提升油氣長輸管道氣體極化防腐補(bǔ)口一次合格率技術(shù)研究

牛益民，王 營，武文輝，張之松，劉建鵬

1.廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北廊坊 065000

2.石油天然氣管道工程質(zhì)量監(jiān)督站，河北廊坊 065000

3.國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司建設(shè)項目管理分公司，河北廊坊 065000

4.遼河油田建設(shè)有限公司，遼寧盤錦 124000

氣體極化防腐補(bǔ)口[1]采用極化氣體對鋼材外聚乙烯表面進(jìn)行化學(xué)極化處理，生成具有表面活性的羧基基團(tuán)而使聚乙烯表面極性化，再對液體環(huán)氧涂層進(jìn)行加熱，提高液體環(huán)氧涂層的固化溫度，使聚乙烯表面羧基基團(tuán)與液體環(huán)氧涂料的環(huán)氧基團(tuán)在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵。聚乙烯層與環(huán)氧涂料搭接的補(bǔ)口區(qū)以化學(xué)鍵粘接，不僅提高了補(bǔ)口搭接區(qū)聚乙烯涂層和環(huán)氧涂層間的初始附著力，也使其具有了長期防腐性能，滿足了埋地長輸管道長期服役的要求。

氣體極化防腐補(bǔ)口具有以下五方面優(yōu)勢[2]。

（1）采用極性處理技術(shù)使聚乙烯表層極性化。涂敷的涂層與聚乙烯間的分子架構(gòu)發(fā)生改變，保證了密閉黏結(jié)力永久的實(shí)效性。

（2）作業(yè)操作簡潔方便。適合各種極端條件下施工，如高溫、高寒環(huán)境，涂層固化后性能不受環(huán)境溫度影響。

（3）質(zhì)量可控性強(qiáng)。如需要每道口都可以進(jìn)行檢測，非常方便進(jìn)行修補(bǔ)（只用砂紙先對修補(bǔ)范圍進(jìn)行表面打毛，然后再刷一層涂料即可修補(bǔ)涂層損傷、厚度不足等缺陷）。

（4）剛性耐磨耐劃傷性能優(yōu)異。滿足定向鉆穿越巖石和卵石地床的要求。

（5）具有規(guī)范的安全環(huán)保作業(yè)工藝指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，滿足安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的要求。

1 氣體極化防腐補(bǔ)口施工

氣體極化防腐補(bǔ)口施工流程[3-4]如圖1所示。

圖1 氣體極化防腐補(bǔ)口施工流程

1.1 管口預(yù)處理

將補(bǔ)口部位裸露鋼管表面和搭接區(qū)防腐層表面的油污、泥土等污物清理干凈，清除環(huán)向焊縫及其附近管體的毛刺、焊渣、飛濺物、焊瘤等，并將焊縫表面處理平滑。

管體防腐層端部如有翹邊、生銹、開裂等缺陷時，應(yīng)對缺陷進(jìn)行處理。對防腐層端部不規(guī)則部位進(jìn)行修磨，使得其邊沿規(guī)整或與鋼管完全黏附；管體聚乙烯防腐層端部坡面應(yīng)修磨至與鋼管表面夾角不超過30°。

1.2 自動噴砂處理

將補(bǔ)口處金屬表面噴砂處理到Sa2.5級，噴砂條件達(dá)不到的地方可機(jī)械或手工打磨處理到St3.0級，沿管道軸向方向距裸露金屬與聚乙烯層交界處至少5 cm以內(nèi)的聚乙烯表面進(jìn)行噴砂或打磨處理，處理后的金屬和聚乙烯表面用高壓空氣或采用刷子手工清掃方法吹掃干凈。

1.3 氣體極化

采用塑料膜和膠帶將表面噴砂處理后的補(bǔ)口區(qū)域進(jìn)行密封，見圖2。之后，用工具刀在密封膜上開一尺寸合適的小孔，開孔后用手?jǐn)D壓密封膜將密封區(qū)內(nèi)的空氣擠壓出去，插入膠管后用膠帶黏合密封所開的小孔。將EPL-2001處理劑（極化氣體）的輸氣針頭插入密封膜內(nèi)（見圖3）。打開輸氣閥門，密封膜鼓起后即關(guān)閉閥門，拔出輸氣針頭，粘上膠帶密封針孔至少保持10 min。用尾氣處理裝置抽出密封區(qū)域內(nèi)的氣體（氣體處理劑注入后的48 h內(nèi)進(jìn)行此操作都有效），然后除去密封膜和膠帶。除去密封膜和膠帶后，需在10 min內(nèi)開始涂裝底漆。

