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油氣輸送用非金屬壓力管道的應(yīng)用分析

2021-05-12 12:02:15 作者：CPEC承壓設(shè)備專(zhuān)委會(huì) 來(lái)源：CPEC承壓設(shè)備專(zhuān)委會(huì) 分享至：

引言

管道運(yùn)輸一直是石油、化工、天然氣等行業(yè)最常用、最經(jīng)濟(jì)、最安全的運(yùn)輸方式，鋼質(zhì)管道一直是首要和主要的選擇。然而隨著開(kāi)發(fā)的深入，油田介質(zhì)環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)苛，腐蝕介質(zhì)含量、含水量、介質(zhì)溫度越來(lái)越高，金屬管道的腐蝕問(wèn)題日益突出，經(jīng)濟(jì)損失、維修成本也迅速上升，已經(jīng)成為影響工程安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。而非金屬壓力管道由于耐腐蝕、流體阻力小、壽命長(zhǎng)、長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)勢(shì)，在油氣輸送中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但非金屬及復(fù)合管道種類(lèi)繁多，可選擇性大，材料的改性，新產(chǎn)品新工藝的開(kāi)發(fā)、更新較快，因此了解各非金屬管道的性能、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍以及使用中暴露的問(wèn)題和原因分析，對(duì)有針對(duì)性的合理選擇管材，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、性能最大化至關(guān)重要。

非金屬壓力管道的分類(lèi)及特點(diǎn)

油氣輸送用非金屬壓力管道可大致分為塑料管、熱固性增強(qiáng)復(fù)合管、熱塑性增強(qiáng)復(fù)合管以及鋼塑復(fù)合管四類(lèi)。詳細(xì)分類(lèi)見(jiàn)圖1。

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圖1 非金屬壓力管道分類(lèi)

2.1塑料管

2.1.1 聚乙烯管（PE）

聚乙烯樹(shù)脂是由乙烯單體聚合而成，由于聚合反應(yīng)的條件不同，可以得到不同密度的樹(shù)脂，主要分為高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）。與普通聚乙烯相比，分子結(jié)構(gòu)相同，但具有極高分子量的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）具有更優(yōu)異的性能，其比強(qiáng)度、耐磨性均為塑料之首。與普通高密度聚乙烯相比，超高分子量具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）極高的耐磨性。UHMW-PE具有直鏈結(jié)構(gòu)和良好的分子鏈柔順性，使它具有極高的抗滑動(dòng)摩擦能力，其耐磨性是鋼管的4-7倍，聚丙烯管3倍。

2）抗沖擊性強(qiáng)。抗沖擊性、抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂能力、抗刻劃能力均位于各類(lèi)塑料前列，其沖擊強(qiáng)度為聚乙烯的4倍，尼龍66的10倍，聚氯乙烯的20倍。

3）耐腐蝕性能。UHMW-PE管的化學(xué)性能非常穩(wěn)定，能耐各種腐蝕性介質(zhì)和有機(jī)溶劑的侵蝕。

4）流動(dòng)性好。超高分子量聚乙烯管道具有自潤(rùn)滑和不粘著性，摩擦系數(shù)小，僅為聚丙烯的1/2，普通聚乙烯的1/5，鋼管的1/6，橡膠的1/20。而且由于材料極性低，不易結(jié)垢，即使結(jié)垢也難以附著，使其保持內(nèi)壁光滑，流動(dòng)阻力非常小，可使流速長(zhǎng)期不減，

5）耐低溫性能。超高分子量聚乙烯管的適溫性寬，可長(zhǎng)期在-269~80℃下工作，而且其耐低溫性能優(yōu)異，抗沖擊、耐磨性能在低溫下基本不變，是目前唯一可以在接近絕對(duì)零度工作的一種工程塑料。

6）安裝性能。UHMW-PE管密度小，易于運(yùn)輸，出廠可直接帶法蘭后翻邊，安裝、連接方便。

但由于UHMW-PE為線型分子鏈結(jié)構(gòu)，且分子鏈較長(zhǎng)，易纏結(jié)，流動(dòng)性差，易受剪切力作用發(fā)生斷裂，或受熱發(fā)生降解，影響加工性能，彎曲性能和蠕變性能較差。目前可通過(guò)填充、共混、交聯(lián)等方法進(jìn)行改性。

