在役埋地管道3PE防腐層補口與補傷選材

李俊中

中海福建天然氣有限責任公司，福建 莆田 351100

0 前言

3PE防腐是目前我國埋地管道應用最為廣泛的防腐方式，西氣東輸、川氣東送等大型長輸天然氣管道項目和與LNG項目配套建設的大規(guī)模天然氣長輸管道項目，均采用3PE防腐。在役埋地管道防腐施工的兩個重要環(huán)節(jié)就是3PE防腐層現場補口與破損3PE防腐層補傷。由于3PE防腐管道的補口、補傷目前仍采用熱收縮帶（套）或液體環(huán)氧涂層+熱收縮帶（套）兩種方式，施工時必然受到環(huán)境氣溫、濕度、施工程序及其它諸多條件的制約,造成在役天然氣管道補口區(qū)域的防腐質量差于管道主體防腐層質量。從基本防腐機理上看，只有保證補口區(qū)域防腐質量優(yōu)于管道主體防腐質量，才能保證補口區(qū)域有良好的防腐效果。據調查，埋地管道的腐蝕穿孔事故多發(fā)生在補口、補傷和彎曲部位，所以補口、補傷施工關系到整條在役長輸管道防腐工程的質量和壽命［1-2］。

目前，通常在役埋地管道補口、補傷施工主要包括補口、補傷施工選材，施工工藝，質量檢驗三部分。其中補口、補傷選材決定了現場施工工藝的選取，因此，補口、補傷選材對管道補口、補傷施工質量的優(yōu)劣性有重要影響。

1 補口、補傷施工難點

綜合我國在役埋地管道補口、補傷施工案例來看，由于施工條件及材料性能等限制，在役埋地管道補口修復及補傷防腐效果往往不及3PE管道主體的防腐效果，施工存在難點如下［3-4］：

a）管道補口、補傷材料要與3PE 防腐層有良好的兼容性。

b）管道補口、補傷材料要有良好的防腐性、黏結性及機械強度。

c）長期埋地的長輸天然氣管道3PE層會附著可溶鹽殘留，較難徹底清除，對管道補口、補傷材料的黏結性會產生較大影響。

d）由于天然氣溫度低于環(huán)境溫度，在役長輸埋地天然氣管道出現冷凝水，制約補口、補傷施工。

e）對河流、湖泊等水淹區(qū)域的在役管道進行補口、補傷施工時，要求材料具有良好的防水性。

2 補口、補傷施工選材基本原則

補口、補傷材料的適當選擇對在役埋地油氣管道的安全運行和使用壽命有重要影響，也是在役管道補口、補傷施工首先要考慮的問題，補口、補傷施工選材的基本原則如下［3-5］:

a）具有良好的絕緣性、防水滲透性及耐陰極剝離性；

b）具有一定的耐沖擊、耐劃傷等機械性能；

c）與在役管道3PE防腐層具有良好的適配性，能夠與管體3PE 防腐層進行良好的黏結密封，且穩(wěn)定性好 ；

d）施工方便，在施工現場受環(huán)境影響較小，施工裝備和人員少，投資小。

3 常用補口、補傷材料

3.1 液態(tài)（無溶劑）環(huán)氧涂料

液態(tài)（無溶劑）環(huán)氧涂料以改性環(huán)氧樹脂為主要成膜物質，利用活性稀釋增韌劑實現無溶劑化。其優(yōu)點在于，涂層對鋼管和FBE涂層均有很好的黏結力，較多應用于管道環(huán)焊縫接口處和FBE防腐層補口；涂料中加入了玻璃鱗片填料，大大提高了涂層的機械性能，還能起到良好的涂層屏蔽效果；可在常溫下施工，且既可采用手工涂敷，也可采用機器涂敷，施工方便。液態(tài)（無溶劑）環(huán)氧涂料缺點在于，由于這種涂料與3PE防腐層不黏結，所以不能用于3PE防腐層補口；在管體補口施工時，受環(huán)境和操作人員的熟練程度影響較大，特別是冬季施工易產生漏點，而漏點降低了涂層的黏結強度，且易產生陰極剝離［4-5］。

3.2 熱收縮帶

熱收縮帶是國內應用最廣泛的3PE防腐層管道補口材料，一般由輻射交聯聚烯烴基材和密封熱熔膠復合而成，其中密封熱熔膠可與聚烯烴基材、鋼管表面實現良好黏結。熱收縮帶在加熱安裝時，其基材徑向收縮，同時內部密封熱熔膠熔化，緊緊包覆在補口處，從而形成防腐層，具有耐磨損、耐腐蝕、剝離強度高、抗沖擊、抗紫外線、抗光老化等性能。

熱收縮帶最主要的施工特點是，必須對管體進行預熱并將密封熱熔膠烘烤至熔融后方可與管體金屬及PE黏合。熱收縮帶對于新建長輸埋地管道是非常好的防腐材料，但對于在役管道特別是在役輸氣管道，由于管內介質的高速流動會將管壁熱量迅速帶走，很難將熱熔膠烘烤至熔融，所以熱收縮帶不能用于在役管道補口施工。

