液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)在長輸管道中的質(zhì)量控制

張秀云 韓建波 張 羽 陳世偉 王志剛

1.廣西天然氣管道有限責(zé)任公司, 廣西 北海 536000；2.中國天辰工程有限公司, 天津 300400；3.中海福陸重工有限公司, 廣東 珠海 519000

0 前言

長輸管道的防腐保護(hù)效果直接關(guān)系到油氣輸送的安全性、可靠性及輸送管道的使用壽命[1-2]。外防腐涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)措施是長輸油氣管道腐蝕控制的重要手段,而外防腐涂層作為腐蝕控制的首要防線[3-5],在腐蝕控制中起著至關(guān)重要的作用。目前國內(nèi)外在役管道多采用3 PE防腐,3 PE防腐層現(xiàn)場補(bǔ)口作為埋地管道防腐施工的重要工序,是整條管道防腐最薄弱的環(huán)節(jié),制約著管道防腐的完整性[6-8]。補(bǔ)口熱收縮帶(套)系列產(chǎn)品是大型長輸管道3 PE防腐層焊口防腐的主流產(chǎn)品,但隨著對補(bǔ)口質(zhì)量要求的不斷提高,熱收縮帶(套)的使用已不能滿足使用要求[9-11]?！半p組份無溶劑液體環(huán)氧涂料”防腐補(bǔ)口工藝作為近年來的一種新型補(bǔ)口工藝,其外觀質(zhì)量、力學(xué)性能、防腐效果較熱收縮帶(套)補(bǔ)口工藝有較大優(yōu)勢,將會越來越多地應(yīng)用于長輸管道的焊口防腐之中[12]。

長輸管道通?？缭讲煌貐^(qū),面臨的環(huán)境也較為復(fù)雜[13-15]。及時(shí)歸納分析不同環(huán)境中長輸管道的補(bǔ)口質(zhì)量問題,并提出切實(shí)有效的針對性措施,不僅可以提高補(bǔ)口質(zhì)量,同時(shí)可以提高在役管道的使用壽命。本文以中石化廣西天然氣管道項(xiàng)目為工程背景,就液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)在兩廣地區(qū)施工過程中易發(fā)生的質(zhì)量問題進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析,并針對如何提高補(bǔ)口質(zhì)量提出了合理化建議,可為液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)在我國實(shí)際環(huán)境中的后續(xù)應(yīng)用提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)簡介

管道補(bǔ)口材料與技術(shù)的發(fā)展與干線管道防腐層材料與技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)[7]。國內(nèi)長輸管道防腐技術(shù)主要經(jīng)歷了石油瀝青防腐、環(huán)氧煤瀝青防腐、聚乙烯膠粘帶防腐、擠壓聚乙烯(2 PE)防腐、熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)防腐、改進(jìn)煤焦油瓷漆防腐、三層聚乙烯(3 PE)防腐、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末和三層聚丙烯(3 PP)防腐等的發(fā)展。相應(yīng)的長輸管道補(bǔ)口技術(shù)主要經(jīng)歷了石油瀝青補(bǔ)口、環(huán)氧煤瀝青補(bǔ)口、聚乙烯粘膠帶補(bǔ)口、環(huán)氧粉末補(bǔ)口、聚乙烯熱收縮套帶補(bǔ)口、液體環(huán)氧補(bǔ)口、聚氨酯涂料補(bǔ)口技術(shù)等的發(fā)展[16-18]。目前3 PE防腐是國內(nèi)外埋地管道應(yīng)用最為廣泛的防腐方式,針對3 PE防腐層的補(bǔ)口材料應(yīng)用最廣泛的是熱收縮帶(套),但熱收縮帶(套)常出現(xiàn)與管體PE層搭接部位密封失效及與管體粘結(jié)不良的失效狀態(tài)[16-17],而液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)正好可以解決這個(gè)問題。