2.1.2 尼龍管（PA）

在石油化工行業(yè)常用的為MC尼龍管、增強(qiáng)MC尼龍管。MC尼龍管又稱(chēng)單體鑄型尼龍，它是在常壓下，采用陰離子聚合反應(yīng)技術(shù)，將熔融的原料已內(nèi)酰胺單體用堿性的物質(zhì)作催化劑，與活化劑等助劑一起制成待聚單體，直接注入預(yù)熱到一定溫度的模具中，使物料在模具內(nèi)很快地進(jìn)行聚合反應(yīng)，凝結(jié)成堅(jiān)韌的固體胚件，再經(jīng)過(guò)有關(guān)工藝處理，得到預(yù)定的制品管。MC尼龍不僅生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，結(jié)晶度高，而且具有耐磨、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等優(yōu)異的性能，但MC尼龍具有彈性模量較高、尺寸穩(wěn)定性差以及低溫韌性不好等不足，限制了它在石油化工等行業(yè)的應(yīng)用，因此需要應(yīng)對(duì)需求進(jìn)行改性和增強(qiáng)。

增強(qiáng)MC尼龍管則是在MC尼龍的基礎(chǔ)上添加了適量的玻璃纖維等增強(qiáng)劑，在常壓下采用離心或靜態(tài)澆鑄工藝，使之改性增強(qiáng)。與純MC尼龍相比，其機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、耐疲勞強(qiáng)度等性能均大幅度提高。

2.2熱固性增強(qiáng)復(fù)合管

2.2.1 玻璃鋼管（FRP）

玻璃鋼是一種以合成樹(shù)脂為基體材料，以玻璃纖維及其制品作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料。玻璃鋼管道以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的優(yōu)異性能應(yīng)用于石油、化工、海上石油平臺(tái)、海水淡化廠等領(lǐng)域。其主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由內(nèi)層的防腐層、防滲層，中間的結(jié)構(gòu)層以及外保層組成。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為了提高環(huán)剛度，用于埋地管道，多采用夾砂或加筋結(jié)構(gòu)，即在生產(chǎn)過(guò)程中，在纖維之間均勻的布上石英砂作為加砂層，既能提高管道環(huán)剛度又能降低用料成本。

圖2 玻璃鋼管結(jié)構(gòu)示意圖

玻璃鋼管的主要優(yōu)勢(shì)為：

1）耐腐蝕能力強(qiáng)。玻璃鋼管道在面對(duì)酸、堿、鹽、強(qiáng)氧化物、鹵素、腐蝕性土壤、地下水等均有優(yōu)異的抗腐蝕性能。

2）不結(jié)垢。玻璃鋼管與其他材質(zhì)管道的粗糙度對(duì)比見(jiàn)表1。

3）熱力損失小。玻璃鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)0.40W/mK，僅為鋼的九十分之一左右，是熱的不良導(dǎo)體，具有良好的保溫性能。

4）絕緣性能好。玻璃鋼管道具有電絕緣性，電阻大于1012Ω，有利于在多雷雨地帶及電路密集地域鋪展。玻璃鋼與其他材質(zhì)的電、熱學(xué)性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1玻璃鋼與其他材質(zhì)的性能對(duì)比

5）輕質(zhì)高強(qiáng)。玻璃鋼材質(zhì)輕，密度、比重僅為鋼材的四分之一，卻具有中碳鋼級(jí)別的強(qiáng)度，比強(qiáng)度是鋼材的4倍。而且由于其材料內(nèi)部的纖維的作用，可以阻止其裂紋擴(kuò)展，具有優(yōu)良的抗疲勞性能，不易發(fā)生爆裂現(xiàn)象，安全指數(shù)高。

6）經(jīng)濟(jì)性。玻璃鋼管由于內(nèi)壁光滑不結(jié)垢，即節(jié)省了后期清管維護(hù)費(fèi)用，又降低了結(jié)垢結(jié)蠟所造成的能耗損失。同時(shí)由于壽命高等優(yōu)勢(shì)，使得玻璃鋼管道相對(duì)于鋼制管道綜合成本要低得多，在非金屬管道中也有較大的優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)表2）。

