很長時間以來,人們就認(rèn)識到管道內(nèi)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、過濾、清管的成本及其它清管設(shè)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(nèi)壁不會造成沉淀物的聚積(如垢或石蠟),能增加輸量。
1967年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的“腐蝕的方方面面”報告估計,由于水管內(nèi)壁銹蝕的阻塞所需的額外泵動力成本每年就達四千萬美元。
1.增加天然氣的輸量
由于內(nèi)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(nèi)流動,從而提高了輸送效率,增加了輸量。用于天然氣管道內(nèi)壁的這類減阻型涂膜較薄,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,北美天然氣管線首次采用減阻內(nèi)涂技術(shù),管徑500mm,使用了美國COPON研究聯(lián)合體開發(fā)出一種具有特殊表面粗糙度,能有助于介質(zhì)流動,提高輸量的涂料,這在實際應(yīng)用中已得到證實,許多文獻作了具體的闡述。
在當(dāng)時使用了上述涂料,5年內(nèi)進行定期跟蹤檢查,后因沒有發(fā)現(xiàn)任何問題,所以沒有再繼續(xù)檢測。
目前減阻內(nèi)涂技術(shù)已被大家所接受,尤其被天然氣輸送公司所采用,事實上,從初期在北美出現(xiàn),直至現(xiàn)在在歐洲及其它國家廣泛應(yīng)用,減阻內(nèi)覆蓋層也已成為管道的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)。并指出:“這種內(nèi)覆蓋層自20世紀(jì)60年代末以來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,獲得了上述比例的增量,而投資量增加相對較小(少于2%)”。
實際拉測表明,天然氣管線上使用內(nèi)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(yīng)用實例表明均能維持這一比例,這實際上已有一定裕度,一般認(rèn)為能提高1%,采用內(nèi)覆蓋層就已值得了。
(2)可在管道敷設(shè)前提供保護,以保證沒有腐蝕物影響表面粗糙度,污染介質(zhì)。
(3)敷設(shè)后可方便快捷地清潔管道內(nèi)部,水壓試驗后由于內(nèi)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力消耗。
(6)減少維護、清管的次數(shù)。
(7)不會固腐蝕物造成阻塞、破壞、污染介質(zhì)。
(8)有利于管道內(nèi)壁缺陷的檢測,較易查出管道的層裂和其它缺陷。
(9)使用內(nèi)覆蓋層后的管內(nèi)壁表面非常光滑。因此可延長清管器的壽命,與沒有內(nèi)覆蓋層的條件相比,延長壽命近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(nèi)覆蓋層具有更高的經(jīng)濟效益。
2.減少維護量
由于內(nèi)覆蓋層的使用,使清管更加容易,且減少了清管次數(shù),同時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(yīng)減少。類似的情況有,當(dāng)管道做水壓試驗時,臂徑900mm的管道只需4個清管器即能完全干燥;
對于每條管道,清管的次數(shù)不盡相同,但從幾家美國天然氣運輸公司實際應(yīng)用經(jīng)驗中提供的一些數(shù)據(jù)表明,有內(nèi)覆蓋層的管道每一年至一年半進行一次清管,而沒有內(nèi)覆蓋層的管道,通常一年需要3次。
3. 良好的經(jīng)濟性
內(nèi)覆蓋層初期投入的成本可獲幾倍的補償,即使管徑對于當(dāng)時輸量需求來說很充分,也應(yīng)考慮使用內(nèi)覆蓋層,以便適應(yīng)將來輸量增加的需求。
通過貼現(xiàn)流動的方式,幾年后就會有效益回報,分析表明對于天然氣和液體管線使用內(nèi)涂技術(shù)。一般3~5年即可有效益回報。
測試數(shù)據(jù)不是很完全,因為常進行做內(nèi)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。涂層粗糙度隨著所使用的涂料的不同面不同,但從水壓試驗角度來說,內(nèi)表面粗糙度值最大應(yīng)降低到5~10μm。
最初內(nèi)涂料主要應(yīng)用在水管線上,是為了確保水的純度,在天然氣管線上,是為了希望最大程度地提高生產(chǎn)量。然而近來,也應(yīng)用在原油管線上,不僅是為了防腐,而且是為了通過改善流動有所受益。
其它的好處就是包括減少維護及降低了石蠟的沉積。據(jù)報道美國一些沿海管線的清管次數(shù)減少高達75%。實驗室試驗結(jié)果也顯示,由內(nèi)涂層形成的光滑表面能顯著地降低石蠟的沉積,可達25%。
總之,內(nèi)涂層能大幅度地提高輸量,這個提高正是依賴著管道、內(nèi)涂覆及流動特性。然而,理論分析還沒有發(fā)展到可對任何管道系統(tǒng)進行與之相關(guān)的檢測。
隨著表面粗糙度的降低,摩擦系數(shù)也相應(yīng)地減少,摩擦系數(shù)降低的比率隨著雷諾數(shù)的增加及管徑的減小而增加。
管徑對減少摩擦系數(shù)的影響,隨著雷諾數(shù)的增高而有所減少。
當(dāng)雷諾數(shù)在105~107時,摩擦系數(shù)的變化最大。
內(nèi)表面粗糙度為4.5μm的工業(yè)管道內(nèi)涂后可提高液態(tài)介質(zhì)輸送能力22%,輸氣管道則是24%。
內(nèi)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(nèi)涂可縮小管徑8%。
眾多降低成本的實例說明,內(nèi)涂覆所帶來經(jīng)濟效益,通?;貓笃跒?~5年。
通過從內(nèi)涂技術(shù)的受益,最初的成本投入將會幾倍地收回,即使天然氣管徑能充分滿足當(dāng)時輸量的需求,但是為了將來能增加輸量或減小新管線的管徑,考慮內(nèi)涂減阻仍是明智的舉措。
綜上所述,天然氣管道減阻內(nèi)涂技術(shù)有著無可非議的優(yōu)越性,在許多文獻中均有所反映。