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原文传递在役小口径管道内涂层评估技术研究

论文题名：	在役小口径管道内涂层评估技术研究
关键词：	小口径管道;内涂层;安全评价;模糊层次分析法
摘要：	小口径管道作为集输管网中重要组成部分，其管道腐蚀与防护一直是行业内研究难点与重点。由于小口径管道直径（≤200mm）较小，管道材质又以碳钢为主，导致针对小口径管道内表面防护存在一定的局限性。对此行业内有多种防腐措施，如：内涂层、缓蚀剂以及内衬结构等方式，其中针对小口径管道我国采用风送挤涂工艺进行内涂层涂敷。但无论哪一种都不能一劳永逸式解决小口径管道防腐，一旦防护措施失效将会造成严重经济损失甚至威胁人身安全。国内对小口径管道内涂层安全评价没有相应的执行标准，且常规评价手段不仅会造成一定程度的经济损失又不能很好模拟服役环境等造成的影响。　　针对上述问题，本文对某气矿在役小口径管道内涂层四种试样（根据服役前后与两种口径分为新1#、旧1#、新2#、旧2#）,通过附着力、盐雾试验、浸泡试验以及电化学测试等性能评价手段探究其失效影响因素；结合Ansys有限元仿真软件，探究在压力、温度、流速以及管道倾斜度影响因素耦合作用下对内涂层影响大小关系；根据试验结果,通过模糊层次分析法对小口径管道内涂层建立安全评价体系。主要研究成果如下：　　（1）对1#、2#新／旧管道进行涂层厚度、附着力、盐雾以及浸泡等试验。结果表明,新1#、新2#管道内涂层的厚度＞450μm、附着力均为4A级、涂层均无漏点（合格）、弯曲试验均有裂纹（不合格）、断面／粘接面孔隙率均为三级（合格）、500 h盐雾试验合格；6 J冲击试验仅新2#合格，90 h酸碱浸泡试验均合格，盐溶液浸泡新1#试样不合格。该涂料性能可以满足小口径管道内腐蚀防护的需求。旧1#、旧2#管道内涂层从宏观以及涂层厚度测试结果来看，涂层存在大面积脱落且涂层变性呈脆化疏松，上述试验均不合格，这是由于内涂层在服役环境中受到侵蚀变性，导致涂层的防护效果降低，如若长期使用将会导致管道内壁发生腐蚀。　　（2）对新/旧1#、2#试样进行了电化学极化曲线测试与交流阻抗测试，结果表明：在新2#试样表面涂层随浸泡时间的增加，自腐蚀电位有明显的负移，这说明新2#内涂层在模拟溶液中随浸泡时间的增加其腐蚀倾向增加；自腐蚀电流也随时间的增加而增大,同样说明试样浸泡时间越长腐蚀速率越快，涂层防护防护性能越差。随着浸泡时间的增加，这些离子与水分子渗透量增加，因此导致腐蚀速率增加。在阻抗测试中，旧1#/2#的阻抗值远低于新1#/2#的阻抗值，这说明服役后管道内涂层的防护性能差；新1#/2#试样阻抗与极化曲线测试结果一致：随时间增加容抗弧半径减小，涂层防护性能降低。　　（3）通过采用正交试验方法设计了有限元模拟试验方案，采用四因素三水平正交试验表并结合实际工况条件设定了各因素水平数值，建立了管道几何模型并对其设定参数，共9组试验。结果表明，在四种影响因素耦合作用下其影响程度大小顺序为:压力＞温度＞流速＞倾斜度。压力是造成内涂层发生变形的主要原因，而温度变化会导致涂层密度、弹性模量以及泊松比发生改变，温度越低涂层弹性模量与密度越大导致内涂层发生形变能力越差且收缩，增加涂层内应力，当内应力超过涂层附着力时可能造成涂层失效。　　（4）结合上述研究内容对小口径管道内涂层影响因素进行归纳总结，得到了 38种影响因素，分为:涂层涂料性能（10种）、服役环境（10种）、涂敷工艺质量（12种）以及涂层老化（6种）四类。根据层次分析法原理计算出各个影响因素权重比例。建立了评语集，邀请数名专家对小口径管道内涂层实物按照影响因素进行评定，通过逐级模糊变化最终得到实物安全评价得分。该方法可以科学的、有效的对小口径管道内涂层进行安全性能评价，其较为客观地解决了内涂层多时期、多目标、多准则的模糊性，为目前国内处于实验室阶段的内涂层评价方式提供新方法。
作者：	张津瑞
专业：	材料工程
导师：	郑嘉璐;罗金恒
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安石油大学
学位年度：	2023