三層PE外防腐層應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀分析研究

鞠艦波 王毅

摘 要：埋地鋼質(zhì)管道防腐層是管道防腐的第一道防線，是延長(zhǎng)管道壽命的決定因素。三層PE外防腐層于上世紀(jì)80年代首先在歐洲和加拿大使用，進(jìn)而推廣到全球。它具有良好的防腐性能，然而也存在一些值得研究和需要改進(jìn)的問題。

關(guān)鍵詞：防腐層;管道;三層PE;抗陰極剝離

據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，在每年的管道事故中約有30%～40%是由腐蝕引起的[1]。因此，為了保證埋地管道的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)管道的使用壽命，埋地鋼質(zhì)管道一般都有外防腐層和陰極保護(hù)組成的腐蝕防護(hù)系統(tǒng)：外防腐層的破損會(huì)引起電流的消耗，使外加電流的陰極保護(hù)效果降低甚至失效;而陰極保護(hù)效果的降低又會(huì)加劇埋地鋼管的腐蝕。外防腐層在其中起著主要作用，NACE 1993年年會(huì)第17號(hào)論文在論證《外覆蓋層基本原則》一文中指出：“正確涂敷的外覆蓋層應(yīng)該為埋地構(gòu)件提供99%的保護(hù)需求，而余下的1%才由陰極保護(hù)（CP）提供”，因此外覆蓋（防腐）層的質(zhì)量決定著鋼質(zhì)管道防腐效果的好壞。3層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐（以下簡(jiǎn)稱三層PE）于80年代首先在歐洲和加拿大使用，進(jìn)而推廣到全球。中國從上世紀(jì)90年代中期開始先后在庫-鄯輸油管線陜-京輸氣管線及西氣東輸中使用。三層PE防腐層具有良好的防腐和堅(jiān)韌耐久的使用性能，然而也存在一些值得研究和需要改進(jìn)的問題[2]。

1 三層PE外防腐層系統(tǒng)

鋼質(zhì)管道三層PE外防腐結(jié)構(gòu)是上世紀(jì)八十年代初由美國、加拿大、歐洲開發(fā)的新型管道外防腐涂料，目前倍受國際管道界的重視，現(xiàn)已越來越多地應(yīng)用于油、氣、水金屬管道的防腐工程上。這種防腐涂料以三合一的方式將三層涂料熔融為一體，使它補(bǔ)充相互的不足，并充分地發(fā)揮了良好的粘結(jié)力和機(jī)械保護(hù)作用，從而達(dá)到最佳的防腐效果。是目前國際上較先進(jìn)的管道防腐技術(shù)。

埋地鋼質(zhì)管道三層PE的外防腐層結(jié)構(gòu)由以下三層組成：①底層：環(huán)氧粉末（FBE）②中間層：膠粘劑（AD）③外層：聚乙烯（PE）。至于各層的厚度，國內(nèi)的《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T4013-2002中規(guī)定，普通級(jí)厚度為：①FBE厚度為不小于80mm，②AD：170～250um;120～160um;③PE：1.8～3.0mm;總共三層PE厚度在1.8～3.0mm范圍內(nèi)，加強(qiáng)級(jí)厚度約在2.5～3.7mm[3]。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，焊縫處防腐層厚度應(yīng)不低于管體厚度的70%。實(shí)驗(yàn)證明，只要FBE層能有效地遮蓋鋼質(zhì)表面的錨紋深度，F(xiàn)BE的防腐性能就能得到保證，而且焊縫處的防腐層厚度不能低于1.0mm。國外關(guān)于三層PE的厚度說法不一，1996年，美國杜邦-努發(fā)公司的吉米.高克斯先生來華技術(shù)交流，針對(duì)防腐層結(jié)構(gòu)提出了熔結(jié)環(huán)氧粉末底層為200um，膠粘劑中間層為225um，高密度聚乙烯外層厚度一般為1.5mm（焊縫處），管體上1.8～2.1mm[4]。

2 三層PE外防腐層的應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)美國《Pipeline Digest》的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，自1992年以來管道防腐聚乙烯層用量，與FBE、煤焦油瓷漆等一直處于埋地管道外防腐層的前三位。近年來，由于單一管道外防腐層的局限性和管道工程安全可靠性的需要，外防腐層技術(shù)正在向多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)展，三層聚乙烯外防腐層的用量到1996年己上升至第二位?！队蜌鈨?chǔ)運(yùn)》雜志2001年第6期報(bào)道，國外曾對(duì)管道外防腐層應(yīng)用進(jìn)行調(diào)研和分析，依據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)劣程度和多年使用性能進(jìn)行綜合評(píng)分，F(xiàn)BE為8分，三層PE為8分，雙層FBE為10分。

我國長(zhǎng)輸管道自90年代開始采用三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐層技術(shù)。目前已在國家重點(diǎn)工程西氣東輸一線、二線、三線等項(xiàng)目中應(yīng)用。三層PE外防腐層具有良好的防腐和堅(jiān)韌耐久的使用性能，然而也存在一些如不適用于架空管、造價(jià)高、耐高溫性能差，一旦出現(xiàn)開裂，有屏蔽問題等等值得研究和需要改進(jìn)的問題。

