海底管道節點防腐涂層結構發展概況

趙　利，武占文，相政樂，賈　振，楊　彪，彭傳偉中海油能源發展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

海底管道節點防腐涂層結構發展概況

趙利，武占文，相政樂，賈振，楊彪，彭傳偉
中海油能源發展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

結合國內外海底管道節點防腐補口的技術發展，對目前國外最常用海底管道節點防腐涂層結構及工程應用情況進行了介紹，主要包括三層聚烯烴熱收縮涂層、噴涂聚脲涂層及“FBE+改性/復合聚烯烴”防腐涂層結構及其工程應用。通過總結分析得出如下結論：在淺水海域和邊際油田開發中，三層聚烯烴熱縮涂層結構得到了較好的發展與應用；在深海、超深海領域，我國在管道節點防腐補口技術方面與國外還存在較大的差距，采用“FBE+改性/復合聚烯烴”涂層結構將是我國未來深水海底管道節點防腐補口涂層的主要發展方向。

海底管道；節點補口；防腐涂層；改性/復合聚烯烴

管道運輸已成為油氣輸送最為經濟和安全的運輸方式［1］，管道的長期穩定運行對保障能源運輸至關重要。腐蝕作為管道最主要的破壞形式之一，造成的管道破壞事故正逐年增多，因此近年來油氣管道的腐蝕防護得到了高度關注［2-5］。

在油氣管道防腐中，節點補口作為油氣管道防腐最為薄弱的環節之一，其補口涂層性能的優劣顯著影響整條長輸管道的使用壽命。尤其對于服役環境更為惡劣的海底管道，節點補口涂層的腐蝕防護性更為重要，海底油氣管道節點防腐涂層的結構與涂敷工藝被國內外管道建設公司和專家廣泛研究［6-10］。

本文在綜合目前國內現有節點防腐涂層結構的基礎上，針對節點涂層結構和補口工藝兩個方面概述了國外海底管道節點防腐涂層的發展動態。同時展望了今后我國深水節點防腐涂層結構和補口工藝的發展方向及發展趨勢。

1“液態環氧底漆+熱收縮帶”三層聚烯烴熱縮涂層結構

“液態環氧底漆+熱收縮帶”三層聚烯烴熱縮涂層結構由底層的液態環氧底漆和外層帶有熱熔膠的聚烯烴熱收縮帶構成。相對于早期“熱熔膠+熱收縮帶”的兩層節點防腐涂層結構，液態環氧底漆的引入提高了三層聚烯烴熱縮涂層結構的抗陰極剝離性能，增強了聚烯烴熱縮涂層與鋼管的附著力及其與3LPE涂層的兼容性，在整體上顯著提高了節點補口的防腐性能。

三層聚烯烴熱縮節點涂層結構已成為國內外3LPE防腐管道普遍采用的節點補口涂層結構，但該涂層結構在實際海底管道節點應用中仍存在一定程度的補口質量問題：第一，慢固化體系液態環氧底漆加熱固化后，快速固化產生較大的內應力不利于其與鋼基材的長期附著；第二，熱收縮帶的安裝仍普遍依賴人工火焰噴槍烘烤，施工效率較低，也無法避免操作人員素質差異產生的質量不確定性，對于目前使用最多的具有高軟化點和高剪切力熱熔膠熱收縮帶的施工尤其如此。

為了盡可能降低熱收縮帶補口施工的人為影響，海底管道節點自動行走噴砂除銹機、節點鉗式中頻感應線圈及熱收縮帶紅外加熱安裝設備得到了開發和應用［11-13］。同時伴隨著涂敷工藝日益成熟，三層聚烯烴熱收縮涂層結構應用于現場海底管道補口，其補口質量和施工效率有了顯著提高，促進了該涂層結構在國內淺水海域和邊際油田開發中的推廣應用。目前，該節點防腐涂層結構已在國內錦州9-3、墾利10-1及渤中34-1等項目的3LPE和3LPP海底管道防腐補口中得到了成功的應用。

