環(huán)氧涂層與干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)補口施工技術(shù)

秦海燕 趙常英 賈光猛

摘 要：三層輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶補口是我國長輸管道應(yīng)用最多的補口方式，熱收縮帶補口按施工工藝分為濕膜施工和干膜施工，西氣東輸二線廣西支線采用環(huán)氧涂層與干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)補口。在現(xiàn)場試驗時出現(xiàn)了底漆漏點過多的問題，結(jié)合廣西支線補口問題原因及解決措施，從而提出了環(huán)氧涂層與干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)的詳細(xì)補口施工技術(shù)。

關(guān) 鍵 詞：干膜；補口；預(yù)熱溫度

中圖分類號：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）04-0787-04

Abstract： Three layers of radiation crosslinked polyethylene heat shrinkable belt joint is the most commonly used way of repairing in long distance gas transmission pipelines in our country， heat shrinkable belt joint in construction process is divided into wet film construction and dry film construction. The second line of west-east gas pipe Guangxi branch used composite structure joint with epoxy coating and dry film thermal shrinkage belt. In field test， there was the problem of much primer leakage points， combined with Guangxi regional joint problem causes and solutions， repairing construction technology with epoxy coating and dry film heat shrinkable belt compound structure was put forward.

Key words： Dry film； Joint； Preheating temperature

目前三層輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶（以下簡稱熱收縮帶）補口是我國長輸管道應(yīng)用最多的補口方式，熱收縮帶補口按施工工藝分為濕膜施工和干膜施工，西氣東輸二線廣西支線采用干膜安裝工藝，在環(huán)氧涂層外安裝熱收縮帶，并提高環(huán)氧底漆厚度，即采用了環(huán)氧涂層與干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)補口施工技術(shù)。在現(xiàn)場試驗時出現(xiàn)了底漆漏點過多的問題，本文結(jié)合廣西支線補口問題原因及解決措施，提出了環(huán)氧涂層與干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)的詳細(xì)補口施工技術(shù)。

1 熱收縮帶安裝方式

熱收縮帶安裝方式分為濕膜安裝、干膜安裝[1]。過去無論國內(nèi)、國外的熱收縮帶補口標(biāo)準(zhǔn)都沒有底漆漏點檢測的規(guī)定，包括ISO 21809-3、NACE RP 0303和GB/T 23257，這是因為底漆只是熱收縮帶防腐結(jié)構(gòu)中的一部分，且厚度比較低。通過跟蹤檢測，人們發(fā)現(xiàn)熱收縮帶失效后有些底漆漆膜完好，有些已經(jīng)難以觀察到局部完整的漆膜，底漆漆膜完好的鋼管仍然受涂層保護(hù)，而漆膜不完整的鋼管已出現(xiàn)銹蝕。于是，采用干膜安裝、底漆加厚、將底漆設(shè)計成完整防腐層的主張被提了出來，即液體環(huán)氧防腐層+熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)。干膜安裝、濕膜安裝及液體環(huán)氧防腐層+熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)三種補口結(jié)構(gòu)的區(qū)別論述如下。

1.1 濕膜安裝

濕膜安裝對底漆鋼的粘接主要是靠膠中的反應(yīng)基團(tuán)對底漆的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合。補口作業(yè)時，在熱收縮帶配套的環(huán)氧樹脂底漆未實干之前即完成熱收縮帶的熱縮過程。底漆的作用只是增加熱收縮帶與裸管、PE的粘結(jié)性，不是作為防腐層使用。

主要優(yōu)點：安裝烘烤時間較短，熱收縮帶收縮完成后，回火只要求熱熔膠達(dá)到熔融，用指觸熱收縮帶基材背面，加之用肉眼觀察熱收縮帶邊緣溢膠情況，即可判明回火質(zhì)量。