表2非金屬管道與鋼質(zhì)管道經(jīng)濟(jì)性對(duì)比（DN50）

但玻璃鋼管道具有脆性大、單管長(zhǎng)度有限、彈性模量低等缺陷，而且施工、修復(fù)有一定局限性，對(duì)室外施工溫度要求高，需溫度在6℃以上才能連接，冬季施工困難。

2.2.2 塑料合金復(fù)合管

塑料合金復(fù)合管就是用兩種或多種不同結(jié)構(gòu)單元的均聚物或共聚物的混合物拉制成塑料合金管作為內(nèi)襯層，再以連續(xù)纖維纏繞形成的增強(qiáng)增作為結(jié)構(gòu)層的復(fù)合管。其內(nèi)襯層由聚氯乙烯樹(shù)脂、氯化聚氯乙烯樹(shù)脂、氯化聚乙烯樹(shù)脂等材料構(gòu)成，結(jié)構(gòu)層多為無(wú)堿玻璃纖維或不飽和聚酯樹(shù)脂等纏繞而成，三層結(jié)構(gòu)的塑料合金復(fù)合管還具有外保護(hù)層（圖3），也可根據(jù)實(shí)際實(shí)際應(yīng)用條件增加聚氨酯泡沫保溫層。

圖3 塑料合金復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖

塑料合金復(fù)合管將熱固性材料和熱塑性材料各自的優(yōu)勢(shì)充分的結(jié)合起來(lái)，其內(nèi)襯層具有優(yōu)良的防腐、防滲、性能，流體力學(xué)性能好，可以阻擋油、酸、堿等介質(zhì)的腐蝕，內(nèi)表面光滑，不易結(jié)垢，流體阻力小。結(jié)構(gòu)層起增強(qiáng)作用，提高管道的強(qiáng)度和抗壓、抗拉能力。外保護(hù)層則起到外防腐和保護(hù)管材的作用。

塑料合金復(fù)合管雖然承壓能力強(qiáng)，但管徑受限，一般只有DN40-DN200（表3）。而且塑料合金復(fù)合管的彈性模量低，在實(shí)際使用中，與其他金屬管的連接處，由于二者的抗拉強(qiáng)度較大，在內(nèi)壓較大或出現(xiàn)壓力波動(dòng)時(shí)，容易產(chǎn)生邊緣應(yīng)力而破裂，或者發(fā)生疲勞破壞。另外，塑料合金復(fù)合管的耐溫性能較差，其工作溫度范圍為-30~110℃，由于各層的熱脹系數(shù)不同，長(zhǎng)期在過(guò)高溫度下運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生分層、卷曲等損傷。

表3塑料合金復(fù)合管的適用條件

2.3熱塑性增強(qiáng)復(fù)合管

2.3.1 鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管

鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管是以鋼骨架作為增強(qiáng)相，以聚乙烯為基體，利用鋼骨架孔隙將其內(nèi)外層的聚乙烯基體連在一起的成型方式生產(chǎn)的復(fù)合管，充分結(jié)合了鋼塑各自的優(yōu)勢(shì)。按照制造方法不同可分為鋼板網(wǎng)骨架、鋼絲焊接骨架、鋼絲纏繞骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管三種。主要結(jié)構(gòu)由內(nèi)外聚乙烯層、中間鋼絲網(wǎng)骨架構(gòu)成（圖4）。

圖4 鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖

鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）雙面防腐。具備PE管級(jí)別的防腐、流體阻力小等功能，且為雙面防腐。

2）抗蠕變性能好，金屬的蠕變溫度一般在其熔點(diǎn)的0.3倍左右，該管道的使用溫度下，鋼并不會(huì)發(fā)生蠕變，因此鋼骨架的存在也就限制了聚乙烯蠕變，提高了管道的抗蠕變性能。

3）中間層采用鋼網(wǎng)骨架，可以提高管道的耐壓性、抗沖擊性。內(nèi)外層采用同種熱塑性塑料，透過(guò)鋼絲骨架的空隙熔接在一起，類(lèi)似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不存在因?yàn)闊崦浵禂?shù)不同熱脹冷縮所導(dǎo)致的界面分層問(wèn)題。

但鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管也具有一定的局限性，其輸送介質(zhì)的溫度范圍較窄，用于輸送燃?xì)狻⒁夯蜌鈺r(shí)輸送介質(zhì)溫度一般為-20~40℃，用于石油、化工等工業(yè)用鋼骨架聚乙烯復(fù)合管的使用溫度范圍為一般不能超過(guò)70℃。該管道的工作壓力也較低，介質(zhì)為天然氣時(shí)最高不超過(guò)1.6MPa，工業(yè)用管道最高不超過(guò)4.0MPa。而且管材的施工難度大，尤其是冬季，表面溫度小于-3℃就需要根據(jù)溫度調(diào)整焊接參數(shù)，焊接時(shí)需要搭建臨時(shí)棚來(lái)提高焊接時(shí)溫度，焊接完成后還需要對(duì)焊口進(jìn)行適當(dāng)?shù)乇亍?/span>

2.3.2 柔性復(fù)合管

柔性復(fù)合管是一種由改性高分子聚合物制成的具有多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合管道，其主要結(jié)構(gòu)如圖5所示，內(nèi)襯層通常由聚乙烯、尼龍、聚偏氟乙烯、耐熱聚乙烯、交聯(lián)高密度聚乙烯以及其他的改性高分子聚合物樹(shù)脂擠出成型，起防腐防滲作用。中間增強(qiáng)層是在聚合物內(nèi)襯管上編織或纏繞滌綸、芳綸纖維或者鋼絲繩等，可為一層或多層，起承擔(dān)管道內(nèi)壓強(qiáng)度的作用。最外層為外保護(hù)層，同樣由高分子聚合物擠出成型，外防腐、防磨損、抗紫外線老化。我國(guó)有些企業(yè)自主研制的柔性復(fù)合管油管還會(huì)在增強(qiáng)層之間纏繞高分子纖維帶來(lái)建立抗磨層，以減少增強(qiáng)層間摩擦力，得到更好的界面效果。

圖5 柔性復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖

柔性復(fù)合管面對(duì)管內(nèi)介質(zhì)的防腐、耐磨、防垢，耐溫等性能往往取決于其內(nèi)襯層所用的高分子聚合物樹(shù)脂，幾種常用樹(shù)脂的相關(guān)性質(zhì)見(jiàn)表4。纖維纏繞的增強(qiáng)層使其具有一定的抗壓、抗沖擊性能。

柔性復(fù)合管自身最大的優(yōu)勢(shì)是：

1）柔韌性好，使用中可自由彎曲，有效地降低了地形復(fù)雜、地質(zhì)起伏等環(huán)境因素對(duì)施工造成的干擾，在服役過(guò)程中也能更好地應(yīng)對(duì)地震、滑坡、凍土融沉等自然災(zāi)害。

2）單管線長(zhǎng)可達(dá)千米，可盤(pán)管，易于存儲(chǔ)，運(yùn)輸方便，也可根據(jù)實(shí)際使用情況定制管長(zhǎng)，減少浪費(fèi)。

3）施工不依賴(lài)動(dòng)力電源，無(wú)需明火作業(yè)，極大地提高了油田施工的安全系數(shù)，降低了人員傷害的幾率。

表4幾種常用的高分子聚合物樹(shù)脂的性質(zhì)

2.4鋼塑復(fù)合管

鋼塑復(fù)合管充分結(jié)合鋼管的機(jī)械性能和塑料管的防腐等性能，根據(jù)基材不同，可分為涂塑鋼管和襯塑鋼管兩種。涂塑復(fù)合管是指以鋼管為基材，內(nèi)涂或內(nèi)、外均涂聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂等塑料粉末，經(jīng)升溫熔融粘合而成。襯塑鋼管根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，可以分為松襯、緊襯、滾襯、模壓四種襯塑方式。

常見(jiàn)的襯塑層塑料聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚烯烴（PO）、聚四氟乙烯（PTFE）、超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）等，由于鋼管基體在襯塑加工過(guò)程中性能幾乎保持不變，因此襯塑層塑料的質(zhì)量和性能往往是襯塑鋼復(fù)合管性能的關(guān)鍵，在面對(duì)管內(nèi)介質(zhì)，襯塑層具備同型號(hào)的塑料管的防腐、防滲、抗垢等性能。