3.3 冷纏膠帶

冷纏膠帶一般為內外帶結構，內外帶復合在一起，內帶為丁基橡膠層，外帶為具有一定強度的聚乙烯或聚丙烯保護層。冷纏膠帶根據基材的不同可分為聚丙烯冷纏膠帶和聚乙烯冷纏膠帶。聚丙烯冷纏膠帶以高強度丙綸纖維織物為基材，能夠非常有效地抵御土壤的應力、外力沖擊及熱膨脹，且使用壽命較長。聚乙烯冷纏膠帶以聚乙烯片材為基材，耐沖擊性能較聚丙烯冷纏膠帶稍差，但韌性好、耐潮濕、耐熱膨脹，可滿足地質潮濕區(qū)域及小口徑管道的防腐要求。冷纏膠帶按照膠層材料的不同也可分為兩類:一類以丁基橡膠壓敏膠為自黏膠層；另一類以瀝青基改性丁基橡膠為自黏膠層。針對3PE防腐層，丁基橡膠壓敏膠相對瀝青基改性丁基橡膠具有更好的黏結性能。所以在3PE防腐層上選擇以丁基橡膠壓敏膠為自黏膠層的聚丙烯冷纏膠帶，不僅可實現良好的黏結性，也具有良好的耐沖擊性能。

冷纏膠帶一般采用人工螺旋纏繞或對包纏繞施工，無需加熱及大型施工設備,對表面處理級別要求相對較低，施工簡單，且具有良好的耐沖擊性能和黏結性，因此較多應用于在役埋地管道的現場補口、補傷施工。

目前國外應用較為廣泛的丁基橡膠冷纏帶為德國Vogelsang公司的Evolen-tape OP1型冷纏膠帶，使用壽命長，效果良好。目前，德國Vogelsang公司也在我國積極推廣其Evolen-tape OP1型冷纏膠帶。2011年該公司在福建LNG接收站碼頭鋼管樁進行了一項冷纏膠帶應用實驗，使用2年后仍效果良好，但長期使用效果有待繼續(xù)觀察。

3.4 黏彈體膠帶+外保護帶

黏彈體膠帶是將一種永不固化的黏彈性聚合物復合在聚乙烯網膜上制成的無需加熱即可施工的防腐膠帶。其永不固化的特性使其具有獨特的冷流特性，因此在防腐及修復過程中可達到自修復功能，實現完全保護的效果。黏彈體膠帶還具有良好的防水性與耐化學性，且抗陰極剝離效果明顯。由于黏結層是永不固化的黏彈性聚合物，黏結效果也非常好。黏彈體膠帶本身機械強度低，所以必須采用外保護帶以提高防腐層的整體機械強度，常用的外保護帶有PVC膠帶、熱烤壓敏膠帶、環(huán)氧玻璃鋼等，這就形成了黏彈體膠帶+外保護帶的防腐體系。

黏彈體膠帶比聚丙烯、聚乙烯冷纏膠帶更軟，變形能力較好，除了可用于埋地天然氣管道的3PE防腐層補口、補傷外，還可用于其它需要防腐的異性設備諸如法蘭、閥門、泵等，應用范圍較廣。目前國外只有荷蘭STOPAQ、加拿大CANUSA等少數公司生產黏彈體膠帶，國內也有幾家公司研制出類似的黏彈體膠帶。

黏彈體膠帶不僅在國外長輸管道應用廣泛，在國內西氣東輸、川氣東送等項目都有大范圍應用。在西氣東輸某在役埋地管段對采用黏彈體膠帶+PVC外保護帶補口的管道進行開挖驗證。經過2年多實驗，除部分外保護帶出現褶皺并出現黏結性下降等現象外，黏彈體膠帶整體黏結密封良好，黏彈體膠帶整體拆除時，黏彈體膠均勻覆蓋在管體表面，管體金屬未見腐蝕。因此，將黏彈體膠帶與抗剪性能優(yōu)良的外保護帶相組合，是在役埋地長輸管道3PE防腐層修復的主要可選方法之一［3］。

4 結論

在役埋地管道防腐層的補口、補傷是管道防腐工作的重要組成部分，補口、補傷質量的優(yōu)劣關系到整條管道防腐工程的質量和壽命，并將進一步影響其陰極保護的投資和效益。所以，選擇正確的在役埋地管道防腐層補口、補傷材料非常重要。選擇丁基橡膠壓敏膠為自黏膠層的聚丙烯冷纏膠帶，與黏彈體膠帶+外保護帶共同體系復合用于在役埋地管道補口、補傷時，兩種防腐膠帶不僅有良好的黏結性，還具有良好的耐沖擊及耐劃傷等機械性能，整體防腐性能優(yōu)異，施工方便，施工過程中受環(huán)境影響較小，是目前較好的在役埋地管道3PE防腐層補口、補傷材料。

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