新型钢衬塑管道及其在石油化工行业中的应用

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新型钢衬塑管道及其在石油化工行业中的应用

来源:南通好的防腐装备有限公司中汇金源（北京）科技发展有限公司中天合创能源有限责任公司 | 作者:瞿海德、王正方、徐钰峰 | 发布时间: 2024-04-09 | 150 次浏览 | 分享到:

（南通好的防腐装备有限公司中汇金源（北京）科技发展有限公司中天合创能源有限责任公司）

摘要：主要介绍了新型钢衬塑(EAA)管道及其在石油、化工、煤化等行业中的工业应用，并与传统的钢衬塑管道进行了性能对比。新型钢衬塑(EAA)材料具有附着力强、防腐性能优异、塑化性强、耐老化性能优异的特点，与传统衬塑材料相比具有突出的优势；EAA衬塑管便于加工和现场施工，适于大口径管道，可采用法兰和无法兰连接，具有使用寿命长、综合性价比高的优势。EAA衬塑用于超大型容器防腐也取得了较好效果。

关键词：新型；衬塑管；EAA 应用

引言

钢衬塑管道以普通碳素钢管作为基体，内衬化学性质稳定的树脂材料，经滚塑成型或冷拉复合，不仅具有钢管的机械强度，且兼有塑料管的耐腐蚀性能，同时降低了生产成本。由于其表面光洁度达到0.3-1μm，输送各种流体时阻力系数小，不滋生细菌霉菌，有良好的防结垢能力，在同比条件下比钢管的输送能力提高7-12%，能耗降低15%^[1]。可以说，钢衬塑管道具有强度高、耐腐蚀、成本低、寿命长的综合优势，是一种高效节能、环保防腐、极具潜力的输送管道。自问世以来，广泛应用于石油、化工、电力、矿山、市政等多个行业。

随着国民经济的飞速发展，各行业对流体传输管道的需求与日俱增，在性能和成本上提出了更高的要求，原有的钢衬塑管道难以满足新的挑战。此外，随着材料科学的不断发展，开发了众多性能优异的树脂产品，为新型钢衬塑管道的开发和应用提供了材料基础。通过钢衬塑行业的不懈努力，开发了一系列性能优异、适应性广、性价比高的新型钢衬塑管道，拓宽了钢衬塑管道的适用范围。

本文对近年来新开发的EAA（乙烯-丙烯酸共聚物）、ETFE（又称F40，乙烯-四氟乙烯共聚物）钢衬塑管道及其应用做一概要介绍，并与传统的钢衬塑管道进行性能对比，以期为钢衬塑管道的选择与应用提供借鉴。

1 EAA钢衬塑管道

1.1 EAA材料特性

EAA（Ethylene-Acrylic Acid）为乙烯（E）和丙烯酸（AA）的共聚物，具有良好的低温性能和柔软性，优良的耐弯曲开裂及耐环境应力开裂性，具有较大弹性等。1961年，美国UCC公司和陶氏DOW化学公司开发生产了 EAA 树脂，目前多个发达国家可以生产EAA 树脂。2022年8月，国内卫星化学全资子公司山特莱公司与韩国SKGC公司签署合资合同，共同建设运营国内首套EAA装置。

与聚乙烯相比，EAA共聚物的熔点和刚性较低，由于氢键的作用，有利于改进其对金属、纸、玻璃、铝及其它金属和非金属材料的粘结性。羧酸基对性能的影响可归纳为以下几点：（1）附着力强，与金属、玻璃和纤维有优异的粘合性，普通内衬PE/PO衬里层与钢的附着力一般在30N/cm²，而EAA内衬材料衬里层与钢的附着力高达80N/cm²，是普通PE的2-3倍；（2）耐腐蚀性能强，适用于大多数无机酸、碱和盐，包括污水、盐水和净水的输送。因其出色的耐氯离子性能，适于高盐废水、海水淡化、矿井水项目，包括管道、水箱、储罐等；（3）耐候性、抗老化能力强，普通内衬PE/PO材料，放在露天不到1年，塑料密封面开始与钢体脱层，内衬EAA放在露天5年，也未发现密封面与钢体脱层，充分说明该材料抗老化与耐候性能优越；（4）塑性好、延伸性能优越，众所周知，塑料的线彭胀系数大于钢的15到20倍，如果塑料层没有很好的塑性变形能力，最终导致衬塑层与钢体脱层，正因为EAA材料优异的延伸率和抗蠕变能力，其膨胀与收缩所产生的变化利用了EAA很好的弹性变形所消化吸收。破坏性试验表明，EAA钢衬塑管经上百次折弯，也未发生脱层现象；（5）耐低温效果优越，EAA钢衬塑管适合应用于北方寒冷地区及温差较大的地区，在-50℃可长期使用。

