液體環氧補口技術在長輸管道中的質量控制

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效果直接關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聯合防護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重要的作用。目前國內外在役管道多采用3 PE防腐,3 PE防腐層現場補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節,制約著管道防腐的完整性[6-8]。補口熱收縮帶(套)系列產品是大型長輸管道3 PE防腐層焊口防腐的主流產品,但隨著對補口質量要求的不斷提高,熱收縮帶(套)的使用已不能滿足使用要求[9-11]?！半p組份無溶劑液體環氧涂料”防腐補口工藝作為近年來的一種新型補口工藝,其外觀質量、力學性能、防腐效果較熱收縮帶(套)補口工藝有較大優勢,將會越來越多地應用于長輸管道的焊口防腐之中[12]。

長輸管道通?？缭讲煌貐^,面臨的環境也較為復雜[13-15]。及時歸納分析不同環境中長輸管道的補口質量問題,并提出切實有效的針對性措施,不僅可以提高補口質量,同時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目為工程背景,就液體環氧補口技術在兩廣地區施工過程中易發生的質量問題進行全面、系統的分析,并針對如何提高補口質量提出了合理化建議,可為液體環氧補口技術在我國實際環境中的后續應用提供寶貴經驗。

1 液體環氧補口技術簡介

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

液體環氧涂料室溫下呈液態,由底漆和面漆兩層組成,具有一定的耐沖擊、耐劃傷等機械性能,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惰性,往往粘結不牢,附著力一般小于1 MPa。為保證環氧涂料與在役管道3 PE防腐層能較好地粘結,通過采用“氣體處理劑極化處理”對PE層表面進行極化處理后[18],環氧涂料與PE層搭接面之間的附著力可以達到7 MPa左右[19-20],能夠有效避免搭接部位因粘結不良而引發的失效狀態。

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目位于兩廣地區,其中一、八標段采用的防腐補口材料均為雙組份無溶劑液體環氧涂料,采取的補口技術為液體環氧補口技術,具體施工流程見圖1。

圖1 液體環氧補口技術施工流程

2.2 常見施工問題

為統計液體環氧補口技術常見的施工問題,抽查了中石化廣西天然氣管道項目第一、八標段2016年8～11月各500道焊道補口質量,經現場質量檢查發現,不合格補口共計155道,具體結果分布見表1。

表12016年8～11月不合格補口數量統計

月份891011抽查數量/道500500500500不合格數量/道35404238

進一步統計不合格補口的失效類型,結果見圖2。

圖2 不合格補口失效類型

由圖2可知,液體環氧補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計要求。

3)附著力低,拉拔實驗不合格。

4)電火花檢漏出現漏點。

2.3 質量問題分析

2.3.1 外觀質量問題

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致部分涂料往下垂掛的現象。造成環氧涂料流掛的因素眾多：

1)施工人員的操作技能不熟練,個別新入場施工人員未經崗前培訓直接操作。

2)施工環境影響,兩廣地區夏季溫度較高,導致管壁溫度過高,漆料比正常溫度狀態下的黏稠度要低很多。另外由于陽光曝曬導致補口涂料表干時間較長,涂料流掛現象嚴重。

3)當防腐涂料質量不合格或者涂料與固化劑配比不合格(固化劑量較少)時也會出現流掛現象。

表面流掛的具體表現形式見圖3。

2.3.1.2 局部起包

局部起包是涂裝后的補口表面出現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,涂裝時未將混入的空氣及時處理。

2)涂裝時若焊口處濕度較大,涂裝完成后管壁水分向外蒸發釋放壓力導致補口表面局部起包。

局部起包的具體表現形式見圖4。

2.3.1.3 表面有麻點

一般要求底漆表干后實干前開始涂裝面漆,若底漆達到實干,則要求對底漆進行噴砂或手工打磨后再進行面漆涂裝,若底漆表干前或實干后未及時打磨而直接涂面漆則容易導致表面不光滑；另外,兩廣地區雨季時間久,下雨時若不對剛涂裝完還未實干的補口進行有效防護,會使補口表面不光滑,出現麻點。圖5為現場發現的表面具有麻點的管道補口。

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

2.3.1.4 邊緣翹起

規范要求補口處防腐層和管體防腐層的搭接處應做成長度不小于100 mm的階梯形接茬,并沿管道軸向對距裸露金屬與PE交界處5 cm以內的PE表面進行噴砂或手工打磨處理。容易導致補口涂料與PE結合處不牢固,發生邊緣翹起現象的原因主要有：

1)未對PE層表面進行打毛處理。

2)涂裝時超越了打毛處理區域或PE層極化處理區域。

2.3.1.5 表面開裂

首先,若底漆表干前進行面漆涂裝,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致補口在太陽曝曬下產生開裂。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,會使得兩者的固化速度不一,從而導致先固化部位對后固化部位產生拉應力,致使補口表面開裂。

