在役埋地管道3PE防腐層補(bǔ)口與補(bǔ)傷選材

李俊中

中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建 莆田 351100

0 前言

3PE防腐是目前我國埋地管道應(yīng)用最為廣泛的防腐方式，西氣東輸、川氣東送等大型長輸天然氣管道項(xiàng)目和與LNG項(xiàng)目配套建設(shè)的大規(guī)模天然氣長輸管道項(xiàng)目，均采用3PE防腐。在役埋地管道防腐施工的兩個重要環(huán)節(jié)就是3PE防腐層現(xiàn)場補(bǔ)口與破損3PE防腐層補(bǔ)傷。由于3PE防腐管道的補(bǔ)口、補(bǔ)傷目前仍采用熱收縮帶（套）或液體環(huán)氧涂層+熱收縮帶（套）兩種方式，施工時必然受到環(huán)境氣溫、濕度、施工程序及其它諸多條件的制約,造成在役天然氣管道補(bǔ)口區(qū)域的防腐質(zhì)量差于管道主體防腐層質(zhì)量。從基本防腐機(jī)理上看，只有保證補(bǔ)口區(qū)域防腐質(zhì)量優(yōu)于管道主體防腐質(zhì)量，才能保證補(bǔ)口區(qū)域有良好的防腐效果。據(jù)調(diào)查，埋地管道的腐蝕穿孔事故多發(fā)生在補(bǔ)口、補(bǔ)傷和彎曲部位，所以補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工關(guān)系到整條在役長輸管道防腐工程的質(zhì)量和壽命［1-2］。

目前，通常在役埋地管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工主要包括補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工選材，施工工藝，質(zhì)量檢驗(yàn)三部分。其中補(bǔ)口、補(bǔ)傷選材決定了現(xiàn)場施工工藝的選取，因此，補(bǔ)口、補(bǔ)傷選材對管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工質(zhì)量的優(yōu)劣性有重要影響。

1 補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工難點(diǎn)

綜合我國在役埋地管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工案例來看，由于施工條件及材料性能等限制，在役埋地管道補(bǔ)口修復(fù)及補(bǔ)傷防腐效果往往不及3PE管道主體的防腐效果，施工存在難點(diǎn)如下［3-4］：

a）管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料要與3PE 防腐層有良好的兼容性。

b）管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料要有良好的防腐性、黏結(jié)性及機(jī)械強(qiáng)度。

c）長期埋地的長輸天然氣管道3PE層會附著可溶鹽殘留，較難徹底清除，對管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料的黏結(jié)性會產(chǎn)生較大影響。

d）由于天然氣溫度低于環(huán)境溫度，在役長輸埋地天然氣管道出現(xiàn)冷凝水，制約補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工。

e）對河流、湖泊等水淹區(qū)域的在役管道進(jìn)行補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工時，要求材料具有良好的防水性。

2 補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工選材基本原則

補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料的適當(dāng)選擇對在役埋地油氣管道的安全運(yùn)行和使用壽命有重要影響，也是在役管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工首先要考慮的問題，補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工選材的基本原則如下［3-5］:

a）具有良好的絕緣性、防水滲透性及耐陰極剝離性；

b）具有一定的耐沖擊、耐劃傷等機(jī)械性能；

c）與在役管道3PE防腐層具有良好的適配性，能夠與管體3PE 防腐層進(jìn)行良好的黏結(jié)密封，且穩(wěn)定性好 ；

d）施工方便，在施工現(xiàn)場受環(huán)境影響較小，施工裝備和人員少，投資小。

3 常用補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料

3.1 液態(tài)（無溶劑）環(huán)氧涂料

液態(tài)（無溶劑）環(huán)氧涂料以改性環(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)，利用活性稀釋增韌劑實(shí)現(xiàn)無溶劑化。其優(yōu)點(diǎn)在于，涂層對鋼管和FBE涂層均有很好的黏結(jié)力，較多應(yīng)用于管道環(huán)焊縫接口處和FBE防腐層補(bǔ)口；涂料中加入了玻璃鱗片填料，大大提高了涂層的機(jī)械性能，還能起到良好的涂層屏蔽效果；可在常溫下施工，且既可采用手工涂敷，也可采用機(jī)器涂敷，施工方便。液態(tài)（無溶劑）環(huán)氧涂料缺點(diǎn)在于，由于這種涂料與3PE防腐層不黏結(jié)，所以不能用于3PE防腐層補(bǔ)口；在管體補(bǔ)口施工時，受環(huán)境和操作人員的熟練程度影響較大，特別是冬季施工易產(chǎn)生漏點(diǎn)，而漏點(diǎn)降低了涂層的黏結(jié)強(qiáng)度，且易產(chǎn)生陰極剝離［4-5］。

