無溶劑液體環(huán)氧涂料在天然氣管道熱煨彎管外防腐層修復(fù)中的應(yīng)用

李世龍

中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

1. 引言

長輸管道外防腐層是保障管道不受腐蝕、安全運(yùn)行的根本[1]，熱煨彎管由于形狀的特殊性，是管道外防腐層的薄弱環(huán)節(jié)[2]。熱煨彎管外防腐層采用的主要形式包括：3PE 防腐層、單層環(huán)氧粉末、雙層環(huán)氧粉末、無溶劑聚氨酯涂料、無溶劑液體環(huán)氧涂料、聚脲涂料等[3] [4]。由于熱煨彎管的形狀不規(guī)則，為了避免在運(yùn)輸和吊裝過程中磕碰損傷外防腐層，因此在防腐層外側(cè)纏繞聚乙烯或聚丙烯膠粘帶進(jìn)行防護(hù)[5] [6]。國外在某役天然氣管道(管徑1219 mm、鋼管材質(zhì)X80、設(shè)計壓力9.81 MPa)出現(xiàn)熱煨彎管雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末外防腐層與鋼管粘結(jié)力不足，造成陰極保護(hù)電流損失，需要進(jìn)行熱煨彎管外防腐層修復(fù)[7]。

2. 修復(fù)材料比選及要求

2.1. 修復(fù)材料比選

在役長輸管道外防腐層修復(fù)采用的主要修復(fù)材料為無溶劑聚氨酯涂料、無溶劑液體環(huán)氧涂料、無溶劑環(huán)氧玻璃鋼、聚丙烯膠粘帶、粘彈體防腐膠帶+外護(hù)帶[8]，上述修復(fù)材料的材料性能、對管道運(yùn)行和施工要求等存在差異[9] [10] [11] [12]，優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1?；跓o溶劑液體環(huán)氧涂料在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于管道外防腐補(bǔ)口、埋地管道防腐和埋地管道防腐層修復(fù)，結(jié)合在役天然氣管道運(yùn)行安全要求和管道所在區(qū)域的干燥少雨、高溫晴朗和日照時長的氣候條件，且考慮結(jié)合修復(fù)成本和修復(fù)施工的可操作性，推薦選用耐陰極剝離性、耐水性、耐磨性和粘結(jié)力極佳的無溶劑液體環(huán)氧涂料作為熱煨彎管防腐層修復(fù)的材料；為了提升機(jī)械強(qiáng)度和密封性能，采用聚丙烯膠粘帶作為外防護(hù)帶。

Table 1. Comparing advantages and disadvantages of the repairing materials表1. 修復(fù)材料優(yōu)缺點(diǎn)對比

2.2. 修復(fù)材料要求

修復(fù)材料的技術(shù)特性必須嚴(yán)格滿足業(yè)主批準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)格書要求，修復(fù)材料的運(yùn)輸和倉儲遵照供貨商的產(chǎn)品說明書要求。修復(fù)材料入場前需要檢查對應(yīng)生產(chǎn)批次的合格證、第三方出廠檢驗(yàn)報告以及第三方專業(yè)質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的性能檢驗(yàn)報告，并提交業(yè)主審核，所有修復(fù)材料必須經(jīng)業(yè)主驗(yàn)收后方可入場使用。

3. 施工流程及施工方案

3.1. 施工流程

根據(jù)管道在役運(yùn)行的實(shí)際情況，熱煨彎管外防腐層修復(fù)的施工工序主要包括定位、操作坑開挖、環(huán)氧粉末防腐層去除、表面處理、無溶劑液體環(huán)氧涂料噴涂、電火花檢漏、粘結(jié)強(qiáng)度測試、纏繞聚丙烯膠粘帶、操作坑回填及地貌恢復(fù)等，具體施工流程見圖1。

