新型防腐材料在燃氣管網安全耐久性技術中的研究與應用

戴承東，常峰，強建明

（渭南市天然氣有限公司，陜西 渭南 714000）

近年來，隨著城市的不斷發展，城市燃氣管網建設也取得了長足的發展。然而城市燃氣管網在快速發展的同時，也存在許多安全隱患。燃氣管網是城市發展的重要設施，管網的輸配系統，經常出現安全威脅問題。燃氣管網的安全管理，是確保管網安全運行的關鍵所在［1］。本文研究目的在于通過對新型防腐防護材料和結構的研究和應用［2］。對上述影響燃氣管網安全性、耐久性的關鍵問題進行有效解決，延長燃氣管網及設施的使用年限，保證安全生產，預防和控制安全事故。

1 國內外研究現狀分析

1.1 管道焊口補口技術的研究現狀

為保證燃氣管道焊口部位的抗腐蝕性能，必須采取焊后內補口或其他工藝措施，解決管道接頭的連接與防護問題［3］。目前管道焊口補口技術的主要工藝如下：

1）聚乙烯熱收縮套補口。材料為經過輻射交聯的聚乙烯片材，內敷熱熔型膠黏劑，施工時將其套在補口處，均勻加熱產生徑向收縮，內層膠融化，使收縮套緊密地與管道防腐層和補口鋼管表面粘結在一起，達到密封防腐作用。該工藝施工受雨雪天氣、風沙天氣影響大。

2）液態環氧補口。適用于管體防腐為環氧材料的補口，用液態環氧材料進行現場刮涂。該工藝與同種材料防腐管體熔結好，黏結力強，涂裝過程簡單，修補方法容易，檢驗結果可靠；但是對其他防腐材料的管體適用性較差，涂刷的厚度難以掌控，表面處理困難，固化時間長，受風沙雨雪天氣影響較大。

3）黏彈體防腐材料補口。采用 “黏彈體防腐層+防腐冷纏帶”雙層結構。該方法施工現場對表面處理要求低，可直接黏接于防腐層，能徹底密封補口位置，阻斷水分子侵入，施工質量容易控制，受施工環境及施工人員影響較小，輕微機械損傷可自我修復。但是材料成本高。

1.2 定向鉆穿越管道防腐防護技術的研究現狀

1）3PE防腐層+熱收縮套補口：現有的管道外防腐層主要由3PE為主，在管道焊縫補口處包覆輻射交聯聚乙烯熱收縮套。在使用過程中，本方法存在較為明顯的問題，比如：在回拖過程中，外防腐層容易被劃傷等。

2）環氧玻璃鋼保護層：為了保證與管道外防腐層之間的黏結力，施工前需要對原防腐層進行打磨處理，然后再進行環氧玻璃鋼保護層施工。

3）光固化套保護層：光固化套保護層是在管道外防腐層外面再包覆一層光固化環氧材料，這種材料在太陽光或紫外線照射下會發生聚合、交聯反應，從而固化成型。但是光固化套保護層施工時需動用特種光譜燈等大型施工設備，施工難度較高。

1.3 檢修井內設施防腐的研究現狀

閥門通道內表面容易受到電化學腐蝕和機械沖蝕的雙重作用，沖刷腐蝕及點蝕現象比較明顯。國內閥門新建安裝時大多采用涂料作為防腐涂層，而由于閘井內環境惡劣，原有防腐涂層壽命很短。并且涂料類的涂層對底材處理要求高，固化時間長，不適用于防腐層改造和維修。

對于閥門井的防腐，如果采取更換材質，成本將增加很多。如果全線采用陰極保護，在磚混結構的井中，由于電力線受到屏蔽，對井內鋼結構不起保護作用，井中無水或時有時無情況下，陰保更不會起作用。目前有用熱收縮套進行防腐，由于表面處理及異形外觀，給熱收縮套施工帶來困難，由于黏接不好，常出現橋連或空洞防腐效果不好。

2 新型燃氣管網安全耐久性關鍵技術介紹

通過新材料、新產品及其應用技術的研發和應用，提出了新型燃氣管網安全耐久性關鍵技術，解決了管道焊口部位的腐蝕，定向鉆穿越管道防腐防護，設備井、檢修井內設施防腐等技術難題。降低燃氣管網運營公司的運營維護成本，提高公共安全指數，加強環境保護。該技術研究路線如圖1所示。

