海底管道節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)發(fā)展概況

趙　利，武占文，相政樂，賈　振，楊　彪，彭傳偉中海油能源發(fā)展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

海底管道節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)發(fā)展概況

趙利，武占文，相政樂，賈振，楊彪，彭傳偉
中海油能源發(fā)展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

結(jié)合國內(nèi)外海底管道節(jié)點防腐補口的技術發(fā)展，對目前國外最常用海底管道節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)及工程應用情況進行了介紹，主要包括三層聚烯烴熱收縮涂層、噴涂聚脲涂層及“FBE+改性/復合聚烯烴”防腐涂層結(jié)構(gòu)及其工程應用。通過總結(jié)分析得出如下結(jié)論：在淺水海域和邊際油田開發(fā)中，三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)得到了較好的發(fā)展與應用；在深海、超深海領域，我國在管道節(jié)點防腐補口技術方面與國外還存在較大的差距，采用“FBE+改性/復合聚烯烴”涂層結(jié)構(gòu)將是我國未來深水海底管道節(jié)點防腐補口涂層的主要發(fā)展方向。

海底管道；節(jié)點補口；防腐涂層；改性/復合聚烯烴

管道運輸已成為油氣輸送最為經(jīng)濟和安全的運輸方式［1］，管道的長期穩(wěn)定運行對保障能源運輸至關重要。腐蝕作為管道最主要的破壞形式之一，造成的管道破壞事故正逐年增多，因此近年來油氣管道的腐蝕防護得到了高度關注［2-5］。

在油氣管道防腐中，節(jié)點補口作為油氣管道防腐最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，其補口涂層性能的優(yōu)劣顯著影響整條長輸管道的使用壽命。尤其對于服役環(huán)境更為惡劣的海底管道，節(jié)點補口涂層的腐蝕防護性更為重要，海底油氣管道節(jié)點防腐涂層的結(jié)構(gòu)與涂敷工藝被國內(nèi)外管道建設公司和專家廣泛研究［6-10］。

本文在綜合目前國內(nèi)現(xiàn)有節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)的基礎上，針對節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)和補口工藝兩個方面概述了國外海底管道節(jié)點防腐涂層的發(fā)展動態(tài)。同時展望了今后我國深水節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)和補口工藝的發(fā)展方向及發(fā)展趨勢。

1“液態(tài)環(huán)氧底漆+熱收縮帶”三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)

“液態(tài)環(huán)氧底漆+熱收縮帶”三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)由底層的液態(tài)環(huán)氧底漆和外層帶有熱熔膠的聚烯烴熱收縮帶構(gòu)成。相對于早期“熱熔膠+熱收縮帶”的兩層節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)，液態(tài)環(huán)氧底漆的引入提高了三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)的抗陰極剝離性能，增強了聚烯烴熱縮涂層與鋼管的附著力及其與3LPE涂層的兼容性，在整體上顯著提高了節(jié)點補口的防腐性能。

三層聚烯烴熱縮節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)已成為國內(nèi)外3LPE防腐管道普遍采用的節(jié)點補口涂層結(jié)構(gòu)，但該涂層結(jié)構(gòu)在實際海底管道節(jié)點應用中仍存在一定程度的補口質(zhì)量問題：第一，慢固化體系液態(tài)環(huán)氧底漆加熱固化后，快速固化產(chǎn)生較大的內(nèi)應力不利于其與鋼基材的長期附著；第二，熱收縮帶的安裝仍普遍依賴人工火焰噴槍烘烤，施工效率較低，也無法避免操作人員素質(zhì)差異產(chǎn)生的質(zhì)量不確定性，對于目前使用最多的具有高軟化點和高剪切力熱熔膠熱收縮帶的施工尤其如此。

為了盡可能降低熱收縮帶補口施工的人為影響，海底管道節(jié)點自動行走噴砂除銹機、節(jié)點鉗式中頻感應線圈及熱收縮帶紅外加熱安裝設備得到了開發(fā)和應用［11-13］。同時伴隨著涂敷工藝日益成熟，三層聚烯烴熱收縮涂層結(jié)構(gòu)應用于現(xiàn)場海底管道補口，其補口質(zhì)量和施工效率有了顯著提高，促進了該涂層結(jié)構(gòu)在國內(nèi)淺水海域和邊際油田開發(fā)中的推廣應用。目前，該節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)已在國內(nèi)錦州9-3、墾利10-1及渤中34-1等項目的3LPE和3LPP海底管道防腐補口中得到了成功的應用。