3.2 熱收縮帶

熱收縮帶是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的3PE防腐層管道補(bǔ)口材料，一般由輻射交聯(lián)聚烯烴基材和密封熱熔膠復(fù)合而成，其中密封熱熔膠可與聚烯烴基材、鋼管表面實(shí)現(xiàn)良好黏結(jié)。熱收縮帶在加熱安裝時，其基材徑向收縮，同時內(nèi)部密封熱熔膠熔化，緊緊包覆在補(bǔ)口處，從而形成防腐層，具有耐磨損、耐腐蝕、剝離強(qiáng)度高、抗沖擊、抗紫外線、抗光老化等性能。

熱收縮帶最主要的施工特點(diǎn)是，必須對管體進(jìn)行預(yù)熱并將密封熱熔膠烘烤至熔融后方可與管體金屬及PE黏合。熱收縮帶對于新建長輸埋地管道是非常好的防腐材料，但對于在役管道特別是在役輸氣管道，由于管內(nèi)介質(zhì)的高速流動會將管壁熱量迅速帶走，很難將熱熔膠烘烤至熔融，所以熱收縮帶不能用于在役管道補(bǔ)口施工。

3.3 冷纏膠帶

冷纏膠帶一般為內(nèi)外帶結(jié)構(gòu)，內(nèi)外帶復(fù)合在一起，內(nèi)帶為丁基橡膠層，外帶為具有一定強(qiáng)度的聚乙烯或聚丙烯保護(hù)層。冷纏膠帶根據(jù)基材的不同可分為聚丙烯冷纏膠帶和聚乙烯冷纏膠帶。聚丙烯冷纏膠帶以高強(qiáng)度丙綸纖維織物為基材，能夠非常有效地抵御土壤的應(yīng)力、外力沖擊及熱膨脹，且使用壽命較長。聚乙烯冷纏膠帶以聚乙烯片材為基材，耐沖擊性能較聚丙烯冷纏膠帶稍差，但韌性好、耐潮濕、耐熱膨脹，可滿足地質(zhì)潮濕區(qū)域及小口徑管道的防腐要求。冷纏膠帶按照膠層材料的不同也可分為兩類:一類以丁基橡膠壓敏膠為自黏膠層；另一類以瀝青基改性丁基橡膠為自黏膠層。針對3PE防腐層，丁基橡膠壓敏膠相對瀝青基改性丁基橡膠具有更好的黏結(jié)性能。所以在3PE防腐層上選擇以丁基橡膠壓敏膠為自黏膠層的聚丙烯冷纏膠帶，不僅可實(shí)現(xiàn)良好的黏結(jié)性，也具有良好的耐沖擊性能。

冷纏膠帶一般采用人工螺旋纏繞或?qū)Πp繞施工，無需加熱及大型施工設(shè)備,對表面處理級別要求相對較低，施工簡單，且具有良好的耐沖擊性能和黏結(jié)性，因此較多應(yīng)用于在役埋地管道的現(xiàn)場補(bǔ)口、補(bǔ)傷施工。

目前國外應(yīng)用較為廣泛的丁基橡膠冷纏帶為德國Vogelsang公司的Evolen-tape OP1型冷纏膠帶，使用壽命長，效果良好。目前，德國Vogelsang公司也在我國積極推廣其Evolen-tape OP1型冷纏膠帶。2011年該公司在福建LNG接收站碼頭鋼管樁進(jìn)行了一項(xiàng)冷纏膠帶應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，使用2年后仍效果良好，但長期使用效果有待繼續(xù)觀察。

3.4 黏彈體膠帶+外保護(hù)帶

黏彈體膠帶是將一種永不固化的黏彈性聚合物復(fù)合在聚乙烯網(wǎng)膜上制成的無需加熱即可施工的防腐膠帶。其永不固化的特性使其具有獨(dú)特的冷流特性，因此在防腐及修復(fù)過程中可達(dá)到自修復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)完全保護(hù)的效果。黏彈體膠帶還具有良好的防水性與耐化學(xué)性，且抗陰極剝離效果明顯。由于黏結(jié)層是永不固化的黏彈性聚合物，黏結(jié)效果也非常好。黏彈體膠帶本身機(jī)械強(qiáng)度低，所以必須采用外保護(hù)帶以提高防腐層的整體機(jī)械強(qiáng)度，常用的外保護(hù)帶有PVC膠帶、熱烤壓敏膠帶、環(huán)氧玻璃鋼等，這就形成了黏彈體膠帶+外保護(hù)帶的防腐體系。

