隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的建設(shè)也越來越快，管道輸送作為原油、成品油以及天然氣的主要輸送方式在油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施中占具主要的地位。集輸管道含有大量的水、H2S、凝析油、微生物等，很容易發(fā)生內(nèi)腐蝕進(jìn)而造成集輸管線爆破、油套管穿孔、閘門絲桿斷裂等安全事故，給企業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失。針對(duì)管道的內(nèi)腐蝕情況，國際上通常使用緩蝕劑來控制腐蝕。影響緩蝕劑緩蝕效率的因素有很多，除了與緩蝕劑和金屬本身的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)外，緩蝕劑成膜工藝方法至關(guān)重要。

    1.  預(yù)涂膜工藝方法

    目前，國內(nèi)外輸氣管道緩蝕劑預(yù)膜技術(shù)多采用清管器式預(yù)膜工藝，由于所采用清管器的結(jié)構(gòu)不同，其預(yù)膜形式也不同，下面主要介紹傳統(tǒng)式、旋轉(zhuǎn)式、噴射式三種形式的清管器預(yù)膜工藝。

    1.1傳統(tǒng)式

    傳統(tǒng)的清管器式預(yù)膜工藝主要利用清管器前后氣體壓差，推動(dòng)攜帶有緩蝕劑段塞的清管器組向前運(yùn)行，如圖1.1所示。在預(yù)膜過程中，由于施加于清管器前后的氣體壓差易造成清管器的傾斜，致使清管器組所攜帶的緩蝕劑段塞與管道內(nèi)壁接觸不完全，影響管道預(yù)膜質(zhì)量，因此，利用傳統(tǒng)清管器式工藝對(duì)管道進(jìn)行預(yù)膜，其效果不理想。

    1.2 旋轉(zhuǎn)式

    針對(duì)傳統(tǒng)清管器式預(yù)膜工藝所存在的問題，James H.Coulter等人在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于輸氣管道內(nèi)涂膜的旋轉(zhuǎn)型裝置，如圖1.2所示。該裝置取代了傳統(tǒng)預(yù)膜工藝中普通預(yù)膜清管器的地位，借助氣體壓差推動(dòng)裝置向前運(yùn)行，并利用安裝于圓柱體表面的螺旋形葉片產(chǎn)生螺旋形氣流，使裝置不停地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將聚積于管道底部的緩蝕劑溶液攜帶到頂部，進(jìn)而對(duì)管道進(jìn)行預(yù)膜。理論上，旋轉(zhuǎn)式預(yù)膜工藝比傳統(tǒng)清管器式工藝耗劑量小、操作成本低。實(shí)際上，由于裝置與管道內(nèi)壁摩擦阻力較大，裝置在螺旋氣流推動(dòng)下很難發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，無法將管道底部的緩蝕劑溶液攜帶到頂部，因此，旋轉(zhuǎn)式預(yù)膜工藝無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。

    1.3 噴射式

    根據(jù)管道緩蝕劑預(yù)膜工藝實(shí)施時(shí)所需清管器的數(shù)量，噴射式預(yù)膜工藝主要有雙清管器與單清管器式兩種。

    1）雙清管器式

    為解決當(dāng)前緩蝕劑預(yù)膜技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中預(yù)膜效果不理想的問題，Rick D. Pruett等人提出了一種噴射型管道內(nèi)涂膜裝置，如圖1.3所示。與上述旋轉(zhuǎn)型涂膜裝置相同，該裝置取代了傳統(tǒng)預(yù)膜工藝中普通預(yù)膜清管器的地位，不同的是，當(dāng)清管器后方氣體通過清管器本體內(nèi)的通道到達(dá)安裝于裝置頭部的文丘里噴嘴時(shí)，因流通面積突然縮小，氣體得到加速，由伯努利效應(yīng)可知，通道內(nèi)氣體產(chǎn)生負(fù)壓，造成局部真空，從而使聚積于管道下部的緩蝕劑溶液通過抽吸管被攜帶進(jìn)入噴嘴，進(jìn)而被來自清管器后方的氣體攜帶并向管壁上部噴射，與此同時(shí)清管器組也在氣體推動(dòng)下向前運(yùn)行。噴射式預(yù)膜工藝成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道上部的緩蝕劑預(yù)膜防護(hù)，但卻存在其預(yù)膜范圍不能覆蓋整個(gè)管周的缺點(diǎn)。

    2）單清管器式

    在單清管器噴射式預(yù)膜工藝的基礎(chǔ)上，王壽平等人提出了一種特別適用于高含硫濕氣集輸管道的雙清管器式預(yù)膜工藝，其工藝裝置如圖1.4所示。該工藝?yán)盟鲅b置的超聲霧化室產(chǎn)生超聲機(jī)械振動(dòng)，使儲(chǔ)液室內(nèi)的緩蝕劑霧化，當(dāng)氣流通過后蓋板上部的引氣孔進(jìn)入儲(chǔ)液室時(shí)，霧化后聚集在儲(chǔ)液室上方的緩蝕劑液滴將被氣流攜帶進(jìn)入預(yù)混室，并在預(yù)混室內(nèi)與氣流充分混合，隨后攜帶有大量緩蝕劑液滴的氣流經(jīng)由前蓋板中心孔進(jìn)入霧化主通道，然后分配到各個(gè)霧化支通道，最后通過支通道末端的霧化噴嘴向管周噴出。該工藝克服了現(xiàn)有預(yù)膜技術(shù)不能覆蓋整個(gè)管周的缺點(diǎn)，同時(shí)具有耗劑量小、成本低的特點(diǎn)，但由于其緩蝕劑加注量受到清管器尺寸的限制，因此，該工藝的應(yīng)用范圍也隨之受到限制。

