國內(nèi)外管道3PE 防腐層修補(bǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對比分析

陳英杰，周 瑞，熊 偉

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

由于管道技術(shù)的創(chuàng)新和天然氣的普及，高密度聚乙烯（PE）管道以其優(yōu)異的性能而越來越受到歡迎。自20 世紀(jì)90 年代中期我國管道工程應(yīng)用3PE 涂層以來，其累計使用量已超過數(shù)萬公里。從理論上講，3PE 涂層具有穩(wěn)定的高質(zhì)量性能，但是由于相對復(fù)雜的生產(chǎn)工藝和施工控制而容易出現(xiàn)缺陷，在管道長期運(yùn)行后，由于涂層失效而容易引起涂層剝離。涂層的剝離對陰極保護(hù)具有屏蔽作用，剝離后加速的腐蝕有害[1]。常規(guī)的無溝槽檢測技術(shù)不能準(zhǔn)確地檢測涂層的分層。但是在3PE 防腐管的生產(chǎn)和檢查過程中，由于各種原因會出現(xiàn)缺陷或缺陷，如泄漏、氣泡和表面雜質(zhì)。在運(yùn)輸和施工過程中不可避免地會發(fā)生碰撞和刮擦。損壞的涂層可以通過各層的連續(xù)性進(jìn)行修復(fù)，確保涂層的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。比較國內(nèi)外3PE 防銹涂料標(biāo)準(zhǔn)的維修要求，分析該標(biāo)準(zhǔn)在維修范圍、維修材料、維修程序、維修質(zhì)量檢查等方面的異同，可以提高國產(chǎn)3PE 防銹涂料的技術(shù)水平和維修質(zhì)量，保證管道使用壽命和安全。

1 國內(nèi)外管道3PE 防腐層應(yīng)用情況

1.1 國外3PE 防腐層標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于3PE 防腐涂料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，許多國際工程項目主要執(zhí)行德國DIN30670 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定3PE 腐蝕防護(hù)層的要求，其一般是指聚乙烯腐蝕防護(hù)層的技術(shù)要求。對于3PE，加拿大和法國、德國Eupec 和Shell 等其他知名公司標(biāo)準(zhǔn)全部不同。但是不同國家的防腐層結(jié)構(gòu)基本相同。聚乙烯涂層的厚度或防腐層的總厚度必須符合當(dāng)前有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和材料。除加拿大標(biāo)準(zhǔn)外，其他國家標(biāo)準(zhǔn)（例如法國NaF，日本JIS，美國NACE）均采用德國DIN30670 標(biāo)準(zhǔn)確定的厚度要求。DIN30670 已經(jīng)使用了20多年，并且防腐層的最小厚度要求沒有多次更改，這表明DIN30670 的最小厚度要求已經(jīng)足夠，但是在實施過程中會根據(jù)項目的具體情況對其進(jìn)行略微調(diào)整。表1 列出了加拿大公司提供的應(yīng)用程序案例[2]。

從表1 中可以看出，大多數(shù)項目仍在使用德國標(biāo)準(zhǔn)DIN30670 中指定的最小腐蝕保護(hù)層厚度。在實際應(yīng)用中，根據(jù)項目的具體情況調(diào)整環(huán)氧粉末的厚度，主要是為了進(jìn)一步提高防腐蝕層的耐陰極剝離性。其中指定的防腐蝕層厚度很小。低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的最小厚度匹配DIN30670。MDPE 和HDPE 涂層的最小厚度小于DIN30670。但是經(jīng)過調(diào)查，加拿大標(biāo)準(zhǔn)主要基于在北美使用兩層PE 涂層的經(jīng)驗。在實際應(yīng)用中，并未完全采用加拿大標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小防銹層厚度，但環(huán)氧粉末和聚乙烯層的厚度必須根據(jù)實際情況增加。