3.2. 施工方案

3.2.1. 定位

核查項(xiàng)目竣工資料的竣工圖和焊接日志確定熱煨彎管的安裝里程，現(xiàn)場依據(jù)管道沿線里程樁和轉(zhuǎn)角樁初步判斷熱煨彎管埋設(shè)的區(qū)間位置，利用雷迪探測儀檢測熱煨彎管位置并標(biāo)記，現(xiàn)場采用人工開挖探坑方式確定熱煨彎管的準(zhǔn)確位置，一般要求探坑應(yīng)將熱煨彎管10～2 點(diǎn)鐘方向的位置全部露出，管道軸向露出部位應(yīng)該滿足彎管兩端以外各500 mm 以上。

Figure 1. Construction procedure of anti-corrosive coating overhaul圖1. 防腐層修復(fù)施工流程圖

3.2.2. 操作坑開挖

在對熱煨彎管準(zhǔn)確定位之后，在探坑基礎(chǔ)上進(jìn)行操作坑開挖，彎管外壁兩側(cè)1 m 的地方做出標(biāo)記線，標(biāo)記線以外采用機(jī)械開挖。普通地段操作坑的邊坡比不大于1:1，沿彎管軸向兩側(cè)挖出坡度小于15°的逃生通道，松軟土壤的操作坑內(nèi)安置防塌棚或采用打樁支撐進(jìn)行加固。彎管外壁和操作坑側(cè)壁的距離不小于1.2 m，管底和坑底間距大于0.5 m，在清理熱煨彎管上方及下方土?xí)r，必須采用人工清理。對于豎直轉(zhuǎn)角的熱煨彎管，操作坑深度較大，如果操作坑深度超過挖掘機(jī)單斗的作業(yè)高度，則采用階梯式開挖方式。開挖后需要檢測坑底的可燃?xì)怏w濃度，并在施工過程中時時監(jiān)測。

3.2.3. 環(huán)氧粉末涂層去除

原有雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層去除可采用手動工具撬剝、動力工具磨削、機(jī)械式機(jī)具清除或結(jié)合其它方法進(jìn)行[13]。清除后的彎管表面應(yīng)無明顯的舊涂層殘留，清除過程中避免損傷管體金屬，嚴(yán)禁野蠻操作。清除下來的舊防腐層不得現(xiàn)場棄置，需將碎片、碎屑、廢砂和廢液收集并按照環(huán)保要求統(tǒng)一處理。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況結(jié)合業(yè)主要求，確定熱煨彎管兩端的補(bǔ)口熱收縮套是否需要去除。

3.2.4. 表面處理

熱煨彎管表面處理的效果直接影響噴涂質(zhì)量，噴涂無溶劑液體環(huán)氧涂料要求對鋼管表面進(jìn)行機(jī)械噴砂除銹，金屬表面要求噴砂處理至Sa2.5 級，采用對比樣板進(jìn)行比對噴砂除銹等級；錨紋深度要求為50～90 μm，采用錨紋對比板比對或錨紋儀測量；處理后的表面采用干燥的空氣吹掃或無毛屑清潔刷除去表面的粉塵、碎砂等殘留物，表面清潔度應(yīng)滿足2 級以上，即1 級或2 級滿足要求，采用膠帶分別粘貼熱煨彎管兩端和中間位置的管體上部和下部區(qū)域進(jìn)行檢測，與灰塵度標(biāo)準(zhǔn)圖樣進(jìn)行對比得出灰塵度等級。熱煨彎管兩端相連的熱收縮套或3PE 防腐層端部需要打磨成30°坡角，并打毛至粗糙。噴砂除銹后超過4 小時，禁止進(jìn)行噴涂作業(yè)，需要再次進(jìn)行表面處理。