鋼塑復(fù)合管既能充分發(fā)揮各種高分子聚合物材料的耐腐蝕優(yōu)勢(shì)，解決傳統(tǒng)金屬管道易腐蝕穿孔、壽命短的不足，又能避免非金屬管道強(qiáng)度低、剛度低、只能埋地使用難以支吊安裝等問(wèn)題，還可以根據(jù)介質(zhì)、環(huán)境的實(shí)際情況選擇最適合最經(jīng)濟(jì)的高分子聚合物塑料作為內(nèi)襯層。

非金屬壓力管道的應(yīng)用及遇到的問(wèn)題

3.1玻璃鋼管的應(yīng)用及遇到的問(wèn)題

玻璃鋼管最早應(yīng)用在城市給排水管線，后期隨著制造工藝越來(lái)越成熟，性能日益提高，也廣泛應(yīng)用于石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域，以大慶油田為例，應(yīng)用的所有非金屬管道中，玻璃鋼管道的比例最高，高達(dá)65%以上。由于玻璃鋼管自身存在局限性，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)滲漏、破損，缺陷位置主要在螺紋接頭處、玻璃鋼管道與鋼質(zhì)管道的連接處、穿越公路處等，其原因可能為以下幾個(gè)方面：

1）玻璃鋼管本身質(zhì)量問(wèn)題。在管材制備過(guò)程中由于浸膠工藝控制不當(dāng)導(dǎo)致增強(qiáng)劑不能完全與樹(shù)脂浸潤(rùn)，形成干斑缺陷。還可能存在層合板破裂、夾雜，樹(shù)脂凸出以及不合理裝卸造成的劃痕等缺陷。

2）連接處薄弱。由于玻璃鋼管彈性模量及熱脹系數(shù)均與金屬管道有較大差異，因此在玻璃鋼管與金屬管螺紋連接處，在內(nèi)壓以及穿越公路處震動(dòng)較大的區(qū)域，由于兩種管線振幅、頻率的不相同，容易造成螺紋接頭破壞滲漏。

3）安裝施工問(wèn)題。玻璃鋼管脆性大，當(dāng)變形率達(dá)到2%~3%時(shí)就會(huì)發(fā)生破壞，因此在運(yùn)輸、施工過(guò)程中容易造成機(jī)械損傷。另外，玻璃鋼管道韌性差，單根長(zhǎng)度有限，接頭多，在管道敷設(shè)過(guò)程中如果彎度過(guò)大，容易在彎曲處形成微觀裂紋，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，裂紋尖端應(yīng)力集中，造成裂紋擴(kuò)展，當(dāng)達(dá)到材料強(qiáng)度極限時(shí)便會(huì)發(fā)生脆性斷裂。

4）使用環(huán)境問(wèn)題。玻璃鋼管由于接頭性能和抗沖擊性能較差，不適宜在沙漠、戈壁、泥攤等土質(zhì)松軟、地質(zhì)起伏大的區(qū)域。

3.2塑料合金復(fù)合管的應(yīng)用及遇到的問(wèn)題

塑料合金復(fù)合管與玻璃鋼管同為熱固性增強(qiáng)復(fù)合管，應(yīng)用范圍及出現(xiàn)的問(wèn)題有諸多類(lèi)似之處。塑料合金復(fù)合管的耐溫性能差，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)或介質(zhì)溫度較高時(shí)，各層之前由于熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致膨脹程度不同，進(jìn)而出現(xiàn)收縮、分層、卷曲等缺陷，堵塞管道。同時(shí)由于膠粘劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度偏低，此種條件下也容易導(dǎo)致塑料合金復(fù)合管的鋼制接頭脫粘。

某油田的塑料合金復(fù)合管集油管線，在投入使用六年后發(fā)生爆裂事故，該管道的內(nèi)襯層由聚乙烯樹(shù)脂、氯化聚乙烯樹(shù)脂、氯化聚氯乙烯樹(shù)脂組成，分析表明該內(nèi)襯塑料中添加了過(guò)量的添加劑，破壞了塑料分子結(jié)構(gòu)，降低了管材的力學(xué)性能，也降低了內(nèi)襯層樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，影響了管道熱特性，長(zhǎng)期服役過(guò)程中最終發(fā)生爆裂。

