粘彈體在埋地管道補口應(yīng)用中遇到的問題及其解決方案

趙常英，張志貴，賈平軍，譚建祥，賈光猛

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘 062552；2.石油天然氣冀東工程質(zhì)量監(jiān)督站，河北唐山 063200）

0 引言

埋地管道防腐補口、補傷是保證管道防腐完整性的重要工藝，也是整條管道防腐層質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)，更是管道外防腐中最容易出現(xiàn)問題的部位。我國油氣長輸管道防腐補口工藝施工先后經(jīng)歷了石油瀝青補口、環(huán)氧煤瀝青補口、煤焦油瓷漆補口等，近年來熱收縮帶補口成為主流工藝，在管道運行數(shù)年后發(fā)現(xiàn)，熱收縮帶補口存在一些質(zhì)量問題，尤其是在與管道外防腐層 （PE）搭接處的密封不易保證，粘彈體作為一種新型防腐材料，首次大規(guī)模應(yīng)用于國內(nèi)新建管道 （唐山液化天然氣外輸管道工程）補口中。本文介紹了粘彈體補口材料在該工程現(xiàn)場應(yīng)用中遇到的相關(guān)技術(shù)問題，分析了問題產(chǎn)生的原因并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 項目背景

唐山液化天然氣外輸管道工程干線管道全長121.4 km，管徑1 016 mm。管道通過連片魚塘、蝦池水域段 （曹妃甸AA012樁+1 340 m～AB001樁、唐?？h第一段及南堡開發(fā)區(qū)段），長約52.3 km，土壤腐蝕性強，管道完全位于水域中 （見圖1），投產(chǎn)后的維護(hù)極其不便。在該項目可研階段，設(shè)計指導(dǎo)原則為按30年免維護(hù)考慮補口的設(shè)計方案，如果繼續(xù)采用以往的熱收縮帶補口，將不能保證其防腐密封效果，故該項目水域段埋地管道補口設(shè)計上應(yīng)用了粘彈體防腐材料。

圖1 管道位于大堤旁的水域中

2 粘彈體膠帶技術(shù)要求

目前，國際上粘彈體膠帶執(zhí)行ISO 21809-3-2011《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)用埋地管道和水下管道外防腐層補口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚在制訂中，中國石油已編制并發(fā)布CDP-S-PC-AC-017-2009/B《油氣管道工程粘彈體防腐材料技術(shù)規(guī)格書》，目前正處于修訂階段。在本工程中，設(shè)計規(guī)定了粘彈體膠帶的技術(shù)要求，見表1。

3 粘彈體膠帶在現(xiàn)場應(yīng)用中遇到的問題及解決方案

3.1 粘彈體膠帶滴垂檢驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)問題

在CDP-S-PC-AC-017-2009/B中只列出了滴垂的性能指標(biāo)，未給出具體檢驗方法。采用不同的檢驗方法，得出的數(shù)據(jù)將完全不同，經(jīng)與技術(shù)規(guī)格書編制人員溝通，并追根溯源查詢大量資料，得知滴垂試驗方法有兩種，一種是殼牌滴垂試驗測試方法，另一種是ISO 21809-3-2011中規(guī)定的滴垂試驗方法。這兩種試驗方法簡要介紹如下：

表1 粘彈體膠帶 （防腐帶）性能要求

（1）殼牌滴垂試驗。涂層測試板于初始溫度80℃放置在烘箱中，涂層測試板與烘箱一側(cè)壁面成60°夾角，以便觀察在該溫度下涂層是否會發(fā)生滴垂，如圖2所示。試驗結(jié)果證明，涂層測試板在試驗溫度80℃，放置150 h后涂層沒有任何變化。在80℃時，用手指或金屬部件與涂層接觸，沒有任何跡象表明膠粘性下垂或增加為合格。

圖2 殼牌滴垂試驗測試方法

（2）ISO 21809-3中規(guī)定的滴垂試驗方法。測定在45℃的溫度下粘彈體膠帶的任何組分是否滴液。采用恒溫控制的烘箱，溫度控制在45℃±2℃，將三個長150 mm、寬50 mm粘彈體膠帶樣品直立懸掛在烘箱里，恒溫48h，如無滴液，則合格。

鑒于本工程為液化天然氣管道，輸送介質(zhì)最高溫度為11.28℃，因此不需要做80℃的滴垂試驗，45℃即可滿足，故確認(rèn)滴垂檢驗方法執(zhí)行ISO 21809-3-2011的規(guī)定。

3.2 膠層剝離覆蓋率的檢查問題

在CDP-S-PC-AC-017-2009/B中未規(guī)定膠層覆蓋率的檢查方法，粘彈體膠帶運至現(xiàn)場后無可執(zhí)行的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致無法進(jìn)行驗收。為此根據(jù)工程需要，特制訂現(xiàn)場可操作的檢驗方法，即檢測方法執(zhí)行GB/T 7124。依據(jù)該檢驗標(biāo)準(zhǔn)，剝離區(qū)的膠層覆蓋率為剝離后鋼管或管體聚乙烯防腐層表面膠層殘留面積與剝離面積的比值，膠層覆蓋率計算公式為：