主要爭議與問題：底漆膜在施工時難以保持完整，底漆對3PE搭接面的粘接和耐久性不可靠，密封失效后底漆不具有防腐功能。熱收縮帶安裝過程中的氣泡趕壓等操作也基本上是在底漆未固化狀態(tài)進(jìn)行的，而且底漆涂覆后無法做涂層性能檢測。因此，濕膜法容易出現(xiàn)底漆涂敷不均勻、局部厚度不足、無法進(jìn)行漏點檢測等問題。大量檢測表明，濕膜帶補口時不僅熱收縮帶粘結(jié)失效較為普遍，而且失效熱收縮帶下鋼管表面的底漆普遍失效。為此，近期在我國管道建設(shè)中開始推行干膜補口工藝。

1.2 干膜安裝

干膜安裝是在當(dāng)前廣泛應(yīng)用[2，3]的濕膜補口工藝的基礎(chǔ)上，通過采用增加環(huán)氧底漆固化時間或提高補口處鋼管表面溫度等方法，使得環(huán)氧底漆固化，可以在熱收縮帶安裝前進(jìn)行底漆厚度、漏點等方面的檢測。其他方面與濕膜補口工藝基本一致。干膜安裝工藝需要采用適用于干膜安裝的熱熔膠，這種膠和常規(guī)用濕膜安裝工藝的熱收縮帶的膠完全不同，理論上講，干膜膠主要是靠膠對3PE表面的滲透、融合，膠對底漆鋼表面的浸潤和極性結(jié)合，實現(xiàn)粘接。

主要優(yōu)點：實際檢測表明粘接耐久性好，包括對3PE搭接面的粘接；密封失效后，底漆膜具有防腐性能，底漆膜較為完整。目前的檢測表明，干膜帶補口的防腐效果更好，防腐層結(jié)構(gòu)更合理。

缺點：干膜膠的成本比濕膜膠的成本更高；干膜帶底漆的涂刷要求更嚴(yán)格，如要求達(dá)到一定的底漆厚度和厚度均勻性，就需要采用多道涂敷，在前一道漆表干后涂刷下一道漆；熱收縮帶收縮后，回火時間更長，要求3PE搭接表面溫度、底漆鋼表面溫度達(dá)到膠的軟化點甚至熔點之上。因此，材料成本、施工成本都更高，補口效率較低。

1.3 液體環(huán)氧防腐層+熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)

液體環(huán)氧防腐層+熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)是將底漆的功能強(qiáng)化成為完整的防腐層。實際上，這種結(jié)構(gòu)就是先做液體環(huán)氧防腐補口，熱收縮帶的作用已經(jīng)退次為外護(hù)層。

優(yōu)點：底層液體環(huán)氧成為完整的補口防腐層，熱收縮帶則可以起到阻斷或限制腐蝕介質(zhì)進(jìn)入的作用，補口防腐結(jié)構(gòu)可靠性高。

缺點：材料成本、施工成本比干膜安裝更高，作業(yè)效率更低。尤其是液體環(huán)氧補口涂敷的工藝過程更長、質(zhì)量控制和檢驗項目更多。

2 廣西支線補口施工中的問題及解決措施

2.1 存在問題

在廣西支線進(jìn)行熱收縮帶安裝試驗時，發(fā)現(xiàn)防腐補口帶有氣泡和空鼓、環(huán)氧底漆漏點過多的問題。

2.2 原因分析

關(guān)于防腐補口帶有氣泡和空鼓屬于操作人員責(zé)任心、施工技術(shù)問題；

關(guān)于底漆漏點過多的問題，廣西支線采用液體環(huán)氧防腐層（300 ?m）+熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)干膜安裝。環(huán)氧底漆的固化性能按照常規(guī)干膜安裝工藝設(shè)置的，固化速度快；鋼管預(yù)熱溫度設(shè)置較高，為80～90 ℃，以加速底漆的固化。但過于強(qiáng)調(diào)干膜固化速度的結(jié)果是：使底漆在鋼管表面沒有足夠的時間流平，漆膜中裹夾的氣泡不能在涂刷過程中消除，造成底漆表面不平整、表面有麻面等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致了針孔過多。

