層作為保護金屬管線不受腐蝕的重要手段之一,在油田管線中廣泛應用,然而隨著使用時間的增加,層破損點及破損面積逐漸增加,管道失去層的保護作用后腐蝕穿孔,不僅造成巨大的經濟損失,而且對生態環境也造成影響。本文對油田常用的黃夾克保溫管和石油瀝青玻璃布管的破損原因進行了分析,并對管道層的檢測方式進行了對比,并給出了避免層破損和檢測的相關建議。
不銹鋼管件管道作為大量輸送石油、水、氣體等介質的為經濟的方法在油田廣泛應用。但由于施工質量、外力破壞、長期使用及地下環境等因素造成的管道層破損、老化,使其能力降低甚至失去保護作用,鋼制管道受到土壤化學和電化學腐蝕導致管道穿孔,造成漏油、漏水、漏氣等,不僅造成巨大的經濟損失,而且對生態環境造成影響。
目前,大量采用的是黃夾克保溫管和石油瀝青玻璃布管,另外還有點加熱管道(保溫類似黃夾克保溫管),因此我們僅對黃夾克保溫管和石油瀝青玻璃布管層破損原因進行分析。
1、黃夾克保溫管破損原因
黃夾克保溫管分三層,里面的是鋼管,然后是層,中間一層是保溫層,例如聚氨酯的保溫層,外面一層是保護層,也叫夾克層,一般是采用聚乙烯,高使用溫度約為120℃。聚氨酯黃夾克保溫管道腐蝕主要原因分析如下:
(1)管道補口不嚴
從黃夾克保溫管用于集油管線穿孔統計情況來看,管道焊口附近的腐蝕管道焊口附近及穿、跨越附近發生腐蝕穿孔的比率占70%左右。管道采用泡沫塑料與聚乙烯膠帶作為樸口材料,具體操作是將泡沫塑料預制瓦粘結后纏繞膠帶層,由于是現場施工,膠帶存在的皺折現象,同時相連管道保溫層若出現較為嚴重的扭曲錯位,將直接影響膠帶的纏繞質量。在土壤壓力及管道應力的作用下,焊口處的膠帶易發生變形移動,層與層之間形成若干縫隙,腐蝕介質便可乘虛而入,腐蝕介質滲入后加速了鋼質管道接口部位的殘余應力腐蝕和異性材質腐蝕。
(2)黃夾克泡沫塑料層的破損及開裂
黃夾克泡沫塑料層的開裂及破損原因較多,經分析主要有以下三點:
1)冬季施工問題
因為管道施工周期的問題,一部分管道需要在冬季施工,施工過程中,掩埋時采用推土機直接掩埋,較大的凍土塊容易砸傷黃夾克保溫管外殼,同時凍土接觸管線不均,容易導致管線受局部應力較大而出現破損。
2)管道本身質量問題
黃夾克保溫管夾克層在制造過程中存在出現厚度不均,存在破損點的可能,在現場施工后管道承壓不能滿足強度需求而破裂,但成品管黃夾克保溫管在制造過程中有較嚴格的驗收工序,因此該種情況出現幾率較低。
3)應力開裂現象
夾克層保溫應力開裂分為軸向開裂和周向開裂兩種,夾克層現軸向開裂主要原因是泡沫塑料填充不飽滿,出現空洞等,在土壤壓力長期作用下夾克層塌癟開裂,該種現象在現場補口質量不合格造時也同樣存在。夾克層周向開裂與聚乙烯夾克層生產過程有關,聚乙烯屬線型高聚物,在擠出成型過程中要經歷三種力學狀態,即玻璃態,粘流態,高彈態。高聚物在粘流態流動時不會是單純的粘性流動,而是在粘性流動的同時分子鏈有改變,即高彈形變,高彈形變需要的時間才能達到松弛。但是在實際制品生產過程中,總會有一部分未能松弛的鏈段被凍結在玻璃態,由于被凍結的鏈段有一種回彈松弛的趨勢,管道層破損原因及檢測技術探討就產生了內應力,使制品容易開裂;拉伸力大小的影響線型高聚物的另一個特點是分子的取向性。在外力作用下,分子鏈順著作用力的方向伸展排列起來的過程,即被取向。取向是有限的,在這個限范圍內,取向后高聚物具有力學上的各向異性,在取向方向上。力學性能提高,但同時內應力變大,斷裂延伸率減小。在生產中。聚乙烯通過噴頭擠出后。在成型管的縱向受到拉伸力的作用,以便聚乙烯管不斷地延長成型。成型后的聚乙烯管在縱向積存有較大的內應力在作用過程中。由于聚乙烯層存在缺陷造成內應力的集中。此時聚乙烯層的缺陷部位再次被延伸,當延伸率超過該溫度下的規定許可值時,聚乙烯層發生垂直于應力方向的開裂。
2、瀝青玻璃布管破損分析
石油瀝青玻璃布層一直是早期油田埋地鋼質管道外的主要材料,在我廠主要用于集氣管道中,其主要破損原因分析如下:
(1)瀝青玻璃布層低溫冷脆,機械強度低。外保護層聚乙烯工業膜與瀝青的粘接性差,且低溫冷脆,機械強度低,在運輸和施工過程中易破損,在使用前久存在破損點。
(2)瀝青玻璃布層性能不穩定,易老化。石油瀝青(通常用10#建筑瀝青)成份復雜,質量不穩定,軟化點偏低、性能較差;
(3)瀝青玻璃布層被植物根系破壞。在使用過程中我們還發現樹木、蘆葦等根莖可穿透瀝青玻璃布層,導致不銹鋼彎頭管道性能降低,使用壽命縮短。此外,瀝青涂敷工藝復雜,施工溫度高,環境污染嚴重,工人勞動強度大,涂敷質量不易控制。目前,由于環境保護的限制,石油瀝青層在北美和歐洲已被淘汰。