3.3鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管的應(yīng)用及遇到的問(wèn)題

鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管廣泛應(yīng)用于輸油管線、含油污水外輸管線。吐哈油田某輸油管線采用鋼骨架增強(qiáng)超高分子量聚乙烯復(fù)合管，埋地敷設(shè)，全長(zhǎng)22km，設(shè)計(jì)壓力3.0MPa，回填完成后六次試壓試驗(yàn)全部失敗，只能放棄使用。某石化公司化工廠含鹽污水處理系統(tǒng)的地下管道采用鋼骨架增強(qiáng)高密度聚乙烯復(fù)合管道，服役兩個(gè)月后便出現(xiàn)多次嚴(yán)重爆裂跑水事故。經(jīng)分析，原因可能為以下幾個(gè)方面：

1）原材料的質(zhì)量問(wèn)題。有些管道內(nèi)層聚乙烯樹(shù)脂選材不合格，OIT低于標(biāo)準(zhǔn)值，耐熱氧化穩(wěn)定性差，在介質(zhì)溫度較高時(shí)，容易發(fā)生氧化降解，出現(xiàn)沿軸向的環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂。

2）管材設(shè)計(jì)缺陷。有的鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管過(guò)分追求管道徑向承壓能力，采用垂直于軸向的鋼骨架的纏繞方式，但這種纏繞方式無(wú)法承受足夠的軸向力，在管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間軸向力的拉伸后，鋼骨架的纏繞密度就會(huì)變小，也就變相的減弱了徑向承壓能力，減小管道的整體耐壓強(qiáng)度。

3）安裝施工問(wèn)題。埋地管道敷設(shè)時(shí)，一般采用電熔連接，套筒內(nèi)并沒(méi)有鋼骨架增強(qiáng)層，耐壓強(qiáng)度薄弱。管端焊接裸露增強(qiáng)鋼絲容易腐蝕，發(fā)生接頭連接失效。另外鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管剛性較差，如果施工管線過(guò)長(zhǎng)，連接后會(huì)導(dǎo)致剛度不足，在管溝中呈現(xiàn)S型排列，會(huì)使局部管線應(yīng)承受過(guò)大沖擊力而破裂。

4）使用環(huán)境問(wèn)題。鋼骨架增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合管剛度低，不適于架空使用，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致管道變形造成強(qiáng)度下降，而且露天使用尤其在晝夜溫差大的地區(qū)，容易加速聚乙烯層的老化，影響管道任性和強(qiáng)度。

3.4柔性復(fù)合管的應(yīng)用及遇到的問(wèn)題

柔性復(fù)合管主要應(yīng)用于油氣田集輸、注水、污水處理、三次采油、高壓注醇等領(lǐng)域。大慶油田截至2010年投用注醇柔性復(fù)合管線近200公里，輸油、注水管線800公里。塔中油氣田在處于沙漠腹地的高壓、高H2S區(qū)域使用柔性復(fù)合輸送管代替了同等規(guī)格的抗硫碳鋼管線，共計(jì)使用13條，長(zhǎng)度超過(guò)50公里。但柔性復(fù)合管應(yīng)用于沙漠特殊環(huán)境中，在風(fēng)沙季節(jié)里，沙堆的遷移容易造成管線懸空、裸露，由于柔性復(fù)合管抗紫外線性能較弱，不宜在陽(yáng)光下暴曬，容易出現(xiàn)損傷及降低使用壽命，因此設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)避開(kāi)風(fēng)口位置。另外，柔性復(fù)合管雖然接頭較少，但接頭處往往為管線的薄弱環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，主要是因?yàn)榻宇^處的鋼制法蘭或絲扣選材不當(dāng)，施工不規(guī)范造成的。