表1 3PE 防腐層應(yīng)用

1.2 國內(nèi)應(yīng)用情況調(diào)研分析

自1995 年以來，根據(jù)陜京線建設(shè)的實際需要，從國外引進(jìn)并建設(shè)了多條3PE 涂料生產(chǎn)線。截至2003 年底，已在6000 km范圍內(nèi)應(yīng)用了3PE 防腐管。這些管道的防腐層符合國內(nèi)油氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4013—1995（修訂為SY/T 4013—2002）或相關(guān)主要工程項目企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在近幾年的實際應(yīng)用和管道運(yùn)行中，山井管道采用了3PE 防腐涂料，在我國未發(fā)生任何事故。在陜京線管道的建設(shè)過程中，少量的3PE 防腐管從防腐廠運(yùn)到施工現(xiàn)場，然后運(yùn)回青縣進(jìn)行存儲。幾年后對該防腐管布置的檢查結(jié)果表明防腐層的內(nèi)部質(zhì)量仍然良好。盡管外觀略有損壞，但內(nèi)部質(zhì)量（如剝離強(qiáng)度和陰極分離度）仍超過標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。管道建成后發(fā)生了山洪，導(dǎo)致管道破裂。但是即使鋼管破裂，聚乙烯涂層也附著在鋼管上，表現(xiàn)出3PE 涂層的優(yōu)異性能。

在天然氣管道建設(shè)中，3PE 防腐層均為優(yōu)質(zhì)防腐層。在運(yùn)輸?shù)脑缙陔A段，由于包裝保護(hù)不當(dāng)以及火車車廂上的高負(fù)荷使腐蝕防護(hù)管嚴(yán)重磨損，并且某些腐蝕防護(hù)管的軸向劃痕接近1 m?，F(xiàn)場施工過程中也出現(xiàn)了局部刮擦損壞。現(xiàn)場管理和施工人員認(rèn)為，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的防腐蝕層厚度足夠。減小厚度會增加對現(xiàn)場的破壞程度，并影響管道施工的整體質(zhì)量。目前，在考慮國內(nèi)對低壁厚3PE 防銹管的研究時尚無比較，本文以國產(chǎn)2PE 防銹管的應(yīng)用案例為研究對象。1996 年，在輸氣工程中使用了直徑324 mm 的2PE 鋼管。施工后，剩余的268 條防銹管存放在海南省東方市，有的管在組裝后沒有生產(chǎn)，有的管在離開工廠后返回現(xiàn)場。結(jié)果表明，大多數(shù)涂層厚度小于2.0 mm，最小厚度為1.39 mm，低于標(biāo)準(zhǔn)要求。只有39.5 的防腐管道具有良好的外觀，有的40.7 的管道有局部電火花損壞和泄漏，有的19.8 的管道受到嚴(yán)重?fù)p壞，維修困難。

這種防腐蝕管裝置的防腐蝕層的抗機(jī)械損傷主要是由于防腐蝕層的厚度薄，不能承受外界的沖擊、滲透和摩擦，嚴(yán)重影響了防腐蝕管的實際使用質(zhì)量。從上述損壞案例中防腐層的損壞情況和長距離管線的建設(shè)情況來看，長距離管線的建設(shè)和運(yùn)行條件復(fù)雜，除非運(yùn)輸條件差并且理論和實踐經(jīng)驗不足，否則從經(jīng)濟(jì)的角度來看不能減小腐蝕保護(hù)層的厚度。歐洲的實踐還表明，有必要增加聚乙烯厚度（1 mm）的成本，這意味著減少未來的投資，如在提升過程中減少保護(hù)帶，降低維護(hù)成本，防止并減少由于現(xiàn)場維護(hù)而導(dǎo)致的性能下降?？梢源蟠鬁p少陰極保護(hù)站和維護(hù)成本，提高陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。

2 國內(nèi)外管道3PE 防腐層標(biāo)準(zhǔn)對比

DIN30670 標(biāo)準(zhǔn)于1991 年首次發(fā)布，是最早的3PE 腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)之一。最新版本是2014 年版，CSAZ245.21 標(biāo)準(zhǔn)由加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會發(fā)布，具有很大的影響力。同時所有版本均于1998 年首次發(fā)布，最新版本引用了該標(biāo)準(zhǔn)的2018 年版。由于上述兩個標(biāo)準(zhǔn)是較早發(fā)布的，因此其在許多國家得到認(rèn)可和使用之后，據(jù)此制定了GB/T 23257—2009[4]。最新版本是2017 年版，已在國內(nèi)項目中廣泛使用。ISO 21809 標(biāo)準(zhǔn)是此后建立的，于2011 年首次發(fā)布，最新版本是2018 年版。由于其國際影響力很大，ISO已在國內(nèi)外管道腐蝕防護(hù)行業(yè)中廣泛使用。

