徐忠苹

（中国石油集团工程技术研究院，天津 300451）

油气管道内防腐层补口技术进展

徐忠苹

（中国石油集团工程技术研究院，天津 300451）

内衬或内防腐涂层技术等在石油管道内防腐方面得到广泛应用，但由于现场施焊时的高温作用，会使焊缝两侧附近的涂层或衬里烧焦或脱落，从而失去对管道的保护作用。针对这一情况，综述了国内外对内防腐涂层管道的主要连接方式和管口连接处的保护措施，如：自动补口机法、机械连接法、内衬保护套 （管）焊接法、记忆合金套法、不锈钢接头法、无内补口技术等，并简要介绍了各种方法的优缺点。

油气管道；内防腐层；补口；补口机具

0 引言

随着油田开发时间的延续，原油的含水率日渐升高，油、水、气管道的内壁腐蚀日趋严重，在胜利油田和新疆油田的个别地区都频繁发生了新建管道投产不到一年就腐蚀穿孔的事故，已严重影响了油田的正常安全生产。一般的集输、注水管道都采用了外防腐层保护，因此，目前管道总腐蚀穿孔量的90%都来自管道内壁的腐蚀[1]。

对于管道内腐蚀控制措施，主要有加强输送介质的净化、在输送介质中添加缓蚀剂、采用耐蚀管材、对管道内壁做内衬或内防腐涂层处理等。其中，内衬或内涂层方法是解决各种输送介质管道内腐蚀的最方便有效的方法。这种方法主要分两步进行：一是在预制厂对单根管道的内壁进行除锈和喷涂预制；二是管道现场安装焊接后对焊缝部位实施补口。在焊接过程中，焊接热源的高温会使焊缝两侧防腐涂层 （或内衬）烧焦或脱落，失去对管道的保护作用。因此，内防腐层补口问题已成为影响管道内壁涂装技术发展的主要瓶颈。

随着国内外管道内防腐及衬里技术的发展，内涂层的补口技术也越来越受到重视，涌现出了一些新型的补口技术、材料和工艺。按照管道安装现场焊接与内防腐层补口的有无或先后顺序不同，可将内补口技术大致分为先焊后补、先补后焊、焊后不补和机械连接法 （即不焊接）等四大类。

1 先焊后补技术 （内补口机法）

先焊后补，顾名思义是在管道对口焊接安装完成后对焊缝部位实施防腐层内补口。补口时，将高压无气喷涂机送到管道内壁焊缝处进行喷涂作业，因此又称为内补口机法，这种补口类型也是当前管道内防腐采用的主流形式[2]。

随着不同类型补口机的研制，使其机械化、自动化水平在不断提高，该法又细分为管道内挤涂工艺、钻孔喷涂法、自动补口机喷涂法等。其中，自动补口机是用于管道焊口部位内表面处理、涂料补口涂敷，以及内表面摄像检测和内涂层质量检测的专用施工机具。它能够携带动力和涂料，在定位系统的控制下，自动寻找焊口，并根据程序指令进行除锈、回收、喷涂、检测等一系列作业。

美国在20世纪80年代末研制出两种补口机[3]：一种是 “热熔环氧粉末现场内补口装置与工艺”，其原理是在焊口内部加放射源，补口装置在管内接收到辐射信号，在焊口处定位，管外感应加热管内环氧粉末补口；另一种是 “自动推进自动表面处理与涂敷补口装置”，该机用外部动力对管内装置经拖挂的电缆传输操纵信号，整机先走到待补口管道的另一端，退行进行补口。前者存在放射性危害，电加热耗能大，现场设备多，使用不便；后者挂缆退行补口，耗能多，施工不方便。在国内，补口机研制已形成系列，可适用于各种管径的长直管道的内补口。补口机主要由行走控制车、喷涂车、除锈车、摄像检测车、内涂层质量检测仪以及同位素放射源组成，各车之间由万向节连接。如大庆油建公司于20世纪90年代初研制出的GNB-114型钢质管道内涂层微机控制补口机[4]；1999年，胜利油田成功研制了SL-Ⅱ型钢质管道内涂层补口机[5]。这些机具用于管道内防腐补口，施工质量稳定可靠，技术简单，操作方便，施工费用较低。

