粘彈體防腐結構在埋地管道補口修復中的應用

王洪鈞，雷健，劉杰，孔吉民，宋小龍

(1. 國家管網(wǎng)集團西氣東輸公司銀川輸氣分公司，寧夏 銀川 750001；2.四川德源管道科技股份有限公司，四川 成都 610041)

1 引言

埋地管道外防腐層主要分為管體和焊口兩個部分，管體防腐層目前大多采用3LPE在工廠預制，而焊口防腐層只能在現(xiàn)場安裝，由于現(xiàn)場環(huán)境復雜、條件惡劣，導致防腐層質量下降。根據(jù)近幾年的數(shù)據(jù)，腐蝕大多發(fā)生在焊口位置，并且因焊口腐蝕導致管道失效的比例也遠高于管體，也就是說，焊口防腐層質量決定了管線的耐腐蝕壽命。目前國內多采用帶環(huán)氧底漆的三層輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶(套)作為新建管線的補口防腐層，但根據(jù)近幾年對聚乙烯熱收縮帶(套)的現(xiàn)場打開驗證情況，發(fā)現(xiàn)不同程度的帶下積水、帶下腐蝕等情況，同時聚乙烯是一種高度電絕緣材料，對陰極保護電流有屏蔽作用，導致管道焊口位置發(fā)生嚴重銹蝕[1]。因此，在管線防腐層修復工程中選用防腐效果優(yōu)異、防腐年限長的補口防腐結構顯得尤為重要。近年來，隨著粘彈體防腐材料在國內的廣泛應用，粘彈體防腐膠帶+外護帶也成為補口防腐層結構之一。

2 粘彈體防腐材料應用研究

粘彈體防腐材料憑借其優(yōu)異的防水密封性已在國內埋地管道、法蘭、閥門等多種管線設施應用，但由于粘彈體防腐材料是一種柔性防腐材料，需配合外保護帶使用，目前常用的外保護帶分為冷纏帶和熱縮帶兩種。

2.1 粘彈體防腐膠帶+冷纏帶

根據(jù)對某埋地管道粘彈體防腐膠帶+冷纏帶的調研情況，粘彈體防腐膠帶在長期埋地環(huán)境下應用長達10年，其剝離強度達8 N/cm，覆蓋率100%，如圖1所示，滿足標準[2]要求，因此粘彈體防腐膠帶的長期防腐密封性毋庸置疑。但冷纏帶在應用過程中存在接頭剝離、翹邊現(xiàn)象，如圖2所示。

圖1 粘彈體防腐膠帶剝離測試

圖2 冷纏帶接頭起翹

通過對冷纏帶的研究及分析，目前埋地管道常用的聚乙烯冷纏帶和聚丙烯冷纏帶，其膠層都是由橡膠改性瀝青制成，粘接密封性差，溫度敏感性高，剝離強度隨溫度升高而顯著下降。由于冷纏帶其螺旋形搭接縫長[3]，在埋地條件下因為土壤的重力以及沉降作用容易發(fā)生褶皺、翹邊等現(xiàn)象，一旦形成腐蝕介質滲入的通道以后便會加速膠層的老化，失去對粘彈體防腐膠帶的保護效果。

2.2 粘彈體防腐膠帶+熱縮帶

目前國內應用較為廣泛的熱縮帶有熱熔膠型聚乙烯收縮帶(簡稱熱熔膠熱縮帶)和壓敏膠型聚乙烯熱收縮帶(簡稱壓敏膠熱縮帶)，熱熔膠熱縮帶使用丁基橡膠改性熱熔膠作為膠層，壓敏膠熱縮帶使用丁基橡膠改性壓敏膠作為膠層[4]。該兩種材料均采用中低密度聚乙烯作為基材，將膠層經(jīng)高溫涂敷至基材表面形成的一種防腐、外護一體化材料。

2.2.1 粘彈體防腐膠帶+熱熔膠熱縮帶

熱熔膠熱縮帶所使用的熱熔膠在熔融狀態(tài)下才具備良好的粘結性，根據(jù)那冀宇等的研究[5]，熱熔膠需要在160 ℃溫度下保持20 min方能達到良好的潤濕能力。但是粘彈體防腐膠帶的應用溫度為-45～70 ℃，因此熱熔膠的烘烤溫度遠遠超過了粘彈體防腐膠帶的極限溫度，導致粘彈體防腐膠帶的分子結構發(fā)生變化而失去粘彈體的特性。若烘烤時溫度低于該溫度則無法使熱熔膠完全熔融從而影響熱縮帶的粘結效果，使其與粘彈體防腐膠帶、PE防腐層搭接部位失粘、脫落，如圖3所示，失去對粘彈體防腐膠帶的保護效果。

圖3 熱熔膠熱縮帶剝離測試

2.2.2 粘彈體防腐膠帶+壓敏膠熱縮帶

近幾年開始應用的壓敏膠熱縮帶是由聚異丁烯改性丁基橡膠制成的壓敏膠，常溫下具有初粘力，同時依靠熱收縮帶收縮時提供的壓力，使壓敏膠與管道緊密粘結，與熱熔膠相比，其優(yōu)點是使用時不必加熱至熔融狀態(tài)[6]。由于聚異丁烯是一種飽和度極低的非極性分子，其優(yōu)異的冷流特性和粘結性賦予壓敏膠熱縮帶自修復性和防水密封性，與粘彈體防腐膠帶配合使用形成雙重防腐。

根據(jù)現(xiàn)場調查，粘彈體防腐膠帶+壓敏膠熱縮帶防腐結構在某長輸天然氣埋地管道應用一年以后進行打開驗證，在42～45 ℃溫度情況下，粘彈體防腐膠帶對鋼、PE防腐層的剝離強度均超過2 N/cm，覆蓋率達100%，而壓敏膠熱縮帶對PE防腐層的剝離強度達10 N/cm，并且呈內聚破壞，如圖4所示，防腐層整體拆除后鋼管表面仍然呈現(xiàn)金屬光澤，如圖5所示。

圖4 粘彈體+壓敏帶剝離測試

圖5 防腐層剝離后外觀

3 結語

粘彈體防腐膠帶作為一種新型高分子防腐材料近幾年已在各個長輸埋地管道中廣泛應用，不僅具有優(yōu)異的冷流特性和防水密封性，而且擁有冷纏帶的使用便利性，在埋地管道現(xiàn)場補口修復項目中擁有獨特的優(yōu)越性。

但是其較低的機械強度決定了必須配合外保護帶進行使用?，F(xiàn)有的幾種外保護帶中，冷纏帶由于自身材料性能較差不適用作為補口修復外保護帶，熱熔膠熱縮帶由于施工工藝條件與粘彈體防腐膠帶性能不符，也不適合作為粘彈體補口修復外保護帶。而壓敏膠熱縮帶僅僅依靠輻射交聯(lián)聚乙烯基材的收縮作用不但能提高自身的防水密封性，同時還能為粘彈體防腐膠帶提供向內的壓力，促進粘彈體防腐膠帶的冷流作用和潤濕作用，放大粘彈體防腐膠帶性能優(yōu)勢的同時也彌補不足，因此粘彈體防腐膠帶+壓敏膠熱縮帶將成為埋地管道補口修復的最優(yōu)選擇。