2　聚脲涂層

針對低溫等惡劣條件下補口材料與3LPE涂層出現難于粘接的問題，國外公司開發出海底管道節點噴涂聚脲防腐工藝［14-16］。聚脲涂層是通過異氰酸酯與氨基化合物（端氨基聚醚、胺類擴鏈劑）以高壓噴涂形式進行快速反應而形成的彈性體材料。聚脲涂層具有優良的機械性能、耐化學腐蝕性和良好的防水性，同時聚脲材料也具有較高自催化活性，聚脲噴涂施工對環境溫度、濕度影響不敏感，可在低溫條件下快速反應成形。在3LPE防腐管道補口施工中，只需對搭接PE涂層進行極化處理（電暈、火焰極化等）即可進行噴涂補口，顯著提高了補口質量和效率。

盡管聚脲有很好的理化性能，但由于聚脲與鋼基材間的鍵合易受強堿環境破壞，因此聚脲涂層的抗陰極剝離性能較弱。為提高聚脲涂層的抗陰極剝離性能，聚脲材料的改性研究在國內得到了大量關注。孫晶［17］等人對改性聚脲進行了大量的研究，通過調整聚脲原料配方、配比及添加改性助劑等手段制備出改性聚脲材料，有效地提高了聚脲涂層的耐陰極剝離性能，填補了國內低溫極寒地區補口的技術空白。

目前，聚脲涂層已在印度尼西亞能源公司海底輸氣管道節點防腐中得到了成功的應用。在國內，隨著節點聚脲噴涂補口自動化設備的開發，聚脲涂層在蘭銀線3LPE陸地管道節點防腐中得到了應用，在國內海底管道節點防腐中聚脲涂層還未見應用。噴涂聚脲涂層在3LPE海底管道節點補口中展現出了巨大的潛在優勢，其必將成為低溫環境3LPE海底管道現場補口涂層的首選涂層結構。

3“FBE+改性/復合聚烯烴”涂層結構

隨著深水油氣田的不斷開發，深水管道面臨著更為苛刻的服役環境，這給管道節點的腐蝕防護提出了更高的要求。針對3LPE/3LPP海底管道節點防腐特點，國外公司開發出海底管道現場節點FBE噴涂技術，顯著提高了節點防腐層與主體管道FBE底涂層的兼容性和一致性，使節點防腐性能和補口效率得到了極大提高，同時也促進了與節點FBE底涂層相配套的節點涂層結構及涂敷工藝的不斷發展。

3.1“FBE+改性PE”涂層結構

“FBE+改性PE”涂層是一種與3LPE防腐管相配套的新型節點防腐涂層結構，該結構底層為噴涂FBE涂層，外層擠塑涂敷化學改性PE涂層。

PE材料進行化學接枝改性后，材料的化學極性不但得到了顯著提高，同時該材料仍保留較高的機械強度?，F場節點補口時，擠塑的化學改性PE涂層無需膠黏劑即可與預熱后的FBE涂層產生極強的化學粘接，而且其與預熱后的主體PE涂層也展現出良好的搭接效果。

因此，“FBE+改性PE”節點涂層結構展現了與主體3LPE防腐層較高的一致性和兼容性。Borealis公司和KWH公司已聯合開發出改性PE涂層材料及與其相配套的現場自動擠塑涂敷設備，并在中東水下油氣管道補口中得到了成功應用。

3.2“FBE+復合PP”涂層結構

“FBE+復合PP”涂層是一種為3LPP海底管道節點補口開發的新型節點防腐涂層結構，底層噴涂FBE涂層，外層纏繞半互穿網絡聚合PP涂層。

半互穿網絡聚合PP是由線性聚丙烯和環氧交聯單體構成的熱固性復合材料［18-19］，該材料不但具有與PP材料相同的機械強度，而且可與環氧類材料產生極高的反應活性。復合PP材料預制成的帶狀涂層材料經過現場涂裝預熱后，在無需涂敷膠黏劑的條件下可與預熱的FBE層實現較強的化學粘接，同時其與預熱后的主體PP涂層也可實現良好熔接。因此，“FBE+復合PP”節點涂層結構與3LPP防腐層展現出較高的兼容性。針對該節點涂層結構，3M公司聯合OJS公司開發出帶有伴熱功能的現場節點自動涂敷設備，極大地推動了該節點涂層結構在3LPP海底管道補口施工中的應用。

