非金属材料在油田的应用

【摘 要】目前大庆油田稳产4000万吨的大会战正在如火如荼的进行.新技术,新材料的应用更是发挥了巨大的作用.在此介绍下此类非金属材料管材的实际应用情况,为今后的非金属管道应用提供技术依据.

【关 键 词】非金属材料；耐腐蚀；连续性

前言

管道与输送介质相对流动,这就要求管道内部尽可能光滑,减少磨阻；另外考虑介质的腐蚀性.随着油田后期的开发与建设,埋地金属管道腐蚀日趋严重.根据调查统计,大庆油田萨北开发区自投产至今,已建成各类埋地金属管道4150Km,其中超过十年使用年限的有1970Km,占埋地管道总数的47.5%,存在腐蚀程度比较严重的管道有1100Km,占埋地管道总数的26.5%.为了解决埋地管道的腐蚀问题,非金属管道开始广泛应用,先后在注水、污水、输气以及聚合物母液输送上得到应用.

如今在油气集输管道选材上主要应用的非金属材料有玻璃钢管及塑料复合管.现对两种材质做如下对比：

一、玻璃钢管线的性能分析

1.1玻璃钢管道是由玻璃纤维、不饱和树脂固化而成的,与金属管道相比,具有以下优点：

（1）耐蚀性能优异,对水质无影响.玻璃钢管道能抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的侵蚀.比传统管材的使用寿命长,其设计使用寿命一般在50年以上.（2）内壁光滑,水力摩擦阻力小,能显著减少沿程的流体压力损失提高输送能力.因此,可带来显著的经济效益,具体体现在：

①在输送能力相同时工程可选用内径较小的玻璃管道,从而降低一次性的工程投入.

②采用同等内径的管道,玻璃钢管道可比其他材质管道减少压头损失,节省泵送费用.

③可缩短泵送时间,减少长期运行费用.

（3）导热系数低,保温性能好,耐热性、抗冻性好.在一30℃状态下,仍具有良好的韧性和极高的强度,可在一50℃-80℃的范围内长期使用.

（4）自重轻、强度高、运输安装方便.采用纤维缠绕生严的夹砂玻璃钢管道,其比重在1.65-2.0,只有钢的1/4,但玻璃钢管的环向拉伸强度为180-300MPa轴向拉伸强度为60-15OMPa,近似合金钢.因此,其比强度（强度/比重）,是合金钢的2一3倍.它的承插连接方式,安装快捷简便,同时降低了吊装费用,提高了安装速度.

（5）用于聚合物母液输送管道,对聚合物母液粘度无降解作用.

1.2玻璃钢管线在施工过程中暴漏了诸多问题：

（1）低压玻璃钢管道强度低,抗冲击能力差,易破损.在施工作业过程中极易被机械碰漏,一旦碰漏维修的难度及成本很高.

（2）材质脆性大,施工要求条件高.在玻璃钢管道施工过程中,要求底部必须铺有200mm厚的细土来垫平、铺实,不能出现悬空段,同时回填土也要求粒度小于50mm,不能夹杂石块或砖头等.对施工造成难度,机械化降低,效率降低.

（3）在施工或维修时,粘接条件环境温度必须在6℃以上进行,同时固化时间一般需要4h以上,冬季施工或维修时,质量很难保证.

二、连续增强塑料复合管的性能分析

连续增强塑料复合管是一种以钢丝编织增强的塑料管材,大部分是三层结构,内层是耐腐蚀、耐磨损的聚乙烯管,中层是增强的缠绕层（缠绕的材料有高强度合成纤维,玻璃纤维,碳纤维和细金属丝多种）,外层塑料管保护管子不受外界损害.热绝缘层加到管子外侧,起到保温作用.

2.1技术特性

（1）使用温度范围宽,在规定的长期连续工作压力下,使用温度为-40—90℃.

（2）耐腐蚀、不结垢,特别是在输送含油污水等杂质较多的液体时,可免除管道腐蚀、结垢堵塞之忧.

（3）保温节能,导热系数约为金属管的二百分之一,在冬季气温较低地区,用于输油、输水管道保温节能效果明显.

（4）连续性,免去大量焊接作业并减少因连接不佳造成的管道渗漏,减少施工费用.

（5）使用寿命长,维护费用低,在规定的温度和压力条件下,使用寿命可达50年以上.由于管线的耐腐蚀性较好,因此工程不需要进行防锈、防污、绝缘、保温等措施和检修.对地埋管无需作阻极保护,可节约工程维护费用70%以上.

（6）施工便捷,铺设速度快.该管材最突出的优点是柔韧性好,可盘卷供应.可以免除大量的连接工作,灵活适应地形,实现非常迅速和经济的铺设并很容易拆迁移地再应用.穿越比金属管方便,特别是大庆地区地下管线繁多比金属管有明显的优势.

（7）管道可加热,发生凝管时,管道可通电加热解堵,不影响管道使用寿命.

（8）工程综合效益好.综合效益是指由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能节钢等多种因素形成的长期性效益.连续增强塑料复合管的综合效益是可取的.特别是管径越大,其成本越低.当进一步考虑埋入地下的管道可使用好几代,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益.

2.2主要性能指标：

（1）使用压力MPa≤16

（2）管道内壁相对当量粗糙度△/mm0.0015～0.015

（3）使用温度℃-40-90

（4）使用寿命Year≥50

（5）可电加热温度范围℃40-65

（6）保温层初始导热系数W/m.K0.028

（7）连续长度Meter（米）200-1200

在不符合安全距离的油气水管道改造工程施工过程中,连续增强塑料复合管的应用,不但解决了钢制管道的质量重,运输施工困难,焊接量大有安全隐患,易腐蚀等缺点,还解决了玻璃钢管线易破损、脆性大,冬季施工困难的难题.

连续增强塑料复合管除了性能优越外,施工也极其方便.其质量轻,能盘绕,在拉运时相对其他管材更容易.铺设过程中能弯曲,方便穿越.而且其连续长度达到200-1200米.减少了焊接的工作量,节约了成本.脆性小,不易损坏,对施工的精度要求不高.其连接方式为机械压紧方式.连接时把管头插入一个金属管件的插口端,用机械方法把管件插口端压紧成为可以保证密封并承受轴向负载的接头.可以与金属管道进行焊接,不受温度影响.但注意的是在截管时应采用钢锯,不能用砂轮机、电气焊等方法,避免切割过程中温度过高引起材料的损坏.对此必须做好技术交底,加强技术培训,特别是切管和扣压接头的技术.

然而,连续增强塑料复合管在使用过程中,也暴露出许多问题.由于它的输送介质温度不能超过90℃,系统工作压力小于16MPa,只适应压力比较低的污水、输气等管道,不适用埋设较深、压力较高的注水管道.所以应用范围还有一定的局限性,还缺少相应的、完善的技术规范.

21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用.新材料的研究,是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军,丰富人们的物质和生活世界.科学技术快速发展,希望在不久的将来可以研发出更多优质的材料,怎么写作百年油田!