液體環(huán)氧涂料室溫下呈液態(tài),由底漆和面漆兩層組成,具有一定的耐沖擊、耐劃傷等機(jī)械性能,并具有良好的絕緣性、耐蝕性、防水滲透性及耐陰極剝離性。由于液體環(huán)氧涂料為極性材料,PE層為非極性材料,兩者存在一定的化學(xué)惰性,往往粘結(jié)不牢,附著力一般小于1 MPa。為保證環(huán)氧涂料與在役管道3 PE防腐層能較好地粘結(jié),通過采用“氣體處理劑極化處理”對PE層表面進(jìn)行極化處理后[18],環(huán)氧涂料與PE層搭接面之間的附著力可以達(dá)到7 MPa左右[19-20],能夠有效避免搭接部位因粘結(jié)不良而引發(fā)的失效狀態(tài)。

2 施工流程及常見問題分析

2.1 施工流程

中石化廣西天然氣管道項(xiàng)目位于兩廣地區(qū),其中一、八標(biāo)段采用的防腐補(bǔ)口材料均為雙組份無溶劑液體環(huán)氧涂料,采取的補(bǔ)口技術(shù)為液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù),具體施工流程見圖1。

圖1 液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)施工流程

2.2 常見施工問題

為統(tǒng)計(jì)液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)常見的施工問題,抽查了中石化廣西天然氣管道項(xiàng)目第一、八標(biāo)段2016年8～11月各500道焊道補(bǔ)口質(zhì)量,經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)量檢查發(fā)現(xiàn),不合格補(bǔ)口共計(jì)155道,具體結(jié)果分布見表1。

表12016年8～11月不合格補(bǔ)口數(shù)量統(tǒng)計(jì)

月份891011抽查數(shù)量/道500500500500不合格數(shù)量/道35404238

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)不合格補(bǔ)口的失效類型,結(jié)果見圖2。

圖2 不合格補(bǔ)口失效類型

由圖2可知,液體環(huán)氧補(bǔ)口在長輸管道中的失效類型主要有：

1)防腐層外觀不合格。

2)防腐層厚度涂裝不均勻,管道上表面及焊縫處厚度不符合設(shè)計(jì)要求。

3)附著力低,拉拔實(shí)驗(yàn)不合格。

4)電火花檢漏出現(xiàn)漏點(diǎn)。

2.3 質(zhì)量問題分析

2.3.1 外觀質(zhì)量問題

2.3.1.1 表面流掛

表面流掛是指由于涂料流動不均勻而導(dǎo)致部分涂料往下垂掛的現(xiàn)象。造成環(huán)氧涂料流掛的因素眾多：

1)施工人員的操作技能不熟練,個(gè)別新入場施工人員未經(jīng)崗前培訓(xùn)直接操作。

2)施工環(huán)境影響,兩廣地區(qū)夏季溫度較高,導(dǎo)致管壁溫度過高,漆料比正常溫度狀態(tài)下的黏稠度要低很多。另外由于陽光曝曬導(dǎo)致補(bǔ)口涂料表干時(shí)間較長,涂料流掛現(xiàn)象嚴(yán)重。

3)當(dāng)防腐涂料質(zhì)量不合格或者涂料與固化劑配比不合格(固化劑量較少)時(shí)也會出現(xiàn)流掛現(xiàn)象。

表面流掛的具體表現(xiàn)形式見圖3。

2.3.1.2 局部起包

局部起包是涂裝后的補(bǔ)口表面出現(xiàn)凸起成泡或破裂的情況。一般造成局部起包的原因主要有：

1)攪拌無方向性,造成空氣混入涂料,涂裝時(shí)未將混入的空氣及時(shí)處理。

2)涂裝時(shí)若焊口處濕度較大,涂裝完成后管壁水分向外蒸發(fā)釋放壓力導(dǎo)致補(bǔ)口表面局部起包。

局部起包的具體表現(xiàn)形式見圖4。

2.3.1.3 表面有麻點(diǎn)

