樊三新，郭宏，胡晓元

（大庆油田建设有限公司，黑龙江大庆163712）

管道内防腐现场补口新思路

樊三新，郭宏，胡晓元

（大庆油田建设有限公司，黑龙江大庆163712）

文章针对管道内防腐现场补口的难题，依据倾斜功能材料的机理，提出对钢管两端头预先进行表面防腐处理，利用不同材料进行结构复合的方法，一改传统复合材料有明显界面以及由此带来一系列负面影响的弊端，充分发挥材料的不同性能，实现高质量的管道内防腐现场补口。具体技术措施为：通过在钢材表面高温渗入较活跃的金属如铝等，形成一层小于1 mm的合金层，现场焊接采用专用渗铝焊条进行焊接，从而在焊口处和管端头形成一致的合金层，达到防腐补口的目的。

倾斜功能材料；渗铝；内防腐；补口

0 引言

倾斜功能材料是一种崭新的材料，已经引起国内外材料界的极大兴趣。所谓倾斜功能材料，是指由金属和陶瓷、陶瓷和塑料等这样不同性质的材料，不通过复合而是通过连续改变组成制成的融合材料。由于沿厚度方向其组成逐渐变化，使其功能也相应变化。例如：陶瓷和金属组成的倾斜功能材料（超耐热材料），沿厚度方向一侧耐高温，另一侧导热率很高，其间机械强度和导热率逐渐变化。倾斜功能材料不同于均质材料，也不同于一般的复合材料。一般的复合材料都有界面，如在包覆层与基体金属或强化纤维与母材之间必然会有异相界面，在异相界面处往往产生热应力剥离、界面反应等问题。倾斜功能材料从表面上看与复合材料一样，其一面是一种材料，另一面则是另一种材料，但是在材料内部则随着成分的连续逐渐变化，其特性也发生了缓慢的变化，因而就不存在上述界面带来的各种问题。

倾斜功能材料的开发是同航天技术的发展密切相关的。应用较早的是火箭发动机、核能利用等领域。倾斜功能材料的开发最早始于1987年日本科学技术厅的一项“关于开发缓和热应力的倾斜功能材料基础工艺研究”计划。除日本外，美国的NASA，联邦德国的DFVLR（联邦德国航空研究所）等西方国家的国立研究机构也在积极从事倾斜功能材料的研究。倾斜功能材料的主要制造方法目前有蒸发法、喷镀法、自发热反应和薄膜叠层法等。

倾斜功能材料具有巨大的潜在应用价值，在核能利用方面、电磁功能方面、医学生物方面等都有广泛的用途，还可进一步把倾斜功能材料的概念推广应用于日常生活中。

在石油管道工程中，管道内防腐，无论是涂料涂装、粉末喷涂、塑料内衬还是喷镀、渗防腐蚀金属，都存在现场内补口问题。由于这一技术难题没有彻底解决，影响了管道内防腐技术的发展。

本文提出一种倾斜功能防腐结构，以解决管道现场内补口技术难题。

1 现场内补口新方案思路

围绕增加功能、降低成本的目标，补口结构采用涂料涂装工艺做管道内防腐，使工艺简单、成本下降、便于后方预制；管端头采用渗铝工艺，解决整根管渗铝耗能大的问题，取其耐高温、抗焦化、耐腐蚀的倾斜功能；为防止界面反应，钢管在现场组焊时采用渗铝焊条打底，然后再用其他焊条填焊，在一定范围内保持功能倾斜的一致性，以防止因界面材料不同引起的电子位移等一系列问题。

2 新补口方案的技术措施

2.1 钢管端头渗铝

此工艺在厂内实施，在钢管做内防腐前做端头渗铝，如图1所示。将钢管两端头涂一层铝膏剂（铝膏量视渗透深度而定），长度200 mm，然后用中频加热装置加热，温度升至800℃左右恒温，当铝膏烘干时即完成渗铝任务。为防止现场焊接破坏渗铝层，除采用渗铝焊条打底外，还需将铝的渗透层加深，一般以1 mm为宜。

图1 钢管端头渗铝示意

在高温渗铝过程中铝原子与铁原子之间既产生一种物理亲合，同时也伴随晶格反应，生成一种崭新的合金材料，这种铝铁合金过渡层（新的材料），具有新的功能和相当好的稳定性，其理化性能均优于原纯金属。图2为钢管渗铝后金相结构示意。

图2 钢管渗铝后金相结构示意

2.2 钢管内防腐

做完端头渗铝的钢管即可进行内防腐作业。用旋转喷枪喷防腐涂料，涂料涂层与端头渗铝层重合50～100 mm。

2.3 现场组焊补口

由于管端头采用了渗铝预处理，所以耐高温、抗焦化性能俱佳；现场焊接采用渗铝焊条打底（国内已有渗铝焊条生产厂家），这样可使管道内渗铝涂层衔接一致，达到补口防腐目的。现场内补口结构如图3所示。

图3 补口结构示意

3 补口方案的可行性分析

新的补口方案实质上是现有各分项防腐作业的组合。第一，渗铝技术属国内成熟技术，如西安交大就为秦岭电厂处理了3 t预热钢管；第二，钢管内防腐采用涂料喷涂的工艺也已应用多年；第三，现场所用渗铝焊条目前国内已有生产厂家。因此该补口结构在技术上是完全可行的，而且铝的耐腐蚀已是公认可靠的。在施工技术方面，该补口结构有一个突出的优点就是便于预制，不需改变现场施工方法，不增加现场施工量，因而有利于推广。另外，由于这种补口结构的补口质量取决于各分项防腐质量，而各分项的防腐作业又都是可视的，所以说它的补口质量操作性强，与目前常用的补口工艺比较更加可靠。

Abstract：Aimed at solving the difficult problem of field joint of pipeline internal anticorrosion,the method based on the mechanism of functionally gradient materials are provided,that is to perform surface anticorrosion treatment at pipe ends and utilize different materials composite structure.This method will overcome the problem of having distinct interfaces in traditional composite materials and the negative aftereffects,and bring sufficiently the different properties into play,thus realize field joint of pipeline internal anticorrosion with high quality.The concrete technical measures include forming an alloy layer of less than 1 mm in thickness on steel surface by infiltrating an active metal such as aluminum at high temperature and using special aluminum-infiltrated welding rod for field welding to form a consistent alloy layer between weld and pipe end.

Key words:functionally gradient materials;aluminum-infiltrated;internal anticorrosion;field joint

（59）New Thoughts about Field Joint of Pipeline Internal Anticorrosion

FAN San-xin（Daqing Oilfield Construction Co.,Ltd.,Daqing 163712,China）,GUO Hong,HU Xiao-yuan

TE988.2

B

1001－2206（2011）01－0059－02

樊三新（1961-），男，陕西翼城人，高级工程师，1980年毕业于吉林工业大学，从事油田地面工程建设工作。

2010-04-12