2.3 解決措施

關(guān)于防腐補口帶有氣泡和空鼓的問題，操作人員應(yīng)掌握收縮要領(lǐng)，及時地將氣泡趕除，加強(qiáng)責(zé)任心。

關(guān)于底漆漏點過多的問題，解決措施為：

（1）降低固化劑的用量

減少一定數(shù)量的固化劑用量[4]，使固化速度有所降低，但底漆涂層的物理化學(xué)性能保持不變；即底漆固化劑降低8%，樹脂組分按比例相應(yīng)增加2%，成膜物總含量維持不變；

（2）降低鋼管預(yù)熱溫度

適度降低鋼管溫度，延長底漆的固化時間，以使底漆涂刷有充分的時間，利于涂料的流平和氣泡的趕除，經(jīng)過反復(fù)試驗證明鋼管溫度預(yù)熱在70～75℃之間最為理想。

廣西支線補口采用環(huán)氧涂料補口防腐+熱收縮帶外護(hù)復(fù)合結(jié)構(gòu)，為了保證底漆漆膜的完整性，應(yīng)采用多道涂敷的方式進(jìn)行涂敷，在3～5 min之內(nèi)完成4道涂刷，底漆的實干時間需要15 min左右，累計時間需要約20 min。這個時間過程是必須的，可確保液體環(huán)氧補口實干后滿足漏點等質(zhì)量檢測要求，達(dá)到保證液體環(huán)氧防腐補口質(zhì)量的目的。

3 環(huán)氧涂層+干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)補口施工技術(shù)

根據(jù)補口試驗問題及解決措施，本文提出了適合于廣西支線工況的環(huán)氧涂層+干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)補口施工技術(shù)要求，可供其他工程環(huán)氧涂層+干膜熱收縮帶復(fù)合結(jié)構(gòu)參考使用。

3.1 噴砂除銹

在進(jìn)行噴砂除銹前，采用火焰加熱器將補口部位的鋼管表面預(yù)熱至40～50 ℃，并保持鋼管表面干燥。

對補口部位鋼管表面進(jìn)行噴砂除銹處理，并用壓縮空氣將除銹后的表面灰塵及砂粒吹掃干凈，使鋼管表面質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級，錨紋深度要求50～90μm。表面處理后，應(yīng)將聚乙烯防腐層邊緣的毛茬處理掉，在2 h以內(nèi)進(jìn)行底漆涂刷作業(yè)。表面返銹時，應(yīng)重新進(jìn)行表面處理。

3.2 PE表面預(yù)熱、拉毛

預(yù)熱前，先用毛巾擦凈PE層搭接表面，并在聚乙烯表面做好定位線標(biāo)志。對聚乙烯防腐層表面寬度為150 mm進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度約100 ℃。同時用鋼絲刷對兩側(cè)寬度為≤110 mm PE層進(jìn)行拉毛。

3.3 底漆涂刷及檢測

3.3.1 底漆涂刷

（1）涂敷前預(yù)熱

涂敷前，先用毛刷清理鋼管表面，由兩名施工人員各用1個烤把鋼管表面溫度預(yù)熱到70～75 ℃。

（2） 涂敷

先將1/4左右的底漆倒在管頂12點分界線兩邊（11點與1點位置），在底漆向下流淌時用刷子/輥子沿著管子周向均勻涂刷底漆，要反復(fù)沿周向涂刷，第一遍必須全部覆蓋完鋼管，并將氣泡趕盡，等到底漆在拉涂過程中有少許的阻力的情況下，再把第二部分（1/4左右）的底漆倒在鋼管頂部位置并進(jìn)行涂刷，并保持涂刷均勻。依次進(jìn)行第三、第四遍涂刷。整個涂刷過程應(yīng)在3～5 min完成。焊縫處應(yīng)有意多涂底漆，應(yīng)注意環(huán)焊縫上、聚乙烯防腐層缺損處理端面的涂敷，滾拉次數(shù)、涂漆量要更多。必要時，可以多涂一遍，厚涂或填充聚乙烯防腐層缺損部位。

