金属管道由于强度高、耐压性好一直是油田高中压管材的主要品种,但它也存在着重量大、易结垢、易腐蚀等诸多缺点。
近年来,热塑性塑料管、玻璃钢管等非金属管以其质量轻、耐腐蚀性好、安装简便等优点已广泛在石油化工领域得到应用n~4,但在高中压领域,这类管道还很难满足要求。经过多年的技术攻关和生产实践,新疆中石油管业工程有限公司在生产的低压玻璃钢复合管产品基础上,成功地将热塑性塑料合金、热固性树脂和金属3种材料有机地结合在一起,开发出了塑料合金玻璃钢高中压复合管,采用金属活接头连接,有效地改善了金属管道不耐腐蚀,普通塑料管道不耐压的缺点,在油田建设中替代钢管得到广泛应用。
1结构与性能特点结构特点1.1.1管体的结构特点在管体结构上,玻璃钢复合管以热塑性CPVC/PVC塑料合金管为内衬,在衬管外缠绕浸渍有聚酯树脂或环氧树脂的连续玻璃纤维纱后加温固化形成加强层。玻璃钢复合管依靠黏接在管端的金属活接头进行连接。
1.1.2管道的连接特点管道连接的设计一直是管道产品开发的关键。从以往的统计数据来看,管道发生泄露90%以上是由于连接和密封技术不过关而造成的。因此,管道连接和密封性也是玻璃钢复合管产品设计中需要特别注意的问题。
玻璃钢复合管所用的金属活接头采用螺纹连接,此种连接方式较承插式连接、套管式连接、胶结、包覆对接和法兰连接等方式的密封性和耐压性都要高。
由于接头为金属材质,在管道安装完毕后,还需要在接头外表面用环氧树脂和玻纤布做防腐处理,以防止环境对钢制接头的腐蚀。
密封性方面,产品在低压玻璃钢复合管的基础上对管接头的密封结构也进行了改进。
从可以看出,改进前的塑料合金内衬管没有翻边,改进后却增加了翻边,这看似小小的个改动,却起到了很明显的效果,它与橡胶垫共同作用将流体介质隔离起来,防止其在较高压力时进入到结构层,同时也将金属活接头隔离在外,避免了金属接头与强腐蚀性流体介质的接触。
性能特点与金属管或不锈钢内衬玻璃钢管相比,玻璃钢复合管具有耐腐蚀、轻质高强、保温性好、流体阻力小等优点。
耐腐蚀性玻璃钢复合管的内衬层采用的材料是CPVC /PVC塑料合金,它直接与输送的腐蚀性介质接触,因此其耐腐蚀性能直接决定了整个管材耐腐蚀性能的好坏。我国防腐蚀工作者曾用红外光谱法跟踪研究测试PVC板被硝酸介质扩散渗透的深度,结果发现20年的扩散渗透深度仅1mmCPVC/PVC塑料合金引入了CPVC,其氯含量高达68%72%,耐腐蚀性能更优于PVC.为了提高防腐蚀性能,在橡胶垫方面主要采用的材质是F246,它是偏氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物,氟含量在65%以上,氯含量15%20%,可耐各种油、强酸、强碱、有机溶剂、光及臭氧老化。
轻质高强钢的密度为1.52.0g/cm3,玻璃钢复合管的密度根据塑料合金和玻璃钢所占比例的不同而有所区别,但大致在1.62.0g/cm3,只有碳钢的1/4/6,可是拉伸强度却很接近,甚至超过碳素钢,强度可与高级合金钢相比,故运输方便、安装简单,不需要大型、复杂安装设备。
1.2.3导热系数低,保温性能好在输送含蜡量较高的石油时,经常会因为温度过低而使蜡液析出,析出的蜡液黏附在管内壁上使管道堵塞,压力陡升损伤管材,严重的甚至会出现爆管的现象。为避免介质温度降到凝固点或结晶点以下,通常需要进行保温处理,而衡量材料保温性能的一个重要指标是材料的导热系数,导热系数越低,在相同的保温厚度下,保温效果越好。
