酸性油气田管道环氧防腐涂料施工工艺
我国天然气中H2S含量大于1%的气田约占全国天然气储量的四分之一，主要分布在四川盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地以及南海崖13-1气 田等。其中以四川盆地含硫气田分布最为广泛，自1959年6月19日，四川石油管理局在重庆沙坪坝构造沙2井加深钻探中，在钻遇嘉陵江地层时第一次在天然 气中发现H2S以来，已有50年历史。盆地内80%以上气田不同程度含H2S，从川西南到川西北，从川中到川东，其中川东卧龙河气田卧63井嘉五气藏 H2S含量达31.95%，CO2含量达1.65%[1-2]。这种含H2S的酸性油气田每年因腐蚀造成的损失相当严重，除直接腐蚀带来的设备报废等损失 外，因腐蚀影响而造成的停车、断线、效率下降、原材料和电能、热能的间接损耗增加等带来的损失更加巨大。甚至还因腐蚀导致重大灾难性事故，如1975年2 月2日美国丹佛一口高含硫气井发生泄漏导致9人死亡，1980年阿拉伯湾海上钻井作业中H2S泄漏导致19人丧生，2003年12月23日川东北罗家 16H高含硫气井井喷失控导致243人死亡[3-9]。针对酸性油气田的特殊腐蚀环境，石油天然气部门采取了多种防腐蚀工 程技术，其中防腐涂层主要针对酸性油气田集输管道的腐蚀，与采用耐蚀合金管道相比，采用碳钢管道和防腐涂层相结合的技术，可以在有效控制集输管线腐蚀的同 时，实现降低成本，延长管道使用寿命。在我国石油天然气行业中，环氧涂料是一种应用时间最长、最广泛的管道防腐涂料，包括管道内环氧防腐涂层和管道外环氧 沥青防腐涂层[10]。多年的实践应用表明，酸性油气田管道环氧防腐涂料的施工工艺具有关键的意义，对涂层的防腐质量起着决定性作用。
1.施工工艺和要点
1.1表面处理
1.1.1表面除油和清洗
为了保证涂层质量，施工之前必须认真清除管道内表面的氧化皮、锈层、焊药残渣、油污、水分及其他杂质。管道清洗前应选用刚性纤维或钢丝刷除 掉钢表面上的松散物、浓厚油或油脂。根据管道的材质、生产工艺和现场条件的差异，清洗的方法及适用范围详见表1。清洗后应用刷和清洁干燥的压缩空气吹或用 吸尘器吸等，除掉钢表面上的灰尘和其他污物。用溶剂喷 抹或刷钢管表面时，最后一遍喷擦或刷应使用干净的溶剂、抹布或刷子。采用浸渍清洗时，最后一遍浸泡用的溶剂中所含污物量不得对涂装工作产生影响。用乳化清 洗剂或碱清洗后必须用淡水冲掉钢表面有害残留物。用溶剂或蒸汽除油后应当用热和冷的淡水冲刷钢表面有害残留物。用高温烘烤除油法应使用机械方法除去表面有 害残留物。
表1 管道内表面清洗的方法和适用范围
1.1.2除锈
(1)工具除锈:工具除锈前应先进行除油和清洗，工具除锈后应采用适当的方法(如刷子、干燥的压缩空气或吸尘器)除掉表面的灰尘及其他残留物。工具除锈应使钢表面达到SYJ400J—1986《涂装前后钢表面规范》St2级。工具除锈方法见表2。
表2 工具除锈方法
(2)喷(抛)射除锈:喷(抛)射除锈前应先进行除油和清洗。喷(抛)射除锈后应采用适当的方法除去表面的粉尘并立即涂装，否则应进行磷化处理。喷(抛)射除锈表面应达到SYJ400J—1986规定的a3级(白级)。喷(抛)射除锈方法和适用范围见表3。
表3 喷(抛)射除锈
1.1.3酸洗
进行除油和清洗后，也可根据需要对管钢采用酸洗处理。酸洗时应防止氢脆现象产生，并且硫酸液酸洗槽铁离子含量不得超过69%(质量分数)， 盐酸液酸洗槽铁离子含量不得超过10%(质量分数)。为减少酸液携带量，从酸洗槽中取出来的钢材应在槽上做短暂悬挂以滴去大部分酸液。酸洗方法见表4。
表4 酸洗方法
1.1.4磷化
在进行酸洗、酸碱中和、水洗及工具除锈或喷(抛)射除锈后，需要对管钢进行磷化处理。磷化可选择快速热磷化和常温快速磷化，快速热磷化时间为2～10min，温度为90～100℃；常温快速磷化温度≥15℃，时间≥10s。磷化后应立即用热水冲洗，然后干燥。
1.2涂装
1.2.1施工准备
施工人员包括涂装工人、化工专 业人员、设备工具操作员和专业安全人员。涂料及辅助材料应放在阴凉通风处的密闭容器内。涂料使用时要用机械方法彻底搅拌。涂料开听时不允许表面存在结皮、 结块及沉淀。施工场所应有好的采光、良好通风、严禁烟火、消防安全设施齐备；必须保证管钢表面经过处理并达到要求，待涂装表面应是干燥的；不得在雨、雾以 及相对湿度高于规定值的环境施工。
1.2.2涂装施工
