聚乙烯熱收縮帶補口應(yīng)用現(xiàn)狀及施工工藝

李軍龍 徐星

陜西宇陽石油科技工程有限公司，陜西西安710018

聚乙烯熱收縮帶補口應(yīng)用現(xiàn)狀及施工工藝

李軍龍 徐星

陜西宇陽石油科技工程有限公司，陜西西安710018

為提高在役管道3 LPE防腐層的補口質(zhì)量，減少由于熱收縮帶補口失效導(dǎo)致的管體腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，保證管道防腐層的完整性，有必要了解熱收縮帶補口結(jié)構(gòu)及補口材料的組成和性能，識別影響熱收縮帶補口質(zhì)量的主要因素。通過對國內(nèi)外管口加熱方式、熱收縮帶安裝方式的比較，明確了干膜型熱收縮帶和中頻加熱設(shè)備相結(jié)合的補口施工工藝有著濕膜安裝和手工火焰加熱工藝所不具備的優(yōu)勢，可以有效預(yù)防和控制補口失效，減緩管體腐蝕。最后，對熱收縮帶補口施工流程和質(zhì)量檢驗的要求做了簡單介紹。

熱收縮帶;熱熔膠;中頻加熱;干膜安裝;濕膜安裝

0 前言

管道防腐層的現(xiàn)場補口是保證管道防腐層完整性的重要工藝。從理論上講，現(xiàn)場補口施工時，應(yīng)當采用與管道主體防腐層相適宜的防腐材料和施工技術(shù)，從而使補口防腐層與管道主體防腐層緊密結(jié)合，形成平滑過渡、均勻連續(xù)的防腐結(jié)構(gòu)。實際上，在現(xiàn)場施工中，受到氣候條件、施工設(shè)備、環(huán)境因素以及施工人員技術(shù)的影響，補口工藝控制難度很大，因此，補口往往成為整條管道防腐體系的一個薄弱環(huán)節(jié)。

20世紀90年代末，國內(nèi)油氣管道建設(shè)進入了前所未有的發(fā)展時期，3 LPE防腐層自陜京一線起開始在國內(nèi)輸油氣管道干線工程中大規(guī)模推廣應(yīng)用，目前庫鄯管道、蘭成渝管道、西氣東輸管道、陜京二線、蘭鄭長管道、西氣東輸二線等一系列重點工程幾乎全部采用了該防腐層。管道補口材料是與管道主體防腐層技術(shù)相適應(yīng)而發(fā)展起來的，隨著3 LPE防腐層成為管道外防腐層的主導(dǎo)材料，輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶已成為國內(nèi)管道外防腐層補口的首選材料。但是從近年來對在役管線的檢測中發(fā)現(xiàn)，熱收縮帶補口失效導(dǎo)致的管體腐蝕現(xiàn)象頻頻發(fā)生，已引起了管道運營公司的高度重視。

1 熱收縮帶補口材料特性

1.1 熱收縮帶補口防腐結(jié)構(gòu)

熱收縮帶補口防腐層由帶環(huán)氧底漆的輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶三層結(jié)構(gòu)組成，采用固定片在熱收縮帶的搭接處固定。其中環(huán)氧底漆是指雙組份無溶劑液體環(huán)氧涂料，輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶是由聚乙烯基材經(jīng)輻射、拉伸與熱熔膠復(fù)合等工藝后，在一定溫度下產(chǎn)生定向伸縮的帶狀材料［1－3］。基材以中高密度聚乙烯為主體材料，經(jīng)改性、擠出造粒、擠出片材和電子加速器輻射交聯(lián)后得到，其主要特點是具有較高的高溫屈服強度，耐熱老化、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能優(yōu)異;熱熔膠以EVA樹脂為主體，輔以增粘樹脂、馬來酸酐接枝物、聚乙烯共聚物和填料等經(jīng)熔體的形式應(yīng)用到基材表面進行粘接，賦予熱收縮帶安裝系統(tǒng)較高的剝離強度，同時還具有很好的抗土壤應(yīng)力作用。

