浅谈金属管材及非金属管材在油田中的应用

摘要 现今油田输油用管线分为金属管材和非金属管材。本文主要根据上述两种管材在油田的实际应用情况,对其性能做出客观分析与评价,总结上述管材的优点与缺陷,给管道设计选材提供一点参考。

关键词 无缝钢管;玻璃钢复合管;钢骨架复合管

中图分类号TE3,TG 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)23-0141-02

0 引言

玻璃钢(FRP)管又称“不饱和聚氨树酯夹砂管”和钢骨架复合管都是近十几年发展起来的管材,由于两者具有耐腐蚀、不结垢、抗老化、安装方便,使用寿命长而得到快速的发展,逐渐取代金属管材,被广泛应用于石油、化工领域。

1 金属管道

油田用金属管材主要包括无缝钢管和不锈钢管材,其中无缝钢管在使用中占主导地位,广泛应用于石油化工工艺中各个环节,其连接方式以焊接为主。

金属管道有金属管材具有耐高压,容易更换;适用于任何规格直径的技术管道,特别是DN400以上的压力管道等优点。但也有施工复杂,需要大量的人力物力和较长的时间;其防腐层是人工制作,寿命很有限,接头的防腐及焊缝质量是很难保证的,加之内壁未进行防腐处理,管道耐腐蚀性能差,严重影响系统的使用寿命;金属管材内壁粗糙,摩阻系数大,压力损失大等缺点。

2 玻璃钢管道

玻璃钢管线最早应用于城市及排水工程,但随着其性能的日益提高,现已广泛应用石油化工等工业领域。根据玻璃钢管线与钢管之间的链接方式,将其归为胶接连接和机械连接,其中胶接连接包括承插口鞋面胶接、对接包缠连接、搭接包缠连接;机械连接包括承插口连接,法兰连接、螺纹连接;其中承插口连接又包括承插单密封圈或尼龙键连接,承插双密封圈连接、承插双密封圈或尼龙连接。

一般说来,油田用玻璃钢复合管线主要用于输油、输水(包括污水及原油托出水)管线,常用的压力等级为0~4.0MPa。而在实际使用中胶接连接和机械连接两者各有优缺点

胶接连接的优点表现在:玻璃钢胶接连接由于质轻,便于运输;且因不需要金属紧固件,故减少材料损耗,费用低;由于是非金属,因此,不会由于地层盐碱或管内流体腐蚀;同时由于在管材之接头处进行去油污,打磨处理,并对打磨部位或纤维处涂抹与内衬层相同的材料,使该区域的耐腐蚀性能与管体相同;由于各种胶接连接均在接头处玻璃钢丝包缠外管体,且在上面涂抹树脂故密封性好;管线连接处无开孔而切断纤维,不会引起应力集中,降低管材的承载力,不易发生泄漏;零件数量少,便于安装;永久变形小,使用寿命长。

胶接连接的缺点是:胶粘剂存在老化和受环境影响因素(温度、湿度)的影响,在高温、高湿下胶接强度会下降;胶接质量检验困难,可靠性差;不可拆卸,维修困难,回收利用率低。

机械连接的优点表现为:受环境因素影响小;可在不破坏管体的基础上对管线进行拆卸和安装,维护方便;表面不需要进行专业的清理即可获得较高的连接强度;具有同样的耐腐蚀,不结垢;机械连接的缺点是:采用法兰、螺栓、尼龙键等紧固件、密封件,成本较高。

由于钢制材料模量低,产生永久变形大,易发生泄漏;由于在开孔或内外螺纹处产生集中应力,故该处易发生损伤和裂纹,防渗能力差;由于管道均属埋地,土方工作量大,费用高;对于大口径高压管线(DN400以上,PN3.0MPa以上),玻璃钢管线技术还不成熟,目前还只能选择钢制管道。

3 钢骨架复合管

钢骨架塑料复合管材(件)是一种集钢材与热塑性塑料两种材料优点于一身,有着优良的综合性能的新型复合管材产品。管材由缠绕并焊接成型的管状钢丝网作为加强骨架镶嵌在热塑性塑料管壁中间构成;管件的加强骨架是用薄钢板均匀冲孔后卷筒焊接制成。管道连接采取法兰连接和电熔连接两种方式,连接处可达到或超过管材本体的强度。管材规格有从Dn50~Dn600的系列产品,管配件包括45°弯头、90°弯头、22.5°弯头、11.5°弯头、等径三通、异径三通、变径、电熔套筒、马鞍、管堵、活套法兰、法兰盲板等。

3.1钢骨架复合管的优点

管材性能方面:管材内壁光洁度好(Ra=0.22-0.47μm),输水时不结垢,不对介质产生二次污染。管材的综合机械性能优良,对环境的适应能力较强,特别是对地壳变化的适应能力比钢质材料优良。管材主要采用被国际上称为“零泄漏”的电熔连接方式施工,接口自然防腐且不易泄漏,材料质量较轻,施工方便且施工费用低(所需的机械、设备及人工等等较低),管埋地使用的寿命可长达50年,正常运行时可不维修或少维修。

工程安装上方面,钢骨架复合管中的钢骨架可以有效抑制基体塑料的应力松弛和蠕变,故管道敷设时更容易,更简单,要求更少,所须人力和物力都少,且电熔连接密封性可靠,使用寿命更长。

3.2钢骨架复合管的缺点

由于钢骨架复合管采用电熔连接,一旦发生泄露(大多数在管线连接处),管线无法拆除,只能通过砂轮打磨,去掉泄露处的电容套筒(根据现场实际,该工作耗时是安装耗时的2倍),耗时耗力;油田回水属于含油污水,且回水管道属于间断性使用管道,一旦污油在管内沉积,势必造成管线压力升高,极易在管道连接处发生爆管(更换工序同上);同玻璃钢管道一样,钢骨架复合管同样不适合DN400以上的大口径压力管道。

综上所述,无缝钢管、玻璃钢管线、钢骨架复合管在实际应用中各有优劣,但随着科技的发展,非金属管材的性能必然会取得较大的提高,从而在工业中逐步取代金属管材。

参考文献

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