埋地鋼質管道外防腐層的選擇及運用

張鵬飛

（四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川成都 610000）

氣田埋地鋼管的埋地時間長，在土質、水分、外力等因素的影響下，管道外層易出現老化、剝離、脫落等情況，繼而造成腐蝕穿孔，甚至是油氣泄漏[1]。我國的氣田中，多數埋地鋼管的運營時間超過10年，必須加強檢測和評價，必要時進行加固處理。本文結合實踐，探討了埋地鋼管常用的外防腐方案。

1 埋地鋼質管道外防腐層的性能要求

1.1 絕緣性

埋地鋼質管道的絕緣性，要求絕緣電阻低于10 000Ω/m2。在實際工程中，可以采用擊穿電壓測試，來測試防腐保護層的絕緣性能。

1.2 黏結性

防腐保護層黏附在鋼質管道外表面，因此要具有良好的粘結能力，能提高抗腐蝕性能。以3PE防腐保護層為例，PE層的內聚力高于黏結力，可降低覆蓋層的抗陰極剝離性能，利用熔結環氧粉末層進行防腐。尤其是在管道的連接節點，要具有良好的黏結性能，提高管道的密封性，防止外界腐蝕介質接觸管道表面。

1.3 抗機械損傷性

埋地鋼質管道的損傷，主要是兩個原因造成的，一是機械損傷，二是環境腐蝕，其中機械損傷占比更大[2]。因此，管道外防腐層要具有抗機械損傷性能，能抵抗人為、吊裝、運輸等因素引起的損傷。

1.4 環境穩定性

埋地鋼質管道的環境穩定性，就是管道在外界溫度、濕度、腐蝕介質的影響下，依然保持物理力學性能的特點。例如，管道穿越沙漠地區，在夏季地表溫度超過60℃，會導致熱熔膠、聚乙烯等材質發生軟化、變形，繼而失去防腐性能。提高外防腐層的環境穩定性，能延長鋼質管道的使用壽命，降低維護成本。

2 埋地鋼質管道外防腐層的常見方案

2.1 石油瀝青防腐保護層

該防腐保護層是石油瀝青、玻璃纖維布構成的，是最為常見的管道外覆蓋保護材料。其中，石油瀝青原料容易獲取，工藝技術成熟，且成本造價低廉。結合實際應用情況，石油瀝青防腐保護層的優點是：①吸水率大；②耐溫性能好，溫度在-20～70℃；③適用范圍廣泛，使用年限長達10～20a。缺點是容易老化，植物根系會造成破壞。在過去，石油瀝青防腐保護層常用在輸油管道中，隨著運營時間延長，管道腐蝕情況嚴重，因此目前應用較少。

2.2 煤焦油瓷漆防腐保護層

該防腐保護層，是對煤焦油進行分餾后，得到煤瀝青、重餾分，然后加入填料、粉煤形成復合物。由于化學性質特殊，和石油瀝青相比，優點是：①分子結構更緊湊，化學性質更穩定，能抵擋土壤中的化學物質侵蝕；②黏結性、絕緣性良好；③吸水率低，不會被植物根系破壞；④在-25～80℃，使用年限達到60a。缺點則是煤焦油瓷漆具有毒性、煙氣揮發性，隨著涂層技術的進步，改性涂層的適應性更好。

2.3 環氧煤瀝青防腐保護層

該防腐保護層由環氧樹脂、固化劑、煤焦油、瀝青等組成，防腐性能介于石油瀝青、煤焦油瓷漆之間，適用于-20℃～100℃，例如供水、石油輸送。但是，隨著環保要求提高，環氧煤瀝青防腐保護層的應用受到限制。

2.4 聚乙烯膠帶防腐保護層

該防腐保護層由聚乙烯基材、膠層兩個部分組成，優點是：①機械強度高，黏結密封性強；②耐水性、抗氧化性高，適用于-30～80℃；③施工方便，不會造成污染。缺點則是對土層應力的抵抗能力弱，由于搭接縫長，處理不好容易導致腐蝕介質進入搭接縫。

2.5 2PE/3PE防腐保護層

2PE防腐保護層，第一層是膠黏劑，第二層是聚乙烯，廣泛應用在油田管道中。該保護層的優點是：①抗沖擊能力強，耐化學介質侵蝕；②水汽滲透率低，絕緣電阻高；③使用壽命長。近年來，使用防腐的石油瀝青材料，代替原來的膠層，具有瀝青防腐功能，實現雙重保護的效果。

