油氣管道三層結構聚乙烯防腐技術應用研究

摘要：

簡述了油氣管道的外三層結構當中聚乙烯（3PE）的防腐層存在的主要結構特點以及其防腐的機理，并對3PE的整個生產和加工過程當中最為常見的一些質量的缺陷進行了一定的剖析，并在此基礎上，提出了幾個進行質量監控的具體辦法和措施。

1.3PE防腐層的主要結構以及防腐的機理

3PE涂層，它的底層是一個環氧粉末層，環氧粉末一般主要由一些環氧的樹脂、固化劑、催化劑、改性劑、流平劑、顏料、觸變劑等材料來組成的，然后再經過一定的混合技術、熔融并擠出、進行研磨、篩分然后加工來制成的，由于它的組分當中的環氧樹脂是含有一種環氧的基團的，所以，在3PE的涂層進行高溫的加工過程當中，其環氧粉末里面所具有的固化劑和它的環氧樹脂里面所具有的一個環氧基團就會發生一定的固化反應，這種反應的后果是可以產生一個輕基或者是酉旨基等活性的基團，而這些個活性的基團就可以和金屬或者是金屬的氧化物結合，從而形成一個離子鍵，這個離子鍵就可以使它能夠牢固地附著在這個金屬的表面。

2.三層結構聚乙烯防腐技術應用比選

根據目前世界上長輸管道工程的應用情況，可供比選的外防腐層有：三層結構聚乙烯防腐層（三層PE）、熔結環氧粉末（FBE）和雙層熔結環氧粉末（雙層FBE）。FBE在北美使用廣泛，三層PE則是歐洲和國內大型管道工程的首選外防腐層，據美國《管道文摘》對天然氣管道外防腐層調查報告，在管徑大于φ812.8mm管道涂層中，三層PE用量居第一位。雙層FBE的使用相對較少。這三種防腐層都具有使用壽命長、優異的耐土壤應力、耐化學介質浸泡、耐陰極剝離等性能，也同樣具有要求原材料質量和涂敷預制參數控制和檢測水平高的特點；主要差異在于：FBE成本略低，屬多孔性薄涂層，不易產生陰極保護屏蔽，但薄而脆，在耐沖擊性能和耐水汽滲透性能較低，致密性差，消耗的陰極保護電流較大；雙層FBE是在傳統的防腐型粉末涂層外面再噴涂一層保護型環氧粉末涂層，典型數值為內層≥350um，外層厚度為≥450um，提高了抗沖擊強度和耐磨性，減少了吸水率，但造價隨之大幅上升，而機械性能仍不及三層PE；三層PE的突出優點是吸水率低、抗沖擊性能優異，在復雜的施工環節中造成貫穿性損傷的幾率少，防腐層完整性好，陰極保護電流密度最低，但成本略高。

3.防腐管道現場熱收縮帶補口施工工藝及質量評價

管道補口補傷是埋地鋼質管道安全運行的重要保證，防腐層是防止和減緩

埋地鋼質管道腐蝕的重要手段，在整個管道外防腐施工中，補口是保證管道防

腐完整性的重要工藝，也是整條管道防腐層質量中的最薄弱環節。鋼管防腐是

在工廠內嚴格的質量保證體系控制下預制生產的，而補口是在施工中現場預制

的，現場補口質量比管體的質量差，容易造成補口失效。

3.1液態環氧涂料補口

環氧粉末防腐層的應用早于3PE防腐層，后者是基于環氧粉末防腐層，為了彌補環氧粉末防腐層機械強度差而發展起來的。環氧粉末防腐層多采用液態環氧涂料進行現場補口。在北美地區，早已使用液態環氧進行3PE管道的補口，我國目前只有深圳BP大鵬公司在部分LNG管道的補口作業中進行了應用。補口時，管口表面經噴砂處理，應達到SSPC SP10、NACE2或Sa2.5級，錨紋深度50～100um；使用雙組分無氣噴涂機（噴涂級）或硬質鬃毛刷（刷涂級）進行涂敷；當環境溫度低于10℃或低于露點溫度3℃時，需對管口進行預熱，溫度保持在60℃以下。當環境相對濕度高于80%時，不得施工。

其特點是常溫固化，固化速度快；與基材粘接強度、韌性和抗沖擊強度優異，耐溶劑和耐化學介質性能良好；一次刷涂或噴涂膜厚可達1mm，可以一次性達到設計膜厚度（可有效避免因多道涂裝施工而導致的涂層分層問題，同時大大提高施工效率）；施工過程中無任何有害成分揮發，施工安全；成膜質量高，涂層極少存在針孔，涂層密實，屏蔽性高；液態環氧補口最大的優點是不會產生陰極屏蔽，由于涂層與陰極保護的相容性，即便在施工過程中由于磕碰造成補口涂層破損，破損點也不會發生腐蝕。

3.2液態聚氨酯補口：

3PE防腐管線液體聚氨酯涂料補口是一項成熟技術，采用現代無溶劑液體聚氨酯涂料，雙組分、高壓無氣、加熱噴涂的防腐補口作業方式其作業效率高，涂裝質量可靠，可保證補口涂層的均勻性、作業質量的一致性，在3PE防腐管線上有長期良好的應用業績，是目前補口主流技術之一，3PE防腐管線補口采用液體聚氨酯涂料已成為趨勢。

3.3熱收縮帶（套）補口：

輻射交聯三層結構熱收縮帶是國際成熟的、廣泛采用的對三層PE防腐管的補口方式。熱收縮帶帶有配套的底漆，同樣形成三層結構，更加保證了補口的可靠性。它與PE、鋼的粘結性能、搭接剪切強度、耐陰極剝離及抗沖擊性能等重要指標均能滿足本工程的要求；施工工藝成熟，現場的可操作性強，在復雜的施工現場，質量易保證。

其技術特點是熱收縮帶補口方式簡便易行，具有一定的機械強度，能夠抵抗下溝過程中的磕碰和刮傷，但也存在明顯的缺陷：熱收縮帶安裝質量受人為操作影響大，每一個環節都必須嚴格控制質量，一個環節的薄弱將導致補口質量不合格；熱收縮帶與管體防腐層粘結能力差，受日照或土壤應力作用，容易起皺、開裂；焊縫處很難做到無氣泡、無空鼓，如果水分進入熱收縮帶下面，則會沿焊縫擴散。由于熱收縮帶的絕緣作用，陰極保護電流無法到達腐蝕表面，不能阻止腐蝕。

4.結束語

油氣管道的三層結構聚乙烯的防腐層技術還在繼續的發展中，尤其是在西方發達國家，他們已經有了十多年的實際應用經驗了，這種方法也是目前在國際上使用過的最先進的一個管道的防腐技術，在未來肯定還會有很廣闊的發展空間。