起初我国引进该材料主要应用于超音速火焰喷涂使用，经试验发现该材料通过火焰加热而不老化，证明该材料具有优越的抗老化与耐候性能。国内南通好的防腐装备有限公司2013年首次把该材料应用于热滚衬里防腐管道产品，获得了非常理想的应用成果。

1.2 EAA钢衬塑管的特性

EAA材料出色的塑化性能，使钢塑复合体具有以下优异的特性：

（1）便于加工和现场施工， EAA钢衬塑管道通常采取热滚塑加工方式，一般钢件温度控制在200-220℃，不需将改制段运回生产车间而直接在使用现场加工改制，便于现场施工，节省成本；尤其可满足紧急情况下的现场施工要求。

（2）EAA材料的高附着力，使衬塑管道适用于大口径管道，在不设龟甲网的情况下，最大管径可达DN1600（大于DN1600应设龟甲网），高于其他衬塑管道；管道长度可达6m，降低了管道成本。此外，EAA钢衬塑管道还具有耐负压性能强的特点，优于传统的钢衬PO/PE产品，拓宽了衬塑管道的使用范围。

（3）管道连接方式灵活，与其他传统的衬塑管道不同，EAA钢衬塑管可采用法兰连接或无法兰连接，可实现地埋安装，采用无法兰连接时有效克服了法兰连接中易出现的问题，更好地适应各种现场安装条件^[2]。

（4）使用寿命长，综合性价比高。与PO/PP钢衬塑管相比，虽其成本高约5-10%，但使用寿命却可延长一倍左右，达40-50年。

2 ETFE钢衬塑管道

2.1 ETFE材料性能

乙烯与四氟乙烯共聚物（ETFE，又称F40）是继聚四氟乙烯（PTFE）和聚全氟乙丙烯（FEP）之后的第三大氟树脂品种。ETFE兼有聚四氟乙烯与聚乙烯（PE）的优点，在具有聚四氟乙烯高耐候性、高化学稳定性、高介电性基础上，又具有聚乙烯的优良加工性，克服了只能模压加工的缺点，可用通常热塑性塑料加工的方法进行加工成型，如挤出、模压、注塑、喷涂等。同时因ETFE含有C-H 键，与其他只有C-F键的含氟材料不同，其优良的耐辐照性能更接近于PE。另外，ETFE保持了PTFE优良的耐化学腐蚀性能，同时又有对金属特有的较强的粘着特性，克服了PTFE对金属不粘合缺陷，并且该材料的平均线膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数，因此成为和金属复合的理想材料，具有优良的耐负压特性^[3]。ETFE树脂能够耐受众多的化学品，常温下不溶于所有溶剂，耐酸碱和有机溶剂，但是对氧化剂、含氯溶剂、酮和酯的耐受性稍差^[4]。

表1：几种钢衬塑管道性能对比

2.2 ETFE钢衬塑管特性

（1）ETFE钢衬塑管采取热滚塑加工方式，热滚塑衬温度控制要求高，一般烧接温度在285-290℃，正负温差控制在5℃以内（不同的原料温度控制有差异），一般适用于大口径管道和容器衬里加工。