一般要求底漆表干后實(shí)干前開始涂裝面漆,若底漆達(dá)到實(shí)干,則要求對底漆進(jìn)行噴砂或手工打磨后再進(jìn)行面漆涂裝,若底漆表干前或?qū)嵏珊笪醇皶r(shí)打磨而直接涂面漆則容易導(dǎo)致表面不光滑；另外,兩廣地區(qū)雨季時(shí)間久,下雨時(shí)若不對剛涂裝完還未實(shí)干的補(bǔ)口進(jìn)行有效防護(hù),會使補(bǔ)口表面不光滑,出現(xiàn)麻點(diǎn)。圖5為現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的表面具有麻點(diǎn)的管道補(bǔ)口。

a)整體表面流掛

b)局部表面流掛 圖3 表面流掛

圖4 局部起包

圖5 表面有麻點(diǎn)

2.3.1.4 邊緣翹起

規(guī)范要求補(bǔ)口處防腐層和管體防腐層的搭接處應(yīng)做成長度不小于100 mm的階梯形接茬,并沿管道軸向?qū)嗦懵督饘倥cPE交界處5 cm以內(nèi)的PE表面進(jìn)行噴砂或手工打磨處理。容易導(dǎo)致補(bǔ)口涂料與PE結(jié)合處不牢固,發(fā)生邊緣翹起現(xiàn)象的原因主要有：

1)未對PE層表面進(jìn)行打毛處理。

2)涂裝時(shí)超越了打毛處理區(qū)域或PE層極化處理區(qū)域。

2.3.1.5 表面開裂

首先,若底漆表干前進(jìn)行面漆涂裝,底漆在干燥過程中會因收縮而使表層漆開裂；其次,涂裝前管壁濕度較大將導(dǎo)致補(bǔ)口在太陽曝曬下產(chǎn)生開裂。另外若螺旋焊縫與直焊縫交界處過度不平滑而有厚度差時(shí),會使得兩者的固化速度不一,從而導(dǎo)致先固化部位對后固化部位產(chǎn)生拉應(yīng)力,致使補(bǔ)口表面開裂。

2.3.2 厚度不足

防腐層厚度的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在焊縫處及管道上表面的防腐層厚度小于設(shè)計(jì)要求。這是因?yàn)橐后w具有流動性,尤其當(dāng)夏天溫度較高時(shí),涂料黏稠度較低,固化效果差,涂裝時(shí),若施工人員不對管道上表面及焊縫做特殊處理,往往會導(dǎo)致補(bǔ)口厚度不足。圖6為檢查過程中發(fā)現(xiàn)的補(bǔ)口厚度不符合規(guī)范的現(xiàn)場圖。

圖6 焊縫處厚度不足

2.3.3 漏點(diǎn)

漏點(diǎn)是液體環(huán)氧補(bǔ)口中最常見的質(zhì)量問題,導(dǎo)致漏點(diǎn)產(chǎn)生的原因是多方面的：

1)由于焊縫兩側(cè)的焊渣、毛刺等不掛漆,補(bǔ)口前如果焊渣、毛刺等仍未被除掉,則容易成為漏點(diǎn)隱患。

2)長輸管線多在野外施工,兩廣地區(qū)多為水田,施工現(xiàn)場蚊蟲較多,而雙組份液體環(huán)氧涂料涂裝后散發(fā)的氣味極易吸引蚊蟲,在底漆或面漆涂完未表干時(shí),部分蚊蟲直接撲在并黏附于漆料表面,若不及時(shí)處理,往往成為薄弱點(diǎn)。