式中 W——剝離區(qū)的膠層覆蓋率/%；

A0——剝離區(qū)面積/mm2；

A1——剝離區(qū)膠層未殘留的面積/mm2。

以三次測定的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果，試驗結(jié)果≥95%為合格。

3.3 剝離覆蓋率不達(dá)標(biāo)問題

在本工程施工初期，粘彈體膠帶出現(xiàn)了剝離覆蓋率達(dá)不到95%合格標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，剝離覆蓋率檢測結(jié)果總體上處于90%～100%之間，最低只有85%。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致粘彈體膠帶現(xiàn)場剝離覆蓋率不達(dá)標(biāo)的首要原因是剝離過程中膠層底部有大量氣泡，氣泡產(chǎn)生的原因主要有以下幾點：

（1）膠帶本身具有深淺不一的皺折。皺折的出現(xiàn)會導(dǎo)致膠帶在安裝過程中很容易出現(xiàn)兩側(cè)凸出的部位先粘接在被粘物表面，而中間凹槽部位形成一段空鼓，從而導(dǎo)致該處沒有膠層覆蓋，見圖3。

圖3 粘彈體膠帶皺折

（2）膠層內(nèi)部有氣泡。在膠帶的生產(chǎn)過程中，如果膠層空氣未排凈就進(jìn)行涂布，很容易將空氣密封在膠帶內(nèi)部形成氣泡 （將膠帶對著陽光會看到大小不一的空洞），這樣的膠帶在安裝后剝離，會出現(xiàn)一個個小的坑洞，從而影響剝離覆蓋率，見圖4。

圖4 粘彈體膠帶氣泡

（3）施工過程中將氣泡帶入。膠帶安裝操作規(guī)范要求采取邊撕離型膜、邊趕出空氣的方式施工，如施工過程中未嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范，極易將空氣密封在膠帶與被粘物表面之間，從而導(dǎo)致氣泡的出現(xiàn)。

（4）膠帶太寬。原設(shè)計的膠帶寬度為100 mm，為減少粘彈體膠帶搭接量，以降低補口成本和投資，故將膠帶改為寬250 mm和170 mm兩種規(guī)格，鋼管環(huán)焊縫至兩側(cè)管道原防腐層的寬度為150 mm，焊縫與兩側(cè)原防腐層的高度高于中間鋼管部位3～5 mm，在中間鋼管本體處形成一個明顯的凹槽，在用250 mm和170 mm寬的膠帶進(jìn)行補口操作過程中，很容易將空氣密封在凹槽部位，且膠帶越寬，施工人員趕出內(nèi)部空氣的難度越大，從而嚴(yán)重影響剝離覆蓋率。

（5）焊縫凹凸不平。由于焊縫處凹凸不平，嚴(yán)重影響了膠帶對此處的粘結(jié)質(zhì)量，導(dǎo)致殘留大量氣泡，以往多次的剝離試驗結(jié)果表明，焊縫處的剝離覆蓋率相對于管道原防腐層以及鋼管部位是最差的，一直達(dá)不到90%。

3.4 提高剝離覆蓋率的措施

（1）解決膠帶自身皺折問題。生產(chǎn)過程，做到膠帶平整光滑，無皺折。包裝方面，選用厚紙芯將膠帶固定住，避免其打折；另外配備厚紙箱，將以前6卷/箱的包裝形式改為4卷/箱，并且在紙箱外部包裹一層厚厚的泡沫材料，避免運輸途中包裝變形，擠壓膠帶而產(chǎn)生皺折。運輸環(huán)節(jié)，選擇信譽良好，服務(wù)質(zhì)量高的專業(yè)物流公司進(jìn)行托運，避免因為野蠻搬運導(dǎo)致膠帶在送往現(xiàn)場的途中出現(xiàn)包裝破壞、膠帶變形等一系列問題。施工過程，嚴(yán)禁反復(fù)彎折膠帶，避免誤操作導(dǎo)致皺折的出現(xiàn)。

（2）解決膠層內(nèi)部氣泡問題。在膠帶生產(chǎn)過程中，采取抽真空涂膠的方式，在膠帶涂布過程中，采用強負(fù)壓將膠層內(nèi)部氣泡排除，并在原有涂膠工藝上外加一道滾輪擠壓工序，邊涂膠邊用滾輪將氣泡擠出，雙管齊下，將膠帶內(nèi)部氣泡徹底排除。

（3）解決施工過程中人為將氣泡帶入的問題。在施工前對操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，膠帶安裝采用面對面的兩人分別從底部向上拉緊膠帶，在管道頂部將膠帶對接，在貼覆過程中用手順著包覆方向輕輕按壓膠帶于管道上，以減少氣泡的形成。

（4）解決因膠帶太寬導(dǎo)致氣泡問題。膠帶越窄，在膠帶安裝過程中，越容易用手和滾輪將氣泡排凈，從而避免氣泡的殘留，因此現(xiàn)場及時改用了寬度為100 mm的膠帶進(jìn)行補口施工。

（5）解決焊縫處剝離覆蓋率差的問題。針對焊縫處凹凸不平的特點，先采用一段35 mm寬的粘彈體防腐膏對焊縫部位進(jìn)行整體包覆，壓緊壓實后，然后再安裝膠帶，焊縫凹槽處被粘彈體膏填平，有效提高了膠帶對鋼管焊縫部位的剝離覆蓋率。

4 結(jié)束語

粘彈體膠帶首次大規(guī)模應(yīng)用于國內(nèi)新建管道（唐山液化天然氣外輸管道）的補口中，成功解決了滴垂測試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)問題、剝離覆蓋率檢測方法問題，尤為重要的是找到了提高剝離覆蓋率的一系列有效措施，為今后粘彈體防腐材料在埋地管道補口中的應(yīng)用提供了借鑒經(jīng)驗。同時，也為國內(nèi)制訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供了參考依據(jù)。