天然氣管道3層PE防腐層失效及補(bǔ)強(qiáng)探討

趙 聰

（大慶油田天然氣分公司油氣儲(chǔ)運(yùn)二大隊(duì)，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

地下管網(wǎng)的施工，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中更加普遍，在管網(wǎng)的氣體或固體介質(zhì)傳輸過(guò)程中，為避免地質(zhì)條件因素造成的腐蝕問(wèn)題，大都使用3層PE防腐層對(duì)管道進(jìn)行防腐處理。特別是城區(qū)內(nèi)的燃?xì)夤芫W(wǎng)，3層PE防腐技術(shù)應(yīng)用廣泛。對(duì)3層PE防腐的防腐層失效模式進(jìn)行研究，有助于解決城市地下管網(wǎng)的侵蝕問(wèn)題，以便采取補(bǔ)修措施，確保地下管網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 防腐層的失效模式分析

從3層PE防腐層的防腐流程來(lái)分析，防腐層失效具體表現(xiàn)在3層PE防腐層與管道的表面脫離；管道焊縫部位3層PE防腐層，在地應(yīng)力作用下出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象引發(fā)防腐層失效，以及地下微生物及植物、第三方施工破壞致使防腐層的防腐作用失效。

1.1 管道的表面3層PE防腐層脫離

這是地埋天然氣管網(wǎng)日常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的剝離形式，具體表現(xiàn)在管道表層與3層PE防腐層直接脫離、管道表層與防腐用料環(huán)氧粉末層氧化后脫離、管道表層與3層PE防腐層由于粘結(jié)不牢靠等。這三種脫離模式出現(xiàn)，關(guān)鍵因素在于地下管網(wǎng)施工期間，由于施工工序處理不當(dāng)留置的缺陷而引起[1]。

1.2 焊縫部位防腐層在應(yīng)力下裂開(kāi)

具體的開(kāi)裂形式表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是管道焊縫部位存在余高現(xiàn)象，處于焊縫區(qū)的管道塑料壁，在焊縫厚薄不均衡的狀態(tài)下，在高差作用下強(qiáng)度受力不均，而強(qiáng)度不足的部位在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。二是焊縫口部位的幾何變形，地下管網(wǎng)在焊接過(guò)程中，由于不同的管體材質(zhì)，管體部位的蓄熱強(qiáng)度在管壁厚度不同時(shí)蓄熱量也不同。從而在對(duì)管道進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫口部位會(huì)出現(xiàn)熱熔差異性，從而在焊縫口部位的防腐層產(chǎn)生應(yīng)力破壞現(xiàn)象。

1.3 微生物對(duì)管道的腐蝕

這也是地下管網(wǎng)管道腐蝕的一種，且由于土壤中大量還有的硫酸鹽物質(zhì)，在地下缺氧狀態(tài)下能夠迅速吸附繁殖，使得這種管道腐蝕比例占整個(gè)管道腐蝕的70%。土壤中含有的氫離子元素，遇到硫酸鹽物質(zhì)將會(huì)形成硫化物，這種硫化物會(huì)嚴(yán)重侵蝕著PE管道防腐層，從而導(dǎo)致防腐層失效[2]。

1.4 根系植物對(duì)管道的腐蝕

為了保障地下管網(wǎng)的運(yùn)行安全，國(guó)家出臺(tái)了管網(wǎng)運(yùn)行管理機(jī)制，管網(wǎng)中的管線較大時(shí)，禁止在管線5米區(qū)域內(nèi)種植根系植物。這是由于植物的根系在土壤中蔓延生長(zhǎng)，當(dāng)與地線管線連接時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致管線的PE防腐層破壞，對(duì)管線的安全運(yùn)行造成風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 第三方施工因素破壞PE防腐層

地下管線的施工越來(lái)越頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)，因第三方施工意外造成的天然氣管道破壞，占整個(gè)管道防腐層破壞的40%。這種管網(wǎng)破壞方式主要有，交叉管線的穿越、地埋管線的開(kāi)挖補(bǔ)修、管道占?jí)浩茐募拔床槊鞴艿缆裆钋闆r盲目施工等，導(dǎo)致管道PE防腐層的損壞。同時(shí)，第三方施工因素除造成管道破損壞，還會(huì)連帶造成3層PE防腐層的損壞，從而侵蝕天然氣管道。

2 3層PE防腐層施工技術(shù)流程分析

地下天然氣管網(wǎng)在進(jìn)行補(bǔ)口環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作流程，補(bǔ)口作業(yè)結(jié)束后，從該部位開(kāi)始將防腐層與管道剝離，剝離指標(biāo)須符合防腐要求；否則，需進(jìn)行二次補(bǔ)口作業(yè)。加強(qiáng)對(duì)防腐層材料的質(zhì)量驗(yàn)收工作，防腐材料相關(guān)的3層PE材料、環(huán)氧粉末及輔助材料等，須符合相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)防腐作業(yè)參與人員進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)，重點(diǎn)是對(duì)3層PE防腐失效的常見(jiàn)情況進(jìn)行分析，確保作業(yè)人員在施工中有效規(guī)避防腐失效問(wèn)題[3]。

