率高、价廉和施工劳动强度低，便于施工检修。 7）在相同使用温度范围内，有不同材料可供选择时，应选用热导率小、密度小、造价低、易于施工的材料制品。同时应综合投资、使用寿命、施工费用等因素，通过比较选用经济效益高的材料。 8）保温材料及其制品的化学性能稳定，对金属不得有腐蚀性。 9）保温材料应为阻燃性或不燃性材料，移去
47、火源后能立即自熄。 10）耐候性好，抗微生物侵蚀，不遭虫害和鼠害，无毒、无恶味。 11）来源广，便于采购，应尽量就地取材，减少途中损耗，降低施工费用。 （2） 保温材料的分类 a．按物质成分分类 1）有机材料：如聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等。 2）无机材料：如膨胀珍珠岩、硅酸钙制品、石棉类、泡沫混凝土等。 b．按使用温度分类 1）高温材料：使用温度为700℃以上，如硅酸铝纤维。 2）中温材料：使用温度为100～700℃，如石棉类、岩棉类、膨胀珍珠岩。 3）低温材料：使用温度为100℃以下，如聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料。 c．按材料形态分类
48、1）多孔材料：分有机和无机两种。 2）纤维材料：分矿渣棉、玻璃棉、岩棉、耐高温岩、天然矿物纤维棉等。 3）膏体材料：海泡石基膏体分为热固型和冷固型两种。 4．常用保温材料及其技术性能 管道运输工程常用保温材料及其技术性能如表所示。 常用保温材料性能 序 号 材料名称 密度 /（kg/m3） 极限使用 温度/℃ 推荐使用 温度/℃ 常温热导率 λ0/[W/(m·℃)] 热导率参数方程 抗压 强度 /MPa 备 注 1 硅酸钙制品 170 220 240 650 550 0.055 0.062 0.064 λ＝λ0+0.
49、00011 （Tm–70） 0.4 0.5 0.5 2 泡沫石棉 30 40 50 普通型500，防水型 –50～500 0.046 0.053 0.059 λ＝λ0+0.00014 （Tm–70） 压缩 回弹 率 (％) 80 50 30 室外只能用憎水型产品回弹率 3 岩棉、矿渣 制品 原棉150 毡60～80 100～120 80 板100～120 150～160 管≤200 ～650 ～400 ～600 ～400 ～600 ～600 ～600 600 400 400 350 35
50、0 350 350 ≤0.044 ≤0.049 ≤0.049 ≤0.044 ≤0.046 ≤0.048 ≤0.044 λ＝λ0+0.00018 （Tm–70） 4 玻 璃 棉 制 品 纤维直径d≤5μm 60 ～400 300 0.042 λ＝λ0+0.00023 （Tm–70） d≤8μm 40 64~120 ～350 ～400 300 300 ≤0.044 ≤0.042 λ＝λ0+0.00017 （Tm–70） 5 普通硅酸铝 制品 100~170 干法制品~400 湿法制品~850
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