凯发技能及其在自然气管道中的使用

谌哲1杜磊2×兰宇3李天雷2李熹2郭益2

（1.东北煤油大学，四川南充637001；2.中煤油工程设计东北分公司，成都610017；3.中煤油川庆钻探有限公司，成都610017）

    择要：联合凯发技能的工艺办法、涂层质料技能和开展近况，介绍了其在自然气管道中的使用，讨论了面对的题目并提出了响应对策。

    要害词：凯发工艺；涂层；自然气管道；防腐

    0媒介

    20世纪80年月以来，我国大陆自然气探明储量和产量继续疾速增加，曾经构成川渝、新疆、陕西长庆、青海以及南海等陆上和海上气区，累计探明可采储量2.66万亿m3。依据《自然气管网结构及“十一五”开展计划》，2006~2010年时期，我国将根本构成掩盖天下的自然气基干管网，计划建立自然气管道约莫1.6万km，到2010年，自然气管道总长将达4.4万km。在自然气开采以及集输处置历程中，由于各种情况要素、贮存和保送介质的特征等形成管道金属的腐化十分广泛，影响要素十分庞大。据统计，自然气管道50%的走漏题目是由腐化间接惹起的，每年因金属腐化形成的间接和直接丧失高达数十亿元，乃至招致职员伤亡和中毒等严重宁静变乱［1-2］。因而，怎样临时无效地克制腐化是消弭变乱隐患、保证宁静运转、低落消费本钱的紧张关键。凯发技能，是一种十分无效的自然气管道防腐技能。尤其是我国比年来在四川、新疆和吉林等地一连开辟了多个大型富含硫化氢和二氧化碳的酸性和高酸性自然气田，这类酸性自然气集输管道的腐化条件极端恶劣，凯发防腐技能是一种很好的选择。

    1凯发工艺办法

    1.1凯发技能的原理和特点

    凯发技能是使基体（零件）外表强化和防护的一门技能，它是使用电弧、离子弧或熄灭的火焰等将粉末或丝状的金属或非金属喷涂质料加热熔化或硬化，使之在热源或外加高速气流的作用下雾化，构成熔滴，并以肯定速率喷向预处置过的基体零件外表，构成具有肯定联合强度涂层的工艺办法。与别的外表处置技能比力，凯发技能具有一些突出的特点：①取材范畴广；②可用于种种基体；③可使机体坚持较高温度，基材变形小；④工效高，操纵步伐少，速率快；⑤被喷涂物件的尺寸无穷制；⑥涂层厚度可控制在几十微米到几毫米；⑦可付与加工质料以耐磨、耐蚀、抗氧化、耐热、导电、绝缘等外表功能；⑧本钱低，效益明显［3-5］。

    1.2凯发技能的分类

    凯发技能最后使用于航空航天和国防产业，现在已成为机器制造和设置装备摆设维修的底子工艺之一。凯发依据热源和质料差别可分为：①火焰类，包罗火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂；②电弧类，包罗电弧喷涂和等离子喷涂，后者又包罗大气等离子喷涂、掩护氛围等离子喷涂、真空等离子喷涂和水稳等离子喷涂；③电热类，包罗电爆喷涂、感到加凯发和电容放电喷涂；④激光类：激光喷涂。现在最常用的热喷__涂办法有超音速喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂和火焰喷涂，其工艺特征比拟见表1［6-7］。

    表1常用喷涂办法的工艺特征比拟

表1常用喷涂办法的工艺特征比拟

    1.3凯发工艺的选择

    依据差别的使用情况、条件和要求，必要选择符合的凯发工艺。凯发的工艺选择可根据以下准绳：（1）涂层联合力要求不高，喷涂质料的熔点不凌驾2500℃，可接纳设置装备摆设本钱低的火焰喷涂。（2）对涂层功能要求较高的某些比力宝贵的机件，应接纳等离子喷涂。（3）工程量大的金属喷涂施工宜接纳电弧喷涂。（4）要求高联合力、低孔隙度的金属或合金涂层可接纳超音速喷涂；要求高联合力、低孔隙度的金属或陶瓷涂层则可接纳高压等离子喷涂；爆炸喷涂可用于紧张零部件的强化。（5）关于批量大的工件，宜接纳主动喷涂。（6）宁静性要求分外高的机件，选择喷涂工艺及质料前须举行实验和论证。