然而，涂装质量无保证是该技术普遍存在的问题，主要体现在：涂层厚度不均匀、不稳定；长距离涂装作业时，因管道中部的干燥固化状态不易判断而使涂层不易控制，多次涂装时容易将管道中间部位前一次未干燥固化的涂膜破坏；涂敷器在管道内受管道变形度和焊缝的影响，行走速度不稳，使整个管道的涂膜均匀性受到影响。另外，该技术的不足还有：由于受内补口机尺寸的影响，不能进行小管径 （管径75 mm以下）管道的内喷涂；不能进行弯管、弯头焊接区补口；现场施工时，泥沙堵塞而导致补口困难，抢修时无法进行焊后内补口。

2 先补后焊技术

先补后焊，是在管道对口焊接前对焊缝部位实施防腐层内补口处理，处理方法有内衬保护套（管）、记忆合金热膨胀套、管端加接不锈钢接头等。

2.1 内衬保护套 （管）焊接法

这种方法的主要程序为：管端胀口、钢管内表面涂装防腐涂层、在管端胀口内安装内衬保护套、焊接钢管。内衬保护套可以是非金属的，也可以是金属的 （应与管道材料相同）[6]。内衬保护套焊接法结构见图1。

美国AMF Tuboscope公司研制的Thru-kote补口技术与此类似，它采用的是内表面涂有防腐涂层、外面缠绕石棉的内衬短管，见图2。

欧莉等为胜利油田的海底注水管道研制成功了焊接式内衬玻璃钢接头补口工艺技术，内衬接头结构及补口示意图见图3。补口接头主要由内衬接头、O型密封圈、焊接钢垫片、隔热层、定位销组成。其中内衬接头采用了FX-505聚酰胺改性酚醛模压玻璃钢材料。玻璃钢内衬接头补口技术结构设计精巧、强度高、耐腐蚀性能优异，安装简便，与管体配合紧密、密封效果好，非常适用于小口径管道的补口。

从1998年至今，玻璃钢内衬接头补口技术已在胜利滩海油田的数十条海底注水管道中应用。实际应用情况表明，在管道组对和焊接过程中，内衬接头无一损坏；在海底注水管道近4年的运行中，也未出现任何问题，充分验证了其技术性能和补口质量的可靠性[7]。

2.2 记忆合金热膨胀套法[8]

记忆合金有 “形状记忆”功能，如果在特定工艺下对记忆合金进行变形处理，那么待温度升高时它可恢复到原来形状。合金热膨胀套的结构是用记忆合金作骨架，骨架外面是防腐薄膜做成的内涂层保护套，保护套外面涂一层粘接剂。焊接前，把记忆合金热膨胀套放到焊接热影响区以外，焊接后再把它送到焊口内表面处。由于记忆合金骨架加热后膨胀，可使其外径与管道内径相同，从而使防腐薄膜粘接到焊口内表面上。

2.3 不锈钢接头法

不锈钢接头法如图4所示，先在管道的两头焊接两个不锈钢环，然后进行涂层的涂敷，连接时用不锈钢焊条将不锈钢环焊在一起即可[9]。

该方法的优点是有效地解决了接头的耐腐蚀问题，即使不锈钢环焊口处出现涂层脱落，也不会影响整体管道的耐蚀性及使用寿命。

3 焊后不补技术 （无内补口技术）

焊后不补技术，又称无内补口技术，即焊后无需再进行内防腐补口，其大体思路如下：在施焊前对管端内壁进行处理，如电刷镀、化学镀、堆焊、喷焊、喷涂耐蚀合金或其他材料，然后选择合理的焊接材料、焊接工艺等，在管道焊缝及其附近形成耐蚀防护体系。无内补口技术原理见图5。