3.3.2 底漆實干

底漆實干是指用手指推不動。實干后的底漆表面應(yīng)平整、無流掛、無開裂、無桔皮等缺陷。若底漆固化前被泥水玷污，應(yīng)清理后重新涂刷。如果大面積被泥水玷污，則應(yīng)噴砂處理后再重新涂刷底漆。若實干后被泥水沾污，可用毛巾擦洗干凈。

3.3.3 底漆質(zhì)量檢測

底漆達(dá)到實干后即可進(jìn)行檢測。如采用流水工序，分別進(jìn)行底漆涂敷、熱收縮帶安裝作業(yè)，宜在底漆固化后進(jìn)行檢測。

（1）厚度檢測

采用磁性測厚儀測量底漆厚度，要求平均厚度≥400 μm、控制最小厚度≥350 μm，如果厚度達(dá)不到要求應(yīng)進(jìn)行修補（用配套修補專用底漆，其修補方法同底漆涂刷）。

（2）電火花檢漏

用電火花檢漏儀對底漆進(jìn)行檢漏，檢漏電壓按2 kV設(shè)定。若發(fā)現(xiàn)漏點應(yīng)進(jìn)行修補（用配套修補專用底漆及涂刷工具），直至電火花檢漏測試合格為止。

（3）附著力檢測

管體溫度降至環(huán)境溫度后，在鋼管上部方便操作處，用刀尖沿鋼管軸線方向在涂層上刻劃兩條相距10 mm的平行線，再刻劃兩條相距10 mm并與前兩條線相交成30°角的平行線，形成一個平行四邊形。要求各條刻線必須劃透涂層。然后，把刀尖插入平行四邊形各內(nèi)角的涂層下，施加水平推力。涂層成片狀剝離，則判定附著力不合格，應(yīng)噴砂打掉涂層，重新涂敷，如涂層成碎末狀剝離，則判定附著力合格。附著力測試所破壞的防腐層，應(yīng)立即涂漆修補。

3.4 安裝熱收縮帶

每班涂刷完底漆的焊口宜在當(dāng)班內(nèi)完成熱收縮帶的安裝；因故推遲，應(yīng)在一周內(nèi)盡早完成熱收縮帶的安裝。熱收縮帶安裝由兩名施工人員操作。

（1）預(yù)熱

熱收縮帶安裝前應(yīng)加熱使底漆表面溫度達(dá)到80～90 ℃，搭接PE兩側(cè)的溫度110～120 ℃。

（2）熱收縮帶就位

熱收縮帶安裝應(yīng)以定位線為基準(zhǔn)，確保熱收縮帶在完全收縮后與原PE層的搭接寬度≥100 mm。先對熱收縮帶印有搭接線一端的熱熔膠面進(jìn)行加熱，加熱寬度約300 mm，快速將其貼在鋼管表面2點左右的位置，用壓輥從中間分別向兩端壓平。再在搭接端外沿水平粘貼一根膠條（將其加熱至40 ℃左右）。再加熱另一端約300mm寬的熱熔膠面，將端面對準(zhǔn)搭接線標(biāo)記粘好，用壓輥從中間分別向兩端壓平。

（3）安裝固定片

加熱固定片膠層至充分軟化后，將固定片平整地搭在熱收縮帶重疊的接縫處。用壓輥反復(fù)碾壓固定片，應(yīng)注意壓平固定片以及兩層熱收縮帶接縫處。

（4）加熱收縮

從熱收縮帶中間沿周向均勻烘烤加熱，使其中部首先完成環(huán)形收縮，然后向兩側(cè)移動烤把，使熱收縮帶環(huán)形收縮向兩邊擴(kuò)展。在熱收縮帶整體收縮接近完成時，可用火焰加熱器的外焰火直接對熱收縮帶與聚乙烯之間的縫隙進(jìn)行加熱（加熱器槍頭距離熱收縮帶邊緣100～150 mm），使熱收縮帶邊沿略微向防腐層表面彎曲，直至熱收縮帶完全收縮到鋼管上為止。在收縮過程中應(yīng)上下大幅度擺動火焰加熱器，避免對某一點位置長時間燒烤。