    1.4凯发的根本工艺

    凯发的根本工艺包罗：基体外表预处置、喷涂、外表热处置和涂层封孔处置、涂层外表的精加工。（1）基体外表预处置：喷涂办法选定之后，还要选定预处置工艺，包罗去油、除锈、外表粗化。（2）喷涂：喷涂施工时，必需确定公道的工艺参数，以控制喷涂质量。包罗：①喷涂热源条件，即燃料品种及和氧混淆的比例；②质料保送，即保送气体的品种、速率、流量以及保送地位和角度；③喷涂质料，包罗质料身分、物感性质、粉末外形、粒度、线料或棒料直径等；④机件的基体身分、基体温度、功能、外表处置办法；⑤喷涂操纵，包罗喷枪与机件的间隔，喷枪或机件的挪动速率，喷枪与机件的角度，喷涂气体介质等。（3）涂后处置：涂后要立刻举行关闭处置或热处置。（4）精加工：喷涂后，涂层需举行磨削加工以包管尺寸精度。别的，喷涂施工时必需留意宁静防护事情，包罗：避免高速低温的喷涂射流对职员和设置装备摆设的危害；对喷涂粉尘的防尘和透风；对喷涂乐音和喷涂弧光辐射的宁静防护。

    2凯发涂层

    2.1凯发涂层的特点

    与无机高分子涂料靠高分子收集和粘用构成涂层差别，凯发是将喷涂质料以低温高速喷涂到基体外表，依托喷涂质料与基体外表的机器联合、半冶金联合和物理联合等方法构成涂层。凯发质料按外形可分为线材和粉末，此中线材的喷涂设置装备摆设复杂，工艺要素影响小，涂层质量波动；而粉末则不受成型工艺的限定，组元间可按恣意比例分配，构成特__殊的相构造从而完成某些特别功能。凯发质料一样平常具有以下特点：①热波动性好，能耐低温；②利用功能好，可满意各种差别涂层的利用功能；③润湿性好，涂层与基体的联合强度高，涂层平整；④固态活动性好（粉末），可包管送料的匀称性；⑤热收缩系数符合，能避免喷涂后冷却历程中产生涂层龟裂。

    2.2凯发涂层的分类

    凯发涂层依据其用处次要分为防护涂层、强化涂层和特别功效涂层，其详细种别和分类详见表2。 表2凯发涂层的种别和分类

表2凯发涂层的种别和分类

    2.3凯发涂层的设计和选择

    凯发涂层品种单一，涂层的选择和设计不但要切合通用准绳，更要器重工件事情的介质、温度、受力、工件的材质、构造、尺寸以及涂层的联合强度、硬度等。详细选择涂层时必要思索以下要素：①工艺办法的大概性；②事情情况，包罗接受的应力或打击力。事情温度、腐化介质和腐化情况、涂层与别的零件共同外表和毗连外表的质料和光滑状况等；③涂层功能要求，包罗涂层的外表功效（如外表形态和外表光亮度等）、涂层的化学功能、联合强度、孔隙率、硬度、金相构造、耐磨功能等；④基体质料的特性，包罗基体质料的化学身分和功能、零件的尺寸和外形、喷涂部位的外表形态等；⑤非复合或复合涂层的选择。

    2.4涂层关闭

    由于凯发技能的特点，与无机涂层相比，其涂层布局不敷精密，外表通常还存在肯定比例的孔隙和缺陷，腐化介质能浸透浸入到基材构成腐化，故必需接纳关闭涂料举行涂层关闭处置。作为凯发涂层公用的关闭涂料，除了具有惯例涂层所需的抗大气、水、海水、盐雾、无机和煤油产品等腐化外，还必需与凯发涂层有极好的相容性和易浸透性，以到达关闭补孔结果。现在所利用的凯发关闭涂料一样平常为环氧和无机硅涂料，针对差别的凯发工艺和涂层质料，开辟有各种差别的产品，包罗钝化底漆、关闭底漆和功效面漆等。据中煤油东北油气田股份公司的使用履历标明：关闭涂料必需与凯发工艺举行配套开辟才干获得最佳结果，现在国际产品这方面仍较外洋产品有较大差距。

    3凯发在自然气管道中的使用

    3.1凯发在煤油自然气产业中的使用

    凯发在煤油产业中失掉了普遍的使用，已乐成用于煤油勘察、开采等设置装备摆设的修复和防护。凯发涂层已乐成用于煤油钢管、陆地平台的长效防腐。成功油田井下作业工程安置公司引进的电弧喷涂技能，较好地办理了金属防腐的困难，弥补了油田金属防腐的空缺。油田利用的各种泵的柱塞、缸套、叶轮等零件均可接纳多种凯发办法举行修复和强化。油田利用的塔、罐、管道可接纳电弧喷涂铝、锌、不锈钢等涂层防腐或接纳火焰喷塑防腐。在黄岛油库和秦皇岛输油公司首站的油罐表面面利用过此种技能。接纳等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂均可办理油田用种种汽锅管道的腐化和冲蚀题目。美国德克萨斯州和路易斯安娜州采油井架、海上油管喷锌，加两道铝粉漆喷铝0.16mm，加乙烯铝粉漆，颠末25年后反省，涂层残缺。英国北海钻井平台接纳喷涂铝涂层和关闭技能，临时运转防腐结果精良［8-9］。