常用涂装施工方法包括刷涂、辊涂、离心喷涂、压缩空气喷涂、高压无气喷涂和挤涂等。具体施工方法需要根据管材类型、施工场所和设备条件来选 择，如刷涂和辊涂需人工涂施，仅适用于大口径钢管，而此类大口径钢管一般仅用于主干线输送管道，其输送天然气一般已经过净化处理，对防腐的要求较低，同时 为了防止涂层脱落后堆积甚至堵塞管道或吸入压缩风机造成破坏，对涂刷用量和均匀度必须进行严格限制，以保障施工质量。对于刷涂工具，涂装刷不应有脱胶、脱 线、脱毛及刷杆折断等问题。受设备施工条件限制，离心喷涂、压缩空气喷涂和高压无气喷涂一般只在管材生产厂家进行，并可整合到钢管的生产和加工处理工艺当 中。根据管径大小的差异，可以选择固定钢管、喷头旋转伸缩喷涂施工和固定喷头，钢管旋转进退喷涂施工两种方式进行施工。为保障焊缝内补口，钢管两端应各留 5～10cm的长度不进行喷涂，并作标记。对于喷涂工具，喷枪应很好保养，用完后即清洗，喷枪内不应留有杂质，喷嘴直径及压缩空气压力应合理选取。由于腐 蚀最严重的集输管道以中小口径管道为主，而且不受现场施工和焊缝内补口工艺的限制，故目前管道防腐涂装多以挤涂施工为主。挤涂是采用两个挤涂器，将涂料夹 在中间，管道两端保持合理压差，把挤涂器和涂料按一定速度从管道一端推向另一端，使涂料挤压涂布于管道内表面并形成涂层，其设备工艺装置见图1。
图1 管道挤压涂装工艺设备
1.3管道环氧涂料挤涂工艺
1.3.1基本的管道内表面防腐涂层挤涂工艺
钢管内表面清洁和表面处理———车间底漆涂装———管道运输施工———管道焊接和焊缝检测———清管———环氧底漆挤涂———通热风固化———环氧中间漆挤涂———通热风固化———环氧防腐面漆挤涂———通热风固化———涂层检测验收。
1.3.2环氧防腐涂层
底涂是防腐蚀的最重要的保护层，一般可涂两层，包括车间底漆和环氧防腐底漆，每层的颜色最好有差异，以便检查漏涂。车间底漆用于保护钢管在 加工和运输过程中的机械损伤和空气腐蚀。挤涂环氧底漆的黏度应低一些，以便于涂料均匀分布成膜。中间漆和面漆主要承受外界腐蚀和浸袭，需要有一定的厚度 (不低于160μm)，由于一次涂装过厚容易引起发黏、起皱、流痕等弊病，因此可以根据实际效果进行多次涂装，每层均应涂得薄而均匀，每层涂完后要干透才 能涂下一层，否则易产生气泡、皱皮、发黏等毛病。
1.3.3对挤涂器的性能要求
(1)隔刮能力优异，可有效阻止压缩空气进入涂料内；
(2)具有旋涂功能，即使只有少量涂料留在管子底部，也能将其旋涂在整个管子内壁上；
(3)能顺利通过管道的转弯和弯头，空管通行阻力一般为011MPa；
(4)采用柔轴组合式结构，刮盘可以更换；
(5)尾端刮盘的固定机构十分可靠，装拆方便；
(6)既可用于涂装，又可在清管和化学除锈时使用。
1.3.4挤涂施工中应注意的事项
(1)钢管的运输和施工过程中，应严防机械损伤和油污、泥水等杂质进入管内；
(2)管道焊接后应进行焊缝的光探伤和分段气密检查，管口内部焊瘤应小于1mm；
(3)挤涂管段长度以4～6km为宜，挤涂前应用空球清管，再将丙酮夹于两挤涂器之间风送清洗1遍，以保证挤涂施工质量；(4)对管道弯头连接处，特别是变径和三通连接处应分段
挤涂后再连接；
(5)在挤涂施工前，管道上的焊接、加温等作业必须进行完毕，挤涂施工后，不得再进行任何高温作业；
(6)严格控制涂料固化剂配比和挤涂用量，既要保证涂料有一定的固化时间供挤涂施工，又要保证挤涂后迅速表干，且在均匀挤涂到末端后有一定的余量，挤涂到末端后再用空球挤涂一次，防止多余涂料滞留管子下部保证内涂层均匀完整；
(7)挤涂压缩空气需经净化，根据不同的管径和涂装要求采用不同的压差控制挤涂速度，管道气压波动不大于0.1MPa，挤涂气压不得超过管道设计压力的1.2倍；
(8)冬季和低温施工时，可适量增大固化剂比例，调整涂料黏度，保证涂层均匀涂布和固化成膜速度。
2.质量检测和安全环保控制
2.1质量检查
(1)外观:涂层光滑平整、饱满、均匀，无折皱、起泡及流痕。
(2)粘结力:施工时制作的试片做破坏性检查，包括画圈法、切口法和拉伸剪切强度试验法(参见美国标准AST2MD1002—83)。
(3)针孔检查:对普通级防腐涂层采用2000V直流电火花检查，对加强级防腐涂层采用5000V直流电火花检查。
(4)厚度检查:用测厚仪做无损测厚检查。
2.2安全、劳动保护及环保
内壁涂装施工现场应装有排风设施，使空气流通，施工工地应设置灭火器、砂土等消防器材及工具，照明应采用低压防爆灯具，施工现场严禁明火， 并应设置气体自动监测报警器及时分析可燃性气体含量。施工时应戴手套、口罩，在喷涂施工时有必要戴防毒面具，不得使皮肤外露。施工完毕后要清理现场上的一 切工具和剩余涂料、溶剂、抹布等材料，并把剩余涂料桶盖盖紧，交有关部门保管或处理。不得随意乱丢、乱倒涂料、溶剂和杂物。