    2.預(yù)膜影響因素

    2.1  管輸介質(zhì)與緩蝕劑體系配伍性

    緩蝕劑多為多組分體系，為使其更好地分散于輸送介質(zhì)，在配制緩蝕劑溶液時(shí)需加入適量的具有增溶和分散功能的表面活性劑。針對(duì)不同管輸介質(zhì)，需選用不同類型的緩蝕劑。緩蝕劑體系與管輸介質(zhì)的配伍性將影響體系預(yù)膜效能的發(fā)揮，最終影響預(yù)膜質(zhì)量。

    2.2  管道內(nèi)壁清潔程度

    輸氣管道緩蝕劑預(yù)膜所采用的緩蝕劑多為有機(jī)吸附膜型緩蝕劑，為使緩蝕劑分子上的極性基團(tuán)能夠迅速、牢固地吸附在金屬表面上，要求被吸附的金屬表面必須清潔、無油污，否則將直接影響緩蝕劑預(yù)膜質(zhì)量。為此，管道預(yù)膜作業(yè)開始前應(yīng)利用化學(xué)或物理清洗方法對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行徹底清洗。

    2.3  緩蝕劑濃度

    要使緩蝕劑分子在管道內(nèi)壁迅速形成一層致密的保護(hù)薄膜，在預(yù)膜作業(yè)開始前除了需要清洗管道內(nèi)壁外，還需要制備濃度足夠高的緩蝕劑溶液。待保護(hù)膜形成后，方可將緩蝕劑濃度降至修復(fù)破損膜所需的濃度。

    2.4  緩蝕劑加注量

    當(dāng)緩蝕劑加注量過大時(shí)，不僅會(huì)造成管道設(shè)備堵塞，而且會(huì)造成緩蝕劑的浪費(fèi)。當(dāng)緩蝕劑加注量過小時(shí)，則不能形成完整的保護(hù)膜。因此，應(yīng)根據(jù)相關(guān)理論及公式，確定緩蝕劑的合理加注量。

    2.5  預(yù)膜時(shí)間

    若預(yù)膜時(shí)間過短，因緩蝕劑難以達(dá)到規(guī)定的預(yù)膜長(zhǎng)度或緩蝕劑段塞在管壁上停留時(shí)間不足而造成膜不完整，這都將因預(yù)膜不充分而引起嚴(yán)重的局部腐蝕。若預(yù)膜時(shí)間過長(zhǎng)，緩蝕劑預(yù)膜厚度將無法有效控制。因此，必須設(shè)法確定緩蝕劑的最佳預(yù)膜時(shí)間。對(duì)于水溶性緩蝕劑，可用分光光度法監(jiān)測(cè)緩蝕劑在采出水中的殘余濃度，據(jù)此可確定其最佳預(yù)膜時(shí)間。

    2.6  流型與流態(tài)

    管輸介質(zhì)流動(dòng)型態(tài)與介質(zhì)的組成、粘度、流速、管道傾斜程度等因素有關(guān)。根據(jù)氣液兩相理論，氣液管道存在分層流、波狀流、段塞流、環(huán)狀流及環(huán)霧流等基本流型。輸氣管道多為分層流和分散液滴流，但在實(shí)際操作中也存在環(huán)狀流。管道內(nèi)輸送介質(zhì)的不同流型將導(dǎo)致管道不同部位形成積液，進(jìn)而造成緩蝕劑在不同部位聚集，最終影響管道預(yù)膜質(zhì)量。

    2.7 操作溫度與壓力

    當(dāng)運(yùn)行溫度較低時(shí)，形成的保護(hù)膜容易產(chǎn)生多孔缺陷，不能為管道提供有效防護(hù)；當(dāng)溫度較高時(shí)，緩蝕劑中高分子組分的結(jié)構(gòu)可能因高溫作用而降解，從而使其預(yù)膜質(zhì)量與膜性能降低。管道運(yùn)行壓力的變化將引起管輸介質(zhì)流速的變化。若管道運(yùn)行壓力較低，則管輸介質(zhì)流速較小，緩蝕劑分子因不能有效地被氣流帶走或緩蝕劑段塞在管壁上停留時(shí)間過長(zhǎng)而難以形成均勻致密的保護(hù)膜；若管道運(yùn)行壓力較高，則管輸介質(zhì)流速較大，高速氣流的沖刷作用可能損壞或剝離剛形成的保護(hù)膜。