3 定期組織管道防腐層的損壞檢測(cè)

防腐保溫層所出現(xiàn)破損，在破損點(diǎn)位置將會(huì)出現(xiàn)異常的指標(biāo)。對(duì)防腐層的損壞整體情況進(jìn)行檢測(cè)，可使用交流電流衰減法（PCM），對(duì)局部某破損點(diǎn)的檢測(cè)，則使用電位梯度法（ACVG）。交流電位梯度檢測(cè)方法，預(yù)先在地埋管附近位置增設(shè)交流電源，使得破損點(diǎn)附近區(qū)域形成電位梯度場(chǎng)。根據(jù)梯度場(chǎng)部位測(cè)試過(guò)程中，破損點(diǎn)部位電流會(huì)呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，基于衰減程度及電位檢測(cè)來(lái)判斷管道的破損點(diǎn)部位及范圍。這種防腐層檢測(cè)方式，能夠有效檢測(cè)出3層PE防腐層的完好情況，發(fā)現(xiàn)破損情況及時(shí)修復(fù)。

4 天然氣管道缺陷部位補(bǔ)強(qiáng)方法

管道部位的缺陷，包括管網(wǎng)自身的破損點(diǎn)及外防腐層的缺陷，對(duì)于管道缺陷的補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，工程中應(yīng)用的例子較多。在對(duì)管道部位進(jìn)行補(bǔ)缺時(shí)，可根據(jù)管道的材質(zhì)、破損部位大小及地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，具體的方法有防腐層修復(fù)、碳纖維復(fù)合材料、使用夾具及補(bǔ)焊、打磨、換管等方法。

（1）對(duì)管網(wǎng)防腐層的修復(fù)：由于防腐層的特殊材質(zhì)，使用STOPAQ粘彈體防腐膠帶、PVC材料，對(duì)防腐層的破損部位進(jìn)行補(bǔ)修；（2）碳纖維復(fù)合材料對(duì)管道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)：基于新型科技材料，如纖維材料、納米填平材料及粘合劑等物質(zhì)，先將損壞部位用納米材料進(jìn)行填平，然后在管道外圍纏上纖維復(fù)合材料進(jìn)行固化。固化后的符合材料能夠抵抗抗拉強(qiáng)度及彈性伸縮，避免缺陷部位在應(yīng)力作用下拉伸變形，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)修補(bǔ)；（3）管壁打磨：通過(guò)手持式打磨機(jī)對(duì)缺陷部位周邊的尖角金屬進(jìn)行打磨，確保管壁周邊輪廓平滑，防止管道應(yīng)力集中。這種打磨式修復(fù)方法當(dāng)缺陷深度較低，且管壁的腐蝕或裂紋、劃痕小于12.5%時(shí)使用，若管道缺陷存在于內(nèi)部或制管中，則不宜使用該技術(shù)；（4）管道補(bǔ)焊：當(dāng)管道承載的壓力較高時(shí)，通過(guò)打磨、纖維材料纏繞無(wú)法滿足強(qiáng)度要求，使用補(bǔ)焊方式消除金屬管道缺陷，確保管道的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)連續(xù)性；（5）補(bǔ)板：補(bǔ)焊后為固化焊接部位的支撐強(qiáng)度，焊接補(bǔ)強(qiáng)板對(duì)管道強(qiáng)度進(jìn)行修復(fù)，一般用于面積較小的金屬管道；（6）增加套筒修復(fù)：對(duì)于管體在破損點(diǎn)管壁變薄的特征，為強(qiáng)化其徑向壓力作用，使用全封閉式套筒增強(qiáng)管壁薄弱處的承壓力，避免其在塑性變形作用下裂開(kāi)；（7）機(jī)械夾具：這種修復(fù)方式可用來(lái)對(duì)管道進(jìn)行臨時(shí)修復(fù)，這種修復(fù)方式密封性好、適用性廣，可作為處理管道的臨時(shí)措施；（8）替換管道：將破損或存在缺陷部位的管道，使用舊管道進(jìn)行替換，替換的管道其設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)高于舊管道的承載強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

天然氣管道的地埋特征，管道中3層防腐層的設(shè)置，使其成為管道安全運(yùn)行的重要防護(hù)層。實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管道的防腐層質(zhì)量管控，就必須從原料采購(gòu)、驗(yàn)收及施工環(huán)節(jié)對(duì)防腐層全過(guò)程進(jìn)行管控。文中系統(tǒng)分析了3層PE防腐層，各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的五種失效模式，提出采取技術(shù)處置、檢測(cè)手段及補(bǔ)修方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管道的缺陷處理。這種補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)手段，有效解決3層PE防腐層與管道脫離、管道與硬件之間的缺陷，具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。