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海洋管道的预制

Sep 01,2026

怡能智造专注管道的设计、研发、制造、销售、服务，是西南地区仅有的几家能生产直径三米以上螺旋焊管的企业之一，产品包括螺旋钢管、不锈钢碳钢复合钢管、3PE钢管、涂塑钢管、高频焊管等。今天继续为大家分享管道的相关知识。

海底管线由于检修极其困难，因此海底管道的设计参数比别的结构更保守，一般要求在不进行维修的条件下正常服役20年以上（根据油气田开采寿命，有的甚至要求管线正常服役50年以上）。但埋在海泥和浸入海水中的管线，因为长期受到海水的腐蚀、海生物的污损以及细菌的侵蚀，破坏比较严重。为了确保这些海底管线在腐蚀严重的海洋环境中长期安全使用，在预制时必须正确选择管线内外防腐漆、接口材料以及相应的防腐涂装工艺。如下图所示，海底管道从结构上看可分为单层管道、双重层保温管道和三重保温管道三大类。一般而言，海底管道的预制都包括防腐处理、保温处理、混凝土配重涂层处理三个主要环节。

海底管道的结构示意图

海底管道防腐涂层的预制

预制防腐涂层（CTE）的作用在于使海底金属管道内外壁与管内流体和管外介质（海水、土壤）隔绝开来，从而达到防腐目的。由于海底管道的施工作业及运行环境条件与陆地管道相比有较大不同，因此二者对防腐涂层要求既有相通，又有不同，应该结合海底管道的特点对其防腐涂层材料和施工工艺进行选择。

防腐涂层的基本要求

（1）抗拉伸和抗弯曲　海底管道一般多采用铺管船铺设，当涂装好的钢管一节一节焊起来，并通过滑道和托架下放到海底时，管道会出现较大的弯曲和轴向应力。通常是将这两项应力之和限定在钢材最低屈服极限的85％以内，相应的应变约为0.2％。管道在水下安装的深度越深，这种应变也越大。因此，涂层应具有较高的抗弯、抗拉伸形变的能力；同时要在受力的情况下保持与钢管的黏结力，不得产生断裂和剥离。

（2）抗水渗透　海底管道涂层的老化变质主要由潮湿渗透引起，渗透包括电位梯度下的电渗透、毛细现象引起的扩散和渗透。渗透主要是由于涂层内部的可溶性物质和管道表面处理后沉积在基底表面上的可溶性盐引起。海水作为溶剂，可通过涂层渗入溶解。沥青类软层在水渗透的情况下，会体积膨胀，其结果是涂层与基面剥离或分层。海水深度增加，剥离的压力也会增大。因此，海底管道应避免使用对潮湿和水渗透敏感的涂层。

（3）抗阴极剥离　在管道附加阴极保护时，涂层与钢管界面有氢气形成，随着海水深度的增加，氢气泡内的压力增大，可能具有爆发性，并形成较小的气泡，使其出现在界面上，造成涂层承受较大的剥离力。因此，海底管道应选用抗阴极剥离的涂层。

（4）良好的黏附性　涂层必须与钢管表面有良好的黏结力，以抵抗管道安装时承受的牵引力（登陆段往往采用拖拉法安装）。牵引力可从混凝土外套通过涂层传递到管道本身，使管道移动就位，因此要求涂层有足够的黏结剪切强度。除此之外，涂层与混凝土配重层之间必须要有足够的黏结力，以防止混凝土在安装或运行时滑移。

除以上几点外，海底管道防腐层还要求耐冲击、耐细菌和海生物、电阻抗（或电绝缘强度）及耐温等。透水性和电绝缘强度对海底管道的阴极保护具有非常重要的意义，国外曾对沥青涂层和环氧粉末涂层进行过对比测试，试验根据ASTM GJ管道涂层透水性试验方法进行，涂层绝缘电阻值的增加使保护电流以20～30倍的量级减少，在海底管道涂层应用方面必须重视。

