無溶劑液體環氧涂料在天然氣管道熱煨彎管外防腐層修復中的應用

李世龍

中國石油管道局工程有限公司國際事業部，河北 廊坊

1. 引言

長輸管道外防腐層是保障管道不受腐蝕、安全運行的根本[1]，熱煨彎管由于形狀的特殊性，是管道外防腐層的薄弱環節[2]。熱煨彎管外防腐層采用的主要形式包括：3PE 防腐層、單層環氧粉末、雙層環氧粉末、無溶劑聚氨酯涂料、無溶劑液體環氧涂料、聚脲涂料等[3] [4]。由于熱煨彎管的形狀不規則，為了避免在運輸和吊裝過程中磕碰損傷外防腐層，因此在防腐層外側纏繞聚乙烯或聚丙烯膠粘帶進行防護[5] [6]。國外在某役天然氣管道(管徑1219 mm、鋼管材質X80、設計壓力9.81 MPa)出現熱煨彎管雙層熔結環氧粉末外防腐層與鋼管粘結力不足，造成陰極保護電流損失，需要進行熱煨彎管外防腐層修復[7]。

2. 修復材料比選及要求

2.1. 修復材料比選

在役長輸管道外防腐層修復采用的主要修復材料為無溶劑聚氨酯涂料、無溶劑液體環氧涂料、無溶劑環氧玻璃鋼、聚丙烯膠粘帶、粘彈體防腐膠帶+外護帶[8]，上述修復材料的材料性能、對管道運行和施工要求等存在差異[9] [10] [11] [12]，優缺點對比見表1。基于無溶劑液體環氧涂料在國內外廣泛應用于管道外防腐補口、埋地管道防腐和埋地管道防腐層修復，結合在役天然氣管道運行安全要求和管道所在區域的干燥少雨、高溫晴朗和日照時長的氣候條件，且考慮結合修復成本和修復施工的可操作性，推薦選用耐陰極剝離性、耐水性、耐磨性和粘結力極佳的無溶劑液體環氧涂料作為熱煨彎管防腐層修復的材料；為了提升機械強度和密封性能，采用聚丙烯膠粘帶作為外防護帶。

Table 1. Comparing advantages and disadvantages of the repairing materials表1. 修復材料優缺點對比

2.2. 修復材料要求

修復材料的技術特性必須嚴格滿足業主批準的技術規格書要求，修復材料的運輸和倉儲遵照供貨商的產品說明書要求。修復材料入場前需要檢查對應生產批次的合格證、第三方出廠檢驗報告以及第三方專業質檢機構的性能檢驗報告，并提交業主審核，所有修復材料必須經業主驗收后方可入場使用。

3. 施工流程及施工方案

3.1. 施工流程

根據管道在役運行的實際情況，熱煨彎管外防腐層修復的施工工序主要包括定位、操作坑開挖、環氧粉末防腐層去除、表面處理、無溶劑液體環氧涂料噴涂、電火花檢漏、粘結強度測試、纏繞聚丙烯膠粘帶、操作坑回填及地貌恢復等，具體施工流程見圖1。

3.2. 施工方案

3.2.1. 定位

核查項目竣工資料的竣工圖和焊接日志確定熱煨彎管的安裝里程，現場依據管道沿線里程樁和轉角樁初步判斷熱煨彎管埋設的區間位置，利用雷迪探測儀檢測熱煨彎管位置并標記，現場采用人工開挖探坑方式確定熱煨彎管的準確位置，一般要求探坑應將熱煨彎管10～2 點鐘方向的位置全部露出，管道軸向露出部位應該滿足彎管兩端以外各500 mm 以上。

Figure 1. Construction procedure of anti-corrosive coating overhaul圖1. 防腐層修復施工流程圖

3.2.2. 操作坑開挖

在對熱煨彎管準確定位之后，在探坑基礎上進行操作坑開挖，彎管外壁兩側1 m 的地方做出標記線，標記線以外采用機械開挖。普通地段操作坑的邊坡比不大于1:1，沿彎管軸向兩側挖出坡度小于15°的逃生通道，松軟土壤的操作坑內安置防塌棚或采用打樁支撐進行加固。彎管外壁和操作坑側壁的距離不小于1.2 m，管底和坑底間距大于0.5 m，在清理熱煨彎管上方及下方土時，必須采用人工清理。對于豎直轉角的熱煨彎管，操作坑深度較大，如果操作坑深度超過挖掘機單斗的作業高度，則采用階梯式開挖方式。開挖后需要檢測坑底的可燃氣體濃度，并在施工過程中時時監測。

3.2.3. 環氧粉末涂層去除

原有雙層熔結環氧粉末涂層去除可采用手動工具撬剝、動力工具磨削、機械式機具清除或結合其它方法進行[13]。清除后的彎管表面應無明顯的舊涂層殘留，清除過程中避免損傷管體金屬，嚴禁野蠻操作。清除下來的舊防腐層不得現場棄置，需將碎片、碎屑、廢砂和廢液收集并按照環保要求統一處理。根據現場實際情況結合業主要求，確定熱煨彎管兩端的補口熱收縮套是否需要去除。