圖2 粘貼極化氣體密封薄膜

圖3 極化氣體填充作業(yè)

采用氣體極化處理方式時，應(yīng)采取相關(guān)措施防止氣體泄漏；極化處理完成后，應(yīng)對氣體全部進(jìn)行回收處理，不應(yīng)直接排放。

1.4 底漆涂裝

將底漆的基料和固化劑混合均勻。攪拌過程中一定要注意桶壁和桶底的基料，此過程不超過2 min，攪拌過程中應(yīng)盡量避免氣體的混入，基料和固化劑混合后10 min內(nèi)必須使用完畢，管體溫度達(dá)到（65±15）℃（視環(huán)境變化調(diào)整）時開始涂刷。采用毛刷或刮板進(jìn)行底漆涂裝。

使用中頻加熱器對補(bǔ)口區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)管體溫度達(dá)到（55±5）℃后（溫度測試應(yīng)使用接觸式測溫儀），停止加熱，撤去中頻加熱器。

將已混合均勻的基料和固化劑用毛刷或刮板進(jìn)行底漆涂裝。底漆涂裝完畢后，采用中頻加熱器加熱涂層至表干（手指輕觸防腐層不粘手；或雖發(fā)黏但無漆黏在手指上）。

1.5 面漆涂裝

將面漆的基料和固化劑混合均勻，采用毛刷或刮板進(jìn)行面漆涂裝。

在底漆表干后實(shí)干（手指用力推防腐層不移動）前，開始涂刷面漆，不得漏涂。如需要涂裝多道面漆，需前道面漆表干后實(shí)干前涂裝下一道面漆。氣體極化雙組份液體環(huán)氧涂料防腐層厚度1 200～1 600 μm。涂刷過程中應(yīng)采用濕膜測厚儀監(jiān)測濕膜厚度，及時對薄點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)涂。

2 氣體極化防腐質(zhì)量問題分析

對某長輸管道工程3 180道焊口的補(bǔ)口質(zhì)量進(jìn)行整理統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)不合格口272道，具體情況見表1。

表1 氣體極化液體環(huán)氧防腐補(bǔ)口不合格情況統(tǒng)計

通過現(xiàn)場驗證，對造成氣體極化防腐補(bǔ)口一次合格率不高的原因進(jìn)行了全要素分析，最終確定涂刷作業(yè)無有效防護(hù)、底/面漆+固化劑攪拌超最佳時效、漆膜表面平整度差為主要原因，具體詳見表2?？梢詮耐克⒆鳂I(yè)有效防護(hù)、底/面漆規(guī)范攪拌、控制漆膜表面平整度三個方面提高氣體極化防腐補(bǔ)口施工質(zhì)量。

表2 末端因素確認(rèn)統(tǒng)計

3 氣體極化防腐質(zhì)量控制

3.1 對涂刷作業(yè)加強(qiáng)防護(hù)

風(fēng)速對氣體極化防腐涂刷作業(yè)影響嚴(yán)重，極易刮飛底漆/面漆，浪費(fèi)材料，減薄涂層厚度，造成防腐補(bǔ)口外觀不合格的同時污染環(huán)境。項目結(jié)合實(shí)際情況，制作簡易組裝式屏風(fēng)（見圖4），消除涂刷作業(yè)中風(fēng)的影響，提升工程實(shí)體質(zhì)量。

圖4 簡易組裝式防護(hù)屏風(fēng)

