加拿大原油管道现场就地涂敷内防腐涂层

In-Situ Coating of Corroded Pipelines in the Canadian Oil Patch

Mike O’Donoghue和Vijay Datta著  王向农 译

(译自美国JPCL《防护涂层与衬里杂志》2011年11月刊)

 

按照加拿大油田常规防腐技术规程,新的管道钢管应在管道防腐厂里加热涂敷内防腐层,为此,钢管内壁要事先按照SSPC、NACE或ISO标准喷砂除锈,达到规定的钢管表面锚纹粗糙度。

然而,萨斯喀彻温省克鲁伯特有一条1986年铺设的2.9 km长的8英寸埋地原油管道,当时钢管内壁没有做内防腐层,天长地久,管道内壁发生了锈蚀。2010年9月,采用化学清洗除锈和内壁就地涂敷工艺,修复了这条锈蚀的原油管道。显然,现场施工条件与管道防腐厂大相径庭。这条锈蚀的原油管道内壁就地清洗和涂敷遇到哪些难题?人们采取了什么应对措施?现场如何实施管道内壁就地涂敷工艺?选用了什么类型的内防腐涂料?修复后的内防腐涂层能够使用多久?这些都是值得关注的问题,也是本文讨论的主题。

宾西石油勘探公司是卡尔加里一家大型石油公司,因为考虑到管道的几何形状无法使用独立的聚乙烯衬管。宾西石油公司选择了阿尔伯达省专业从事管道内壁就地涂敷服务的红鹿公司作为承包商,因为他们善于在管道内壁就地涂敷常温固化的环氧薄膜衬里。

针对这项管道内壁就地涂敷项目,本文叙述了现有管道的评估和管道内壁就地涂敷工艺。

 

现有管道的评估

在决定管道是否适合内壁就地涂敷之前,必须对现有管道进行全面的评估,包括回顾油田以往发生的腐蚀问题,评价基础设施的长期需求,即基础设施的现状和将来的发展规划。然后,对这条原油管道进行全面的完整性评估,包括在线检测、评价和必要的修补,确保管道满足继续使用的要求。

“一旦我们了解了管道腐蚀破坏机理和物理属性,并且对管道完成内壁就地涂敷后继续使用中可能存在的所有风险进行了评价,我们就可以开始选择涂料并着手实施项目了,”宾西石油公司管道完整性监理Dean Jenson说。选择涂料并进行试验是确保本项目成功的关键步骤。选用的涂料必须能够在现场条件下方便涂敷,易于固化。并且,它们必须能够与目前采用的原油管道输送化学处理方案兼容,涉及与破乳剂、防垢剂、缓蚀剂和其他特种化学品的相容性。对于某些项目,备选的涂料要用实际油田采出液进行试验。本项目选用的涂料是宾西石油公司委托两家独立的实验室进行试验的。

在此项目中,检验结果表明原油乳状液含水5%,采出液的氯化物含量高达10,000 ppm,并含有0.5%的气态二氧化碳,输送温度15℃,工作压力300 kPa。

宾西石油公司共有35,000 km长的管道系统,这段很短的没有内防腐涂层的管段发生了严重的内腐蚀。

“一般情况下,对于这样没有内防腐涂层的管段,我们主要使用缓蚀剂防腐,”Jenson解释道,“但是,这是两条8英寸原油管道中一条管道的一部分,其构成已建成的油田长期基础设施非常重要的一部分,这个油田正在进行水平多级钻井开发,为此,我们决定进行一个结合应用缓蚀剂与内壁就地涂敷环氧衬里的试验。”

之所以选用环氧衬里,因为已经知道油田许多储罐、容器和管道广泛应用环氧衬里防腐取得成功,效果相当好。有趣的是,人们认为这种管道内壁结合应用缓蚀剂与环氧衬里防腐方案,与管道外表面结合应用防腐层与阴极保护防腐方案有点像。

管道工业广泛应用内壁就地涂敷技术的原因是因为这能够提高管道的输送流量,降低管道的输送压力,减少缓蚀剂的用量,减少清管维护次数,确保输送洁净产品。最重要的是,这能够延长管道的使用寿命,能够推迟更换管道或者建设新管道,从而显著减缓由此产生的巨额资本投资。在边缘经济领域,与更换管道相比,毫不夸张地讲,采用内壁就地涂敷技术,能够延长整个生产油田的运行寿命。

 

内壁就地涂敷工艺

据内壁就地涂敷承包商公司总裁Nathan Campbell介绍,尽管至今在阿尔伯达省,管道内壁就地涂敷工艺在输水系统的应用已经相当普遍,但是,“清管工艺和技术则是管道内壁就地涂敷环氧衬里项目的核心。” 的确,已经证实,对于油田应用中的石油化工产品流体,这项修复工艺是一项可行的维护方案,并且,也已经在其他管道应用中全面展开,包括航空燃油管道、煤气管道和自来水管道。