3.2.4. 表面處理

熱煨彎管表面處理的效果直接影響噴涂質量，噴涂無溶劑液體環氧涂料要求對鋼管表面進行機械噴砂除銹，金屬表面要求噴砂處理至Sa2.5 級，采用對比樣板進行比對噴砂除銹等級；錨紋深度要求為50～90 μm，采用錨紋對比板比對或錨紋儀測量；處理后的表面采用干燥的空氣吹掃或無毛屑清潔刷除去表面的粉塵、碎砂等殘留物，表面清潔度應滿足2 級以上，即1 級或2 級滿足要求，采用膠帶分別粘貼熱煨彎管兩端和中間位置的管體上部和下部區域進行檢測，與灰塵度標準圖樣進行對比得出灰塵度等級。熱煨彎管兩端相連的熱收縮套或3PE 防腐層端部需要打磨成30°坡角，并打毛至粗糙。噴砂除銹后超過4 小時，禁止進行噴涂作業，需要再次進行表面處理。

3.2.5. 無溶劑液體環氧涂料噴涂

在噴涂和涂層固化過程中應確保熱煨彎管表面溫度高于露點溫度3℃以上，并且環境溫度高于5℃，在無防護措施的情況下，刮風、下雨及揚塵的天氣不宜施工。噴涂采用雙組分高壓無氣噴涂設備或單組份高壓無氣噴涂設備，采用雙組份噴涂設備，注入基料和固化劑前首先檢查料箱是否干燥、無雜質和殘液等，然后檢查噴涂設備基料和固化劑配比；采用單組份噴涂設備，首先檢查涂料配比容器是否干燥、清潔；倒入涂料前，檢查所用的基料和固化劑體積比是否與涂料說明書一致，充分攪拌使基料和固化劑混合充分。

噴涂過程中，確保噴槍出口的涂料顏色均勻、噴涂傘面均勻打開。無溶劑液體環氧涂層干膜總厚度應 ≥ 800 μm，每層的噴涂厚度不宜超過150 μm，由于濕膜厚度和干膜厚度存在差異，建議噴涂的濕膜厚度 ≥ 860 μm，濕膜厚度采用濕膜規進行測量。

在低環境溫度下，可能存在涂料粘度過高導致噴涂困難，噴涂前應將基料和固化劑或調配混合后的涂料溫度加熱至不低于20℃；或是采用料箱內加熱及伴熱軟管，避免涂料受冷導致粘度增高影響噴涂質量，建議采用可加熱型雙組份高壓無氣噴涂設備。基料與固化劑調配混合過程中涂料溫度會略有升高，混合后的涂料流動性逐漸變差，需要在適用時間內完成噴涂，如果涂料的溫度高于40℃，必須在15 分鐘之內完成噴涂或者對涂料進行降溫處理；因此高溫條件下，不建議采用單組分無氣噴涂設備。噴涂完成后余留在噴涂設備料箱、料管中的涂料必須及時清洗并排出。

3.2.6. 涂層檢測及電火花檢測

涂層表干后進行目視檢測，表面應平整，色澤均勻，不應有褶皺、漏涂、流掛、龜裂、鼓泡和分層等缺陷。實干后采用磁性測厚儀或超聲波測厚儀測量四象限(即時鐘位置12:00、3:00、6:00 和9:00)位置的涂層厚度，確保涂層干膜厚度 ≥ 800 μm，且均勻一致。測量干膜厚度時，為避免探頭損傷涂層，可在檢測位置的涂層上方墊放一片已知厚度的校正膜片，將測厚儀的探頭輕輕按放在校正膜片上測量涂層和膜片總厚度，減去校正膜片厚度得出涂層厚度。涂層必須100%采用電火花檢漏儀進行漏點檢測，檢漏電壓4 kV，如有漏點應該進行局部修復并再次檢漏，直至合格。

3.2.7. 涂層粘結強度測試

為了保證修復質量，每根熱煨彎管噴涂的無溶劑液體環氧涂層都必須進行粘結強度測試。國內規范要求液體涂料對鋼管表面粘結力的現場檢測采用刀撬法，附著力等級應達到2 級以上[8]。在此次修復工作中，業主結合管道所在國防腐規范要求環氧涂料的粘結強度測試采用拉拔試驗，粘結強度 ≥ 7 MPa。實際執行過程中，待涂層完全固化后至少隨機選取管體上中下各一處進行粘結強度測試。粘結強度測試采用拉拔儀進行，對測試區域表面進行打毛后粘貼拉拔粘扣，24 小時后進行拉拔。如果在低于測試要求的強度下，拉拔粘扣與涂層表面發生開膠，則不能證明涂層粘結強度是否合格，需要重新進行拉拔測試，現場粘結強度測試照片見圖2。如果三處測試區任意一處不合格，需要分析原因并確定是否對整根彎管重新進行防腐。粘結強度測試屬于破壞性測試，測試合格后對破損部位進行手工打毛和涂抹修復，實干后再次測試干膜厚度并進行電火花檢漏。