3)在厚度較薄的焊縫處或表面存在起包、麻點(diǎn)及開裂處,也極易形成漏點(diǎn)。

圖7為補(bǔ)口易產(chǎn)生漏點(diǎn)處。

a)蚊蟲處易引起漏點(diǎn)

b)焊渣、焊瘤處易引起漏點(diǎn) 圖7 易產(chǎn)生漏點(diǎn)處

2.3.4 附著力不足

噴砂完成后,若管壁表面灰塵及磨料殘?jiān)粡氐浊宄?易造成灰塵度超標(biāo),影響附著力；另外,防腐涂料與固化劑配比不合格,若涂料所占比例較大,會使涂料難以徹底固化,若固化劑所占比例較大,會造成脆性過大而導(dǎo)致附著力檢測不符合要求。圖8為檢查過程中發(fā)現(xiàn)的補(bǔ)口附著力不符合規(guī)范的現(xiàn)場圖。

圖8 附著力小于規(guī)范要求

3 質(zhì)量控制

從人員、設(shè)備、材料，施工工藝，施工工程，環(huán)境等方面對液體環(huán)氧補(bǔ)口質(zhì)量進(jìn)行控制。

3.1 人員、設(shè)備、材料

施工前,要求防腐施工人員完成崗前培訓(xùn)及技術(shù)交底,持證上崗,施工過程中加強(qiáng)施工人員的責(zé)任心與質(zhì)量意識,提高施工人員的操作水平。

嚴(yán)格把控材料報(bào)驗(yàn)關(guān),檢查雙組份環(huán)氧材料的產(chǎn)品合格證(標(biāo)明材料名稱、型號、批號及生產(chǎn)日期、有效期等)、由技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督部門出具的技術(shù)質(zhì)量檢測報(bào)告、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、使用說明書及本批產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告文件,檢查噴砂用石英砂的規(guī)格及噴砂后吹掃用壓縮空氣是否干燥潔凈,保證材料質(zhì)量符合要求。

檢查設(shè)備的鑒定和校準(zhǔn)情況,并嚴(yán)格按照設(shè)備報(bào)驗(yàn)程序進(jìn)行報(bào)驗(yàn),要求合格證、檢定證書齊全且均在檢定周期內(nèi)。

3.2 施工工藝

1)涂裝前進(jìn)行嚴(yán)格的表面預(yù)處理,保證鋼管焊縫的余高不超過2.5 mm,焊縫與母材、焊縫和螺旋焊縫交接處平滑過渡,避免發(fā)生表面開裂、厚度方面的缺陷。另外對焊接時(shí)產(chǎn)生的焊瘤、焊渣及毛刺、鋒利的邊角、起層等表面缺陷要磨平并清理干凈,防止漏點(diǎn)產(chǎn)生。

2)噴砂完成后,達(dá)到GB/T 8923《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定》中除銹質(zhì)量等級要求,噴砂處達(dá)到Sa 2.5級,手磨處達(dá)到St 3.0級,錨紋深度達(dá)到50～90 μm,并保證鋼管表面的鐵銹、油污、氧化皮等徹底清除,避免附著力不符合要求的情況發(fā)生。噴砂時(shí)采用干法噴砂,保證噴砂磨料干燥,并對噴砂完成后的金屬和PE層表面進(jìn)行吹掃并干燥,避免補(bǔ)口表面出現(xiàn)開裂、局部起包及附著力不合格等現(xiàn)象。

3)涂裝前檢查涂料的密封性及使用日期,確保涂料的可用性。嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行涂料與固化劑的配制,避免產(chǎn)生因配比不當(dāng)而引起表面流掛及附著力不符合要求。另外,涂料攪拌時(shí)建議沿同一方向攪拌,避免空氣混入導(dǎo)致補(bǔ)口表面局部起包。