3PE防腐保護層，是2PE防腐保護層的升級，第一層是環氧涂料，第二層是改性膠黏劑，第三層是聚乙烯[3]。其中，聚乙烯不能和管道黏結，可使用熱熔工藝，但是黏結效果不好，對此可以加入熔結環氧粉末。3PE防腐保護層的優點是：①機械強度高，化學穩定性強；②能抵抗水的侵蝕，抵抗植物根系穿透；③適用范圍廣，在碎石土壤、石方、高含水量土壤、植物根系發達的地區均能使用；④使用壽命較長，研究稱可達50a。缺點則是生產工藝復雜，造價較高。

3 埋地鋼質管道外防腐層的運用原則

選擇埋地鋼質管道的外防腐層時，應該結合工程實際情況，綜合分析管道使用壽命、運行參數、外界環境、施工工藝等，滿足以下三個原則。

3.1 經濟適用

埋地鋼質管道處于不同的環境中，要采用不同的防腐技術，既滿足地形、土質的要求，又能降低工藝成本，確保管線在運行過程中，能降低前期投入，減少后期維修管理產生的費用。

3.2 技術可靠

埋地鋼質管道的外防腐層，基礎性能指標有黏結性、抗水性、熱穩定性、機械強度、抗土壤應力、陰極保護性能等[4]。具體施工時，應結合自然環境，分析不良地質條件下的指標可靠性，避免出現腐蝕、穿孔、老化等問題。

3.3 施工簡單

在滿足經濟、技術條件的基礎上，要保證施工簡單，因為管道線路距離長，期間需要吊裝、運輸、組裝等，很容易出現碰撞。采用簡單的施工工藝，尤其是補口工藝，能提高施工效率和效益。

4 四川氣田埋地鋼質管道外防腐層的運用實踐

4.1 工程背景

截止2008年，四川油氣田探明天然氣出量1.72萬億m3，在全國占比26.8%，居于第2位；遠景資源總量7.19萬億m3，在全國占比12.8%，居于第3位。依托于油氣田資源，四川成為我國最大的天然氣工業基地，從2004年起實施“川氣出川”項目，向湖南、湖北兩省供應天然氣；2010年普光氣田正式投產，實施“川氣東送”項目。以四川某氣田為例，埋地鋼質管道的外防腐層設計，綜合考慮輸出溫度、地形特征、涂層預制和修補的經濟性、管道生產方式、人文條件等，最終采用100%固化聚氨酯防腐涂料。

4.2 涂料性能

100%固化聚氨酯防腐涂料，是由多元醇化合物、異氰酸酯溶液組合而成，并加入適量樹脂調節黏結性，主要用在化工設備、石油運輸管道、海上作業設備中，具有良好的外層防腐蝕效果。具體施工中，性能優點如下：①可以采用噴涂、澆注、涂刷等多種形式，既可作為彈性體的覆蓋層，也可作為剛性體的覆蓋層。②涂料在鋼質管道表層，其內部化學鍵相互交聯，具有較高的密度和硬度，能夠增強防潮、抗腐蝕能力。③具有良好韌性，能有效抵御外界沖擊。④施工中一次成膜，厚度超過1.2mm，在109℃以下的環境中均能發揮出防腐性能[5]。

4.3 成本優勢

樹脂的性能直接影響防腐涂料性能，100%固化聚氨酯防腐涂料的綜合道的黏結能力強。和環氧樹脂相比，聚氨酯的耐候性更好，耐油性優于環氧樹脂，但耐堿性稍差。結合工程實際，即使處于低溫環境中，聚氨酯也能維持良好的性能。從成本角度來看，相比于環氧粉末、3PE防腐保護涂料等，100%固化聚氨酯防腐涂料的成本更低，有利于降低前期投入成本，提高經濟效益。

5 結語

綜上所述，氣田生產過程中，要想保證鋼質管道運輸的安全性，就必須做好防腐工作。分析可知，外防腐層要滿足絕緣性、黏結性、抗機械損傷性、環境穩定性的要求，遵循經濟適用、技術可靠、施工簡單的原則。文章以石油瀝青、煤焦油瓷漆、環氧煤瀝青、聚乙烯膠帶、2PE/3PE防腐保護層為例，介紹了實際應用情況，希望氣田企業合理選擇。