1、天然气管道减阻内涂层技术现状及存在问题 *马卫锋 1，罗金恒 1，蔡克 1，陈志昕 1，张华 1，赵新伟 1（1.中国石油天然气集团公司管材研究所安全评价与完整性研究中心，陕西 西安，710065）摘 要：综述了国内外天然气管道减阻内涂层技术发展概况及研究应用现状，并针对国内现阶段与国外的差距、存在的问题，包括输送效率理论研究、减阻涂料研制、涂层行业标准和在役管道内涂层评价研究，提出了相应的建议。关键词：天然气管道；减阻内涂层；应用现状中图分类号：TE988. 2 文献标识码：AThe technological situation and existing problem of resist
2、ance-reducing internal coating of natural gas pipelineMA Wei-feng1, LUO Jin-heng1, , CAI Ke1, CHEN Zhi-xin1, ZHANG Hua1, ZHAO Xin-wei1 (1.Safety and Integrity Assessment Center in Research Institute of Tubular Goods of CNPC, Xian 710065, China)Abstract: This paper reviews the development and researc
3、h application status of resistance-reducing internal coating of natural gas pipeline at home and abroad, and put forward the corresponding suggestion according to the present disparity and problem, which includes the send efficiency theoretical research, the coating material research, industry stand
4、ard and the service coating evaluation research.Key words: gas pipelines; resistance-reducing internal coating; application situation1 前言管道内涂层技术在可以有效防止管道内腐蚀发生的同时，也是提高输量的有效手段，并且对于干线输气管道尤为显著。因此，基于减阻为主要目的管道内涂层技术自 20 世纪 60 年代以来发展更为迅速。减阻内涂层技术的优点主要表现为：降低管道内壁粗糙度，减小流动摩擦阻力从而增加输量，在设计输量一定时可以降低输送压力、扩大增压站间距、降低动力
5、消耗、节约钢材和施工费用，确保输送介质纯度，减小维护、清管次数和降低维护费用，使管内壁不会造成沉淀物的聚积（如垢或石蜡） ，延长管道和清管器寿命 1-3。实际检测表明，内涂层能够使管道的输气量提高 4%8% 4。目前，干线输气管道上常采用的内涂涂料有液体环氧涂料、粉末环氧涂料、酚醛环氧树脂和煤焦油环氧树脂等。这些有机涂料因为价格低廉、涂敷工艺简单、涂敷效率较高并容易实现自动化等优点，具有很好的经济性和实用性。本文着重讨论了国内外天然气管道减阻内涂层技术研究及应用现状，并针对国内现阶段与国外的差距、存在的问题提出了相应的建议。2 国外内涂层技术发展及研究现状20 世纪早期，国外已经认识到管道内流
6、体的流动性能受管子内表面状况的影响，并对水管道应用了内涂层，因此管道内涂层的应用可追溯到自来水工业。而油气管道应用内涂层的最早报道是 1940 年美国西德克萨斯州使用酚醛树脂对酸性原油油井套管进行了内涂作业，其初始目的是为了防止蜡沉积，改善原油流动性能。1953 年，内涂层第一次在美国一条直径为 20in（508 mm）的天然气管道上投入使用。之后天然气管道公司才认识到内涂层减阻作者简介：马卫锋，男，生于 1979 年 10 月，工程师，博士，目前从事天然气管道减阻内涂层及管道复合修复补强技术等研究工作。E-mail：.增输的优越性，并试图将内涂层对气体流动性能的改善量化，典型的试验就是利用氨