4)涂裝前務(wù)必再次檢查確保鋼管表面無返修、潮濕和有其他污物。為了使涂裝厚度均勻,保證補(bǔ)口表面質(zhì)量,建議底漆與面漆各涂裝兩次,每道焊口共涂裝四次,且每次涂裝都是在上層涂料表干后實(shí)干前實(shí)施。若上次涂料已達(dá)到實(shí)干,要求對上次涂料進(jìn)行噴砂或手工打磨后再進(jìn)行面漆涂裝,以保證補(bǔ)口表面的光滑及底漆與面漆之間的粘結(jié)力牢固。由于一瓶底漆與一瓶固化劑混合后的量正好可以刷一道焊口(面漆也如此),涂裝過程中,可以將兩道相鄰焊口作為一組,每次共用一桶底漆(面漆),這樣既避免了涂料混合后因未及時(shí)使用而引發(fā)的質(zhì)量問題,又提高了工作效率。建議每組焊口涂裝配備3名操作人員,其中2人同時(shí)負(fù)責(zé)一道焊口涂裝,另外1人則負(fù)責(zé)處理上一道已涂裝完成的補(bǔ)口質(zhì)量問題。在底漆與面漆的涂裝過程中,確保涂料未固化前反復(fù)涂裝,避免產(chǎn)生表面流掛與起包。針對焊縫等厚度薄弱區(qū)域,建議先用底漆刷涂一遍,再進(jìn)行整體涂裝。涂裝過程中若發(fā)現(xiàn)漆料表面附著有蚊蟲等,用鐵絲等小工具將蚊蟲全部去除后重新補(bǔ)涂。涂裝時(shí)嚴(yán)禁超越打毛處理區(qū)域和PE層的極化處理區(qū)域,避免邊緣翹起。

3.3 施工過程

為避免個(gè)別防腐機(jī)組施工人員偷工減料,出現(xiàn)不噴砂除銹或者噴砂除銹等級不滿足規(guī)范要求以及不進(jìn)行氣體極化處理直接防腐現(xiàn)象,要求機(jī)組施工人員在施工過程中拍攝噴砂完成后及氣體極化處理過程中每道補(bǔ)口與焊口號的照片,EPC現(xiàn)場監(jiān)管人員與現(xiàn)場監(jiān)理在現(xiàn)場檢查過程中,一方面關(guān)注正在施工的補(bǔ)口質(zhì)量,另一方面對施工過程中的拍攝照片進(jìn)行核查,發(fā)現(xiàn)不合格現(xiàn)象立即整改。通過以上措施,使補(bǔ)口施工過程質(zhì)量可控。圖9為現(xiàn)場噴砂及氣體極化處理后焊道與焊口號組圖。

a)現(xiàn)場噴砂處理后焊道與焊口號組圖

b)氣體極化處理后焊道與焊口號組圖 圖9 現(xiàn)場噴砂及氣體極化處理后焊道與焊口號組圖

3.4 環(huán)境

3.4.1 溫度

兩廣地區(qū)屬于亞熱帶氣候地區(qū),常年溫度保持在5℃以上,一般不采取任何預(yù)熱措施。但夏季由于溫度過高,導(dǎo)致補(bǔ)口施工涂料固化困難,表干時(shí)間較長,管道底部流掛現(xiàn)象嚴(yán)重,鋼管上表面厚度不符合要求。因此,在此類地區(qū)應(yīng)避開日高溫時(shí)段施工。另外,一旦出現(xiàn)流掛、起包等現(xiàn)象時(shí),要在涂料未實(shí)干前進(jìn)行反復(fù)涂裝,確保補(bǔ)口質(zhì)量合格。

3.4.2 濕度

4 結(jié)論

液體環(huán)氧補(bǔ)口技術(shù)作為一種新型補(bǔ)口工藝,因其優(yōu)良的綜合性能,必將大量應(yīng)用于長輸管道防腐補(bǔ)口工序?，F(xiàn)場施工質(zhì)量會影響涂層的最終使用性能,只有在施工過程中,嚴(yán)格把控施工人員、設(shè)備及材料質(zhì)量,并針對不同的施工環(huán)境,因地制宜地確定相應(yīng)的施工工藝,才能提高液體環(huán)氧技術(shù)的補(bǔ)口質(zhì)量,獲得良好的防腐性能。

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