（5）回火

熱收縮帶整體收縮完成后，應(yīng)對熱收縮帶整體再加熱8～12 min進(jìn)行回火?；鼗鹩眉訜崞鞯耐庋婊?，距離熱收縮表面100～200 mm。回火過程中，熱收縮帶表面溫度應(yīng)達(dá)到150～180 ℃，以約160℃為宜。應(yīng)注意聚乙烯搭接面部位的回火，回火時間應(yīng)更長一些，火焰應(yīng)超過熱收縮帶邊緣。

可用指壓法輔助檢查熱熔膠熔化情況，以確認(rèn)熱熔膠是否充分熔化并保持熔化狀態(tài)，保證粘接良好。

（6）趕氣泡

回火完畢后，采用壓輥滾壓熱收縮帶表面，將氣泡從兩邊趕出；在滾壓熱收縮帶邊沿時應(yīng)小心操作，避免邊沿部位熱熔膠過多壓出。同時注意力道和手法，避免出現(xiàn)膠被趕薄太多的現(xiàn)象產(chǎn)生。

（7）密封保護(hù)

整個安裝過程完成后，在沿周向的固定片兩邊位置各安裝一根膠條封邊，安裝加熱溫度為120～150 ℃。應(yīng)用膩子刀將膠條往里推，充分熔化膠條，避免裹氣，并將封膠刮成坡面。固定片軸向兩側(cè)邊緣抹上一層底漆。至此補口操作完成。

3.5 補口質(zhì)量檢驗

補口質(zhì)量應(yīng)檢驗外觀、漏點和粘結(jié)力（剝離強(qiáng)度）等三項內(nèi)容。

（1）外觀檢查

補口的外觀應(yīng)逐個目測檢查，熱收縮帶表面應(yīng)平整、無皺折、無氣泡、無燒焦炭化等現(xiàn)象；熱收縮帶周向應(yīng)有膠粘劑均勻溢出。熱收縮帶三層PE防腐層搭接長度≥100 mm，熱收縮帶周向搭接長度≥80 mm。固定片與熱收縮帶搭接部位的滑移量不超過5 mm。

（2）電火花檢漏

每個補口均應(yīng)用電火花檢漏儀進(jìn)行漏點檢查。檢漏電壓為15 kV。若有漏點，應(yīng)重新補口并檢漏，直至合格為止。

（3）剝離強(qiáng)度檢測

補口后熱收縮帶的粘結(jié)力按GB/T23257附錄J規(guī)定的方法【5】進(jìn)行檢測，測量時管體溫度宜為10～35 ℃，如現(xiàn)場溫度過低或過高，可將防腐層加熱或冷卻至測試溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試，剝離強(qiáng)度應(yīng)不小于50 N/cm，破壞狀態(tài)為內(nèi)聚破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉春艷.熱收縮帶干、濕膜安裝工藝研究.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)， 2012，24（3）：263-264.

[2] 路薇，王冬雪，姚文波. 防腐補口干膜法在成品油長輸管道線路工程中的應(yīng)用[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量2012（3）：296.

[3] 梁建國，陳國順. 干膜法防腐補口工藝在蘭鄭長成品油管道工程中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2009，35（1）：36-38.

[4] 楊明新，曹軼輝，趙忠剛，董彬.熱收縮帶補口材料底漆性能的試驗比對[J].油氣儲運，2013，32（7）：764-766.

[5] 埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層 GB/T23257-2009[S].