1.2 環(huán)氧底漆

無溶劑液體環(huán)氧涂料主要是以環(huán)氧樹脂為成膜物加固化劑、活性稀釋劑、顏料盒輔助材料組成［4］，在固化成膜過程中不向大氣中排放VOC。作為熱收縮帶補口結(jié)構(gòu)的最底層，其作用一是作為防腐層，實現(xiàn)管體與介質(zhì)的隔離;二是作為過渡層，實現(xiàn)熱收縮帶與管體的粘結(jié)。對于干膜安裝熱收縮帶更強調(diào)底漆的防腐作用，底漆與熱熔膠為物理粘結(jié);濕膜安裝的熱收縮帶則需體現(xiàn)熱熔膠與環(huán)氧底漆的化學(xué)鍵作用，即化學(xué)粘結(jié)［5－7］。

1.3 熱收縮帶

熱收縮帶根據(jù)安裝工藝的不同分為濕膜和干膜兩類。干膜安裝工藝，是指將環(huán)氧底漆涂敷在補口區(qū)域，待底漆表干后，先進行底漆涂層性能檢測，再進行熱收縮帶的安裝;濕膜安裝工藝，是指將環(huán)氧底漆涂敷在補口區(qū)域，在底漆表干前，進行熱收縮帶的安裝。熱收縮帶加熱安裝時，基材在徑向收縮的同時，內(nèi)部熱熔膠熔融，緊緊地粘結(jié)在補口處，與基材一起形成牢固的防腐體［8］。

2 熱收縮帶補口存在的問題及原因

在對國家重點油氣管道熱收縮帶補口應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了不同程度的熱收縮帶補口失效現(xiàn)象，且該失效形式具有隱蔽性。通過對補口處的現(xiàn)場開挖，發(fā)現(xiàn)熱收縮帶的失效形式主要表現(xiàn)為:與管道防腐層搭接部位密封失效;與補口處管體緊貼不粘;施工中的人為因素影響導(dǎo)致失效。

2.1 與管道防腐層搭接部位密封失效

熱收縮帶與管道防腐層搭接部位密封失效主要表現(xiàn)為:熱熔膠烘烤溫度不夠，膠未熔化，熱收縮帶外邊緣與管體PE層粘結(jié)不牢，甚至呈現(xiàn)剝離狀態(tài);固定片與熱收縮帶搭接處粘性較差，熱收縮帶在底漆未固化徹底前加熱收縮，接頭出現(xiàn)滑移，土壤中的水氣、細土和其他硬物進入補口層導(dǎo)致補口失效。

2.2 與補口處管體緊貼不粘

這種缺陷一般發(fā)生在管道補口范圍內(nèi)管頂12點位置和管底6點位置［9－12］，主要表現(xiàn)為熱收縮帶PE層與管體表面局部緊貼而不粘結(jié)的現(xiàn)象。其原因是國內(nèi)熱收縮帶補口施工一直沿用手工火焰烘烤濕膜安裝方式，底漆沒有完全固化，熱收縮帶烘烤一段時間后手壓就能搓動熱收縮帶基材和膠層，感覺熱熔膠熔融了，實際上是因為底漆沒有完全固化造成的能輕松搓動假象，膠層并沒有完全熔融，粘結(jié)密封性能受到很大影響。

2.3 施工中的人為因素影響導(dǎo)致失效

熱收縮帶遭到人為破壞主要指野蠻施工造成熱收縮帶機械損傷。當把已破損的熱收縮帶安裝埋地后，破損點相當于防腐層的漏點，破損處與管體表面形成大陰極小陽極腐蝕原電池，大大加快破損處管道的腐蝕，另外過多的漏點也會影響線路管道陰極保護系統(tǒng)的正常運行。

3 國內(nèi)外熱收縮帶補口施工工藝

3.1 熱收縮帶補口管口加熱方式

針對大口徑管道，國外熱收縮帶補口使用中頻加熱設(shè)備對管口進行加熱，而國內(nèi)則一直沿用手工火焰烘烤方式［13－15］。

中頻加熱有以下優(yōu)勢:避免了火焰加熱對管體表面的二次污染，有利于提高環(huán)氧底漆的粘結(jié)力;利用中頻加熱直接將補口部位管體加熱至熱熔膠熔融溫度，加熱溫度均勻且管體具有蓄熱效應(yīng)，熱量由管體直接傳導(dǎo)至熱熔膠，保證了熱熔膠的充分熔融，增加了熱熔膠界面的浸潤性，從而提高熱收縮帶的粘結(jié)性;中頻加熱效率高，消耗工時少，降低了操作工人的勞動強度，減少了對環(huán)境的污染。手工火焰烘烤方式有以下弊端:管口預(yù)熱溫度不足、烘烤不均勻、熱收縮帶回火不到位，致使熱熔膠未充分熔融或局部未熔融，導(dǎo)致熱收縮帶與管體及PE搭接區(qū)不能實現(xiàn)全面有效粘結(jié);火焰預(yù)熱驅(qū)除管表潮氣時，對鋼管表面造成二次污染，導(dǎo)致底漆粘結(jié)力的下降甚至喪失;大口徑管線的管頂和管底為手工烘烤作業(yè)的盲區(qū)。