3.2.5. 無溶劑液體環(huán)氧涂料噴涂

在噴涂和涂層固化過程中應(yīng)確保熱煨彎管表面溫度高于露點(diǎn)溫度3℃以上，并且環(huán)境溫度高于5℃，在無防護(hù)措施的情況下，刮風(fēng)、下雨及揚(yáng)塵的天氣不宜施工。噴涂采用雙組分高壓無氣噴涂設(shè)備或單組份高壓無氣噴涂設(shè)備，采用雙組份噴涂設(shè)備，注入基料和固化劑前首先檢查料箱是否干燥、無雜質(zhì)和殘液等，然后檢查噴涂設(shè)備基料和固化劑配比；采用單組份噴涂設(shè)備，首先檢查涂料配比容器是否干燥、清潔；倒入涂料前，檢查所用的基料和固化劑體積比是否與涂料說明書一致，充分?jǐn)嚢枋够虾凸袒瘎┗旌铣浞帧?/p>

噴涂過程中，確保噴槍出口的涂料顏色均勻、噴涂傘面均勻打開。無溶劑液體環(huán)氧涂層干膜總厚度應(yīng) ≥ 800 μm，每層的噴涂厚度不宜超過150 μm，由于濕膜厚度和干膜厚度存在差異，建議噴涂的濕膜厚度 ≥ 860 μm，濕膜厚度采用濕膜規(guī)進(jìn)行測量。

在低環(huán)境溫度下，可能存在涂料粘度過高導(dǎo)致噴涂困難，噴涂前應(yīng)將基料和固化劑或調(diào)配混合后的涂料溫度加熱至不低于20℃；或是采用料箱內(nèi)加熱及伴熱軟管，避免涂料受冷導(dǎo)致粘度增高影響噴涂質(zhì)量，建議采用可加熱型雙組份高壓無氣噴涂設(shè)備?；吓c固化劑調(diào)配混合過程中涂料溫度會略有升高，混合后的涂料流動性逐漸變差，需要在適用時間內(nèi)完成噴涂，如果涂料的溫度高于40℃，必須在15 分鐘之內(nèi)完成噴涂或者對涂料進(jìn)行降溫處理；因此高溫條件下，不建議采用單組分無氣噴涂設(shè)備。噴涂完成后余留在噴涂設(shè)備料箱、料管中的涂料必須及時清洗并排出。

3.2.6. 涂層檢測及電火花檢測

涂層表干后進(jìn)行目視檢測，表面應(yīng)平整，色澤均勻，不應(yīng)有褶皺、漏涂、流掛、龜裂、鼓泡和分層等缺陷。實(shí)干后采用磁性測厚儀或超聲波測厚儀測量四象限(即時鐘位置12:00、3:00、6:00 和9:00)位置的涂層厚度，確保涂層干膜厚度 ≥ 800 μm，且均勻一致。測量干膜厚度時，為避免探頭損傷涂層，可在檢測位置的涂層上方墊放一片已知厚度的校正膜片，將測厚儀的探頭輕輕按放在校正膜片上測量涂層和膜片總厚度，減去校正膜片厚度得出涂層厚度。涂層必須100%采用電火花檢漏儀進(jìn)行漏點(diǎn)檢測，檢漏電壓4 kV，如有漏點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)行局部修復(fù)并再次檢漏，直至合格。

3.2.7. 涂層粘結(jié)強(qiáng)度測試

為了保證修復(fù)質(zhì)量，每根熱煨彎管噴涂的無溶劑液體環(huán)氧涂層都必須進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度測試。國內(nèi)規(guī)范要求液體涂料對鋼管表面粘結(jié)力的現(xiàn)場檢測采用刀撬法，附著力等級應(yīng)達(dá)到2 級以上[8]。在此次修復(fù)工作中，業(yè)主結(jié)合管道所在國防腐規(guī)范要求環(huán)氧涂料的粘結(jié)強(qiáng)度測試采用拉拔試驗(yàn)，粘結(jié)強(qiáng)度 ≥ 7 MPa。實(shí)際執(zhí)行過程中，待涂層完全固化后至少隨機(jī)選取管體上中下各一處進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度測試。粘結(jié)強(qiáng)度測試采用拉拔儀進(jìn)行，對測試區(qū)域表面進(jìn)行打毛后粘貼拉拔粘扣，24 小時后進(jìn)行拉拔。如果在低于測試要求的強(qiáng)度下，拉拔粘扣與涂層表面發(fā)生開膠，則不能證明涂層粘結(jié)強(qiáng)度是否合格，需要重新進(jìn)行拉拔測試，現(xiàn)場粘結(jié)強(qiáng)度測試照片見圖2。如果三處測試區(qū)任意一處不合格，需要分析原因并確定是否對整根彎管重新進(jìn)行防腐。粘結(jié)強(qiáng)度測試屬于破壞性測試，測試合格后對破損部位進(jìn)行手工打毛和涂抹修復(fù)，實(shí)干后再次測試干膜厚度并進(jìn)行電火花檢漏。

