長(zhǎng)輸管道防腐補(bǔ)口失效分析及技術(shù)進(jìn)展

孫典昊 王宏召 牛志勇 張凱靈 劉 鋒

（1. 中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2. 中交城市能源研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 沈陽 110026；3. 中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000；4. 中國(guó)石油西南油氣田公司輸氣管理處，四川 成都 610000；5. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司丹東輸油氣分公司，遼寧 丹東 118001）

0 引言

新建管道腐蝕防護(hù)中防腐補(bǔ)口非常重要，是保證管道防腐層完整度和使用壽命的決定因素[1]。我國(guó)管道防腐補(bǔ)口材料性能和施工質(zhì)量需改進(jìn)。為提升管道防腐補(bǔ)口質(zhì)量，應(yīng)研究管道防腐補(bǔ)口技術(shù)應(yīng)用條件，基于管道補(bǔ)口施工需求和失效原因，研發(fā)新型補(bǔ)口材料。分析不同階段管道防腐補(bǔ)口技術(shù)應(yīng)用情況，總結(jié)我國(guó)新建管道熱收縮帶補(bǔ)口失效形式原因。提出了保障管道補(bǔ)口質(zhì)量的建議措施，以及未來熱收縮帶補(bǔ)口技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域。

1 管道防腐補(bǔ)口技術(shù)發(fā)展歷程

管道防腐補(bǔ)口技術(shù)根源于管道干線防腐層產(chǎn)品工藝研發(fā)過程，防腐補(bǔ)口材料選用原則是與干線管線防腐層兼容一致并且便于現(xiàn)場(chǎng)施工的產(chǎn)品，應(yīng)用最廣泛的是輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶和液態(tài)環(huán)氧。20世紀(jì)80年代以前管道采用加強(qiáng)級(jí)石油瀝青防腐層，管道防腐補(bǔ)口采用玻璃纖維石油瀝青、煤焦油瓷漆，這類材料制造和現(xiàn)場(chǎng)施工產(chǎn)生毒性氣體，由于新型性能優(yōu)異防腐層和環(huán)境保護(hù)要求，管道防腐不再采用石油瀝青防腐層。

熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）涂層粘結(jié)力強(qiáng)、硬度高、耐磨損腐蝕、抗陰極剝離等特征，使用溫度范圍廣（-60℃～100℃），例如在沙漠、海洋等惡劣環(huán)境。FBE運(yùn)輸施工中石塊硬物碰撞涂層發(fā)生機(jī)械損傷，為解決FBE涂層損傷破壞問題，出現(xiàn)了雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末（DFBE）。FBE防腐層現(xiàn)場(chǎng)涂覆修復(fù)難度大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境如加熱噴涂溫度要求嚴(yán)格，需要配套專用補(bǔ)口機(jī)具，對(duì)作業(yè)人員水平要求高。FBE在美國(guó)、加拿大占據(jù)主導(dǎo)地位。FBE在國(guó)內(nèi)應(yīng)用于管道定向鉆穿越工程。FBE補(bǔ)口研發(fā)領(lǐng)域是增強(qiáng)補(bǔ)口FBE和主管道防腐層的兼容性，拓展FBE與其他防腐層的復(fù)合補(bǔ)口結(jié)構(gòu)型式，例如與改性PE、復(fù)合/噴涂聚烯烴防腐層（PP），除陸上管道，新型FBE補(bǔ)口結(jié)構(gòu)型式成功應(yīng)用于中東、歐洲的海底/深水管道工程。

液體聚氨酯補(bǔ)口優(yōu)點(diǎn)是與3PE防腐層兼容良好，抗機(jī)械損傷以及界面粘結(jié)性能優(yōu)異，不會(huì)產(chǎn)生保護(hù)電流屏蔽，適用于高寒地區(qū)的低溫條件下可單次成膜為指定厚度值。施工工藝機(jī)械式自動(dòng)噴涂，液體聚氨酯補(bǔ)口原料費(fèi)用及施工費(fèi)用很高。液體聚氨酯補(bǔ)口技術(shù)在海灣國(guó)家、非洲和西歐國(guó)家新建管道應(yīng)用廣泛，我國(guó)西氣東輸三線工程成功應(yīng)用該技術(shù)。

液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)特點(diǎn)涂裝工藝簡(jiǎn)單高效，環(huán)氧涂料價(jià)格低廉，在常溫條件下不需要烘烤加熱，即可對(duì)鋼管進(jìn)行手工或者機(jī)械式噴涂作業(yè)。但是環(huán)氧涂料和主管道3PE防腐層界面粘接力需要提高，長(zhǎng)期使用中存在脫落風(fēng)險(xiǎn)。中亞和中東歐國(guó)家管道工程采用液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)，我國(guó)廣西燃?xì)夤芫W(wǎng)公司也采用了該補(bǔ)口技術(shù)。

粘彈性補(bǔ)口材料具有固體彈性和流體粘性特征，很少單獨(dú)用作補(bǔ)口材料，粘彈性粘結(jié)在聚乙烯基材，外覆蓋PVC膠帶或纖維玻璃鋼外防護(hù)層形成粘彈體復(fù)合補(bǔ)口結(jié)構(gòu)，這種全覆蓋粘結(jié)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)口區(qū)域的密封性，適用于管道敷設(shè)于不同地段，防腐層受到硬物或輕微損傷時(shí)具備一定自愈合能力。粘彈性補(bǔ)口材料缺點(diǎn)是在高溫環(huán)境下的粘結(jié)性能、拉伸強(qiáng)度有所降低，需借助外防護(hù)層彌補(bǔ)機(jī)械性能。中俄原油管道、西氣東輸、川氣東送、陜京三線管道部分管段采用粘彈體材料補(bǔ)口。荷蘭南北輸氣管道、德國(guó)Callantsoog管道應(yīng)用該技術(shù)。

