解決3層PE管道現(xiàn)場補口問題勢在必行

王芷芳

（天津大學 材料學院，天津300072）

1 金屬管道的腐蝕原因

眾所周知：管道補口處是腐蝕發(fā)生的最危險區(qū)域，一旦防腐蝕層失效，腐蝕介質(zhì)進入，會發(fā)生不同材質(zhì)如焊條和管材的電偶腐蝕、焊接熱應(yīng)力、安裝應(yīng)力、土壤應(yīng)力等各種形式引起的腐蝕與拉應(yīng)力的疊加會引起管道發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。加拿大和美國都有多起案例發(fā)生［1］。再加上焊口與管體面積比相差很大，形成小陽極和大陰極的不利面積比，小陽極腐蝕速率相當面積比的倍數(shù)。從現(xiàn)場運營26年開挖調(diào)查發(fā)現(xiàn)［1-2］管道補口部位己遭受嚴重腐蝕。國內(nèi)也有研究機構(gòu)，曾經(jīng)開挖過一條管線，結(jié)果表明80%左右的熱收縮補口存在問題［3-4］。隨著科技進步，新材料不斷出現(xiàn)，熱收縮制品不該是唯一采用的補口材料。筆者從文章報道取用的熱收縮制品補口失效照片見圖1。

目前急需解決的是補口新材料的新工藝。要積極探索試驗出受環(huán)境影響小，受人為影響小，補口質(zhì)量能保證，又與陰極保護相匹配，能確保管道長壽命的先進的補口材料和方法。

另外，對于如三通、彎頭等不能在工廠預(yù)制防腐蝕層的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場施工對其表面處理受涂層品種、涂膜厚度及施工條件等受多種因素影響，防腐蝕層質(zhì)量難以保證，耐久性較差，有的不足23年防腐蝕層就出現(xiàn)問題。閥門、法蘭、凝水缸等結(jié)構(gòu)，由于長年在潮濕或有水，空氣不流通的環(huán)境中，極易生銹造成閥門不好操作甚至報廢。

2 對GB／T 23257ˉ2009《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標準》的意見

GB／T 23257-2009建議采用單一熱收縮套（帶）補口，去除對抵御腐蝕起重要作用的防腐蝕屏障層環(huán)氧底漆，一旦熱收縮套（帶）由于粘接不良發(fā)生剝離，腐蝕介質(zhì)可直入管體造成管體加速腐蝕，而剝離區(qū)陰極保護由于電力線受到屏蔽，對剝離區(qū)下的管體保護不起作用。對焊縫區(qū)的補口為二層，形成3-2-3-2不合理的管道防腐蝕層結(jié)構(gòu)，該加強防腐蝕的部位反而消弱。隨著X60，X70管道鋼的使用，輸氣管道壓力也越來越高，大口徑輸氣管單根重量己十分可觀，十幾噸的自重使聚乙烯防護層受到嚴峻考驗，一旦聚乙烯外涂層破損，環(huán)氧內(nèi)涂層的防腐蝕作用則至關(guān)重要。從防腐蝕常規(guī)涂層考慮100 μm涂層厚度是遠遠不夠的，當涂層厚度為150μm仍存在許多針孔，只有至少達到250μm才有較好的保護性能。增加底漆厚度，提出環(huán)氧干膜熱收縮套／帶施工比濕膜質(zhì)量容易控制，如圖1（a），（b）失效照片是由于濕膜套熱收縮帶所致。標準中不要求必須有環(huán)氧底漆，這是標準的一大憾事。

圖1 熱收縮制品失效的現(xiàn)場照片

在8.2補口施工8.2.5中該標準對涂裝前表面處理也放松了要求，提出如不采用底漆，也可用電動工具除銹處理至St3級。標準沒有對表面粗糙度提出要求，中國石油天然氣集團公司集團公司企業(yè)標準Q／SY XQ5-2003《西氣東輸管道工程現(xiàn)場補口補傷施工驗收規(guī)范》及Q／SY GJX0113-2007《西氣東輸二線管道工程管道防腐蝕層補口補傷技術(shù)規(guī)范》兩部規(guī)范。規(guī)范中要求，補口操作基本步驟為準備工作-管口清理-管口預(yù)熱-管口表面處理-管口預(yù)熱-涂刷底漆-定位安裝熱收縮套-熱收縮套烘烤、收縮-質(zhì)量檢查。具體對管口表面處理達到Sa2.5級，粗糙度5075μm，對原3LPE防腐蝕層100mm寬表面要打毛加熱，表面溫度60℃涂刷底漆，加熱收縮套的溫度是110140℃邊加熱邊搟壓氣泡，最后對熱縮套進行整體補火，至膠從熱縮套／帶邊緣溢出為止。