3 管道補(bǔ)口技術(shù)對比分析與討論

3.1 表面處理

涂層表面處理的質(zhì)量直接影響涂層的最終質(zhì)量。良好的表面粗糙度是獲得良好涂層的關(guān)鍵。國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對表面處理步驟的要求與測試項目的要求幾乎相同，但是表面固定深度、磨料和壓縮空氣質(zhì)量要求有所不同。

西二線管道規(guī)范對噴砂所用的磨料和壓縮空氣的質(zhì)量沒有要求，對噴砂后的錨固深度也沒有要求，僅噴砂處理等級為Sa2.5。國外管道規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)都對錨固深度有要求，而利比亞、泰國和殼牌的規(guī)范也對壓縮空氣質(zhì)量有要求。噴砂后管道表面的清潔度會影響環(huán)氧底漆的粘合性能以及整個填充的防腐層的長期性能。環(huán)氧底漆僅在錨固顆粒的特定深度才能與管道表面實現(xiàn)最佳粘合效果。在現(xiàn)場施工過程中，噴砂后應(yīng)清除管體表面的灰塵，而不要進(jìn)行其他表面清潔處理。因此，拋光和壓縮空氣的質(zhì)量決定了噴砂后表面的清潔度。如果磨料和壓縮空氣被污染并且包含雜質(zhì)（例如油和水），則噴砂后表面的清潔度會降低，這會影響環(huán)氧底漆的粘合性能[5]。

3.2 底漆涂料

《泰國管道規(guī)范 底漆涂裝面積限制》需要使用環(huán)氧底漆來覆蓋3PE 涂層，并且暴露的環(huán)氧層不能覆蓋粘合劑和PE層。這是明確而科學(xué)的。由于PE 是非極性材料，因此難以粘附，必須與環(huán)氧底漆良好粘附。當(dāng)在主管道的PE 涂層的重疊部分上涂環(huán)氧底漆時，長時間使用后，粘附力將降低，管道會剝落，從而形成漏水通道。目前國內(nèi)的收縮膠帶（套）施工正在采用濕膜施工（如果底漆不是干的），而在國外最好在固化后安裝底漆。在濕膜安裝過程中，外部收縮帶會對底漆造成一定的損害，并且在底漆完全固化后，安裝周期會延長。當(dāng)?shù)灼岜砻娓稍铮o流動性）時應(yīng)安裝熱縮膠帶（套管），以防止損壞底漆并延長施工時間。

3.3 質(zhì)量檢驗

目前我國除行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，國外鋼管表面涂層的要求基本相同，對含鹽量、粉塵含量等指標(biāo)的要求也有所提高。具體而言，在輸送管道項目中，除銹后的錨固線不應(yīng)為半球形或圓形。根據(jù)文獻(xiàn)，在過去的5 年中，世界上3 層聚烯烴結(jié)構(gòu)涂層失效的主要原因是涂層下面的圓形或半凹型噴砂錨栓的類型降低了FBE 層的附著力。同時，F(xiàn)BE 涂層的典型涂層條件是角噴砂錨型的峰谷差異至少為50 m。涂層質(zhì)量檢查在國內(nèi)外檢查項目和檢查頻率上有所不同。國內(nèi)外最大的不同是沖擊強(qiáng)度和壓痕硬度要求在國外進(jìn)行采樣和測試[6]。在測試頻率上，國外對錨固件深度、防腐層厚度、剝離強(qiáng)度和陰極剝離測試頻率的要求比國內(nèi)更為嚴(yán)格。國外管道規(guī)范要求對錨固線深度指示器進(jìn)行測試，某些規(guī)范還要求對表面清潔度進(jìn)行測試。對于涂裝完成后的檢查，國內(nèi)外管道規(guī)范基本上與主要檢查項目具有相同的要求。底漆的厚度對熱收縮帶（套管）的整體性能影響不大，但可以間接反映安裝過程中的加熱均勻性。

4 總結(jié)

經(jīng)過比較分析，國內(nèi)外3PE 腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的維修范圍、維修材料、維修程序和維修質(zhì)量檢查存在一定差異，國內(nèi)一些測試項目和指標(biāo)比國外要求更嚴(yán)格。國外標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)放寬了對某些指標(biāo)的要求。