“我们采用内壁就地涂敷工艺需要各种各样的清管器引导设备和液体进行管道清洁和之后的衬里涂敷,”Campbell继续讲。“在克罗伯特地区实施此项涂敷过程期间,我们曾经遇到异常大的暴雨,使得进入工地非常困难,并且,不得不把管子堵死,在检查前需要用泵抽水。在工地上我们搭起了工棚,因为需要延长强行养护时间才能完成本项目。事实上,在这条8英寸原油管道的特殊项目上,我们发现管壁厚度有很大变化。结果,为了达到涂料制造商技术规程干膜厚度的要求,选择涂刷清管器的大小和硬度变得极端重要,”Campbell说。

本项目规定并很容易地达到了SSPC-SP 10或者NACE No. 2钢管表面清洁度。这个管道内壁就地涂敷工艺包括三个主要步骤:

◆ 第一步:用刮刀清管器机械清理管道内壁。先用硬度较软,刮管能力较弱的清管器清理管道内壁,后用硬度较硬,刮管能力较强的清管器清理管道内壁,(硬度越硬,刮刀清管器的清理效果越好;硬度越软,刮刀清管器与管壁贴得更近)。之后,用溶剂和水冲洗管道,除去粘附在管壁上的石蜡和沥青质等异物。

◆ 第二步:管子内壁进行彻底的化学清洗,使用加有缓蚀剂的盐酸(HCl)溶解并除去结垢。用特制的耐酸型清管器将加有缓蚀剂的盐酸分批输送通过管道,并且,要在管道内来回往返,直至酸液耗尽,排出液的pH值达到稳定状态,目测检验试验样品,没有肉眼可见的碎屑或者脱色现象。

证实管道内壁清洁度已经达到SSPC-SP 10标准后,再用甲醇冲洗管道,用干燥剂使管道内壁变干。

◆ 第三步:混合配制好批量环氧衬里涂料,在清管器发射装置处,将涂料泵送通过管道,并且,两个涂敷清管器之间的批量涂料在背压下沉积在管道内壁上(用干燥空气)。

用涂敷清管器在管道内壁上涂敷三遍掺加溶剂的改性苯酚胺固化的环氧衬里,干膜厚度达到10 – 12 密耳。这是根据测量值计算出来的。尽管不要进行涂层漏点测试,但是根据客户要求,在某些检查点上进行漏点检查是可能的。

涂料制造商的阿尔伯达省地区销售经理Sean Adlem说,“改性苯酚胺固化的环氧衬里的耐化学性特别适合这种类型的项目”。他还特别强调这种环氧衬里的种种优点,如表面容忍度高、快速固化、容易使用等。

因为涂料的选择对于油田管道内壁就地涂敷项目而言是至关重要的,所以,使用耐化学性涂料是非常重要的,这种涂料在第三方独立实验室进行了试验,并在油田进行了验证,充分兼顾了多项要求,如低粘度、适宜的贮存期、良好的成膜能力等。这样,能够同时满足业主和涂敷施工单位双方的要求。

 

项目成功

项目进程十分顺利,进度很快。涂敷工作做得有多好?所有参与方对此都有深刻的印象。是否遇到什么麻烦或者发生什么问题吗?是的,狂风暴雨!但是没有一个问题是意料之外的,没有一个困难是不可克服的。采用了什么类型的涂料呢?一种常温固化的改性苯酚胺固化的环氧涂料。

这样的内防腐涂层能够使用多久呢?Jenson乐观地认为“至于管道内壁就地涂敷工艺的风险问题,我们已经就该项工艺的长期经济性及成功几率等,与其他各种减缓管道内壁腐蚀的措施进行了仔细的比较评估。经过近一年的实际使用,以及每两个月进行一次的清管作业,我们没有发现这些涂敷工艺有什么问题。”

国际涂料公司(International Paint LLC)提供了管道内壁防腐用的高性能环氧衬里。EnerClear服务公司作为承包商,为本项目定制了专用的配料混合设备。管道清管专业公司(Pipeline Pigging Specialties)制造了各种类型的清管器。

 

 

图1 清管器发射装置               图2 清管器接收装置

 

图3 管道内壁积垢积蜡             图4 清蜡除垢后的管道内壁

 

图5 干燥涂敷前的管道内壁         图6 涂敷过程中在接收端监控背压

 

 

 

 

图7 头遍涂敷平均3密耳干膜厚度后           图8 EnerClear公司检验人员正在管道中点抽样检测涂膜干膜厚度和附着力

两遍涂敷达到10-12密耳总干膜厚度