    3.2凯发在自然气管道中的使用［10-11］

    我国所产自然气中很大一局部为含硫化氢和二氧化碳的酸性自然气，从开采井口到污染厂之间的集输管道中保送的自然气中含有硫化氢、二氧化碳、高矿化度气田水（富含氯离子）和无机硫等多种腐化介质，同时还存在泥沙、凝析油和蜡等庞大多相身分，加上保送温度和压力高，气体流速快，陪同的腐化相称严峻。尤其是管道弯头和毗连部位，不但有化学和电化学腐化作用，还陪同有较强的冲洗腐化，不停是工程防腐中的困难。凯发防腐技能，以在金属外表喷涂锌及铝从而构成防腐涂层为主。锌涂层作为捐躯阳极对金属基体举行掩护。铝涂层则致使密的氧化薄膜对金属基体举行断绝防腐，分外是在与tio2复合利用时，不但具有很强的附着力，并且有极好的韧性，可以抵挡由于金属基体变形对涂层发生的毁坏。而α晶形的氧化铝具有很高的硬度，可以进步涂层的耐磨功能。别的，低温下铝涂层可与铁产生反响构成抗低温氧化掩护层，具有肯定的耐低温氧化才能。针对酸性油气地步面集输管道的特点，中煤油川东南气田对其集输管道的弯头接纳了超音速火焰喷涂处置，涂层质料以al2o3和tio2为主，使管道弯头的利用寿命由曩昔的1~3a延伸到了10~15a。但由于所接纳的凯发工艺技能条件要求苛刻，国际的工艺技能程度还难以到达需求，只能将需处置的工件送往外洋的专业厂家举行处置，招致本钱奋发，限定了该技能的片面推行和使用。中海油青岛基地针对其海上开采和集输的特点，针对海水冲洗腐化，接纳火焰凯发和关闭涂层相联合的自然气保送管道外防护涂层技能，无效地进步了管道的耐波浪冲洗性和海水腐化功能，延伸了管道寿命。

    3.3凯发纳米涂层技能的开展和使用

    比年来，随着凯发技能的敏捷开展以及纳米技能的严重停顿，两者相联合的凯发纳米布局涂层技能正成为凯发范畴一个紧张的开展偏向。现在，使用凯发技能制备纳米涂层次要接纳2种方法：（1）制备具有局部纳米特性的微观涂层。行将含量绝对较少的纳米颗粒参加传统涂层中，使涂层成为纳米颗粒弥散强化的、具有肯定纳米特性的复合涂层；（2）制备完全由纳米颗粒组成的涂层，付与涂层优秀的工程功能［12-14］。李春福、王戎等人将at13粉掺杂纳米级颗粒al2o3+13wt%tio2的复合粉举行等离子喷涂［15］，并对其使用于自然气井油管举行了实行。实行后果标明：掺杂纳米颗粒的粉末平铺功能好，涂层构造匀称性进步；纳米颗粒的参加使涂层剩余应力低落；掺杂纳米颗粒的涂层构造布局优于惯例涂层，在相近硬度条件下，摩擦系数低落，耐磨功能进步了30%以上，可使油管耐腐化性进步近1倍。

    4结语

    在办理煤油自然气产业中腐化和磨损题目的各种妙技[miào jì]当中，凯发技能已被证明是一种十分无效和乐成的技能，在自然气管道上的使用也已获得了肯定的效果，积聚了履历，为其进一步推行使用奠基了精良的技能底子。但现在国际凯发技能与外洋相比另有较大差距，其使用仍存在工艺波动性不高、专业操纵职员程度较低、数目不敷、设置装备摆设开辟才能较弱、涂层孔隙率较高、关闭漆的功能和配套性较差等题目。针对这些题目，可接纳以下对策：（1）联合国度倡议的自主知识创新和财产晋级政策，举行产学研团结，开辟凯发纳米涂层等新技能、新工艺，并创建效果小试、中试缩小和财产化使用一条龙式产品创新和开辟系统；（2）开辟完备和配套的技能工艺系统，包罗前处置、涂层质料加工、凯发和关闭涂料，培训操纵职员，创建专业的技能支持和施工办事步队；（3）在煤油自然气行业推行和创建工程设置装备摆设全寿命本钱评价的观点和办法，以真正表现和完成凯发技能的本钱上风，并促进其在自然气管道防腐中的片面推行和使用。