從上述施工步驟來看，補口質(zhì)量很大程度上受操作人員的技術(shù)水平和責任心影響，步驟多，施工難度大，質(zhì)量難以保證。

3 新型防腐蝕材料探索與應(yīng)用

一般常用的防腐蝕涂料由于是有機分子，成膜后對水、汽都有一定的滲透性，膜越薄針孔越多，滲透性越大，防腐蝕效果也越差。一般在較惡劣的腐蝕環(huán)境下23年就要返修甚至重涂。如環(huán)氧樹脂只有涂膜大于250μm才具有較好的防腐蝕性能。況且涂料如環(huán)氧系列、氯化橡膠涂料、丙烯酸樹脂涂料、聚氨酯涂料等都對表面處理有極嚴格要求，噴砂除銹必須達到Sa2.5級，對清潔度、粗糙度都有標準要求。它占涂層質(zhì)量影響因素50%，是防腐蝕涂裝質(zhì)量保障中最重要的前提條件。而現(xiàn)場施工往往不具備噴砂條件，用電動工具除銹達到St23級還是容易做到。下面介紹有幾十年應(yīng)用歷史，防腐蝕效果十分優(yōu)秀，施工極方便，易于操作的防腐蝕材料，它們的膜厚均在1.01.6mm遠大于漆膜厚度。

（1）斯泰克（STAC）礦酯油性防腐蝕膠帶系統(tǒng)包括油性底漆、膩子、油帶，它們都是憎水材料，在金屬表面形成連續(xù)的油性防護層，由于水汽無法滲透，金屬表面始終處于干燥狀態(tài)，切斷了腐蝕原電池離子傳遞的通道，阻止腐蝕的產(chǎn)生。由于這類膠帶有優(yōu)異可塑性和柔韌性，可以解決異型管件、閥門等防腐蝕難題，符合環(huán)保，對陰極保護無屏蔽作用，有很好阻燃性能；

（2）760型增強纖維防腐蝕膠帶 基膜為網(wǎng)狀增強型聚丙烯纖維，涂敷高粘性橡膠改性瀝青防腐蝕膠層，具有優(yōu)異抗拉伸強度，抗土壤應(yīng)力和因溫度變化而產(chǎn)生的防腐蝕層變形，主要起密封防護作用。網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生陰極保護屏蔽現(xiàn)象；

（3）660系列聚乙烯防腐蝕膠帶 以聚乙烯片材為基膜，涂敷一定厚度的高粘性改性瀝青防腐蝕橡膠，再覆以一層防粘隔離膜而形成。對陰極保護有屏蔽；

（4）850型鋁箔防紫外線防腐蝕膠帶 它以新型的增韌性鋁箔為基膜，以丁基橡膠改性瀝青作為防腐蝕膠層，再覆以一層防粘膜而形成。由于鋁箔的反射太陽光和紫外線的作用和其本身在空氣中自鈍化的獨特性能，具有優(yōu)良抗紫外線的功能和防止老化的功能。

以上材料的相互組合可以解決不同部位的腐蝕問題。

3.1 推薦一種結(jié)構(gòu)管件防腐蝕材料

2011年6月30日天津市防腐蝕應(yīng)用技術(shù)協(xié)會會同市燃氣集團技術(shù)質(zhì)量部、設(shè)計院、輸配公司、眾元天然氣工程公司以及中央制塑（天津）有限公司等單位對港南線閥門井現(xiàn)場進行了防腐蝕層性能現(xiàn)場檢測。本次檢測的閥門采用了STAC礦脂防腐蝕系統(tǒng)，施工時間為2006年?，F(xiàn)場圖片如下圖2所示。

圖2 采用STAC礦脂油性膠帶5年后的現(xiàn)場檢測情況

3.2 推薦管道補口、三通、彎頭部位的防腐蝕技術(shù)

3.2.1 復合型技術(shù)材料介紹

（1）STAC油性防腐蝕膠帶系統(tǒng) 包括油性底漆、油帶。

（2）聚乙烯保護板（PE板） 作為抗壓層保護膠帶系統(tǒng)，抗沖擊耐磨性好，提供機械保護和耐腐蝕保護，保護板分導電型和普通不導電型兩種，能導電的對陰極保護電力線無屏蔽作用；不導電的可降低成本。

（3）760型增強纖維防腐蝕膠帶 具有優(yōu)異抗拉伸強度，抗土壤應(yīng)力熱應(yīng)力變形，主要起密封防護作用，無陰極屏蔽現(xiàn)象。

以上三種結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異防腐蝕性能和優(yōu)良的機械保護性能，對陰極保護無屏蔽，是陰極保護很好相匹配材料，另外纏繞工藝比涂裝施工加火烤工藝要簡單得多，并且較少受外界環(huán)境和施工人員素質(zhì)的影響，能保證補口、補傷質(zhì)量。