7、气示踪剂进行流动效率测试。结果表面：内涂层管道效率在 95%103%范围内，而相应的裸管效率只在 81%85%范围内。同一时期，美国天然气协会（ AGA）管道研究委员会进行了一个名为 NB14 的研究项目，即“天然气行业的管道内表面涂层研究” 。研究人员对氯丁橡胶、聚乙烯、醇酸树脂、环氧煤焦油、聚氨酯、环氧树脂等 38 种不同类型的涂料进行了研究和筛选，最终得出结论认为：环氧树脂型涂料是最适合于天然气管道行业的内覆盖层材料。目前，国外生产天然气管道内涂层涂料的公司主要有英国的 E.WOOD 公司、美国的 NAPKO 公司、日本的环齐（Kansai）涂料有限公司、丹麦的 HEMPEL 涂料集团、
8、荷兰的 SigmaKalon 涂料公司等，这些公司的内涂料广泛应用于世界各地的天然气管道上，业绩良好，产品性能基本相同 5。经过几十年的应用发展，管道内涂层的涂料生产和施工技术日趋成熟，油气管道公司也充分认识到管道内涂层的优越性。据统计，国外目前管径在 508mm 及以上的输气管道基本上均应用了内涂层，有些国家甚至规定：不采用内涂层的新输气管道不准投产。目前，内涂层技术处于领先地位的国家包括美国、德国、英国、意大利等欧美国家，在进入 20 世纪 80 年代以后，国外大口径长输天然气管道已普遍采用内涂层技术来提高输气压力，增加输气量。并且，经过多年生产和实际应用，国外内涂层已经实现标准化，许多国
9、家和企业都制定了自己的管道内涂层标准。内涂层领域最有权威的、最通用的一项技术标准为 1968 年美国石油学会（API ）首次发布的 API RP 5L2非腐蚀性气体输送管道内涂层推荐准则 ，并且该标准受到国际上诸多生产商、管道设计者、施工者与运营者一致遵守。此外，英国天然气理事会于 1970 年、1977 年先后发布了 GBE/CM1钢管和管件内涂层施工方法和 GBE/CM1钢管和管件内涂层材料技术规范 ，并于 1993 年修订后得到欧共体认可，成为目前欧洲通行的内涂层技术标准。纵观这些通用的内涂层技术标准，内容基本规定了涂料与涂层的技术规格、性能的试验检验、钢管表面清理与涂层涂敷施工、生产检
10、验与验收等比较全面的要求。当然，在具体工程实施时，业主和运营者的特殊要求往往会针对不同情况制定补充规定，其针对性强，对一些指标和要求大都严于通用标准。3 国内内涂层技术发展及应用现状相比国外，虽然国内在内涂层技术方面已开发多年，但主要应用于油气田腐蚀性介质的集输管道和注水管道上，用于防腐蚀的目的。另外，由于对介质的纯度要求，国内的航油管道也采用了内涂层技术，有效延长了管道寿命，取得了显著的经济效益。但是，自 20 世纪 60 年代中期到西气东输工程之前，我国天然气管道建设虽有了较大的发展，已建成各种管径和输送压力的主干线几千公里，但没有进行过内涂层。2000 年初，西气东输工程启动，在可行性研
11、究阶段，胡士信先生向项目经理部提出采用减阻内涂层技术的建议。为减少输送阻力、提高输气效率，西气东输工程决定在国内首次采用减阻内涂层技术，项目部委托中国石油天然气管道工程有限公司，对天然气管道内涂层技术进行系统的研究和开发，以推动国内天然气管道技术的进步。美国 API RP 5L2 标准总结了减阻内涂层的四点作用：改善流动特性；在建造前期提供腐蚀防护；有助于管子内表面的目视检查；改进管道清管效率。西气东输工程采用内涂后，减少压气站 3 座，每年减少燃气消耗 1.6 亿立方米，经济效益显著。关于涂层材料的研制，根据西气东输工程减阻内涂的需要，中国石油集团公司塘沽工程技术研究院开展了减阻内涂涂料的研
12、制。经过近两年的努力，最终成功研制出了 AW-01天然气管道减阻耐磨涂料，由于 AW-01 型涂料制作的减阻内涂层能达到 API RP5L2 标准的要求 6，已在西气东输工程中后期得以应用，这是国产减阻涂料的首次工业化应用。此外，中科院金属研究所也研制开发出“SLF-21 管道内减阻涂料” 。陕西合阳源源化工有限责任公司研发成功的 EB2885 长效型环氧玻璃鳞片防腐涂料，经检测和使用，性能接近国际先进水平。2005 年，大港油田研究和开发了 100% 固体含量的刚性环氧树脂- 聚氨酯防腐涂料。大庆高新区北油创业科技有限公司和中国化工建设总公司常州涂料化工研究院共同研制开发了合金化纳米复合涂镀
13、油管技术 7。这些涂料在性能上已经达到国外同类产品的水平，通过这些努力，国内外减阻涂料技术的差距正在逐步缩小。另外，国内也已经形成了内涂层技术的一些标准，即西气东输管道公司的两部企业标准，Q/SY XQ10非腐蚀性气体输送管道内覆盖层推荐做法和 Q/SY XQ11西气东输管道内壁减阻覆盖层补充技术条件 ，填补了国内减阻内涂技术标准的空白。同时，为了满足西气东输项目的需要，西气东输管道公司确定了中油管道镇江防腐厂、东北输油管理局辽阳钢管厂、宝鸡石油钢管厂、胜利油田淄博制管有限公司、青县华北石油钢管厂、江汉石油管理局沙市钢管厂及四川石油管理局资阳钢管厂等七家单位，通过采用“先内后外”方式与外防腐层