目前，在西歐北海Nuggets深水天然氣項目中，PIH公司已成功將“FBE+復合PP”節點防腐涂層結構應用到管徑為12 in（1 in=25.4 mm）3LPP海底管道的防腐補口中。

3.3“FBE+噴涂粉末膠黏劑+火焰噴涂PP”涂層結構

伴隨火焰噴涂塑料工藝及設備的日趨成熟，噴涂聚烯烴在海底管道防腐補口中的應用得到了推廣［20-23］。利用高壓氣流將加熱熔融的聚烯烴顆粒噴射到節點位置進行補口，不但有效改善了聚烯烴涂層與底涂層的附著力，而且明顯提高了補口施工效率。針對3LPP海底管道現場防腐補口，CCSI、Tecno Supply等國外管道建設公司已開發出“FBE+噴涂膠黏劑粉末+火焰噴涂PP”節點防腐涂層結構，即底層為FBE，中間層為噴涂PP膠黏劑，外層為火焰噴涂PP涂層。該涂層結構使節點防腐性能得到極大提高，又實現了與3LPP涂層的完美兼容。雖然該節點涂層結構在海底管道補口中還未得到大量推廣，但隨著噴涂膠黏劑粉末自動噴涂機、大口徑火焰噴涂槍系統等海上現場噴涂補口設備的不斷研發，該節點防腐涂層結構已在3LPP深水管道補口中展現出巨大的應用前景。

4　結束語

通過以上對海底管道節點防腐涂層結構發展狀況的總結，不難看出，在淺水海域和邊際油田開發中，傳統的三層聚烯烴熱縮節點涂層結構得到了較好的發展應用。隨著海洋油氣勘探從淺海走向深海，甚至超深海，傳統的節點防腐涂層已不能滿足深水防腐要求。我國深水海底管道涂敷技術與世界先進水平間還存在著較大差距，以FBE為底涂層的節點涂層結構展現出了更為優異的防腐性能和良好的現場施工性，采用與主體涂層兼容性更佳的“FBE+改性/復合聚烯烴”節點防腐涂層結構將是我國深水油氣管道補口的發展方向。

［1］趙文德.石油天然氣管道的腐蝕與防護［J］.化學工程與裝備，2009（7）：100-101.

［2］宋生奎，石永春，朱坤峰，等.石油管道修復業現狀及其發展趨勢［J］.石油工程建設，2006，32（3）：7-11.

［3］相政樂，王銘浩，賈振，等.國外管道防腐涂敷中的化學預處理工藝［J］.石油工程建設，2013，39（1）：6-8.

［4］康學君，王銘浩，李長春，等.化學預處理工藝在管道FBE涂層生產中的應用［J］.石油工程建設，2014，40（4）：45-48.

［5］王青春，徐重雄.摩擦靜電噴涂技術在鋼管道內防腐中的應用［J］.石油工程建設，1993（5）：42-44.

［6］史航，任立元，梁強.3PE管道采用液體涂料補口技術適用性探討［J］.石油工程建設，2007，33（6）：37-39.

［7］蔣愛國，楊惠谷，蔣向紅.管道防腐層現場補口及補傷工藝探索［J］.上海煤氣，2004（2）：14-16.

［8］ROCHEMarcel.ISO'sstandardforfieldjointcoating：UnderstandingandusingISO21809-3［J］.Journal of Protective Coatings and Linings，2012，29（7）：20-29.

［9］ANDRENACEEI A，WONG D，MORDARSKI J G.New developments in joint coating and field repair technology［J］.Materials Performance，1999，38（2）：35-40.

