很長(cháng)時(shí)間以來(lái),人們就認識到管道內覆蓋層具有良好的經(jīng)濟性,它能夠耐磨損、耐機械破壞并降低清洗、過(guò)濾、清管的成本及其它清管設備的費用,確保產(chǎn)品純度,防止污染,極大地降低了維護費用,使管內壁不會(huì )造成沉淀物的聚積(如垢或石蠟),能增加輸量。
1967年美國國家標準局的“腐蝕的方方面面”報告估計,由于水管內壁銹蝕的阻塞所需的額外泵動(dòng)力成本每年就達四千萬(wàn)美元。
1.增加天然氣的輸量
由于內覆蓋層表面的粗糙度減少了摩擦阻力,使天然氣或液體更容易在管內流動(dòng),從而提高了輸送效率,增加了輸量。用于天然氣管道內壁的這類(lèi)減阻型涂膜較薄,干膜厚度為37~75μm,通常在表面處理達Sa2.5級的表面上噴涂。
1953年,北美天然氣管線(xiàn)首次采用減阻內涂技術(shù),管徑500mm,使用了美國COPON研究聯(lián)合體開(kāi)發(fā)出一種具有特殊表面粗糙度,能有助于介質(zhì)流動(dòng),提高輸量的涂料,這在實(shí)際應用中已得到證實(shí),許多文獻作了具體的闡述。
在當時(shí)使用了上述涂料,5年內進(jìn)行定期跟蹤檢查,后因沒(méi)有發(fā)現任何問(wèn)題,所以沒(méi)有再繼續檢測。
目前減阻內涂技術(shù)已被大家所接受,尤其被天然氣輸送公司所采用,事實(shí)上,從初期在北美出現,直至現在在歐洲及其它國家廣泛應用,減阻內覆蓋層也已成為管道的標準技術(shù)。
H.G.Fasold博士及H.N.Wahle于1993年發(fā)表的文章中提出了輸送量提高14%~21 %的數據。并指出:“這種內覆蓋層自20世紀60年代末以來(lái)一直被北歐和北美的許多天然氣公司所采用,大部分用于較大管徑的管線(xiàn),獲得了上述比例的增量,而投資量增加相對較小(少于2%)”。
實(shí)際拉測表明,天然氣管線(xiàn)上使用內覆蓋層具有以下的經(jīng)濟效益。
(1)可提高輸量4%~8%,許多國家應用實(shí)例表明均能維持這一比例,這實(shí)際上已有一定裕度,一般認為能提高1%,采用內覆蓋層就已值得了。
(2)可在管道敷設前提供保護,以保證沒(méi)有腐蝕物影響表面粗糙度,污染介質(zhì)。
(3)敷設后可方便快捷地清潔管道內部,水壓試驗后由于內表面光滑能迅速干燥。
(4)減少石蠟及其它污染物的沉積。
(5)在運行期間能降低動(dòng)力消耗。
(6)減少維護、清管的次數。
(7)不會(huì )固腐蝕物造成阻塞、破壞、污染介質(zhì)。
(8)有利于管道內壁缺陷的檢測,較易查出管道的層裂和其它缺陷。
(9)使用內覆蓋層后的管內壁表面非常光滑。因此可延長(cháng)清管器的壽命,與沒(méi)有內覆蓋層的條件相比,延長(cháng)壽命近4倍。
(10)提高了輸送介質(zhì)的純度。
對于輕度腐蝕性的天然氣管道,用75μm的干膜厚度內覆蓋層具有更高的經(jīng)濟效益。
2.減少維護量
由于內覆蓋層的使用,使清管更加容易,且減少了清管次數,同時(shí)清管器所需的壓力大約只是裸管的一半,所以管道的維護量相應減少。類(lèi)似的情況有,當管道做水壓試驗時(shí),臂徑900mm的管道只需4個(gè)清管器即能完全干燥;
對于每條管道,清管的次數不盡相同,但從幾家美國天然氣運輸公司實(shí)際應用經(jīng)驗中提供的一些數據表明,有內覆蓋層的管道每一年至一年半進(jìn)行一次清管,而沒(méi)有內覆蓋層的管道,通常一年需要3次。
3. 良好的經(jīng)濟性
內覆蓋層初期投入的成本可獲幾倍的補償,即使管徑對于當時(shí)輸量需求來(lái)說(shuō)很充分,也應考慮使用內覆蓋層,以便適應將來(lái)輸量增加的需求。
通過(guò)貼現流動(dòng)的方式,幾年后就會(huì )有效益回報,分析表明對于天然氣和液體管線(xiàn)使用內涂技術(shù)。一般3~5年即可有效益回報。
測試數據不是很完全,因為常進(jìn)行做內防腐前后的比較測量,而且也不能完全確定待涂表面的粗糙度。涂層粗糙度隨著(zhù)所使用的涂料的不同面不同,但從水壓試驗角度來(lái)說(shuō),內表面粗糙度值最大應降低到5~10μm。
最初內涂料主要應用在水管線(xiàn)上,是為了確保水的純度,在天然氣管線(xiàn)上,是為了希望最大程度地提高生產(chǎn)量。然而近來(lái),也應用在原油管線(xiàn)上,不僅是為了防腐,而且是為了通過(guò)改善流動(dòng)有所受益。
其它的好處就是包括減少維護及降低了石蠟的沉積。據報道美國一些沿海管線(xiàn)的清管次數減少高達75%。實(shí)驗室試驗結果也顯示,由內涂層形成的光滑表面能顯著(zhù)地降低石蠟的沉積,可達25%。
總之,內涂層能大幅度地提高輸量,這個(gè)提高正是依賴(lài)著(zhù)管道、內涂覆及流動(dòng)特性。然而,理論分析還沒(méi)有發(fā)展到可對任何管道系統進(jìn)行與之相關(guān)的檢測。
隨著(zhù)表面粗糙度的降低,摩擦系數也相應地減少,摩擦系數降低的比率隨著(zhù)雷諾數的增加及管徑的減小而增加。
管徑對減少摩擦系數的影響,隨著(zhù)雷諾數的增高而有所減少。
當雷諾數在105~107時(shí),摩擦系數的變化最大。
內表面粗糙度為4.5μm的工業(yè)管道內涂后可提高液態(tài)介質(zhì)輸送能力22%,輸氣管道則是24%。
內表面粗糙度為4.5μm的工業(yè)管道,則液體壓力的降低減少將達33%,內涂可縮小管徑8%。
眾多降低成本的實(shí)例說(shuō)明,內涂覆所帶來(lái)經(jīng)濟效益,通?;貓笃跒?~5年。
通過(guò)從內涂技術(shù)的受益,最初的成本投入將會(huì )幾倍地收回,即使天然氣管徑能充分滿(mǎn)足當時(shí)輸量的需求,但是為了將來(lái)能增加輸量或減小新管線(xiàn)的管徑,考慮內涂減阻仍是明智的舉措。
綜上所述,天然氣管道減阻內涂技術(shù)有著(zhù)無(wú)可非議的優(yōu)越性,在許多文獻中均有所反映。