2　聚脲涂層

針對低溫等惡劣條件下補口材料與3LPE涂層出現(xiàn)難于粘接的問題，國外公司開發(fā)出海底管道節(jié)點噴涂聚脲防腐工藝［14-16］。聚脲涂層是通過異氰酸酯與氨基化合物（端氨基聚醚、胺類擴鏈劑）以高壓噴涂形式進行快速反應而形成的彈性體材料。聚脲涂層具有優(yōu)良的機械性能、耐化學腐蝕性和良好的防水性，同時聚脲材料也具有較高自催化活性，聚脲噴涂施工對環(huán)境溫度、濕度影響不敏感，可在低溫條件下快速反應成形。在3LPE防腐管道補口施工中，只需對搭接PE涂層進行極化處理（電暈、火焰極化等）即可進行噴涂補口，顯著提高了補口質(zhì)量和效率。

盡管聚脲有很好的理化性能，但由于聚脲與鋼基材間的鍵合易受強堿環(huán)境破壞，因此聚脲涂層的抗陰極剝離性能較弱。為提高聚脲涂層的抗陰極剝離性能，聚脲材料的改性研究在國內(nèi)得到了大量關注。孫晶［17］等人對改性聚脲進行了大量的研究，通過調(diào)整聚脲原料配方、配比及添加改性助劑等手段制備出改性聚脲材料，有效地提高了聚脲涂層的耐陰極剝離性能，填補了國內(nèi)低溫極寒地區(qū)補口的技術空白。

目前，聚脲涂層已在印度尼西亞能源公司海底輸氣管道節(jié)點防腐中得到了成功的應用。在國內(nèi)，隨著節(jié)點聚脲噴涂補口自動化設備的開發(fā)，聚脲涂層在蘭銀線3LPE陸地管道節(jié)點防腐中得到了應用，在國內(nèi)海底管道節(jié)點防腐中聚脲涂層還未見應用。噴涂聚脲涂層在3LPE海底管道節(jié)點補口中展現(xiàn)出了巨大的潛在優(yōu)勢，其必將成為低溫環(huán)境3LPE海底管道現(xiàn)場補口涂層的首選涂層結(jié)構(gòu)。

3“FBE+改性/復合聚烯烴”涂層結(jié)構(gòu)

隨著深水油氣田的不斷開發(fā)，深水管道面臨著更為苛刻的服役環(huán)境，這給管道節(jié)點的腐蝕防護提出了更高的要求。針對3LPE/3LPP海底管道節(jié)點防腐特點，國外公司開發(fā)出海底管道現(xiàn)場節(jié)點FBE噴涂技術，顯著提高了節(jié)點防腐層與主體管道FBE底涂層的兼容性和一致性，使節(jié)點防腐性能和補口效率得到了極大提高，同時也促進了與節(jié)點FBE底涂層相配套的節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)及涂敷工藝的不斷發(fā)展。

3.1“FBE+改性PE”涂層結(jié)構(gòu)

“FBE+改性PE”涂層是一種與3LPE防腐管相配套的新型節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)底層為噴涂FBE涂層，外層擠塑涂敷化學改性PE涂層。

PE材料進行化學接枝改性后，材料的化學極性不但得到了顯著提高，同時該材料仍保留較高的機械強度?，F(xiàn)場節(jié)點補口時，擠塑的化學改性PE涂層無需膠黏劑即可與預熱后的FBE涂層產(chǎn)生極強的化學粘接，而且其與預熱后的主體PE涂層也展現(xiàn)出良好的搭接效果。

因此，“FBE+改性PE”節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了與主體3LPE防腐層較高的一致性和兼容性。Borealis公司和KWH公司已聯(lián)合開發(fā)出改性PE涂層材料及與其相配套的現(xiàn)場自動擠塑涂敷設備，并在中東水下油氣管道補口中得到了成功應用。

3.2“FBE+復合PP”涂層結(jié)構(gòu)

“FBE+復合PP”涂層是一種為3LPP海底管道節(jié)點補口開發(fā)的新型節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)，底層噴涂FBE涂層，外層纏繞半互穿網(wǎng)絡聚合PP涂層。