［10］LEE Mike.Pipeline heat and coat field joint technology［J］. IndustrialHeating，2006，73（8）：87-90.

［11］龍斌，呂喜軍，唐德渝，等.環保型全自動管道噴砂除銹機的研制及應用［J］.石油工程建設，2011，37（6）：36-38.

［12］張其濱，張麗萍，劉金霞，等.管道3LPE防腐技術的研究與應用進展［J］.石油工程建設，2014，40（1）：45-49.

［13］韓文禮，李愛貴，徐忠蘋，等.三層結構熱收縮帶補口配套底漆研究 ［C］//油氣田儲罐及長輸管道工程防腐國際技術研討會論文集.成都：中國石油學會石油腐蝕與防護專業委員會，2009：59-66.

［14］PU Hongting，LIU Tai，YANG Zhenglong，et al.Synthesis and application of polyurea［J］.Polymeric Materials Science and Engineering，2008，24（7）：1-5.

［15］UEBELHOER Dirk.Repairing polyurea coatings［J］.Journalof Protective Coatings and Linings，2013，30（8）：8-10.

［16］MAHAFFEYMurph.What you should know when specifying polyurea［J］.Journal of Protective Coatings and Linings，2006，23（2）：69-77.

［17］孫晶，袁欣然，岳莎莎，等.低溫環境管道3PE防腐補口技術研究［J］.管道技術與設備，2008（5）：38-39.

［18］ZHAO Nan，LIU Song.Thermoplastic semi-IPN of polypropylene（PP）and polymeric N-halamine for efficient and durable antibacterial activity［J］.European Polymer Journal，2011，47 （8）：1 654-1 663.

［19］周春懷，王延偉，楊軍忠.高剛性、高韌性、高流動性聚丙烯的研制［J］.工程塑料應用，2001，29（3）：8-11.

［20］劉景江.聚丙烯表面改性及與涂料的粘結［J］.高分子材料科學與工程，1992（5）：1-5.

［21］張旺璽，王艷芝.助劑對聚乙烯噴涂成型流變性能的影響［J］.塑料工業，2000，28（4）：40-41.

［22］喻曉平.火焰噴涂塑料粉末［J］.工程塑料應用，1993，21（4）：37-41.

［23］李亞東，杜慶柏，王懷亮.火焰噴涂尼龍1010/石墨復合涂層摩擦磨損性能的研究［J］.中國表面工程，2000（2）：30-32.

Review on Development ofField Joint Coating Structure for Offshore Pipelines

ZHAO Li，WU Zhanwen，XIANG Zhengle，JIAZhen，YANG Biao，PENG Chuanwei
CNOOC Energy Technology and Services-Pipe Engineering Co.，Tianjin 300452，China

The current filed joint coating for offshore pipelines which covers the three-layer heat shrinkable coating of polyolefin，spraying polyurea coating and“FBE+modified/composite polyolefin”coating structure as well as the corresponding project application are introduced combined with the technological development of joint coating.The following conclusions are obtained by summarizing and analyzing：In development of the oilfield which is located in shallow waters and marginal region，the three-layer heat shrinkable sleeve of polyolefin with liquid epoxy primer is applied successfully in the field joint coating for offshore pipelines；With the gradual exploring of petroleum and natural gas from shallow water oilfields to deep sea oilfields and ultra-deep water oilfields，a large gap on the technology of field joint coating between overseas professionalpipeline construction companies and domestic pipeline construction companies is stillexisted；“FBE +composite/modified polyolefin”coating structure will be the main field joint coating structure used in domestic deep water fields.

offshore pipeline；field joint；anticorrosion coating；modified/composite polyolefin

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.002

趙利（1982-），男，山西臨汾人，工程師，2006年畢業于中國礦業大學礦物加工工程專業，現從事海底管道防腐、保溫及配重技術研究工作。Email：Zhaoli2@cnooc.com.cn

2015-05-26；

2015-08-10