3.1 管端喷涂铝层

ЛиГаочао等采用的管端处理方式为喷涂铝层，铝涂层一方面起到隔离作用，另一方面还起到牺牲阳极的作用，为保证管道的整体寿命，涂层的宽度应超出焊缝宽度的10倍。为防止铝进入焊缝，距管端2～3 mm处不涂铝[10]。

胜利油田也采用了类似的补口技术：在管道内壁预先利用氧—乙炔热喷焊一层耐蚀金属材料，宽度5～7 cm，再涂敷普通有机防腐涂层；然后用与其耐蚀性匹配的焊条完成管接头打底焊缝，再用普通焊条完成填充和盖面焊缝，这样管接头内表面就由耐蚀喷焊层和与之匹配的耐蚀打底焊缝组成一层可靠、稳定的内防腐层。这种工艺在胜利油田辛二站D 2 198 mm主干线和辛42-76块的D 1 596 mm管道上得以应用，至今管道完好无损，现场试验也证明采用无内补口焊接新技术处理的焊接接头大大高于涂层内补口接头的使用寿命[11]。

3.2 熔融涂层焊接法

熔融涂层焊接法是利用一种特殊的耐腐蚀物质（陶瓷或合金）预先涂敷于管端内壁，然后进行管道组装、焊接，在焊接热作用下，这种物质熔融并自动流向焊缝，在焊缝内表面形成连续、致密的涂层，从而达到保护焊缝的目的，如图6所示[12]。

无内补口技术的优点是耐蚀金属层以及有机涂料层的制作在预制厂内进行，管道在现场对接焊后无需再进行涂料内补口，操作简便。但对焊接工艺的要求较高，施工难度加大，且在焊接工艺、材料选用、检验手段等方面还有待进一步研究改进。

4 机械连接法补口技术

机械连接法在管道连接时不采用焊接的方式，该补口法包括承插压接法、外套筒式压接法、螺纹连接法以及记忆合金热收缩套法等。

4.1 无焊承插压接法

无焊承插压接法在国外称为ZAP-LOK，即先把钢管的一端胀大，再把另一端整形，连接时把钢管的小端压入另一根钢管的大端，通过二者的过盈配合达到钢管连接的目的[13]，如图7所示。

4.2 无焊外套筒压接法

这种方法是把两根钢管的端部分别从两头压到一个外套筒内，通过过盈配合，达到钢管连接的目的[14]。美国JETAIR公司成功地开发了机械压接连接器 （即管箍），1982年获得专利，首次用于防腐管道。无焊外套筒压接接头结构见图8。

这种接头由外套和内管 （管道本身）组成，两内管接触端面间有密封垫，为保证压接后接头材质不超过弹性极限，外套内壁加工有特殊螺纹，以适应内管的外径偏差。内管外径偏大时，螺纹被全部推倒；外径偏小时，螺纹被部分推倒。螺纹内涂有密封胶，压接时密封胶起润滑作用，并在固化后形成可靠的密封带，使外套与内管紧紧压接成一体。

4.3 螺纹连接法

这种连接方法是把钢管的两端加工成外螺纹，通过一个有内螺纹的套筒，把两根钢管连接起来。如 “高压管道速接头”，它由锁紧套、直通体、密封垫和卡环组成。锁紧套与直通体间用螺纹连接，通过卡环将力作用于管道，挤紧密封垫并连接，其结构如图9所示，此结构已获国家专利，专利号ZL94204107.0。该接头对管道内壁及端面的防腐层不造成破坏，从而保证管道内壁防腐层的完整性，现场无需进行内补口，有效地解决了介质对管道的腐蚀问题。

此外，机械连接法中还包括法兰连接法。

4.4 记忆合金热收缩套

这种方法不用焊接，管道连接时，在管口外面套一个记忆合金热收缩套，在两管端与记忆合金热收缩套的接触面涂一层密封胶，在外面给记忆合金热收缩套加热，记忆合金收缩到原来的尺寸，即可保证记忆合金热收缩套与钢管之间形成过盈配合，从而完成管道连接。

