新型3LPP和3LPE熱收縮帶補(bǔ)口施工技術(shù)對(duì)比

王國(guó)兵

(中國(guó)石油管道局工程有限公司 第五工程公司，任丘 062552)

新型3LPP和3LPE熱收縮帶補(bǔ)口施工技術(shù)對(duì)比

王國(guó)兵

(中國(guó)石油管道局工程有限公司 第五工程公司，任丘 062552)

為了更好地掌握和應(yīng)用3LPP(三層聚丙烯)熱收縮帶補(bǔ)口施工技術(shù)，提高施工質(zhì)量，從選型、組成、性能、施工要求及流程等方面與3LPE(三層聚乙烯)熱收縮帶補(bǔ)口進(jìn)行了對(duì)比，并總結(jié)了3LPP熱收縮帶補(bǔ)口的技術(shù)要點(diǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)。結(jié)果表明：必須針對(duì)環(huán)境溫度變化來合理控制溫度，調(diào)整配比，并加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)；對(duì)于3LPP熱收縮帶補(bǔ)口施工，推薦采用濕膜法和中頻加熱法，這樣既能節(jié)約時(shí)間，又能提高加熱效率和均勻度，有利于保證施工質(zhì)量。

三層聚乙烯；三層聚丙烯；熱收縮帶；防腐蝕補(bǔ)口；施工技術(shù)

對(duì)于伊拉克巴德拉油田自噴井來說，油氣出井溫度高，設(shè)計(jì)溫度為105 ℃，地上部分需要人身保護(hù)隔熱，地下部分管線敷設(shè)采用直埋方式，管線采用3LPP(3-layer-polypropylene,三層聚丙烯)熱收縮帶(Heat Shrink Sleeve)防腐蝕層，即內(nèi)層為FBE(Fusion Bonded Epoxy, 熔結(jié)環(huán)氧粉末)，中間層為粉末粘合劑，外層為PP(聚丙烯)層。焊口防腐蝕形式采用熱收縮帶補(bǔ)口。國(guó)內(nèi)常用的傳統(tǒng)油氣管線設(shè)計(jì)溫度較低，補(bǔ)口材料大多采用3LPE(3-layer-polyethylene,三層聚乙烯)熱收縮帶，這種材料由于本身的化學(xué)成分和物理性能，只能滿足低于85 ℃的工況要求(推薦應(yīng)用設(shè)計(jì)溫度為-40～85 ℃)。3LPP熱收縮帶是一種新型熱收縮帶，其推薦應(yīng)用設(shè)計(jì)溫度為-40～140 ℃，可滿足該油田的設(shè)計(jì)要求。為了更好地掌握3LPP熱收縮帶施工技術(shù)要求和操作要領(lǐng)，本工作將國(guó)內(nèi)普遍使用的有著成熟工藝的3LPE和新型3LPP熱收縮帶進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 3LPP和3LPE熱收縮帶對(duì)比

1.1 選型對(duì)比

表1為典型3LPE和新型3LPP熱收縮帶的選型對(duì)比。

1.2 組成對(duì)比

施工安裝成形后，3LPE和3LPP熱收縮帶均由3層不同的結(jié)構(gòu)組成。最里層均為EP(Epoxy Primer，環(huán)氧底漆)，但是各自性能不同：3LPE熱收縮帶采用2B型，3LPP熱收縮帶采用2C型[1]；中間層均為熱熔膠層；最外層分別為輻射交聯(lián)聚乙烯和輻射交聯(lián)聚丙烯。廠家在供貨時(shí)，一般提供的材料主要包括兩部分：一部分是底漆和相應(yīng)固化劑，一部分是熱收縮帶。上述中間層結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑在出廠時(shí)就和熱收縮帶內(nèi)表面融和在一起，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口時(shí),需以適當(dāng)?shù)臏囟燃訜岷蟛拍芪龀鲆簯B(tài)粘結(jié)劑將3層結(jié)構(gòu)粘在一起，冷卻后便形成牢固的3層結(jié)構(gòu),與管子本身的防腐蝕層也能匹配。

表1 3LPE和3LPP熱收縮帶選型對(duì)比

1.3 性能對(duì)比

在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)3LPE熱收縮帶滿足操作溫度區(qū)間為-20～85 ℃，3LPP熱收縮帶滿足操作溫度區(qū)間為-20～120 ℃。兩者的主要區(qū)別在于3層結(jié)構(gòu)可以耐受不同的溫度要求，其性能對(duì)比見表2。

表2 3LPE和3LPP熱收縮帶主要性能對(duì)比

1.4 施工要求對(duì)比

3LPE和3LPP熱收縮帶有著不同的性能要求，因此其補(bǔ)口施工工藝也有區(qū)別，包括底漆配比，涂刷前預(yù)熱溫度，底漆加熱溫度等，特別是在底漆耐熱性能和熱收縮帶加熱溫度方面，3LPP熱收縮帶有其特別的要求，具體施工要求見表3。