外壁防腐涂层

早期海底管道采用过煤焦油瓷漆（coal tar enamel，CTE）、石油沥青等防腐手段，但由于这两种防腐层对环境危害较大而基本被淘汰。目前海洋管道的防腐层主要采用熔结环氧粉末（fusion bonded epoxy，FBE）、双层熔结环氧粉末（双层FBE）、三层聚乙烯（3LPE）、三层聚丙烯（3LPP）以及高性能复合涂层（HPCC）等。以熔结环氧粉末（FBE）为例，1981年英国首先在北海成功地安装了3条熔结环氧粉末（FBE）加混凝土配重的管道，管径为ф762mm；到了20世纪90年代已广泛采用环氧粉末作海底管道的外壁防腐层，其管径范围为ф50.8～914.4mm，并研制了多种防滑移材料。20世纪90年代对沥青类涂层与环氧粉末涂层进行的综合性能评价对比结果还发现，熔结环氧粉末涂层除与水泥黏结性较差外，其他各项性能均优于沥青类涂层（煤焦油瓷漆）。

三层聚乙烯（3LPE）外壁防腐层的长期使用温度一般不超过70℃，短期可达到80℃。三层聚丙烯（3LPP）的结构原理与3LPE相似，即在钢管底层采用熔结环氧粉末（FBE），以增加与金属的黏结力，中间为聚丙烯共聚物胶黏剂（PPA）层，与外层的聚丙烯（PP）牢固黏结，既有较高的抗机械损伤能力，又有良好的耐阴极剥离性能。经改性后的3LPP涂层结构，使用温度达到110℃以上，其优良的耐蚀和耐高温性能弥补了其他涂层不耐高温的缺陷，是目前国际上新兴的较先进的防腐涂层。目前英国PIH公司已开发了3LPP补口技术，其操作工序为：先对管道接口表面进行除锈、清洁处理，而后涂敷一层250μm厚的熔结环氧粉末，再涂敷一层200μm厚的化学改性聚丙烯粉末，把预先制备的300mm宽的聚丙烯复合带贴到接头处，并用挤压钳夹紧。此方法操作复杂，但补口效果较好，可在海上铺管船上使用。我国目前尚未制定3LPP防腐层的技术标准，施工过程中可以参照德国DIN 30678《钢质管道聚丙烯防腐层》标准、法国NFA49-711《聚丙烯3层外覆层挤压的应用》规范、ISO21809-1《3LPE3LPP管道防腐层》标准等的要求。在进行3LPP原料比选试验时，可以根据管道防腐层性能指标的要求，参照3LPE防腐层的原材料检验项目，制定出相应的3LPP防腐层原材料的检验项目和性能指标要求。

HPCC是ShawCor公司下属Bredero Shaw公司针对3LPE防腐层在使用中可能出现聚乙烯层与环氧粉末底层黏结失效、从而导致阴极保护电流被屏蔽的问题而开发的新型高效复合防腐层系统。HPCC的基本结构与3LPE相同，从内到外依次为熔结环氧粉末底层、黏结层、聚乙烯层，这三层结构均采用静电粉末喷涂技术进行涂覆，如下图所示。中间黏结层是胶黏剂和一定浓度FBE的混合物，而胶黏剂与聚乙烯的化学结构相似，因此增加了黏结层与环氧粉末底层和聚乙烯层的相容性，使胶黏剂和底层FBE及胶黏剂和外层聚乙烯，都能紧密黏结，无毛刺和明显界面层，如同单涂层系统一样不会分层。与3LPE涂层相比，HPCC具有不易失黏、无最小厚度限制、涂覆简单等优点，而与同样作为粉末类涂层的FBE涂层相比，HPCC在流动性、抗冲击、抗老化、抗阴极剥离等方面的性能亦有明显优势，应用环境-40～85℃。HPCC技术已经在加拿大和美国的20多条管道中应用，管道直径为ф406～1067mm，管道长度为54.5～171km。如加拿大的Godin复线，将HPCC技术应用到直径ф610mm的X70管材上。HPCC防腐管道装船之前检测没有任何漏点，在-45℃的低温环境中施工成功地经受了弯曲，防腐层没有损伤。