（2）ETFE钢衬塑管耐腐蚀性能强、耐温中高档、耐负压性能好，使用寿命长，使用条件为+140℃-负40℃，工作压力1.6-2.5MPa。

（3）ETFE钢衬塑管的不足是，需要采用法兰连接，调整段需返厂处理，不便于现场施工。此外，ETFE钢衬塑管价格较高，投资费用较大，一般在特殊场合下使用。

3 常用钢衬塑管道性能及经济性对比

3.1几种钢衬塑管道性能及经济性对比

几种常用的钢衬塑管适用的介质及条件见表1，不同内衬材料管道长度/口径见表2。对比几种钢衬塑管道性能和使用条件可以看出，对强腐蚀和高温介质而言，PTFE、ETFE衬塑管较为适宜，ETFE衬塑管更适合于大口径及负压条件，但费用相对较高。就耐腐蚀性而言，PO/PE、PP、EAA性能基本相当，适合于一般的耐腐蚀环境应用。在上述衬塑管中，EAA衬塑管耐低温性能最优，更加适合于北方低寒环境，同时适应于大口径、负压条件，更易于加工和现场施工，尽管其成本稍高于PO/PE、PP衬塑管，但使用寿命可延长一倍，因此其综合性价比更优。

表2：不同内衬材料管道长度/口径参考

3.2几种用于循环水输送管道的经济性对比

从EAA防腐特性及目前的应用来看，其用于循环水输送管道表现出更加突出的优势，为此，我们搜集了市面上常用的循环水输送管道，对其供应商报价进行了粗略的对比分析（详见图1）。

仅从单位价格对比来看，在小管径（DN800）以下，EAA衬塑管价格与其他管道基本相当；在DN800~DN1600 的范围内，处于中间价格；而 DN1600 以上，其他管道价格显著高于钢衬 EAA 管道。若从应用寿命综合分析，由于EAA衬塑管优异的附着力及耐老化性，其使用寿命高于其他管道，因此其综合性价比高于其他管道。当大口径管道占比大、弯管段多，要求施工进度快以及维修便利时，钢衬 EAA 管道的优势将更加明显。

4 特大型EAA衬塑容器

在石油/化工/煤化等行业生产过程中，常使用特大型防腐衬塑容器，受多种因素的制约，常规衬塑材料/工艺难以满足工业实际需要。EAA材料因其出色的塑化性能，尤其是采用热滚塑工艺进行衬塑，这就为特大型容器的现场施工创造了条件。

由于特大型储罐无法整体进行一次性热滚塑，我公司采取分块式衬塑后进行现场拼装。钢板下料根据储罐直径所需板材弧长进行下料，先对钢板进行热滚塑加工，钢板边缘预留100mm不衬塑作为钢板焊接区域。弧形钢板现场拼装后再对焊缝预留区进行现场衬塑。弧形钢板的热滚塑过程，在专用热滚塑平台上进行。

采用以上施工方式具有以下显著优点：①节省工作量和安装周期；②衬塑材料运输方便；③确保品控满足要求；④检维修方便。

5 EAA衬塑管道在石油/化工/煤化行业中的应用

由于EAA钢衬塑管道的优异性能，产品已广泛用于污水、酸碱、海水、化工工艺输送管道及容器等，在神华集团污水处理、宜都兴发磷酸、越南烧碱、青海盐湖集团水处理、新疆伊利煤制气、塔里木油田等数十家项目中获得成功应用。

我公司为国内首家将EAA引入衬塑管及工业应用的厂家，目前已生产销售10余年，产品已广泛用于污水、酸碱、海水、化工工艺输送管道及容器等。公司获得神华集团2015年-2016年优秀供应商称号，取得中核集团供应商资格。

某煤化工含盐废水内衬管更换项目，原使用内衬PE管不到1年出现大面积脱层，我公司为其更换约2000M，最大口径DN1000mm，2017年9月投入运行，至今运行良好。宁煤煤化工基地污水项目，应用内衬EAA，一阶段2018年7月投入运行，使用量12000M，最大口径DN900，地面管道法兰连接，地埋管道无法兰连接。宜都兴发化工有限公司磷酸项目，应用内衬EAA，2012年投入运行，使用量4000M，最大口径1400mm，连接方式法兰连接。塔里木油田2020年使用8000M无法兰EAA涂塑管道。EAA衬塑管道在石油/化工/煤化行业的典型应用情况详见表3。

6 结语

新型钢衬塑管道的开发为各行业流体输送提供了更多的选择，同时对钢衬塑管道提出了更高的要求，除满足高强度、耐腐蚀等基本要求外，钢衬塑管道的发展将更加追求适应范围宽、易于施工和维护、成本和运行费用低等综合性能，随着材料科学的不断发展，新的衬塑材料将不断开发，应用范围也将不断扩大，钢衬塑管道行业将迎来更加广阔的发展空间。