8175―2008设备及管道保温设计导则中的规定,其对保温材料的定义为:在平均温度为298K(25°C)时的热导率值不应大于0.080W/(m°C),玻璃钢复合管经检测,导热系数为0.141W/(m°,约为金属材料的1/1001/1000,已接近保温材料,因此复合管应用于一些保温要求不高的工程中时,完全可以不做保温处理,即使需要进行保温处理,其保温层厚度也远小于钢管,可以节约大量成本。
1.2.4水力特性优异对于以输送流体介质为主的管道而言,研究管材的水力特性是一项重要内容,管材的水力特性优异意味着流体压头损失小,可以选用较小管径或功率较小的输送泵,从而不仅减少管线工程初期投资、节省电能,而且还可降低运行成本。
复合管是以CPVC/PVC塑料合金为内衬层,因此,研究复合管的水力特性,其实也是研究CPVC/PVC塑料合金的水力特性。目前国内尚无关于CPVC/PVC塑料合金水力特性的介绍,因此在进行研究时,可以以PVC管为假设对象。PVC管阻力系数约0.009,几乎可以认为是"水力学光滑管",而钢管在0.012 0.013之间,当用同样管径的管输送同样液体时,PVC管比钢管的阻力小30%左右;当水头损失相同时,PVC管的输水能力则比钢管大20%以上。在运行中,钢管内表面经常发生局部腐蚀,变得越来越粗糙,易结垢,造成二次污染,而PVC管始终保持着光滑的内表面状态,其输送能力不会随运行时间的延长而下降。
2技术要求表1玻璃钢复合管的主要技术指标项目标准值维卡软化温度(C)腐蚀度树脂含量树脂不可溶分含量巴氏硬度力学性能(MPa)水压渗漏性能以相应压力等级的1.5倍水压进行试验,管壁不应有滴漏和渗漏抗冲击性用5kg钢球从1000mm高处自由落体冲击,冲击后对管道加压至公称压力,并保压5min,管壁不应有渗漏腐蚀复合管m颁布,玻璃钢复合管的生产即按该标准要求进行,主要技术指标详见表1.根据油田使用情况,结合标准要求,确定玻璃钢复合管的公称直径范围为DN40DN350,公称压力范围为1.632MPa.应用情况玻璃钢复合管主要应用于单井集油、原油长输、高压注水、污水回注等流体物料的输送。自2004年产品推出以来,玻璃钢复合管已陆续在塔里木油田、新疆油田、青海油田、焉耆宝浪油田、吐哈油田、西南油气田等各大油田投产运作,以代替原有的钢管管线,消除钢管腐蚀频繁穿孔给油田生产带来的诸多影响和不便。
2005年,产品出口到中亚石油大国哈萨克斯坦,开始得到国外用户的认可,从而打破了美国研发的同类产品高压玻璃纤维管线管在国外市场一统天下的局面;2008年,产品进入土库曼斯坦市场,经各大油田多年使用,运行状况良好,所建工程多次被评为"优良工程",在油田获得了良好的口碑。
结束语玻璃钢复合管将CPVC/PVC塑料合金、玻璃钢、钢等三种性质截然不同的材料结合在起,解决了钢管耐压不耐腐和塑料管耐腐不耐压的矛盾,开发出了一种既耐腐蚀又具有较高强度的产品。该产品具有优良耐腐蚀性、耐温性;管材采用的金属活接头连接,密封结构合理,连接简便,承压能力高,在油田应用中取得了良好的效果。但是,玻璃钢复合管要提高其性能、扩大应用范围,还需要在一些方面进行改进:玻璃钢复合管的钢制活结头制作工序繁琐,成本较高,应寻求强度高、制作工艺简单的接头材料;油田实际应用中,某些工况要求管材的工作温度超过120°C,因此玻璃钢复合管的耐温性还有待进一步提高;如何利用玻璃钢复合管的性能优势,进步扩大产品的市场占有率,使该产品能在国内外更大范围内得到使用也是亟待解决的一个问题。
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