3.2.2 復合型補口材料和熱收縮套／帶兩種材料施工步驟對比

表1為兩種材料施工步驟的對比。

表1 復合型補口與熱收縮套補口施工步驟對比

3.2.3 新型復合型補口的技術(shù)特點

（1）側(cè)重方便靈活的施工方式，能夠在現(xiàn)場常溫條件下進行防腐蝕施工，無須等待，隨施工隨下溝填埋。纏繞工藝比涂裝施工及火烤工藝要簡單得多，并且較少受外界環(huán)境和施工人員素質(zhì)的影響，能保證補口、補傷質(zhì)量。而熱收縮套／帶在三層PE管道補口防腐蝕施工中極不方便；

（2）表面處理要求不高，用電動工具除銹達到St3級即可，去除焊渣焊瘤等異物；

（3）良好的耐蝕性能，對酸、矸、鹽和微生物等有強的抵抗力，對水和氣體有極強的防滲性能。復合型是一層底漆，一層板，三層帶，形成3-4-3-4層次，總厚度超過三層PE防腐蝕層厚度，防腐蝕壽命不低于三層PE本體防護層；

（4）優(yōu)良的機械保護性能，抗沖擊耐磨性好，抵御來自土壤壓力和提供機械保護；

（5）油性防腐蝕蝕膠帶系統(tǒng)，不干裂、不脫落，使金屬完全隔絕空氣和水，不含可揮發(fā)性物質(zhì)，不含有毒物質(zhì)，不可燃，無污染，采用冷施工方法，不需動火，可在潮濕、水中環(huán)境下施工；

（6）與陰極保護相匹配，不屏蔽陰極保護電流，實現(xiàn)雙保護目的；

（7）溫度適用范圍廣，在-34＋75℃溫度范圍內(nèi)都可施工，在低溫施工時，要保證解卷溫度在5℃以上；且宜采用噴燈或吹風機加熱鋼管及膠帶膠面層，保證膠帶具有良好的粘結(jié)強度；

（8）對一些特殊型狀金屬表面、彎頭、三通，管道的焊接處進行防腐蝕處理；

（9）方便維護，在施工過程中出現(xiàn)的管道表面防腐蝕層的損傷都可隨時現(xiàn)場修補；

（10）工人只需經(jīng)過簡單的培訓即可掌握其施工方法，簡便快捷，一次纏繞成型，質(zhì)量易于控制。

目前，燃氣集團已將112線高壓天然氣重點工程局部作為采用新型防腐蝕材料的試點，管道彎頭、三通等均采用STAC礦脂油帶、導電塑料板，760膠帶復合型防腐蝕；干、支線閥門采用油性膩子加STAC礦脂油帶防腐蝕。現(xiàn)場照片見圖3所示。

圖3 復合型材料應(yīng)用現(xiàn)場情況

最近，天津市政府提出五年內(nèi)將全面消滅中心城區(qū)和濱海新區(qū)供熱燃煤鍋爐，涉及163座465臺鍋爐，供熱面積1.17億m2，通過熱電聯(lián)產(chǎn)和燃氣供熱替代燃煤。從2012年4月起市內(nèi)馬路下敷設(shè)DN700煤氣管道，為不影響通行，工程全是夜戰(zhàn)。晚11點至早5點為管道施工時間，這種惡劣的施工條件，繁瑣的熱縮套／帶補口的施工工藝已經(jīng)不能保證防腐蝕質(zhì)量，目前急須解決3LPE管補口存在的問題，積極開展新型的補口材料和補口工藝推廣應(yīng)用工作，讓防腐蝕水平更上一層樓。

4 結(jié)論

（1）熱收縮帶／套施工麻煩，由于是手工操作，施工質(zhì)量很大程度上受操作人員技術(shù)水平和責任心影響，工程質(zhì)量難以保證。

（2）復合材料補口側(cè)重施工方便，無須噴砂，無須涂漆等待，纏繞工藝比火烤工藝簡單得多，施工人員易掌握，工程質(zhì)量能保證。

（3）復合補口材料和結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良防腐蝕效果和機械保護性能。即使760膠帶與3LPE搭接處防水密封性有質(zhì)疑，但由于礦脂油帶是憎水材料，水、氣不會滲透過油帶到達金屬表面，使金屬表面始終處于干燥狀態(tài)，金屬就不會發(fā)生腐蝕。這種材料和結(jié)構(gòu)在海洋潮差帶和飛濺帶國外應(yīng)用己有30多年成功案例［4］。

（4）熱熔補口不是唯一的補口技術(shù)，要積極探索試驗其他受環(huán)境影響小，受人為影響小的補口方式。

［1］張盈盈，韓文禮，李愛貴，等.外防腐蝕涂層對管道陰極保護電流屏蔽的研究進展［J］.腐蝕與防護，2010，31（10），787-789.

［2］陳洪源，劉玲莉，趙君，等.三層PE管道熱收縮帶失效原因［J］.腐蝕與防護，2010，31（2），154-157.

［3］高瑾，米琪.防腐蝕涂料與涂裝［M］.北京：中國石化出版社，2007.

［4］侯保榮，楊小剛，賈淑香，等.海洋浪濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕與復層包覆防護實踐［J］.中國港灣建設(shè)，2012，179（2），70-72.