半互穿網(wǎng)絡聚合PP是由線性聚丙烯和環(huán)氧交聯(lián)單體構(gòu)成的熱固性復合材料［18-19］，該材料不但具有與PP材料相同的機械強度，而且可與環(huán)氧類材料產(chǎn)生極高的反應活性。復合PP材料預制成的帶狀涂層材料經(jīng)過現(xiàn)場涂裝預熱后，在無需涂敷膠黏劑的條件下可與預熱的FBE層實現(xiàn)較強的化學粘接，同時其與預熱后的主體PP涂層也可實現(xiàn)良好熔接。因此，“FBE+復合PP”節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)與3LPP防腐層展現(xiàn)出較高的兼容性。針對該節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)，3M公司聯(lián)合OJS公司開發(fā)出帶有伴熱功能的現(xiàn)場節(jié)點自動涂敷設備，極大地推動了該節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)在3LPP海底管道補口施工中的應用。

目前，在西歐北海Nuggets深水天然氣項目中，PIH公司已成功將“FBE+復合PP”節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)應用到管徑為12 in（1 in=25.4 mm）3LPP海底管道的防腐補口中。

3.3“FBE+噴涂粉末膠黏劑+火焰噴涂PP”涂層結(jié)構(gòu)

伴隨火焰噴涂塑料工藝及設備的日趨成熟，噴涂聚烯烴在海底管道防腐補口中的應用得到了推廣［20-23］。利用高壓氣流將加熱熔融的聚烯烴顆粒噴射到節(jié)點位置進行補口，不但有效改善了聚烯烴涂層與底涂層的附著力，而且明顯提高了補口施工效率。針對3LPP海底管道現(xiàn)場防腐補口，CCSI、Tecno Supply等國外管道建設公司已開發(fā)出“FBE+噴涂膠黏劑粉末+火焰噴涂PP”節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)，即底層為FBE，中間層為噴涂PP膠黏劑，外層為火焰噴涂PP涂層。該涂層結(jié)構(gòu)使節(jié)點防腐性能得到極大提高，又實現(xiàn)了與3LPP涂層的完美兼容。雖然該節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)在海底管道補口中還未得到大量推廣，但隨著噴涂膠黏劑粉末自動噴涂機、大口徑火焰噴涂槍系統(tǒng)等海上現(xiàn)場噴涂補口設備的不斷研發(fā)，該節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)已在3LPP深水管道補口中展現(xiàn)出巨大的應用前景。

4　結(jié)束語

通過以上對海底管道節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)發(fā)展狀況的總結(jié)，不難看出，在淺水海域和邊際油田開發(fā)中，傳統(tǒng)的三層聚烯烴熱縮節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)得到了較好的發(fā)展應用。隨著海洋油氣勘探從淺海走向深海，甚至超深海，傳統(tǒng)的節(jié)點防腐涂層已不能滿足深水防腐要求。我國深水海底管道涂敷技術與世界先進水平間還存在著較大差距，以FBE為底涂層的節(jié)點涂層結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了更為優(yōu)異的防腐性能和良好的現(xiàn)場施工性，采用與主體涂層兼容性更佳的“FBE+改性/復合聚烯烴”節(jié)點防腐涂層結(jié)構(gòu)將是我國深水油氣管道補口的發(fā)展方向。

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Review on Development ofField Joint Coating Structure for Offshore Pipelines

ZHAO Li，WU Zhanwen，XIANG Zhengle，JIAZhen，YANG Biao，PENG Chuanwei
CNOOC Energy Technology and Services-Pipe Engineering Co.，Tianjin 300452，China

The current filed joint coating for offshore pipelines which covers the three-layer heat shrinkable coating of polyolefin，spraying polyurea coating and“FBE+modified/composite polyolefin”coating structure as well as the corresponding project application are introduced combined with the technological development of joint coating.The following conclusions are obtained by summarizing and analyzing：In development of the oilfield which is located in shallow waters and marginal region，the three-layer heat shrinkable sleeve of polyolefin with liquid epoxy primer is applied successfully in the field joint coating for offshore pipelines；With the gradual exploring of petroleum and natural gas from shallow water oilfields to deep sea oilfields and ultra-deep water oilfields，a large gap on the technology of field joint coating between overseas professionalpipeline construction companies and domestic pipeline construction companies is stillexisted；“FBE +composite/modified polyolefin”coating structure will be the main field joint coating structure used in domestic deep water fields.

offshore pipeline；field joint；anticorrosion coating；modified/composite polyolefin

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.002

趙利（1982-），男，山西臨汾人，工程師，2006年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學礦物加工工程專業(yè)，現(xiàn)從事海底管道防腐、保溫及配重技術研究工作。Email：Zhaoli2@cnooc.com.cn

2015-05-26；

2015-08-10