聚四氟防腐涂层技术研究及应用

　　【摘要】随着孤岛油田进入后期开发，三次采油所占比重越来越大，采油厂集油、注水及注聚管网也日趋密集，油田采出液物性也发生了很大的变化，呈現出高含硫、高含蜡及高腐蚀性的特点，又因孤岛油田位于高含碱滨海地区，土壤腐蚀性强，更加剧了管线的腐蚀速率，随着孤岛油田几十年的开发，许多老旧管线也亟待更新。近几年，管线刺漏、穿孔现象时有发生，严重影响正常生产，同时也对本地区自然环境造成了不良影响。
　　【关键词】聚四氟乙烯；防腐；管材；接头
　　前言：
　　近几年，3PE外防腐和玻璃内衬防腐等新型防腐技术在实际生产中运用较多，但是，经过几年的应用，我们发现这些技术也存在一些问题，尤其是玻璃内衬防腐。首先，3PE和玻璃内衬防腐管线在整体耐压、耐温及耐挤压方面劣势明显，影响管线的整体使用寿命，其次，这种防腐技术无法做到接头焊接处防腐与其直管段保持一致，使其成为薄弱环节，影响管线整体使用寿命。由投产后出现刺漏的管线可看出，其破损点基本都是焊口位置，只能重新更换接头。而玻璃内衬管材除了焊口位置刺漏，一些埋地管线受挤压产生轻微变形，或者管道内输送液体含砂量较大，致使玻璃内衬出现裂痕甚至破损，也会对管材本体产生腐蚀，此类问题只能更换整段管线，造成成本增加。
　　为了更好地解决管线内腐蚀问题，我们寻找到了新的防腐技术即聚四氟乙烯防腐涂层（内外均可），这里重点解决内防腐和接口问题。
　　一、聚四氟乙烯的物性
　　聚四氟乙烯（PTFE）一般称作不粘涂层或易清洁物料。其具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易清洁水管内层的理想涂料。其分子式：（C2F4）n，分子量：100。015612，熔点：327，沸点：400。
　　二、聚四氟涂层的优异性能及施工工艺
　　聚四氟防腐管线基材为无缝钢管，内壁以聚四氟抗老化涂层进行防腐、外壁采用3PE进行防腐，连接形式为可焊接特殊接头。本产品在保持钢质管道强度的同时，使管道内壁和外壁同时达到全面防腐目的。
　　聚四氟涂层产品工艺：
　　高温除油喷砂除锈喷涂聚四氟涂层高温烧结成品入库
　　聚四氟涂层机理：
　　聚四氟涂料主要以聚四氟乙烯（特氟龙）为原料，配以高润滑助剂，经过高温烧结与钢管充分结合在一起。在其内壁形成具有一定厚度的致密聚四氟涂层，使腐蚀介质和管材完全隔离。
　　聚四氟乙烯内衬相对玻璃内衬及H87内防腐有着导热系数小，摩擦系数小、耐温度高等优点，使其在输送高粘度、高温、含杂质较高的液体时有着明显的优势（见表1）。相比较来说是一种更为优良的内防腐材料。
　　此外，聚四氟乙烯还有以下几个优点：
　　1、耐大气老化性：耐辐照性能和较低的渗透性：长期暴露于大气中，表面及性能保持不变。
　　2、不燃性：限氧指数在90以下。
　　3、耐酸碱性：不溶于强酸、强碱和有机溶剂（包括魔酸，即氟锑磺酸）。
　　4、抗氧化性：能耐强氧化剂的腐蚀。
　　5、酸碱性：呈中性。
　　由此可见，这种材料不仅是管线内防的好材料，也是一种优秀的外防腐材料，可以使管线埋地或者露天敷设。
　　三、聚四氟涂料可作为新型管线接头涂料
　　为解决防腐管线易在焊口处刺漏的问题，我们对其原因进行了分析，主要有以下几个方面：
　　1、施工焊接质量不过关，焊缝有沙眼、气孔，埋下安全隐患。
　　2、焊接过程中产生的高温使破坏周边防腐涂料，破坏原有防腐层。
　　3、焊接产生的热应力使焊缝周围产生应力变形和裂纹。
　　4、现场补口补伤受环境影响巨大，且热缩套与母材贴合不够紧密。
　　分析产生上述问题的原因，我们不难发现问题1可以通过加强施工人员技能培训和加强现场施工管理解决。问题2，3产生的原因主要是施工工艺造成的客观原因，无法排除，问题4产生的原因既有主观施工原因，也有客观环境及材料性能的原因。因此，我们设计了一种新型接口技术，解决上述问题，具体做法如下图3：
　　如图所示，在管材两端端口各焊接短套管一个，套管内外壁与管材一起在工厂预制防腐，预留注胶孔。预制加工短节一根，规格、材质、内外防腐与管材一致，长度等于两节短套管长度，短节两端嵌装聚四氟垫圈。
　　具体施工方法为：现场布好管线以后，将短节放入套管内，与管材紧密结合，再将管线端口两根套管焊接在一起，最后在套管与短节环形空心区域填充保护胶体，管线即安装完成。
　　此新型接口技术主要有以下几个优点：
　　（1）介质通过区域为短节，套管只起到固定、保护短节的作用，短节安装不需要焊接，避免对防腐涂层的破坏，也不存在应力集中问题。
　　（2）短节两端聚四氟垫圈与母材接触，即起到密封作用，也不会使母材直接接触导致涂层磨损。
　　（3）套管焊接后里面填充胶体，确保套管不与短节接触，避免杂物进入。
　　（4）填充胶体为密实、不透水透气，凝固后高强度胶体，进一步增强了管线的抗腐蚀能力和强度。
　　聚四氟乙烯防腐管线及新型接头在江汉、中原及陕西北元化工等地区投入使用，三年来无一刺漏，预期使用寿命远大于15年，可满足现有油田注水和注聚等管线生产需求。
　　四、结束语
　　通过对国内现有各类防腐涂层的调查分析，我们与金岛华瑞工程技术公司共同研发聚四氟乙烯（即特氟龙）涂料有着优异的防腐性能，能够作为管材的防腐涂层使用，同时更好地解决了管线接口部位由焊接过程产生的高热融化破坏防腐涂层，从而导致焊接部位成为防腐薄弱点的难题。
　　【参考文献】
　　〔1〕薛光磊，陈璐，郭琦，等。聚四氟乙烯衬里大型防腐蚀容器的特点、技术性能及其应用分析〔J〕。产业与科技论坛，2017，16（10）：4344。
　　〔2〕李凯。聚四氟乙烯润滑涂层的制备及性能研究〔D〕。燕山大学，2016。