双层结构石油沥青
来源：自考 发布时间：2020-09-15 点击：
双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐技术
王海秋 王凤涛
（大庆油田工程有限公司 大庆油田有限责任公司第二采油厂）
摘要：双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐技术是在石油沥青防腐技术和二层聚乙烯防腐技术基础上进行改进，利用具有优良防腐性能石油沥青，通过改性剂的改性，提高石油沥青的高温粘度，替代二层聚乙烯防腐结构中不具备防腐性能的胶层，利用现有的生产工艺制造的新型防腐结构，其成本低于二层聚乙烯防腐结构，防腐性能优于二层聚乙烯防腐结构。
关键词： 石油沥青 防腐层 挤出成型
一、概述
近年来，为控制管道外腐蚀，油田防腐管道主要采用三层结构聚乙烯防腐、二层结构聚乙烯防腐、石油沥青防腐等方式。通过调查发现，目前大庆油田采用三层结构聚乙烯防腐管约占新建防腐管道总量14%、二层结构聚乙烯防腐管约占新建防腐管道总量71%，石油沥青及改性沥青防腐管约占新建防腐管道总量10%，其余为外防腐涂层管。
由于材料和结构上的差异，不同防腐管道在防腐性能、经济性及用途方面均存在各自的特点：三层结构聚乙烯防腐管具有突出的防腐性能和抗冲击性能，在油田安全性要求高的大口径和天然气管道中得到了一定程度的应用[2]，但其造价很高； 二层结构聚乙烯防腐技术在油田注入管道中应用较多，由于其不具有三层结构聚乙烯防腐技术的粉末涂料防腐层，一旦外护层破坏则会导致管道发生迅速的腐蚀；石油沥青（或改性沥青）防腐技术由于价格优势，在油田天然气和注入管道一直应用，但由于其外护层为聚氯乙烯工业薄膜缠绕保护，在有外力作用下，工业薄膜极易损坏，水极易透过薄膜的缺陷进入石油沥青防腐层，导致石油沥青防腐层在高含水、芦苇、沼泽等地带均不适用，石油沥青防腐技术应用呈下降趋势[1]。
综合以上，管道外防腐技术矛盾的焦点集中在如何以石油沥青的成本，解决石油沥青防腐方式和二层结构聚乙烯防腐方式存在的缺陷，使其具备优异的防腐
性能。针对油田管道外防腐技术应用现状研发的双层结构的聚乙烯-石油沥青防腐层结构，即能够发挥聚乙烯防护层的外保护作用，又能发挥石油沥青防腐层的防腐性能，同时改变石油沥青防腐层传统的淋涂、浇涂工艺，使其能够通过挤出工艺成型，既能够长效防腐，又具有优异经济性能。
二、双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐层设计
2.1 结构设计
双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐技术是利用具有优良防腐性能石油沥青，替代2层PE防腐结构中不具备防腐性能的胶层，形成内层结构为改性石油沥青防腐层，外层结构为改性聚乙烯防护层的复合结构。
2.2 厚度设计
防腐层的长期稳定的运行，需要防腐层厚度能够使机械性能、防腐性能、耐化学性能达到使用要求，同时具有良好的施工性能。双层结构石油沥青-聚乙烯防腐层，起防腐作用的为内层的改性沥青防腐层，起防护作用的为外层的改性聚乙烯防护层，改性沥青防腐层不需要必须达到传统石油沥青防腐层厚度，根据改性石油沥青防腐层的特点，可以借鉴再生橡胶防腐层和聚乙烯胶带防腐层的厚度要求，其厚度要求应至少达到0.7mm以上。而改性聚乙烯防护层亦不需要达到聚乙烯防腐层的厚度，可以借鉴聚氨酯泡沫夹克的厚度要求，并且内层为改性沥青防腐层，比聚氨酯泡沫防腐层的抗冲击性、抗压性能更优越，因而亦可以低于其厚度要求，但至少应达到聚乙烯胶带防腐层的厚度。同时，不同管径的管道防腐层、不同级别的管道防腐层厚度也应有所差异，双层结构石油沥青-聚乙烯防腐层建议的厚度要求见表1。
表1 双层结构防腐层厚度要求
序号
钢管公称直径（mm）
改性沥青防腐层
最小厚度（mm）
改性聚乙烯防护层
最小厚度（mm）
备注
普通级
加强级
普通级
加强级
1
DN≤100
0.7
1.0
0.7
1.0
2
100＜DN≤250
1.0
1.3
0.8
1.2
3
250＜DN≤500
1.2
1.6
1.2
1.5
4
DN≥500
1.5
2.0
1.8
2.0
2.3 成型工艺设计
聚乙烯防护层本身具有较高的强度，在应用于改性石油沥青防腐层作为外防护层时，改性石油沥青防腐层不再需要玻璃丝布增强，因而在其传统的淋涂浇涂成型工艺上进行彻底的改变，尝试借鉴聚乙烯防护层的挤出成型工艺成型，
工艺流程见图1。
图1 双层结构石油沥青-聚乙烯防腐管生产工艺流程
石油沥青的熔体与聚乙烯等热塑性塑料相同，属于假塑性液体，随剪切应力的增加，表观粘度会下降，这为石油沥青防腐层通过二层结构聚乙烯挤出机挤出提供先决条件，但在190℃（聚乙烯塑料的熔融指数测定温度）石油沥青处于粘流状态，熔融指数大于25g/min，高密度聚乙烯5000S的熔融指数则在1.5g/min左右，在挤出石油沥青时要尽量的选取较低的挤出温度，即软化点附近，才能避免沥青流淌造成厚度不均，但聚乙烯外护层挤出温度200℃，会使沥青后加热流淌导致的厚度不均，并且两层结构收缩不一致，而造成层间剥离。因此，需要对石油沥青防腐层进行一定的改性，改性剂可选择橡胶类、热塑性树脂类型。除解决石油沥青自身的脆性等问题外，更重的是提高石油沥青的高温粘度，以解决由于沥青流淌而造成的防腐层厚度不均和层间剥离的现象。