3.2 熱收縮帶中頻加熱補口工藝

針對目前國內(nèi)外管道工程所用熱收縮帶產(chǎn)品的情況，熱收縮帶中頻加熱安裝工藝分為干膜安裝和濕膜安裝，根據(jù)補口機組的設(shè)備配置狀況，可形成補口流水作業(yè)，充分發(fā)揮中頻加熱的優(yōu)勢，提高補口施工的質(zhì)量和工效。

國外的熱收縮帶補口施工多采用干膜安裝工藝，可以有效避免濕膜安裝中底漆與3 LPE防腐層粘結(jié)力隨著時間推移而減弱造成補口失效的現(xiàn)象。中頻加熱干膜安裝工藝見圖1。

圖1 中頻加熱干膜安裝工藝

國內(nèi)的熱收縮帶補口施工普遍采用濕膜安裝工藝。2010年中國石油天然氣管道科學(xué)研究院在“熱收縮帶補口施工及配套技術(shù)研究”課題成果的基礎(chǔ)上通過反復(fù)試驗確定了熱收縮帶中頻加熱設(shè)備及安裝工藝，推動了國內(nèi)補口施工技術(shù)的進步。中頻加熱濕膜安裝工藝見圖2，干、濕膜型熱收縮帶安裝工藝的性能對比見表1。

圖2 中頻加熱濕膜安裝工藝

表1 干、濕膜型熱收縮帶安裝工藝的性能對比

4 熱收縮帶補口的施工及質(zhì)量檢驗

4.1 熱收縮帶補口施工

在施工人員培訓(xùn)合格、施工環(huán)境滿足要求的前提下，熱收縮帶補口施工的重要工序如下:表面處理、管體中頻預(yù)熱、環(huán)氧底漆涂敷、PE搭接區(qū)處理、底漆涂層性能檢測、熱收縮帶安裝。

4.1.1 表面處理

表面處理包括補口部位清理、噴砂除銹、清除灰塵等三項內(nèi)容。

補口部位清理:清除環(huán)焊縫及其附近的毛刺、焊渣、飛濺物、焊瘤等;將裸露鋼管表面和管體3 LPE防腐層搭接表面的油污、泥土等污物清理干凈;當管體3 LPE防腐層有翹邊、生銹、開裂等缺陷時，剝除剝離的防腐層直至防腐層與鋼管粘結(jié)完好處，并將防腐層端部修正為坡面，坡面角度約為30°。

噴砂除銹:采用清潔干燥的磨料對補口管表面和管體3 LPE防腐層搭接表面進行噴砂處理;鋼管表面的除銹等級達到GB/T 8923.1－2011規(guī)定的Sa 2.5級［16］，表面錨紋深度為50～100 μm。

清除灰塵:噴砂除銹后采用干燥、潔凈的壓縮空氣對鋼管表面和管體3 LPE防腐層搭接表面進行清掃。

4.1.2 管體中頻預(yù)熱

熱收縮帶中頻加熱安裝工藝評定的目的主要是確定中頻加熱工藝參數(shù)，通過工藝評定取得與中頻加熱溫度相應(yīng)的加熱時間參數(shù)，確定當日的施工參數(shù)。具體是將中頻加熱器置于補口處，啟動中頻加熱器的同時啟動計時器，當加熱時間達到工藝評定所確定的管體中頻預(yù)熱時間參數(shù)時，關(guān)閉中頻加熱器，停止加熱。

4.1.3 環(huán)氧底漆涂敷

在管體預(yù)熱的同時，進行環(huán)氧底漆的配置。根據(jù)底漆設(shè)計厚度和熱收縮帶產(chǎn)品說明書要求的涂刷范圍，采用多道涂刷方式并涂敷均勻。涂層外觀應(yīng)平整、無漏涂、無氣泡、無流掛。采用干膜安裝方式時，應(yīng)在涂層表干后進行厚度及漏點檢測。

