長(zhǎng)輸管道防腐層優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)探討

摘要：防腐層缺陷造成管道加速腐蝕，防腐設(shè)計(jì)是長(zhǎng)輸管道建設(shè)重要內(nèi)容。分析環(huán)氧粉末、聚烯烴和三層聚乙烯防腐層的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)3LPE防腐層在制管工藝、涂裝工藝、管材缺陷、熱收縮帶補(bǔ)口、內(nèi)涂層失效、彎管防腐和施工質(zhì)量的技術(shù)現(xiàn)狀和瓶頸問(wèn)題。提出了長(zhǎng)輸管道防腐層選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則要素，旨在提高管道安全管理水平、保障管道可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：管道  防腐層  性能  施工  補(bǔ)口

0 引言

腐蝕是引發(fā)管道安全事故的主要原因。長(zhǎng)輸管道基本采用防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合的防護(hù)方式。防腐設(shè)計(jì)是長(zhǎng)輸管道建設(shè)重要組成部分，防腐層作用是將管體與腐蝕環(huán)境隔離，防腐層完整性可以降低并維持管道陰極保護(hù)所需的電流。管道運(yùn)輸、裝卸和施工過(guò)程中可能對(duì)防腐層造成損傷；管道運(yùn)行期間土壤環(huán)境、第三方破壞導(dǎo)致防腐層缺陷發(fā)展。由于防腐層缺陷，管體局部金屬表面裸露，造成加速腐蝕問(wèn)題。深入分析不同類(lèi)型防腐層的優(yōu)缺點(diǎn)，系統(tǒng)總結(jié)防腐層施工、運(yùn)行期間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和注意事項(xiàng)，對(duì)于提高管道安全管理水平、保障管道可靠運(yùn)行具有重要意義。

1 防腐層類(lèi)型

防腐層類(lèi)型分為瀝青類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)和聚烯烴類(lèi)。20世紀(jì)80年代以前管道應(yīng)用石油瀝青與玻璃布增強(qiáng)涂層。20世紀(jì)末東北管網(wǎng)大修采用聚乙烯冷纏膠帶涂層。21世紀(jì)新建長(zhǎng)輸管道主要采用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層FBE、三層聚乙烯復(fù)合涂層3LPE。

1.1 熔結(jié)環(huán)氧粉末

21世紀(jì)初FBE是國(guó)外新建管道的..涂層。FBE優(yōu)點(diǎn)是對(duì)管材強(qiáng)粘接性、良好耐陰極剝離和耐磨損性能，適用溫度范圍廣（-30℃～100℃）。FBE缺點(diǎn)是耐沖擊能力有限、吸水率較高、耐濕熱性能較差，不適用石方段和地下水位高的管段。FBE涂層厚度普通級(jí)300～400um，加強(qiáng)級(jí)400～500um。為提高單層FBE在運(yùn)輸、施工中抗機(jī)械損傷性能和抗巖石劃傷性能研發(fā)了雙層FBE，底層是普通FBE提供腐蝕防護(hù)（250～375um），外層是增塑FBE提供機(jī)械保護(hù)（375～625um）。塑化FBE層耐水性和抗沖擊性能顯著改善且不會(huì)屏蔽陰極保護(hù)電流。雙層FBE除適用管道干線(xiàn)，適用于石方段和定向鉆穿越段。雙層FBE成功應(yīng)用于西氣東輸、忠武線(xiàn)以及錢(qián)塘江穿越、甬滬寧管道穿越工程。

1.2 液態(tài)環(huán)氧涂層

液態(tài)環(huán)氧涂層分為溶劑型和無(wú)溶劑型兩種類(lèi)型，具備極強(qiáng)的鋼管附著力、良好的耐磨性和電絕緣性能。無(wú)溶劑液態(tài)環(huán)氧涂層應(yīng)用于在役管道防腐層大修修復(fù)，施工過(guò)程避免由于溶劑揮發(fā)造成環(huán)境污染和對(duì)人員健康損害。溶劑型液態(tài)環(huán)氧涂層用于天然氣管道內(nèi)涂層減阻。

1.3 聚烯烴防腐層

聚烯烴防腐層具有絕緣性能好、吸水性及透濕性低、施工工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，適合長(zhǎng)輸管道防腐層大修修復(fù)以及異形管件防腐層現(xiàn)場(chǎng)涂裝。聚烯烴防腐層缺點(diǎn)是如施工質(zhì)量差、防腐層粘接失效，容易產(chǎn)生陰極保護(hù)屏蔽，導(dǎo)致防腐層下腐蝕。

1.4 三層聚乙烯涂層

德國(guó)20世紀(jì)80年代研發(fā)三層聚乙烯涂層，主要用于施工及敷設(shè)環(huán)境惡劣地區(qū)。三層聚乙烯涂層由環(huán)氧粉末底漆（80～120um）、粘接劑中間層（250um）和聚烯烴外護(hù)層組成，兼具FBE優(yōu)異的防腐性能、良好的粘接性與抗陰極剝離性能，以及聚烯烴優(yōu)良的機(jī)械性能、絕緣性能及強(qiáng)抗?jié)B透性。三層聚乙烯涂層涂裝工藝較復(fù)雜，價(jià)格較高。三層聚乙烯涂層現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，如存在缺陷或破損，易導(dǎo)致電流屏蔽，產(chǎn)生加速腐蝕。