2.3.2 厚度不足

防腐層厚度的質量問題主要表現在焊縫處及管道上表面的防腐層厚度小于設計要求。這是因為液體具有流動性,尤其當夏天溫度較高時,涂料黏稠度較低,固化效果差,涂裝時,若施工人員不對管道上表面及焊縫做特殊處理,往往會導致補口厚度不足。圖6為檢查過程中發現的補口厚度不符合規范的現場圖。

圖6 焊縫處厚度不足

2.3.3 漏點

漏點是液體環氧補口中最常見的質量問題,導致漏點產生的原因是多方面的：

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

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

3)在厚度較薄的焊縫處或表面存在起包、麻點及開裂處,也極易形成漏點。

圖7為補口易產生漏點處。

a)蚊蟲處易引起漏點

b)焊渣、焊瘤處易引起漏點 圖7 易產生漏點處

2.3.4 附著力不足

噴砂完成后,若管壁表面灰塵及磨料殘渣不徹底清除,易造成灰塵度超標,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致附著力檢測不符合要求。圖8為檢查過程中發現的補口附著力不符合規范的現場圖。

圖8 附著力小于規范要求

3 質量控制

從人員、設備、材料，施工工藝，施工工程，環境等方面對液體環氧補口質量進行控制。

3.1 人員、設備、材料

施工前,要求防腐施工人員完成崗前培訓及技術交底,持證上崗,施工過程中加強施工人員的責任心與質量意識,提高施工人員的操作水平。

嚴格把控材料報驗關,檢查雙組份環氧材料的產品合格證(標明材料名稱、型號、批號及生產日期、有效期等)、由技術質量監督部門出具的技術質量檢測報告、產品標準、使用說明書及本批產品檢驗報告文件,檢查噴砂用石英砂的規格及噴砂后吹掃用壓縮空氣是否干燥潔凈,保證材料質量符合要求。

檢查設備的鑒定和校準情況,并嚴格按照設備報驗程序進行報驗,要求合格證、檢定證書齊全且均在檢定周期內。

3.2 施工工藝

1)涂裝前進行嚴格的表面預處理,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,避免發生表面開裂、厚度方面的缺陷。另外對焊接時產生的焊瘤、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,防止漏點產生。

2)噴砂完成后,達到GB/T 8923《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定》中除銹質量等級要求,噴砂處達到Sa 2.5級,手磨處達到St 3.0級,錨紋深度達到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生。噴砂時采用干法噴砂,保證噴砂磨料干燥,并對噴砂完成后的金屬和PE層表面進行吹掃并干燥,避免補口表面出現開裂、局部起包及附著力不合格等現象。

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。嚴格按照產品說明書進行涂料與固化劑的配制,避免產生因配比不當而引起表面流掛及附著力不符合要求。另外,涂料攪拌時建議沿同一方向攪拌,避免空氣混入導致補口表面局部起包。

4)涂裝前務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,保證補口表面質量,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干前實施。若上次涂料已達到實干,要求對上次涂料進行噴砂或手工打磨后再進行面漆涂裝,以保證補口表面的光滑及底漆與面漆之間的粘結力牢固。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使用而引發的質量問題,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人同時負責一道焊口涂裝,另外1人則負責處理上一道已涂裝完成的補口質量問題。在底漆與面漆的涂裝過程中,確保涂料未固化前反復涂裝,避免產生表面流掛與起包。針對焊縫等厚度薄弱區域,建議先用底漆刷涂一遍,再進行整體涂裝。涂裝過程中若發現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涂。涂裝時嚴禁超越打毛處理區域和PE層的極化處理區域,避免邊緣翹起。

3.3 施工過程

為避免個別防腐機組施工人員偷工減料,出現不噴砂除銹或者噴砂除銹等級不滿足規范要求以及不進行氣體極化處理直接防腐現象,要求機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口與焊口號的照片,EPC現場監管人員與現場監理在現場檢查過程中,一方面關注正在施工的補口質量,另一方面對施工過程中的拍攝照片進行核查,發現不合格現象立即整改。通過以上措施,使補口施工過程質量可控。圖9為現場噴砂及氣體極化處理后焊道與焊口號組圖。

a)現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 現場噴砂及氣體極化處理后焊道與焊口號組圖

3.4 環境

3.4.1 溫度

兩廣地區屬于亞熱帶氣候地區,常年溫度保持在5℃以上,一般不采取任何預熱措施。但夏季由于溫度過高,導致補口施工涂料固化困難,表干時間較長,管道底部流掛現象嚴重,鋼管上表面厚度不符合要求。因此,在此類地區應避開日高溫時段施工。另外,一旦出現流掛、起包等現象時,要在涂料未實干前進行反復涂裝,確保補口質量合格。

3.4.2 濕度

4 結論

液體環氧補口技術作為一種新型補口工藝,因其優良的綜合性能,必將大量應用于長輸管道防腐補口工序。現場施工質量會影響涂層的最終使用性能,只有在施工過程中,嚴格把控施工人員、設備及材料質量,并針對不同的施工環境,因地制宜地確定相應的施工工藝,才能提高液體環氧技術的補口質量,獲得良好的防腐性能。

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