3.2.8. 纏繞聚丙烯膠粘帶

首先應(yīng)按規(guī)定的方法對不同生產(chǎn)批次的聚丙烯膠粘帶進(jìn)行剝離強(qiáng)度檢測，測試溫度宜為25℃，層間剝離強(qiáng)度值不低于20 N/cm [8]。剝離強(qiáng)度檢測合格后，采用手工纏繞或機(jī)械纏繞的方式對整根熱煨彎管進(jìn)行纏繞施工，聚丙烯膠粘帶纏繞要求為搭接50%～55%雙層纏繞，總厚度 ≥ 2.2 mm，始端與末端搭接

長度不少于1/4 鋼管周長，且不少于100 mm；聚丙烯膠粘帶與3PE 防腐層或熱收縮套的搭接寬度應(yīng)不小于150 mm。纏繞施工應(yīng)連續(xù)作業(yè)，不得隔夜；環(huán)境溫度低于0℃施工時，需用熱風(fēng)機(jī)對膠層表面進(jìn)行預(yù)熱后纏繞。

Figure 2. Photo of adhesive strength test圖2. 粘結(jié)強(qiáng)度測試照片

3.2.9. 聚丙烯膠粘帶外觀檢查及電火花檢測

纏繞完成的聚丙烯膠粘帶表面應(yīng)進(jìn)行逐層目測檢查，表面應(yīng)平整、搭接均勻、無永久氣泡、不得扭曲皺褶、帶端應(yīng)壓實(shí)貼合，不得翹起。聚丙烯膠粘帶纏繞后的熱煨彎管100%進(jìn)行漏點(diǎn)檢測，檢漏電壓12 kV。若有漏點(diǎn)，應(yīng)拆除重新纏繞并檢漏，直至合格。

3.2.10. 操作坑回填及地貌恢復(fù)

普通地段操作坑回填采用原狀土分層回填，大粒徑的土塊需要搗碎后進(jìn)行回填，每回填200 mm 進(jìn)行夯實(shí)，回填至地表高度300 mm 以上。如果回填土中含有礫石或碎石必須進(jìn)行篩除或是熱煨彎管周圍200 mm 采用細(xì)土回填后再進(jìn)行原狀土回填?；靥钔瓿珊螅鶕?jù)設(shè)計要求進(jìn)行機(jī)械恢復(fù)和生態(tài)恢復(fù)。

4. 質(zhì)量控制

4.1. 內(nèi)部質(zhì)量控制

無溶劑液體環(huán)氧涂料施工技術(shù)要求較高，受環(huán)境及操作人員的水平等因素制約。每個機(jī)組配備質(zhì)量管理人員對修復(fù)過程進(jìn)行質(zhì)量管理，對各個工序的質(zhì)量進(jìn)行管控，尤其是對潛在影響防腐質(zhì)量的關(guān)鍵工序和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行全責(zé)管理和過程管控。同時，國外項(xiàng)目建議內(nèi)部委托第三方監(jiān)理進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督，總承包商對現(xiàn)場內(nèi)部第三方監(jiān)理人員進(jìn)行面試及定期考核，確保監(jiān)理人員的專業(yè)素養(yǎng)與業(yè)務(wù)能力，嚴(yán)控防腐層修復(fù)施工質(zhì)量。