D1 422 mm鋼管口徑大，在地面無法全部完成涂刷，需反復(fù)上下步梯，進(jìn)行登高作業(yè)。鋁合金步梯雖質(zhì)輕，但防滑效果差、安全系數(shù)低。涂刷過程無實(shí)質(zhì)有效的防護(hù)措施，無法消除員工心理壓力。施工中，員工既要兼顧自身安全又要保證質(zhì)量，無法安心涂刷。項目結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計、制作滑輪鋼梯輔助作業(yè)操作平臺（見圖5），四周焊接防護(hù)欄，避免作業(yè)過程中人員墜落風(fēng)險，涂刷施工中確保人員安全。在鋼梯作業(yè)平臺兩側(cè)設(shè)置橡膠腳輪，作業(yè)過程中無須反復(fù)拆卸、倒運(yùn)鋼梯，操作簡便，大大降低工人勞動強(qiáng)度，有利于提升工程防腐施工質(zhì)量。

圖5 滑輪鋼梯輔助作業(yè)平臺

3.2 底漆/面漆+固化劑攪拌質(zhì)量控制

固化劑倒入底漆/面漆攪拌前浮于涂料上層，廠家指導(dǎo)說明書要求：“沿同一方向均勻攪拌并在規(guī)定時間內(nèi)使用?！比欢?，現(xiàn)場操作人員在攪拌過程中隨意改變攪拌方向，一方面，造成底漆/面漆與固化劑攪拌不均勻；另一方面，因混入大量空氣，造成漆膜表面產(chǎn)生氣泡等外觀缺陷。施工前，由廠家指導(dǎo)初期施工，針對產(chǎn)品特點(diǎn)，盡可能對產(chǎn)品的使用性能和操作規(guī)程做深入講解。現(xiàn)場集體學(xué)習(xí)、溝通、交流，強(qiáng)化規(guī)范作業(yè)，明確攪拌混合過程中沿單一方向勻速攪拌，禁止來回、往復(fù)攪拌，使固化劑與涂料充分混合。

氣體極化液體環(huán)氧防腐補(bǔ)口施工屬機(jī)械化作業(yè)，施工中流水循環(huán)作業(yè)，現(xiàn)場采用鉗式中頻感應(yīng)加熱器預(yù)熱管口，控制加熱時間，在最佳時期內(nèi)涂刷底漆。施工中，對鉗式中頻感應(yīng)加熱器進(jìn)行改裝，增加溫度檢測和計時裝置（見圖6）。達(dá)到涂刷作業(yè)要求后，設(shè)備自動報警并停止加熱，立即涂刷底漆，控制涂刷作業(yè)在10 min內(nèi)完成，確保涂料的最佳使用期限。

圖6 設(shè)備改造計時模塊

3.3 控制漆膜表面平整度

底漆、面漆黏度大，涂刷過程須多層、多道涂刷，作業(yè)人員采用傳統(tǒng)刷油漆方式涂刷，一次蘸取過多，個別施工人員將涂料直接傾倒于管口表面，再用毛刷抹平。涂刷厚度不均勻，表面凹凸不平，產(chǎn)生補(bǔ)口外觀缺陷，需重新修補(bǔ)、涂覆。

現(xiàn)場施工為便于工人實(shí)際操作，項目制作崗位操作卡和工藝卡，每日開工前施工人員熟悉操作要領(lǐng)，強(qiáng)調(diào)“少量多層多道”涂刷的科學(xué)性，確保現(xiàn)場施工的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。制定防腐補(bǔ)口一次合格率考核管理辦法，實(shí)施梯度獎勵政策，超過要求的一次合格率時，每增長0.5個百分點(diǎn)獎勵5 000元；堅持“獎勵為主懲罰為輔”的指導(dǎo)思想，提升員工責(zé)任心，確保防腐補(bǔ)口一次合格率。

4 結(jié)論

氣體極化防腐補(bǔ)口技術(shù)具有施工方法操作簡便、工藝簡單、管道補(bǔ)口黏結(jié)強(qiáng)度高、防腐性能好、能延長管道使用壽命、便于推廣等特點(diǎn)，可在后續(xù)工程建設(shè)中推廣應(yīng)用，通過提高涂刷作業(yè)有效防護(hù)、底漆/面漆+固化劑規(guī)范攪拌、控制漆膜表面平整度，氣體極化液體環(huán)氧防腐補(bǔ)口一次合格率由最初的91.45%大幅提升至97.95%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。