3.5鋼塑復(fù)合管的應(yīng)用及遇到的問(wèn)題

鋼塑復(fù)合管可應(yīng)用于化工行業(yè)輸送腐蝕性氣體、液體、固體粉末的工藝管道，油氣田采油、集輸、含油污水管道以及電力、冶金、采礦等領(lǐng)域，根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件，如需外防腐還可以在鋼管外涂敷3PE結(jié)構(gòu)。影響鋼塑復(fù)合管質(zhì)量的最大因素就是復(fù)合程度，即內(nèi)襯管與鋼管“粘接”的是否牢靠，如果出現(xiàn)管端縮口、內(nèi)襯管內(nèi)縮與鋼管內(nèi)壁脫粘分離，則會(huì)嚴(yán)重影響管道的使用壽命，甚至造成管道堵塞。造成這一破壞現(xiàn)象的原因可能是熱熔膠等原材料選擇不當(dāng)；生產(chǎn)過(guò)程中未能釋放內(nèi)襯塑料管殘余應(yīng)力；由于塑料內(nèi)襯管與金屬管的熱脹系數(shù)相差交大，在高溫差環(huán)境下服役造成的鋼、塑管熱脹冷縮不均等。在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，為防止焊接過(guò)程中破壞內(nèi)襯層，往往采用法蘭連接，但在管道變徑、變向時(shí)，主管與支管，直管與彎頭的法蘭容易出現(xiàn)螺栓孔對(duì)位困難，應(yīng)采用一端平焊法蘭一端松套法蘭的形式連接。

3.6非金屬壓力管道存在的共性問(wèn)題

1）應(yīng)用范圍受限。目前非金屬管道在油氣領(lǐng)域的應(yīng)用僅限于短距離輸送，無(wú)法應(yīng)用于大型長(zhǎng)輸管道。能接受的介質(zhì)溫度普遍低于90℃，很難達(dá)達(dá)到高溫輸送的使用要求。

2）檢測(cè)與維修問(wèn)題。目前尚缺乏像金屬管道一樣有效地探測(cè)、探傷手段。在維修問(wèn)題上，需要專(zhuān)業(yè)的維修隊(duì)伍、技術(shù)手段、維修工具以及材料，目前大多數(shù)使用單位尚不具備，往往需要聯(lián)系專(zhuān)業(yè)廠家維修，周期長(zhǎng)，進(jìn)度慢，且室外條件下維修無(wú)法保證修復(fù)質(zhì)量。

3）市場(chǎng)準(zhǔn)入機(jī)制不健全。非金屬管市場(chǎng)監(jiān)管不足，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，生產(chǎn)商對(duì)產(chǎn)品檢驗(yàn)不規(guī)范，不全面。

4）標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不夠完善。非金屬管道受原材料、配方、工藝等影響大，目前還沒(méi)有完善的設(shè)計(jì)和選材標(biāo)準(zhǔn)。且非金屬管道新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)較快，相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的修訂跟進(jìn)不夠及時(shí)。也缺乏相應(yīng)的施工和施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范。目前現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)也存在重復(fù)制定，同類(lèi)技術(shù)條款規(guī)定不一致，產(chǎn)品名稱(chēng)范圍界定不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。

5）運(yùn)行中的其他問(wèn)題。液體流過(guò)管道或多孔介質(zhì)時(shí)，容易在界面處形成偶電子層，造成液體靜電起電問(wèn)題，而非金屬材料的高絕緣性，無(wú)法將靜電導(dǎo)出，容易引發(fā)安全問(wèn)題。且由于塑料的特殊性質(zhì)，容易跟石油中某些成分相容，造成管道失效、堵塞等問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)

非金屬及復(fù)合管道具備金屬管道無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，面對(duì)日益嚴(yán)苛的介質(zhì)環(huán)境，應(yīng)用舞臺(tái)越來(lái)越廣闊，在新建管段、維修更換管段中應(yīng)用的比例逐年升高。但非金屬管道種類(lèi)繁多，性能各異，新型產(chǎn)品層出不窮，在油氣輸送領(lǐng)域應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)管材材質(zhì)與介質(zhì)的兼容性認(rèn)識(shí)不夠，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善等給實(shí)際應(yīng)用造成了不少困難。因此除保障產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)質(zhì)檢力度，完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、安裝規(guī)范之外，使用單位還應(yīng)了解各非金屬管道的性能、特點(diǎn)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合介質(zhì)自身特點(diǎn)及敷設(shè)運(yùn)行環(huán)境，有針對(duì)性的合理選擇管材，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、性能最大化。隨著廣泛的應(yīng)用實(shí)踐，探索優(yōu)化，不斷突破暴露的應(yīng)用短板和技術(shù)瓶頸，非金屬管道在油氣輸送中的應(yīng)用將會(huì)有更廣闊的前景。

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