3 三層PE外防腐層的缺點(diǎn)

3.1 它耐高溫性能差，一旦出現(xiàn)開裂，有屏蔽問題。

由于三層結(jié)構(gòu)施工作業(yè)是同時(shí)進(jìn)行，時(shí)間間隔短，如果FBE沒有完全固化，膠粘劑就會(huì)與FBE中的化學(xué)基團(tuán)起反應(yīng)。若控制不好，F(xiàn)BE沒有有效固化，易出質(zhì)量問題，涂敷時(shí)間范圍很窄，通常只有幾秒鐘，這取決于粉末的反應(yīng)速度及鋼管表面溫度。

3.2 不能與陰極保護(hù)協(xié)調(diào)工作，對(duì)保護(hù)電流構(gòu)成屏蔽

三層PE的外層聚乙烯可阻止水氣滲透和保護(hù)底層環(huán)氧粉末不受機(jī)械損傷。聚乙烯是良好的絕緣材料，但是一旦涂層破損，當(dāng)水通過缺陷進(jìn)入到未受損的涂層部位時(shí)，由于聚乙烯的內(nèi)聚強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其粘結(jié)強(qiáng)度，就會(huì)對(duì)保護(hù)電流產(chǎn)生屏蔽。環(huán)氧類防腐層由于內(nèi)聚力小于其粘結(jié)力，則可使陰極保護(hù)電流到達(dá)鋼管表面，使鋼管變成陰極。對(duì)于一種防腐層而言，內(nèi)聚強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度的比值越高，屏蔽的趨勢(shì)就越高，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的可能性就越大。

3.3 種不同族的材料組合存在分層的危險(xiǎn)

三層PE防腐層是由底層環(huán)氧粉末中層粘膠劑和面層聚乙烯組成。環(huán)氧粉末是靜電噴涂在鋼管上，而粘膠劑和聚乙烯則是通過擠出機(jī)擠成片狀后，側(cè)向纏繞包敷在已涂環(huán)氧粉末的管子上。3種不同族的材料之間有明顯的界面，操作時(shí)工藝參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，包敷中有空氣進(jìn)入時(shí)均使材料組合存在分層的危險(xiǎn);分層會(huì)造成剝離，且不易發(fā)現(xiàn)，但是在管端會(huì)出現(xiàn)如翹邊等現(xiàn)象。

3.4 使用溫度受限制

聚乙烯是一種對(duì)環(huán)境應(yīng)力開裂極為敏感的材料，較高的溫度、鋼管內(nèi)壓及環(huán)境應(yīng)力、外界腐蝕介質(zhì)侵蝕均會(huì)促使應(yīng)力開裂。溫度的影響尤為明顯：在室溫25℃時(shí)，聚乙烯的分子運(yùn)動(dòng)已十分明顯。當(dāng)溫度增加，由于高分子鏈段的躍動(dòng)及分子蠕動(dòng)加速，聚乙烯的機(jī)械性能會(huì)下降，環(huán)境應(yīng)力開裂會(huì)上升。因此聚乙烯作為管道的包敷層，當(dāng)溫度超過55℃時(shí)，如壓氣站的出口段以及裸露管段，應(yīng)考慮聚乙烯環(huán)境應(yīng)力開裂的危險(xiǎn)。

3.5 環(huán)向焊縫補(bǔ)口是一個(gè)隱患

采用三層PE外防腐層的管道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)向焊縫補(bǔ)口只能采用熱收縮套：其結(jié)構(gòu)為粘膠劑+聚乙烯，可視為2層結(jié)構(gòu)，其粘結(jié)力（特別是搭接處）低于三層PE。國外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱收縮套在土壤應(yīng)力下易起皺，比干線管涂層失效得快。特別是采用定向鉆穿越河流時(shí)，土壤摩擦力增加更易使接頭損傷。

4 結(jié)論

綜上所述，三層PE雖然具有良好的物化性能、電絕緣性能、防止和耐化學(xué)腐蝕性能，以及具有較高的強(qiáng)度、抗沖擊性能等，是當(dāng)今埋地鋼質(zhì)管道外防腐層中比較理想的防腐結(jié)構(gòu);但是，管線在其使用期間，其壽命的長(zhǎng)短和安全與保持防腐層的整體性有關(guān)。應(yīng)當(dāng)要求干線管、環(huán)焊縫、管件在內(nèi)的整條管線采用相同的防腐層和一致的質(zhì)量判據(jù)，管線的薄弱和重要地段要增加涂層厚度。采用三層PE防腐層的管線不能滿足上述要求，干線管涂層與環(huán)焊縫和管件涂層不同，厚度不同，質(zhì)量控制判據(jù)也不同。因此，盡管干線管采用了牢固的三層PE防腐層，但卻不能保證環(huán)焊縫和管件的防腐層與干線管道有相同的壽命，而且陰極保護(hù)不能充分發(fā)揮作用，這些都是管線采用三層PE防腐層需要解決的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]王玉梅，郭書平，國外天然氣管道事故分析，油氣儲(chǔ)運(yùn)，2000，19（7），P5～P10

[2]肖冶，馮來義，3層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層的改進(jìn)和發(fā)展，石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2003，14（5），P24～P25