圖1 項目技術研究路線

2.1 管道焊口補口技術方案

鑒于傳統管道焊口補口方案的一系列不足，本文提出采用多層礦脂包覆技術來解決管道焊口補口的防腐施工問題。多層礦脂包覆技術是一種通過多層防腐防護材料包覆構成的復層防蝕系統，具有表面處理簡單，施工環境要求低，施工方法簡單快捷，施工質量容易保障，抗沖擊能力強，對環境無公害等優勢，是一種安全、可靠的新型管道對接焊縫補口方法。

多層礦脂包覆系統包括礦脂底漆、礦脂油帶、絕緣保護帶、高密度聚乙烯護甲四個部分。該系統的組合，基于其油性礦脂憎水的防腐蝕機理，使得焊口表面形成幾個連續層次的油性防護層，水汽根本無法滲透，能夠有效阻止腐蝕的產生和蔓延，效果顯著。管道焊口多層礦脂包覆技術結構示意圖如圖2所示。

圖2 管道焊口多層礦脂包覆技術結構示意圖

2.2 定向鉆穿越管道防腐防護技術

采用功能性高分子材料作為內層防腐材料，水固化外護帶作為外層防護材料對定向鉆穿越管道防腐層進行保護。功能高分子材料是一種無溶劑、多功能防護材料，由環氧基樹脂基體與高阻隔性無機材料復合，并采用納米材料增強性能而成，對水、各類離子、鹽霧及二氧化碳氣體等介質有極好的阻隔封閉性能，適用于高腐蝕環境下的金屬腐蝕防護。水固化鎧裝外護帶是一種預浸水固化樹脂和玻璃纖維帶的復合材料，在施工現場在被保護管道的防腐層外側進行纏繞，材料固化后在管道表面形成一個堅固、持久的防腐防護外殼［4］，有效提高了定向鉆穿越管道的使用壽命。本文技術具有施工效率高，施工工藝簡便，防腐防護效果優異的特點。

2.3 閥門井內設施防腐修復技術

為了解決閥門井內設施腐蝕問題，提出采用多層礦脂包覆技術來解決閥門井內設施防腐修復的難題，具有以下優勢：

1）防腐層具有優異的柔韌性和可塑性，適應工件表面形狀能力強，可以適應任何不規則形狀的表面，與金屬表面貼合緊密，確保整體的防腐密封；

2）表面處理要求極低，僅需達到國標中最低規定St2級即可。

3）本防腐體系可以重復使用，方便日常的維護檢查；

4）防腐效果好，防腐壽命長。惰性礦脂化學穩定性好，耐酸堿鹽能力強，防腐保護更加的持久有效；

5）符合環保要求，對人體和環境無傷害。

系統由5個部分組成，分別為礦脂底漆、礦脂膠泥、礦脂油帶、絕緣保護帶和水固化外護。在本系統的組成中，基于其油性礦脂憎水的防腐蝕機理和礦脂系統柔性的特性，在閥門、法蘭等異形結構上用礦脂膠泥填充成規則的表面，再用礦脂包覆系統形成均勻、致密的防腐層，能夠迅速阻止腐蝕的產生和蔓延，效果顯著。

3 結論

本文針對影響燃氣管網安全性耐久性的幾項關鍵技術開展了一系列的解決方案研究、工藝設計以及現場工程實驗。開發了 “管道焊口復層包覆防腐技術”，“定向鉆穿越管道防腐防護技術”，“閥門、法蘭多層礦脂包覆防腐修復技術”等技術方案，所研發的技術方案對于燃氣管網壽命的延長及保證安全生產都有著重要意義。

本文提出的技術方案自2015年起先后在天津某市政管道建設工程，陜西某管道建設工程等項目中應用，取得了顯著的經濟效益和社會效益。在燃氣管網建設中，管道防腐是一項不容忽視的重要技術措施。本文技術可以減緩周圍環境對管道的腐蝕，以起到延長管道使用壽命的效果，這也是保證管道長期、安全、平穩運行的措施之一。