管道3PE防腐層剝離機研究與應用

馮濤　高天寶　李強　孔惠敏　侯永佳　段秀芳

摘 要：對于采用三層結構聚乙烯防腐技術的油氣管網遇到外力破壞或常規(guī)老化等破損時，一旦發(fā)生油氣泄漏，需立即組織搶維修；或當正在輸送流體介質的管道在新增支管線狀態(tài)下需不得停氣停油進行切口連接時，這時包覆在鋼管表面的三層結構聚乙烯防腐層必須立即去除，否則無法實施鋼管焊接；或在埋設輸油氣管道施工過程中需去除防腐層。"管道3PE防腐層剝離機"采用變頻技術和平面電磁感應加熱技術，加熱裝置放在管道上后可在數十秒內使油氣管道外壁的3PE防腐層表面溫度達到80～100度，然后以自動或手工的方式快速地去除管道3PE防腐層及環(huán)氧粉末層。"管道3PE防腐層剝離機"可廣泛應用在油氣管道安全搶修、建設施工等諸多方面，是目前世界上最先進的油氣管道3PE防腐層快速剝離裝置。

關鍵詞：熱熔 油氣管道 3PE防腐 防腐層剝離

1前言

上世紀90年代以來，為了加強油氣長輸管道防腐，國內油氣管道開始采用三層聚乙烯（PE）外防腐技術，優(yōu)化了管道的防腐性能。但在油氣輸氣管道的事故搶修和站場施工中，需要在焊接部位清除防腐層，露出管體才能進行切割或焊接作業(yè)。由于油氣長輸管外壁包裹防腐介質，有較好的黏結強度，剝離防腐層成了影響搶修施工進度的主要問題。

青島“11.22”特別重大事故以7.5億元的直接經濟損失，換來了國家對10.6萬公里油氣長輸管道的大面積整改。據統計截至2015年底數據的顯示，隨著我國油氣開發(fā)建設，目前已形成了755條油氣長輸管線，中國除臺灣省以外的所有地區(qū)在役油氣管網總里程達到12萬公里，其中天然氣7.2萬公里，原油2.5萬公里，成品油2.3萬公里。有專家表示，現役的油氣管道約有60%服役時間超過20年，東部管網服役運行已30多年。此外，還有一些建于上世紀七八十年代的油氣管道，運行了近40年之久，管道已經銹蝕、變薄。有些輸油管線與城市的管網交叉重疊，存在很多隱患。數據顯示，我國油氣管道事故率平均為3次/（1000千米.年），遠高于美國的0.5次/（1000千米.年）和歐洲的0.26次/（1000千米.年）。油氣管網老化已成為管道安保工作的重要隱患之一。預計到2017年，我國油氣管道長度達15萬公里。未來油氣管道搶維修業(yè)務市場廣闊。

當油氣等流體介質在正常輸送過程中，輸油管道遇到外力破壞或常規(guī)老化等破損時，易導致流體泄漏，或正當在輸送流體介質的管道在新增支管線狀態(tài)下需不得停氣停油進行切口連接時，這時包覆在鋼管表面的三層結構聚乙烯防腐層（3PE）必須立即剝離，否則無法實施鋼管的切割與焊接。針對油氣管道3PE防腐層剝離困難、費時、影響搶險效率等難題，研究如何快速、高效、安全剝離油氣管道3PE防腐層是十分必要的。

2國內外相關產業(yè)和技術現狀

現在常見的傳統3PE防腐層剝離方法有三種：火燒法，打磨法，紅外加熱技術。

（1）火燒法。即用甲烷、乙炔等可燃燒氣體對管道外壁烘烤使防腐層軟化后進行去除。這種方法的缺點是，升溫速度慢，控溫不準確，工作效率低下，安全系數低，特別是在有油氣等介質情況下搶修管道，極易出現安全事故，也會造成環(huán)境污染。（2）打磨法。即用高速旋轉的不銹鋼刀與鋼管防腐層接觸并打磨將外防腐層掛掉。這種缺點是，工作效率低下，難以滿足油氣管道搶修的要求?！奥膸脚拦躊E防腐層剝離劑”和“雙頭管道防腐層去除機”，即采用打磨技術，但其安裝特別繁瑣，且只能用在大口徑油氣管道，實際應用很少?，F在市場上并沒有開發(fā)出高效的可廣泛應用的剝離3PE防腐層打磨“產品”。（3）紅外線加熱技術。采用紅外加熱技術對包覆的防腐層進行由外向內輻射加熱。該方法缺點是，工作效率低，去除一塊防腐層一般需要20～30分鐘，剝除一個管徑為1219mm的管道一整圈防腐層需2個小時左右，且受到作業(yè)環(huán)境因素影響很大，特別是在冬季時無法使用，該技術在油氣管道行業(yè)基本上沒有推廣。