2 熱收縮帶補(bǔ)口

兼有優(yōu)良絕緣性能和抗機(jī)械損傷性能，三層聚乙烯（3PE）是全球管道工業(yè)認(rèn)可先進(jìn)涂層。20世紀(jì)90年代3PE成為歐洲管道主導(dǎo)防腐層。2002年陜京線、西氣東輸管道引入3PE技術(shù)，中國(guó)新建油氣管道首選3PE防腐層。聚乙烯熱收縮帶是應(yīng)用最廣泛的管道防腐補(bǔ)口材料，其結(jié)構(gòu)型式為“環(huán)氧底漆+熱熔膠+輻射交聯(lián)聚乙烯”三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。管道防腐補(bǔ)口采用現(xiàn)場(chǎng)施工方式，因受到環(huán)境因素及人員技能水平影響，調(diào)研近幾年新建管道工程項(xiàng)目，熱收縮帶補(bǔ)口存在質(zhì)量不佳和失效。

（1）環(huán)氧底漆與鋼管表面脫落，導(dǎo)致界面密封性能失效；

（2）熱熔膠與環(huán)氧底漆界面粘結(jié)失效；

（3）熱收縮帶與主管道3PE防腐層粘接不良、剝離脫落。

熱收縮帶補(bǔ)口失效原因包括材料制造質(zhì)量、施工質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

（1）材料制造質(zhì)量。熱收縮帶產(chǎn)品耐熱指標(biāo)、拉伸強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，烘烤過程中出現(xiàn)裂爆現(xiàn)象。根本原因是生產(chǎn)監(jiān)管不嚴(yán)格，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。應(yīng)加強(qiáng)工程材料進(jìn)廠質(zhì)量監(jiān)督，嚴(yán)格加密批次抽檢，不合格熱收縮帶產(chǎn)品禁止進(jìn)入采購(gòu)計(jì)劃。熱熔膠質(zhì)量也影響熱收縮帶粘結(jié)性能，熱熔膠在加熱熔融時(shí)產(chǎn)生局部交聯(lián)，導(dǎo)致熱收縮帶內(nèi)聚，不能與管體有效粘結(jié)；

（2）施工質(zhì)量控制。熱收縮帶施工為人工作業(yè)，施工質(zhì)量受到作業(yè)人員技能水平和責(zé)任心影響。熱收縮帶施工采用濕膜安裝工藝，暫無有效技術(shù)手段檢測(cè)涂層實(shí)際厚度和可靠性，安裝過程中存在底漆損傷或脫落；

（3）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中缺少熱收縮套施工過程關(guān)鍵測(cè)試指標(biāo)要求，缺少抗高溫陰極剝離測(cè)試指標(biāo)，環(huán)氧底漆固體含量和抗長(zhǎng)期陰極剝離指標(biāo)普遍不達(dá)標(biāo)，熱收縮帶產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)于施工過程質(zhì)量監(jiān)督作用不能有效發(fā)揮。

3 熱收縮帶補(bǔ)口技術(shù)進(jìn)展

鑒于3PE防腐層及熱收縮帶補(bǔ)口失效，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)已研究3PE防腐層補(bǔ)口新技術(shù)。

（1）噴涂聚脲彈性體補(bǔ)口技術(shù)。針對(duì)補(bǔ)口搭接部位聚乙烯防腐層進(jìn)行極化處理，在補(bǔ)口區(qū)域鋼管和聚乙烯防腐層噴涂聚脲涂層，快速反應(yīng)形成聚脲彈性體涂層。該技術(shù)已在泡沫夾克保溫層管道上進(jìn)行試驗(yàn)，需解決搭接部位聚乙烯防腐層快速極化處理工藝；

（2）噴涂三層PE粉末補(bǔ)口技術(shù)。采用火焰噴塑工藝，定制送粉器和火焰噴槍，借助氧乙炔火焰熱量，壓縮空氣做屏蔽氣體形成噴射火焰，將3PE防腐層加熱成熔融狀態(tài)噴涂在經(jīng)預(yù)熱處理的鋼管焊縫處，與PE防腐層搭接形成補(bǔ)口涂層。該技術(shù)未有實(shí)際管道應(yīng)用案例；

（3）特種復(fù)合材料超聲波或模壓補(bǔ)口技術(shù)。復(fù)合成型材料技術(shù)是利用液晶聚合物與PE、PP防腐層極強(qiáng)相容性，改性制成高性能復(fù)合材料，通過注塑方法加工成標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)口套（帶），在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用超聲波技術(shù)和模壓技術(shù)制成成型補(bǔ)口。該技術(shù)處于初步試驗(yàn)研究階段。

4 結(jié)語

鑒于新建管道工程建設(shè)中熱收縮套存在失效問題，應(yīng)完善熱收縮套產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加強(qiáng)施工過程質(zhì)量監(jiān)督控制，建議：

（1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)完善熱收縮套施工過程測(cè)試指標(biāo)、高溫長(zhǎng)期抗陰極剝離指標(biāo)，以及環(huán)氧底漆固含量和長(zhǎng)期抗陰極剝離指標(biāo)。完善環(huán)氧底漆施工工藝，環(huán)氧底漆厚度不小于200μm，表面處理錨紋深度不小于50～75μm，表面灰塵度低于2級(jí)；

（2）加強(qiáng)施工人員培訓(xùn)，合格熟練工人持證上崗。加強(qiáng)監(jiān)理人員理論水平培訓(xùn)，充分掌握補(bǔ)口操作規(guī)程和檢測(cè)要求。建立補(bǔ)口檢查臺(tái)賬，記錄詳細(xì)操作過程信息，可以追根溯源。