黏彈體膠帶比聚丙烯、聚乙烯冷纏膠帶更軟，變形能力較好，除了可用于埋地天然氣管道的3PE防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷外，還可用于其它需要防腐的異性設(shè)備諸如法蘭、閥門、泵等，應(yīng)用范圍較廣。目前國外只有荷蘭STOPAQ、加拿大CANUSA等少數(shù)公司生產(chǎn)黏彈體膠帶，國內(nèi)也有幾家公司研制出類似的黏彈體膠帶。

黏彈體膠帶不僅在國外長輸管道應(yīng)用廣泛，在國內(nèi)西氣東輸、川氣東送等項(xiàng)目都有大范圍應(yīng)用。在西氣東輸某在役埋地管段對采用黏彈體膠帶+PVC外保護(hù)帶補(bǔ)口的管道進(jìn)行開挖驗(yàn)證。經(jīng)過2年多實(shí)驗(yàn)，除部分外保護(hù)帶出現(xiàn)褶皺并出現(xiàn)黏結(jié)性下降等現(xiàn)象外，黏彈體膠帶整體黏結(jié)密封良好，黏彈體膠帶整體拆除時，黏彈體膠均勻覆蓋在管體表面，管體金屬未見腐蝕。因此，將黏彈體膠帶與抗剪性能優(yōu)良的外保護(hù)帶相組合，是在役埋地長輸管道3PE防腐層修復(fù)的主要可選方法之一［3］。

4 結(jié)論

在役埋地管道防腐層的補(bǔ)口、補(bǔ)傷是管道防腐工作的重要組成部分，補(bǔ)口、補(bǔ)傷質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到整條管道防腐工程的質(zhì)量和壽命，并將進(jìn)一步影響其陰極保護(hù)的投資和效益。所以，選擇正確的在役埋地管道防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料非常重要。選擇丁基橡膠壓敏膠為自黏膠層的聚丙烯冷纏膠帶，與黏彈體膠帶+外保護(hù)帶共同體系復(fù)合用于在役埋地管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷時，兩種防腐膠帶不僅有良好的黏結(jié)性，還具有良好的耐沖擊及耐劃傷等機(jī)械性能，整體防腐性能優(yōu)異，施工方便，施工過程中受環(huán)境影響較小，是目前較好的在役埋地管道3PE防腐層補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料。

［1］米 琪.管道防腐層補(bǔ)口與熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層(FBE)補(bǔ)口材料的選擇［J］.城市煤氣, 2001, 16(5): 4-8.Mi Qi. Selection of Pipeline Anticorrosive Coating Repairing Materials and Fusion Bonded Epoxy Powder Coating (FBE)Repairing Materials［J］.City Gas, 2001, 16(5): 4-8.

［2］李新彩,底國彬,董瑞珍.埋地鋼質(zhì)管道三層結(jié)構(gòu)PE防腐層配套補(bǔ)口技術(shù)［J］.石油規(guī)劃設(shè)計, 2004, 15(4): 36-38.Li X incai, D i Guobin, Dong Ruizhen. Compensation Technique for Three-Layer PE Corrosion-Inhibiting Coating of Buried Steel Pipeline［J］.Petroleum Planning &Engineering, 2004, 15(4): 36-38.

［3］陳洪源,李英義,羅 鵬，等.在役3PE管道補(bǔ)口修復(fù)技術(shù)研究［J］.管道技術(shù)與裝備, 2012, 24(4): 24-26.Chen Hongyuan, Li Yingyi, Luo Peng, et al. Research on In-Service 3PE Pipe Joint Repair Technique［J］.Pipeline Tecchnipue and Equipment, 2012, 24(4): 24-26.

［4］吳艷陽,郭生武, 陳開勛.埋地鋼質(zhì)管道補(bǔ)口材料的選擇［J］.全面腐蝕控制, 2003, 17 (3): 31-34.W u Yanyang, Guo Shengwu, Chen Kaixun. Selection of Field Joint Coatings for Underground Pipeline［J］. Total Corrosion Control, 2003, 17(3): 31-34.

［5］龔樹鳴.長輸天然氣管道外防腐涂層選擇［J］. 天然氣與石油, 2001, 19(1): 24-30.Gong Shuming.Selection of External Coatings for Long-Distance Gas Pipeline ［J］.Natural Cas and O il, 2001, 19 (1):24-30.