5 结束语

油气管道防腐非常重要，而相对于外防腐可靠的技术相比，内防腐还是一个相对薄弱环节，尤其是补口部位内防腐的质量更是成为整条管道质量的关键环节。本文简单介绍了各种油气管道内防腐层补口技术。各种内补口技术的使用都存在一定的局限性，如记忆合金套法、机械连接法和内衬保护套（管）焊接法对现场装备的要求很高，且对装备质量依赖性很大，难以保证接头补口的可靠性；管内自动补口机近几年应用较普遍，但是也存在明显不足，如不能进行弯管、弯头焊接区补口，现场施工时，泥沙堵塞而导致补口困难，现场抢修时无法进行焊后内补口；不锈钢接头法由于增加了焊口的数量，质量不易保证；而无内补口技术则对焊接工艺的要求较高，施工难度加大。因此，开发一种能彻底解决内防腐涂层管道焊口防腐问题的技术是当务之急，这就需要科研人员加大对内防腐补口技术的研究，并尽快将新的成果投入使用。

[1]李欣，赵忠刚，王福宾.管道外腐蚀影响因素的主成分分析模型[J].管道技术与设备，2009，（1）：6-8.

[2]孙卫松，刘万宝，郑光明.小口径管道内壁防腐层补口机[J].石油工程建设.1994,20（5）:46-47.

[3]孙建国，范景凡，张召峰，等.管道内防腐智能补口机及配套工艺技术[J].矿山机械，2002，（12）:60-62.

[4]郑光明，刘万宝.DQ-114型微机控制管道内涂层补口机[J].石油工程建设，1995，（5）:42-44.

[5]万风新，叶明.SL-Ⅱ型补口机及其在海底管道内涂层补口中的应用[J].石油工程建设，2002，28（1）:46-48.

[6]郑光明，刘延臣译.国内外管道内补口的新技术[J].国外油田工程，1995，（3）:76-80.

[7]欧莉，刘鸿升，于家顺等.小口径管道内补口工艺技术研究[J].油田建设设计，2001，（1）：68-70.

[8]周立莎译.国外管道内防腐及内外防腐层补口方法[J].国外油田工程，1994，（5）:59.

[9]李杰训，张鹏雄，何钟安.镍-磷合金镀管道采用不锈钢接头技术[J].油气田地面工程,1996,15（5）:72-74.

[10]Steklov O I,Li Gaochao,Loshakov A M,et al.Technology of welding pipeline with a two-side enamel coating[J].Welding international，1998，（8）:663-668.

[11]王勇，吴开源.管道焊后无内补口焊接新工艺[J].新技术新工艺，1999，（5）:26-27.

[12]樊水潮，秦熊浦，严卫东.钢管焊接熔融内防腐蚀涂层应用研究[J].材料保护，1999,32，（12）:18.

[13]李春润，王春林.小口径内涂层管道机械压接技术研究[J].石油工程建设,1996,22，（3）:9-15.

[14]马明来，韩德刚，祁建忠.内防腐管道的外套式机械压接组对及补口[J].石油工程建设，1999,25，（8）：24-27.

Research on Internal Field Joint Coating of Oil and Gas Pipelines

XU Zhong-ping（CNPC Research Institute of Engineering Technology,Tianjin 300451,China）

Internal coating or lining has been widely used in oil and gas pipelines.However,the coating nearby the girth weld could be damaged during the welding process at high temperature and lose its protection function.In this paper,the main connection modes of pipelines with internal coating and the protection measures of pipe joints are summarized,including automatic internal field joint coating vehicle,mechanical connection,internal lining sleeve （tube）welding,memory alloy jacket,stainless steel joint,internal coating-less,etc.The advantage and defect of each technology are stated as well.

oil and gas pipelines;internal coating;field joint;field joint equipment

TE988.2

A

1001－2206（2011）增刊－0007－04

徐忠苹 （1979-），男，山东东营人，工程师，2004年毕业于天津大学化工学院，硕士，现从事科研开发工作。

2011-08-23