14、施工联合作业。4 存在问题及建议从上述可知，内涂层减阻技术在国外天然气管道干线上的应用非常普遍，国外在涂料的生产、施工以及涂敷验收标准等方面已经相当成熟。相比之下，我国在减阻内涂技术方面的研究起步较晚，并且在天然气管道干线上的应用时间不久，在许多方面与国外还存在较大差距。首先，管道粗糙度是影响输送效率的主要因素之一。根据理论，管道情况不同其粗糙度的取值也不同。国外针对不同存放期的裸管，其粗糙度的取值是在大量实验基础上得出的。不同国家根据制管水平和工艺的不同，其粗糙度取值存在一定的差异。近年来，国外一些科研机构通过不同运行状况下的实际数据反推管道的绝对当量粗糙度，从而确定管道运行时的粗糙度值，其
15、目的就是确定新管以及运行后管道粗糙度的变化情况，以及采用内涂层的改进效果，为以后管道设计提供基础数据。我国天然气管道发展较晚，已建管道的各项技术与国外有相当差距，应加紧进行不同运行条件下实际管道粗糙度的测量或反推工作，使我国日后干线输气管道的选定站数、布站、动力匹配等有更合理的依据。其次，在管道工业发达国家，内涂层涂料呈现品种多样化的特点。目前，国外减阻型内涂层主要采用双组分液体环氧涂料、酚醛环氧树脂涂料、环氧煤焦油涂料和熔结环氧粉末等性能良好，价格便宜的涂料。近年来，为适应高温涂敷和压力反复变化的要求，国外生产商又研发了耐热型和耐久型涂料。我国在管道内涂层涂料的研究虽然取得了可喜的成果，但在
16、涂料的生产工艺、质量控制、产品检验等方面还存在诸多不足，尤其是减阻型内涂层用的双组分环氧涂料更是缺乏可靠的生产厂家和知名品牌。随着国内大量天然气长输管道即将投入建设，内涂层减阻技术必将带动内涂层涂料的全面技术进步。我国应加快内涂层涂料配方及生产工艺的研究步伐，使国内涂料的品种也向多样化、系列化方向发展，适应更加广泛的应用范围。此外，对有关涂料的质量验收现行标准需要进一步研究，在与国际惯例相一致的情况下，制定出针对现场施工的可操作性强、简便实用的标准检验方法。除上述问题以外，更值得注意的是，对于在役天然气管道内涂层的失效，往往是生产过程中引入的失效因素和运行过程中失效因素共同作用的结果。由于管壁
17、清理不干净，涂料流动性差，防止不当等因素的影响，涂层生产过程中常见的缺陷有质点、气泡或针孔、凹坑、橘皮、结皮、流挂、流滴、流淌、螺旋线、二次污染、外力破损、厚度偏差等等 8。因此，对于在役管道内涂层的评价就显得尤为重要。但目前，对于内涂层的评价方面的研究比较前沿的，国内尚未开展该方面研究，国外已经开展了部分针对管道内涂层的实验，主要以英国ADVANTICA 与法国 IFP 两个公司的实验技术为主，其对内涂层管道压力损失减小的测试和表面改进技术、涂层老化、腐蚀测试、磨损测试、涂层与流体的交互作用及涂层修复等方面展开了研究。因此，国内对在役管道减阻内涂层的失效因素、使用寿命、运行质量和可靠性评估等
18、方面的研究应该尽快展开系统研究，这对于充分发挥内涂层减阻作用，降低运行成本、提高管道运营的经济效益具有重要意义，更为日后的涂敷生产提供有效的理论指导。5 结束语综上所述，尽管我国对天然气管道内涂层减阻技术的研究起步较晚，与国外相比还存在一定的差距，但随着我国能源结构的加快改变，天然气管道建设步伐必将加快，管道内涂层减阻技术也将得到了进一步的推广和应用，目前所有大口径管道均采用内涂层技术。因此，国内对管道粗糙度的取值、涂层材料的研制、涂层技术标准及施工技术等方面均需展开系统研究。另外，国内非常有必要加大对在役管道内涂层评价的研究力度，填补国内空白。参 考 文 献1 张宗荣. 国内外管道内壁涂层技
19、术的综述J. 油气储运，1985, 4(3) :41-46.2 钱成文，刘广文，王武，刘春林. 天然气管道的内涂层减阻技术J. 油气储运，2001, 20(3) :1-6.3 权忠舆. 研究与应用输气管道内壁涂层技术是明智之举J. 油气储运，2000, 19(9) :1-5.4 胡士信，陈向新. 天然气管道减阻内涂层技术M. 化学工业出版社, 2003: 2-3.5 刘广文，钱成文，于树清，权忠舆. 天然气管道内涂层减阻技术M. 石油工业出版社, 2003: 2-3.6 林竹，薛治军. AW-01 天然气管道减阻耐磨涂料研究与应用J. 石油工程建设，2001, 27(4) : 8-12.7 王留芳，张卫国，冯云亭，等. 环保型油田管道内壁纳米环氧防腐涂料的研究J. 涂料工业，2005, 35(9) : 11-16.8 乔军平，张涛，李生军. 钢质管道液态环氧内涂层成型过程常见缺陷分析J. 焊管，2009, 32(1) : 48-52.