表3 3LPE和3LPP熱收縮帶施工要求對(duì)比

1.5 施工流程對(duì)比

1.5.1 干膜法

3LPE熱收縮帶補(bǔ)口流程：噴砂除銹→搭接層拉毛→涂刷底漆→纏繞熱收縮帶(待底漆實(shí)干后)→加熱并收縮防腐蝕帶(排氣泡)→二次回火→平整防腐蝕帶→膠條密封。

3LPP熱收縮帶補(bǔ)口流程：噴砂除銹→搭接層拉毛→涂刷底漆→加熱底漆(待24 h左右底漆實(shí)干后)→纏繞熱收縮帶→加熱并收縮防腐蝕帶(排氣泡)→二次回火→平整防腐蝕帶→膠條密封。

干膜施工方法常采用手工火焰加熱。

1.5.2 濕膜法

3LPE熱收縮帶補(bǔ)口流程：噴砂除銹→搭接層拉毛→預(yù)熱→涂刷底漆→纏繞熱收縮帶→加熱并收縮防腐蝕帶(排氣泡)→二次回火→平整防腐蝕帶→膠條密封。

3LPP熱收縮帶補(bǔ)口流程：噴砂除銹→搭接層拉毛→預(yù)熱→涂刷底漆→加熱底漆→纏繞熱收縮帶→加熱并收縮防腐蝕帶(排氣泡)→二次回火→平整防腐蝕帶→膠條密封。

濕膜施工方法常采用如圖1所示的非接觸式的中頻加熱。

可以看出在干膜法和濕膜法補(bǔ)口流程中,3LPP比3LPE熱收縮帶多出了1個(gè)步驟“加熱底漆”。這是由于3LPP熱收縮帶本身所配的底漆物理性能需要達(dá)到170～180 ℃高溫才能和聚丙烯熱縮帶層很好地熔接在一起，而3LPE熱收縮帶則不需要額外加熱底漆，僅需在涂刷底漆之前進(jìn)行預(yù)熱即可。

2 技術(shù)要點(diǎn)分析

從熱收縮帶的性能、施工要求和施工流程對(duì)比可以看出，3LPP熱收縮帶的性能高于3LPE熱收縮帶的，兩者的主要區(qū)別在于底漆的性能及其施工溫度要求。前者在常溫下即可以滿足調(diào)配溫度要求，而后者必須在溫度達(dá)到30 ℃左右方可滿足施工技術(shù)要求。前者可以通過傳統(tǒng)的火焰加熱來達(dá)到溫度要求。對(duì)于后者，當(dāng)采用濕膜法安裝時(shí)，不能采用火焰加熱，因?yàn)橛没鹧嬷苯咏佑|加熱方式會(huì)使底漆出現(xiàn)析蠟的情況，這就使底漆和熱收縮帶層不能達(dá)到很好地粘結(jié)效果，只能采用非接觸式加熱方式，如中頻加熱設(shè)備(見圖1)；當(dāng)采用干膜法安裝時(shí)，必須等待24 h左右待環(huán)氧底漆實(shí)干以后，方可采用火焰加熱法(見圖2)。

圖1 底漆二次加熱中頻加熱法Fig. 1 Reheating of primer by intermediate frequency heating method

圖2 底漆二次加熱手工火焰加熱法Fig. 2 Reheating of primer by manual torch heating method

3 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 溫度控制

伊拉克地區(qū)6～9月期間日均最低溫度為30 ℃左右，到了8月中下旬最高氣溫達(dá)到50 ℃左右，日溫差很大。而該地區(qū)10月份經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)夜間集中降雨，而白天無降雨氣候現(xiàn)象。在這種氣候，溫度可以驟降到10 ℃左右。底漆配比必須和環(huán)境溫度相適應(yīng)，配比前必須將底漆加熱至40 ℃左右，在攪拌過程中溫度略微降低，攪拌完畢后為35 ℃左右，這樣的溫度控制才能使其達(dá)到最好的配比效果。

底漆二次加熱溫度控制也很重要，當(dāng)補(bǔ)口作業(yè)受到中頻加熱等設(shè)備限制而不得不采用人工干膜安裝法時(shí)，人工火焰加熱要達(dá)到170～180 ℃高溫，且要保證均勻一致。加熱均勻后可以看到搭接層均勻滲出熱收縮帶底膠，和母材防腐蝕層粘結(jié)在一起,如圖3所示。

圖3 熱收縮帶搭接層滲出的底膠Fig. 3 The adhesion exuded on the edge of HSS overlap layer

3.2 配比控制

由于伊拉克地區(qū)極端氣溫天氣較長(zhǎng)，尤其是高溫天氣。而廠家提供的固化劑和底漆質(zhì)量比1∶5為常溫下的配比要求，因此必須根據(jù)環(huán)境溫度的改變相應(yīng)調(diào)整配比。高溫季節(jié)里固化劑和底漆質(zhì)量比要降低到1∶10。對(duì)高溫天氣分別按照廠家指導(dǎo)配比和根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整后的配比施工得到熱收縮帶補(bǔ)口進(jìn)行剝離試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。均勻加熱溫度達(dá)到要求后，熱收縮帶兩端均滲出底膠，而由于配比不同，在所處的環(huán)境溫度下焊口補(bǔ)口區(qū)域固化的底漆粘結(jié)性發(fā)生改變。固化劑和底漆的質(zhì)量比為1∶5時(shí),底漆和熱收縮帶粘結(jié)效果很差;固化劑和底漆的質(zhì)量比為1∶10時(shí),底漆和熱收縮帶已經(jīng)牢牢粘結(jié)在一起。