三、双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐管成型试验及性能评价
3.1 双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐管成型试验
制样步骤：①钢管：喷砂除锈等级Sa2.5级碳钢钢管，管道规格为φ76mm×4mm；②钢管涂覆前预热160℃；③涂覆改性石油沥青防腐层（粒状10#石油沥青与改性剂SBS预混合后，经螺杆挤出机挤出成型）；④涂覆改性聚乙烯防护层（高密度聚乙烯与改性剂SBS预混合后，经螺杆挤出机挤出成型）。
3.2 双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐管技术评价
双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐管测试指标涵盖防腐层性能和成管性能指标，测试结果见表2。
表2 双层结构防腐层性能测试结果
序号
测试指标
改性前石油沥青指标要求
改性后石油沥青指标要求
双层结构聚乙烯指标要求
测试方法
备注
1
软化点℃
131
102
/
GB/T4507
防腐层
2
针入度（25℃，100g，5s）0.1mm
5
11
/
GB/T4509
防腐层
3
延 度（25℃，5cm/min）cm
1.5
3
/
GB/T4508
防腐层
4
熔体流动速率（190度，5kg）g/10min
/
7.6
5
GB/T3682
粘接层
5
低温脆性℃
/
＜-20
小于-50
GB/T5470
粘接层
6
拉伸强度MPa
/
15.7
17.4
GB/T1410.2
粘接层
7
断裂伸长率%
/
112
634
GB/T1410.2
粘接层
8
剥离强度（N/cm）
/
73
74
GB/T23257-2009附录J
成管性能
9
抗阴极剥离性能（65℃，48h）mm
/
14
13
GB/T23257-2009附录D
成管性能
10
适用范围
0～80℃
-20～80℃
-50～80℃
通过表2的数据可以得出，形成的双层结构石油沥青-聚乙烯防腐管成管附着力和抗阴极剥离性能不低于二层结构聚乙烯防腐层”要求，即剥离强度≥70N/cm，抗阴极剥离性能≤15mm。该产品与传统沥青防腐管道相比，防腐性能优良，聚乙烯外防护层坚固耐用，耐热耐老化，应用范围广，可在沼泽等低洼地带应用，保护管道。外观光亮，与PE管道相似，抗拉抗压，运输过程，轻微磕碰不影响外观，产品质量稳定，可完全替代传统沥青管道应用；与二层结构聚乙烯防腐层相比，增加了改性石油沥青防腐层替代了不具备防腐性能的胶层，具有双重防护效果，实现了长效防腐的目的。
3.3 双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐管经济评价
双层结构石油沥青-聚乙烯外防腐管与二层结构聚乙烯防腐管相比成本低，具有双重防护作用，防腐性能优良，在二层结构聚乙烯防腐管应用范围内均可使用，节约防腐成本约15%，同时，改性石油沥青防腐层通过挤出工艺成型，改变了石油沥青防腐层传统的浇涂、淋涂工艺，大大降低了对环境和工作人员的毒害作用，因而具有广阔的经济效益和社会效益。
表3 双层结构石油沥青-聚乙烯防腐层防腐成本构成
序号
防腐层类型
防护层成本
粘接层成本
综合防腐成本/元
防护层厚度mm
费用/元
粘接层厚度μm
费用/元
1
双层结构石油沥青-聚乙烯防腐层
1mm
54.3
500
14.4
68.7
2
双层结构聚乙烯防腐层
1mm
54
200
27
81
四、结论
（1）研发的能够挤出成型的双层结构石油沥青-聚乙烯防腐技术既有防腐性能优良的改性石油沥青防腐层，又有极佳防护效果的聚乙烯防护层，具有更加优异的双重防护效果。
（2）研发的能够挤出成型的双层结构石油沥青-聚乙烯防腐技术，其改性石油沥青防腐层与底材具有较好的附着性能，其剥离强度能够达到70N/cm。
（3）研发的能够挤出成型的双层结构石油沥青-聚乙烯防腐技术改变了石油沥青防腐层传统的成型工艺，更加环保，较二层结构聚乙烯防腐层具有更高的性价比，节约防腐成本15%。
[1]陈向新 李莲.长输管道外防腐层的选择[J].油气储运. 1999,18(8):20一24
[2] 肖冶 郭志国 张玥琳.管道外防腐三层PE涂层补口材料的选用[J].石油工程建设.1998,3:36～37
作者简介：王海秋，高级工程师，2004年毕业于大庆石油学院金属材料工程专业，现工作于大庆油田工程有限公司，从事油田管道、设备的防腐技术研究与设计，通信地址：黑龙江省大庆油田设计院科研五号楼，邮编：163712，联系电话：0459-5902478 ，邮箱：wanghaiqiu@
推荐访问:石油沥青质 沥青 石油 结构