4.1.4 PE搭接區(qū)處理

采用手工拉毛和火焰加熱方式對PE搭接區(qū)進行處理，形成粗糙面，無可見的光滑部位，無毛渣、毛刺。

4.1.5 底漆涂層性能檢測

適用于干膜安裝工藝。環(huán)氧底漆涂層性能檢測應(yīng)在涂層實干后進行。

涂層厚度測試:采用磁性測厚儀測量管體環(huán)氧底漆涂層厚度。選擇管體圓周上隨機均勻分布的4點進行測試，以最薄點不小于設(shè)計厚度為合格。

涂層漏點檢測:采用電火花檢漏儀對補口管體部位進行全面檢測，檢漏電壓5 V/μm，探頭移動速度約0.2 m/s，以無漏點為合格。

當環(huán)氧底漆厚度不合格或存在漏點時，采用砂紙對環(huán)氧底漆表面輕微打磨，然后進行補涂。

4.1.6 熱收縮帶安裝

熱收縮帶安裝工序包括手工安裝、中頻回火熔膠及趕氣泡等三項內(nèi)容。

手工安裝:采用火焰加熱器將熱收縮帶的前端緩慢加熱到能和管道表面充分貼緊的程度，用手或輥子壓住，然后將熱收縮帶另一端熱熔膠烘烤至熔融，與熱收縮帶前端周向搭接寬度不小于80 mm［17］。將固定片熱熔膠烘烤熔融粘結(jié)在熱收縮帶搭接處，并輥壓直到完全粘結(jié)。從中部沿周向用火焰加熱器加熱管道焊縫位置的熱收縮帶使其收縮，與管體無縫隙時停止烘烤作業(yè)。

中頻回火熔膠已在上文論述，此處不做贅述。

趕氣泡:熱收縮帶中頻回火后，在熱熔膠熔融狀態(tài)下，采用滾輪趕壓驅(qū)除熱收縮帶下的氣泡，應(yīng)使熱收縮帶表面無皺褶、無氣泡、無空鼓。

4.2 熱收縮帶補口質(zhì)量檢驗

熱收縮帶安裝質(zhì)量檢查宜在補口安裝完畢24 h后進行，對于干膜安裝熱收縮帶應(yīng)檢查外觀、漏點及剝離強度。

外觀檢查:逐個目測檢查，表面應(yīng)平整、無褶皺、無氣泡、無空鼓、無燒焦炭化等現(xiàn)象，熱收縮帶兩側(cè)膠粘劑均勻溢出［18－20］。

漏點檢查:采用電火花檢漏儀對補口管體部位進行全面檢測，檢漏電壓15 kV，探頭移動速度約0.2 m/s，以無漏點為合格。

剝離強度檢測:補口后熱收縮帶的粘結(jié)力檢測管體溫度宜為10～35℃，對補口部位鋼管和管體3 LPE防腐層的剝離強度均不應(yīng)小于50 N/cm，剝離面熱熔膠覆蓋率大于95%為合格。剝離強度不合格的干膜安裝熱收縮帶補口可重新進行加熱回火至熱熔膠充分熔融。

5 結(jié)論

1)熱收縮帶中頻加熱補口施工解決了熱熔膠的均勻、充分熔融問題，實用性強，對保證管道熱收縮帶補口施工質(zhì)量具有實際意義，特別適用于大口徑管道補口及管道補口冬季施工。

2)干膜型熱收縮帶可以保證底漆涂層完整并可檢測，與底漆和3 LPE防腐層都有優(yōu)異的粘接能力。熱收縮帶和底漆對長輸管線的埋地鋼管形成雙層保護，具有優(yōu)秀的耐化學(xué)腐蝕性、抗沖擊性和耐熱老化性，大大提高了管道的補口質(zhì)量。

3)熱收縮帶安裝采用機械加熱的升溫方式，不僅可以避免手工加熱的不確定因素，還可以提高施工效率。建議以后國內(nèi)重點油氣管道工程中積極推廣熱收縮帶中頻加熱設(shè)備和干膜安裝工藝，進一步推動我國長輸管道防腐技術(shù)的發(fā)展。

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10.3969/j．issn．1006－5539.2016.06.018

2016－06－22

李軍龍(1990－)，男，陜西渭南人，助理工程師，學(xué)士，主要從事油氣田地面工程腐蝕與防護設(shè)計工作。