HPCC涂覆工艺流程示意图

内壁防腐涂层国外统计资料显示，内腐蚀是引起海洋石油生产中海底管道失效的最主要因素。海底管道输送的介质有天然气、原油、地层水及其混合物，有些管道还输送缓蚀剂、乙二醇等其他物质，海底管道内腐蚀主要有二氧化碳腐蚀和酸性气体腐蚀。对于管道内腐蚀控制措施，主要有加强输送介质的净化、在输送介质中添加缓蚀剂、采用耐蚀管材、对管道内壁做内衬或内防腐涂层处理等，其中内衬或内涂层是解决各种输送介质管道内腐蚀最方便有效的方法。在预制厂对单根管道常用的内涂层防腐技术有：水泥砂浆内衬里技术、水性带锈复合防锈涂料内涂技术、玻璃钢管道内衬技术、H87内防腐技术、玻璃鳞片漆内防腐技术、环氧粉末内防腐技术、涂塑钢管等。

长久以来，国内内防腐施工通常采用开放式喷砂除锈和挤涂式涂装方法，弊病在于除锈效率低、涂层厚度和质量难以保证，采用机械化操作则能极大地提高施工效率，确保管线内防腐整体质量。华北石油工程建设有限公司进入21世纪后制定了《中小口径管道内防腐施工工法》，现以ф159～508mm长输管道和油田集输管道的液态涂料内防腐预制为例，介绍机械化内壁防腐涂层所涉及的内除锈系统、内喷涂系统和内检测系统，其施工工艺流程如下图所示。

厂内预制内防腐涂层的施工工艺流程示意图

（1）管道内除锈系统　管道内除锈系统由供丸系统、喷丸系统、除尘系统、空气压缩系统、供管系统和电气控制系统组成，主要部件有提升机、螺旋分离器、螺旋输送器、喷丸室体、运管传动车、喷丸传动车、储气罐、油水分离器、空压机、管线平台等。由运管小车将钢管放入喷丸室体，喷丸小车带动砂罐前行，同时开启喷丸遥控装置，以压缩空气为动力的钢丸由散枪头喷射到钢管内壁，并由压缩空气带动进入喷丸室体，带粉尘气体通过除尘器排放到大气中；钢丸则由喷丸室底部排放口流入螺旋输送器后，依次通过提升机、螺旋分离器储存在供丸系统内。当喷丸小车行进到钢管管口附近完成内除锈工作时，喷丸小车上的砂罐口则正对供丸系统的排放口，开启气控闸阀进行装钢丸，随后喷丸小车徐徐后退并对钢管进行排气吹扫。当小车推到底部后，打开喷丸室体，通过运管小车将钢管运出，并装入待除锈的钢管，至此完成管线除锈作业。

（2）管道内喷涂系统　内喷涂由管道内喷涂车完成，其主要由行走、供料、旋喷和控制四个部分组成。内喷涂车工作时以220V交流电作动力源，在管道内正反两个方向爬行，其最大爬行深度为20m；工作时所有的操作指令都通过控制箱上的按键来完成，操作人员可直观、准确、方便地进行操作。供料系统由料仓和料泵组成，电动机带动的齿轮泵将料仓内的涂料打入旋杯内，旋喷电动机以20000r/min以上的旋喷转速，使旋杯内涂料在强离心力的作用下高效率雾化，均匀地喷涂在钢管内表面上，形成优良的防腐层。

（3）管道焊口涂层内检测系统　检测小车的主要结构由行走、摄像、灯光、测厚、测厚头旋转伸缩、控制等部分组成。设备工作时以220V交流电作动力源行走，行走系统的行走电动机通过控制系统可在管道内正反两个方向爬行，其最大爬行深度为300m；定位系统采用CCD定位装置，测厚头通过控制系统可在管内进行360°旋转伸缩，操作人员通过控制箱上的液晶电视可直观、准确、方便地确定要检测的位置；工作时所有的操作指令都通过控制箱上的按键来完成。