4.2. 外部質(zhì)量控制

現(xiàn)場外部質(zhì)量控制由業(yè)主運(yùn)行機(jī)構(gòu)或業(yè)主批準(zhǔn)的第三方監(jiān)理公司進(jìn)行現(xiàn)場管控，該質(zhì)量管理人員需要通過業(yè)主的面試和考核，選派責(zé)任心強(qiáng)、專業(yè)技術(shù)過硬經(jīng)驗(yàn)豐富的質(zhì)量管理人員，全程進(jìn)行防腐層修復(fù)質(zhì)量監(jiān)督。修復(fù)施工過程中，業(yè)主項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)也要全程參與修復(fù)施工，對修復(fù)質(zhì)量提供技術(shù)支持和協(xié)同管控。

4.3. 外防腐層修復(fù)工藝評定

無溶劑液體環(huán)氧涂料 + 聚丙烯膠粘帶的外防腐層修復(fù)工藝需要進(jìn)行工藝評定，業(yè)主代表、總承包商代表在現(xiàn)場或預(yù)制場進(jìn)行修復(fù)工藝評定，按照防腐修復(fù)的工序和要求進(jìn)行實(shí)際操作，質(zhì)量評定合格后，方可使用該修復(fù)工藝進(jìn)行現(xiàn)場的實(shí)際修復(fù)工作。

4.4. 防腐工考試取證

入場進(jìn)行熱煨彎管外防腐層修復(fù)前，無溶劑液體環(huán)氧涂料噴涂人員和聚丙烯膠粘帶纏繞人員必須通過業(yè)主認(rèn)可的防腐工考試，考試合格后分別頒發(fā)無溶劑液體環(huán)氧涂料噴涂防腐工證書和聚丙烯膠粘帶纏繞防腐工證書。所有防腐工持證上崗，無防腐工證書的人員禁止進(jìn)行防腐作業(yè)。

4.5. 測量儀器儀表校驗(yàn)

所有測量儀器和儀表都必須出具合格證，并通過當(dāng)?shù)貒矣嬃繖C(jī)構(gòu)的校驗(yàn)。合格證、校驗(yàn)證書提前提交業(yè)主代表進(jìn)行審核，所有測量儀器和儀表必須在校驗(yàn)有效期內(nèi)使用。

5. 結(jié)論

采用無溶劑液體環(huán)氧涂料進(jìn)行在役大口徑長輸天然氣管道熱煨彎管防腐層修復(fù)是在管道運(yùn)行保護(hù)區(qū)內(nèi)施工，安全風(fēng)險極高，開挖作業(yè)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行，各方全程監(jiān)管機(jī)械設(shè)備的規(guī)范、安全操作，時時進(jìn)行坑底可燃?xì)怏w濃度檢測，禁止一切明火作業(yè)；由于受限空間施工作業(yè)和質(zhì)量管控難度大，必須配備素養(yǎng)高、業(yè)務(wù)強(qiáng)的操作人員和質(zhì)量管理人員，同加強(qiáng)修復(fù)過程質(zhì)量管控。

通過完成2 處沙土地區(qū)和3 處高地下水位黏土地區(qū)的熱煨彎管防腐層修復(fù)，證實(shí)無溶劑液體環(huán)氧涂料修復(fù)工藝的施工可操作性和安全質(zhì)量受控性。表面處理和涂料噴涂是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，受環(huán)境、天氣及操作人員的水平等因素制約明顯，必須采取有效的防雨、防風(fēng)、防塵及防蚊蟲措施及配備技術(shù)過硬的防腐噴涂人員；人工或動力工具去除雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末及熱收縮套費(fèi)時費(fèi)力，可以嘗試引入高效清除機(jī)械設(shè)備、不損傷母材的化學(xué)試劑、高壓水噴射或中高頻加熱等方法進(jìn)行清除；為縮短低溫條件下涂料固化時間，建議搭建保溫棚及進(jìn)行非明火加溫。