3工作原理

根據電磁感應加熱原理，采用先進的變頻技術和電磁加熱技術將大功率能量集中釋放，“管道3PE防腐層剝離機”的加熱裝置在貼近管道表面后產生無數渦流進行加熱，迅速使管道外壁溫度上升、由內向外快速透熱，在數十秒內即可使管道3PE防腐層表面溫度達到80～100度后3PE防腐層表面軟化，然后采用自動或手動方式快速地剝離管道3PE防腐層。

該系統包括鐵氧體、變頻電源、繞組，將繞組安裝到鐵氧體上，繞組與變頻電源連接，變頻電源給繞組提供一個高頻電壓，當繞組接觸至管道外壁后，通過鐵氧體材料在管道壁產生一個低電壓大電流的磁場，使得管道壁迅速發(fā)熱，繼而使防腐層軟化后可以方便地去除。在外殼上安裝耐高溫絕緣把手，將繞組安裝至鐵氧體材料后用耐高溫膠進行封裝。

4現場試驗參數

油氣管道3PE防腐層由：底層環(huán)氧粉末（FBE）、中層膠粘劑（AD）、表層聚乙烯（PE）組成。天然氣的燃點為650℃；液化氣的燃點為539℃；聚乙烯的燃點為340℃（其中，高密度聚乙烯熔點范圍為125～137℃，低密度聚乙烯熔點在105～115℃且范圍寬）；管線剛表面產生明顯應變時效的溫度200℃左右；3PE防腐層粘接的熱熔膠軟化點在180～220℃；環(huán)氧粉末固化的溫度230℃左右；熱熔結環(huán)氧涂層的防腐工藝要求是：熱熔噴涂與250℃左右鋼管基體發(fā)生反應而生成鋼塑合金層?！队蜌夤艿拦こ啼撡|管道溶結環(huán)氧粉末外涂層技術規(guī)范》（Q/SY GJX 144-2012）第7.2.2款規(guī)定，“涂敷過程中鋼管溫度控制在環(huán)氧粉末涂料生產商的推薦范圍內，且不應超過275℃，并滿足鋼管的加熱溫度限制。”“管道3PE防腐層剝離機”在加熱過程中，設備的控制系統將3PE防腐層表面溫度控制在80～100℃左右，此溫度僅達到聚乙烯防腐層軟化，而此時管道底層的環(huán)氧粉末（FBE）未融化、管道內壁的溫度未超過200℃。聚乙烯防腐層軟化后即可采用自動或手動方式將其去除。因“管道3PE防腐層剝離機”的加熱裝置在加熱過程中的溫度并沒有超過200℃，且在熱熔結環(huán)氧涂層的防腐工藝要求的鋼管溫度275℃以下，因此鋼管不會產生應變時效、管線剛力學性能不會發(fā)生變化，設備使用安全。

5 結論

“管道3PE防腐層剝離機”解決了大口徑油氣管道搶修中防腐層難以剝離、影響搶修效率的難題；施工現場沒有明火，安全可靠；操作簡單，安裝簡便。比火燒法、打磨法、紅外線加熱法更加環(huán)保，高效?？蓮V泛應用在石油、石化流體介質管道輸送行業(yè)中的安全搶修、管道建設施工等諸多方面，是目前世界上最先進的油氣管道3PE防腐層剝離裝置。

參考文獻：

[1]李秋萍.燃氣鋼管三層結構PE防腐涂層的質量控制【J】.煤氣與熱力，2005，25（8）：24-28.

[2]龍志斌，龍云正，汪頤，等.鋼管3PE外防腐多層聚烯烴涂敷新工藝介紹[J].焊管，2009，32（10）：40-42.

作者簡介：

馮濤，男，1985年7月，2008年畢業(yè)于山東建筑大學工程學士學位，現工作于中石化勝利油建工程有限公司技術中心從事工程設計。