(a) 1∶5

(b) 1∶10圖4 高溫天氣下不同固化劑和底漆配比條件下剝離試驗(yàn)結(jié)果Fig. 4 Peeling test results at different mass ratios of hardener to primer at high temperature

低溫季節(jié),當(dāng)溫度低于10 ℃時(shí)，按照底漆調(diào)配加熱到30 ℃以上,調(diào)配完畢再涂刷到補(bǔ)口區(qū)域。由于散熱面積增大，溫度會(huì)迅速降低，影響了環(huán)氧底漆固化時(shí)間和固化效果，因此低溫天氣固化劑要增加用量，固化劑和底漆質(zhì)量比要提高到1∶3。

另外，為了防止底漆涂刷流動(dòng)性失效，保證均勻涂刷,要用廠家配備的量杯定量配比，現(xiàn)配現(xiàn)用，一組人一次只配比一道補(bǔ)口使用量。

3.3 人員培訓(xùn)

由于3LPP熱收縮帶的施工技術(shù)要求和3LPE熱收縮帶的有著很大的區(qū)別，對(duì)于已經(jīng)熟練掌握3LPE熱收縮帶的施工技術(shù)的操作人員來說，要熟練掌握3LPP熱收縮帶的施工技術(shù)要求，還需要進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后方可上崗。

首先是人員配合，每組人員至少配備三人，兩人分別站在管口兩側(cè)對(duì)管口基材均勻加熱，同時(shí)另外一人進(jìn)行底漆配比攪拌，待均勻預(yù)熱達(dá)到溫度后，兩人立即接過配好的底漆同時(shí)從兩側(cè)沿圓周方向來回均勻涂刷，動(dòng)作要迅速熟練，如圖5所示。

圖5 DN550管線涂刷底漆Fig. 5 Primer painting on DN550 pipeline

其次是當(dāng)采用人工干膜安裝方法時(shí)，底漆二次加熱溫度要達(dá)到170～180 ℃高溫，手法和耐心都必須兼?zhèn)?，特別是在環(huán)境溫度較高，施工作業(yè)條件惡劣的情況下，更難以控制，要求兩人默契配合，以確保管口兩側(cè)均勻加熱。只有經(jīng)過多次練習(xí)，不斷摸索3LPP熱收縮帶的施工技術(shù)要求和以往常用的3LPE熱收縮帶的施工技術(shù)要求的差異，并融會(huì)貫通方可達(dá)到要求的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

3LPP熱收縮帶比3LPE熱收縮帶有著更好的性能，施工技術(shù)要求也更加嚴(yán)格。通過對(duì)比3LPE熱收縮帶和3LPP熱收縮帶施工技術(shù)要求和總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)細(xì)節(jié)得知，必須針對(duì)環(huán)境溫度變化來合理控制溫度，調(diào)整配比，并加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)。對(duì)于3LPP熱收縮帶的施工方法，推薦采用濕膜中頻加熱法對(duì)底漆進(jìn)行二次加熱，這樣既能節(jié)約時(shí)間，又能保證加熱效率和均勻性，更有利于保證施工質(zhì)量。

[1] ISO/DIS 21809-3 Petroleum and natural gas industries-external coatings for buried and submerged pipelines used in pipeline transportation systems-part 3:field joint coatings[S].

Comparison of Joint Coating Technique between New Type of 3LPP Heat Shrink Sleeve and 3LPE Heat Shrink Sleeve

WANG Guobing

(No. 5 Construction Company, China Petroleum Pipeline Bureau Engineering Co., Ltd., Renqiu 062552, China)

In order to master and apply the joint coating technique of 3LPP (3-layer-polypropylene) heat shrink sleeve (HSS) better and improve its construction quality, the comparison with that of 3LPE (3-layer-polyethylene) HSS was conducted in the respects of selection guide, structure, performance, requirements and procedures of construction. The technical essentials and construction experience of joint coating of 3LPP HSS were summarized. The results show that the temperature should be controlled reasonably and the ratio of hardener to primer should be adjusted according to the change of ambient temperature, and the worker training should be enhanced. Wet film construction method and intermediate frequency heating method are recommended, which can save time and improve heating efficiency and uniformity, and is beneficial to construction quality assurance.

3-layer-polyethylene; 3-layer-polypropylene; heat shrink sleeve (HSS)；field joint coating; construction technique

10.11973/fsyfh-201706013

2015-10-25

王國(guó)兵(1984-)，本科，工程師，從事油氣長(zhǎng)輸管道及油氣田地面建設(shè)工程項(xiàng)目施工技術(shù)管理工作,156246502@qq.com

TG174

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1005-748X(2017)06-0471-04