2 三層聚乙烯涂層工程應(yīng)用現(xiàn)狀

3LPE是我國(guó)長(zhǎng)輸管道的..防腐層，從1995年引進(jìn)，先后在陜京線(xiàn)、西氣東輸二線(xiàn)、西部管道、蘭鄭長(zhǎng)等應(yīng)用。三層聚乙烯涂層在制管工藝、涂裝工藝、管材缺陷、熱收縮帶補(bǔ)口、內(nèi)涂層失效、彎管防腐和施工質(zhì)量方面還存在問(wèn)題，具體如下：

（1）制管工藝。鋼管表面預(yù)處理狀況直接影響3LPE涂裝效果，如不滿(mǎn)足規(guī)范要求，例如鋼管?chē)娚俺P不徹底，鋼管表面灰塵多、油污未除凈，導(dǎo)致防腐層管端翹邊、剝離強(qiáng)度降低。管道開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生防腐層剝離問(wèn)題，也與鋼管表面預(yù)處理不完善有關(guān)。

（2）涂裝工藝。管材技術(shù)規(guī)格書(shū)要求3LPE的環(huán)氧粉末底層厚度大于100um，粘接劑層厚度不小于170um，涂層工藝評(píng)定階段滿(mǎn)足要求，正式量產(chǎn)難以保證，或者僅能檢測(cè)管端特定位置的涂層厚度，粘接劑層厚度檢測(cè)難度更大，管道機(jī)械剝離強(qiáng)度和陰極剝離強(qiáng)度均降低；

（3）管材缺陷。管材缺陷主要是鋼管彎度超標(biāo)和焊縫超高。鋼管彎度不大于長(zhǎng)度3‰，直縫彎管和小管徑鋼管易超標(biāo)，導(dǎo)致防腐層厚度不均。鋼管焊縫高度小于2.5㎜，焊接工藝未實(shí)現(xiàn)焊縫平滑過(guò)渡，導(dǎo)致焊縫處防腐層低于管體厚度的70%。制造廠(chǎng)為保證焊縫處防腐層厚度，采用打磨焊縫高度，進(jìn)而降低了燭縫機(jī)械性能；

（4）熱收縮套補(bǔ)口。熱收縮帶老化、浸泡后拉伸強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和抗陰極剝離強(qiáng)度降低。表現(xiàn)為密封失效。熱收縮帶與管道干線(xiàn)3LPE防腐層搭接處脫離。收縮套膠粘劑和5LPE防腐層不能完全形成熱熔粘接；

（5）內(nèi)涂層失效。天然氣管道普遍采用3LPE防腐層，管道內(nèi)涂層減緩內(nèi)壁腐蝕、降低內(nèi)壁粗糙度，減少輸送阻力、提供輸氣效率。管道內(nèi)壁補(bǔ)口處無(wú)法進(jìn)行防腐，補(bǔ)口處形成裸露環(huán)，長(zhǎng)時(shí)間氣體沖刷破壞內(nèi)涂層完整性；

（6）彎道防腐。彎管還不能采用3LPE防腐層，多采用雙層環(huán)氧和冷纏帶，綜合性能不能比擬3LPE防腐層。雙層環(huán)氧防腐層性能相對(duì)較好，但機(jī)械強(qiáng)度差，也存在漏點(diǎn)。冷纏帶與3LPE防腐層機(jī)械性能差距更大；

（7）施工質(zhì)量。鋼管從制管廠(chǎng)經(jīng)裝卸、搬運(yùn)、吊裝后普遍存在損傷，甚至金屬表面裸露。補(bǔ)口施工問(wèn)題是噴砂除銹不徹底、環(huán)氧底漆厚度過(guò)薄，加之鋼管表面灰塵較多，環(huán)氧粉末底漆與鋼管附著力降低，也是環(huán)氧底漆失效的根本原因。

3 防腐層選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)

新建管道防腐層選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視，防腐層選型直接影響管道建設(shè)和運(yùn)行成本，包括材料費(fèi)、涂裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、維修保養(yǎng)、更換大修費(fèi)用等。目前管道防腐層設(shè)計(jì)還存在一定程度的隨意性，表現(xiàn)在缺少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，基于預(yù)期壽命期的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，石方段等特殊地質(zhì)條件下缺乏防腐層、墊層與回填材料的整體性設(shè)計(jì)。防腐層選型應(yīng)考慮環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)境保護(hù)要求和預(yù)期使用壽命。三層聚乙烯防腐層選型關(guān)鍵要素是：厚度，底層的抗陰極剝離能力，膠粘層的密封性和粘接能力，外層的強(qiáng)度、韌性、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。