3.2.8. 纏繞聚丙烯膠粘帶

首先應按規定的方法對不同生產批次的聚丙烯膠粘帶進行剝離強度檢測，測試溫度宜為25℃，層間剝離強度值不低于20 N/cm [8]。剝離強度檢測合格后，采用手工纏繞或機械纏繞的方式對整根熱煨彎管進行纏繞施工，聚丙烯膠粘帶纏繞要求為搭接50%～55%雙層纏繞，總厚度 ≥ 2.2 mm，始端與末端搭接

長度不少于1/4 鋼管周長，且不少于100 mm；聚丙烯膠粘帶與3PE 防腐層或熱收縮套的搭接寬度應不小于150 mm。纏繞施工應連續作業，不得隔夜；環境溫度低于0℃施工時，需用熱風機對膠層表面進行預熱后纏繞。

Figure 2. Photo of adhesive strength test圖2. 粘結強度測試照片

3.2.9. 聚丙烯膠粘帶外觀檢查及電火花檢測

纏繞完成的聚丙烯膠粘帶表面應進行逐層目測檢查，表面應平整、搭接均勻、無永久氣泡、不得扭曲皺褶、帶端應壓實貼合，不得翹起。聚丙烯膠粘帶纏繞后的熱煨彎管100%進行漏點檢測，檢漏電壓12 kV。若有漏點，應拆除重新纏繞并檢漏，直至合格。

3.2.10. 操作坑回填及地貌恢復

普通地段操作坑回填采用原狀土分層回填，大粒徑的土塊需要搗碎后進行回填，每回填200 mm 進行夯實，回填至地表高度300 mm 以上。如果回填土中含有礫石或碎石必須進行篩除或是熱煨彎管周圍200 mm 采用細土回填后再進行原狀土回填。回填完成后，根據設計要求進行機械恢復和生態恢復。

4. 質量控制

4.1. 內部質量控制

無溶劑液體環氧涂料施工技術要求較高，受環境及操作人員的水平等因素制約。每個機組配備質量管理人員對修復過程進行質量管理，對各個工序的質量進行管控，尤其是對潛在影響防腐質量的關鍵工序和關鍵參數進行全責管理和過程管控。同時，國外項目建議內部委托第三方監理進行現場質量監督，總承包商對現場內部第三方監理人員進行面試及定期考核，確保監理人員的專業素養與業務能力，嚴控防腐層修復施工質量。

4.2. 外部質量控制

現場外部質量控制由業主運行機構或業主批準的第三方監理公司進行現場管控，該質量管理人員需要通過業主的面試和考核，選派責任心強、專業技術過硬經驗豐富的質量管理人員，全程進行防腐層修復質量監督。修復施工過程中，業主項目管理團隊也要全程參與修復施工，對修復質量提供技術支持和協同管控。

4.3. 外防腐層修復工藝評定

無溶劑液體環氧涂料 + 聚丙烯膠粘帶的外防腐層修復工藝需要進行工藝評定，業主代表、總承包商代表在現場或預制場進行修復工藝評定，按照防腐修復的工序和要求進行實際操作，質量評定合格后，方可使用該修復工藝進行現場的實際修復工作。

4.4. 防腐工考試取證

入場進行熱煨彎管外防腐層修復前，無溶劑液體環氧涂料噴涂人員和聚丙烯膠粘帶纏繞人員必須通過業主認可的防腐工考試，考試合格后分別頒發無溶劑液體環氧涂料噴涂防腐工證書和聚丙烯膠粘帶纏繞防腐工證書。所有防腐工持證上崗，無防腐工證書的人員禁止進行防腐作業。

4.5. 測量儀器儀表校驗

所有測量儀器和儀表都必須出具合格證，并通過當地國家計量機構的校驗。合格證、校驗證書提前提交業主代表進行審核，所有測量儀器和儀表必須在校驗有效期內使用。

5. 結論

采用無溶劑液體環氧涂料進行在役大口徑長輸天然氣管道熱煨彎管防腐層修復是在管道運行保護區內施工，安全風險極高，開挖作業嚴格按照作業指導書執行，各方全程監管機械設備的規范、安全操作，時時進行坑底可燃氣體濃度檢測，禁止一切明火作業；由于受限空間施工作業和質量管控難度大，必須配備素養高、業務強的操作人員和質量管理人員，同加強修復過程質量管控。

通過完成2 處沙土地區和3 處高地下水位黏土地區的熱煨彎管防腐層修復，證實無溶劑液體環氧涂料修復工藝的施工可操作性和安全質量受控性。表面處理和涂料噴涂是質量控制的關鍵，受環境、天氣及操作人員的水平等因素制約明顯，必須采取有效的防雨、防風、防塵及防蚊蟲措施及配備技術過硬的防腐噴涂人員；人工或動力工具去除雙層熔結環氧粉末及熱收縮套費時費力，可以嘗試引入高效清除機械設備、不損傷母材的化學試劑、高壓水噴射或中高頻加熱等方法進行清除；為縮短低溫條件下涂料固化時間，建議搭建保溫棚及進行非明火加溫。