管道3PE防腐層剝離機研究與應用

馮濤　高天寶　李強　孔惠敏　侯永佳　段秀芳

摘 要：對于采用三層結構聚乙烯防腐技術的油氣管網遇到外力破壞或常規老化等破損時，一旦發生油氣泄漏，需立即組織搶維修；或當正在輸送流體介質的管道在新增支管線狀態下需不得停氣停油進行切口連接時，這時包覆在鋼管表面的三層結構聚乙烯防腐層必須立即去除，否則無法實施鋼管焊接；或在埋設輸油氣管道施工過程中需去除防腐層。"管道3PE防腐層剝離機"采用變頻技術和平面電磁感應加熱技術，加熱裝置放在管道上后可在數十秒內使油氣管道外壁的3PE防腐層表面溫度達到80～100度，然后以自動或手工的方式快速地去除管道3PE防腐層及環氧粉末層。"管道3PE防腐層剝離機"可廣泛應用在油氣管道安全搶修、建設施工等諸多方面，是目前世界上最先進的油氣管道3PE防腐層快速剝離裝置。

關鍵詞：熱熔 油氣管道 3PE防腐 防腐層剝離

1前言

上世紀90年代以來，為了加強油氣長輸管道防腐，國內油氣管道開始采用三層聚乙烯（PE）外防腐技術，優化了管道的防腐性能。但在油氣輸氣管道的事故搶修和站場施工中，需要在焊接部位清除防腐層，露出管體才能進行切割或焊接作業。由于油氣長輸管外壁包裹防腐介質，有較好的黏結強度，剝離防腐層成了影響搶修施工進度的主要問題。

青島“11.22”特別重大事故以7.5億元的直接經濟損失，換來了國家對10.6萬公里油氣長輸管道的大面積整改。據統計截至2015年底數據的顯示，隨著我國油氣開發建設，目前已形成了755條油氣長輸管線，中國除臺灣省以外的所有地區在役油氣管網總里程達到12萬公里，其中天然氣7.2萬公里，原油2.5萬公里，成品油2.3萬公里。有專家表示，現役的油氣管道約有60%服役時間超過20年，東部管網服役運行已30多年。此外，還有一些建于上世紀七八十年代的油氣管道，運行了近40年之久，管道已經銹蝕、變薄。有些輸油管線與城市的管網交叉重疊，存在很多隱患。數據顯示，我國油氣管道事故率平均為3次/（1000千米.年），遠高于美國的0.5次/（1000千米.年）和歐洲的0.26次/（1000千米.年）。油氣管網老化已成為管道安保工作的重要隱患之一。預計到2017年，我國油氣管道長度達15萬公里。未來油氣管道搶維修業務市場廣闊。

當油氣等流體介質在正常輸送過程中，輸油管道遇到外力破壞或常規老化等破損時，易導致流體泄漏，或正當在輸送流體介質的管道在新增支管線狀態下需不得停氣停油進行切口連接時，這時包覆在鋼管表面的三層結構聚乙烯防腐層（3PE）必須立即剝離，否則無法實施鋼管的切割與焊接。針對油氣管道3PE防腐層剝離困難、費時、影響搶險效率等難題，研究如何快速、高效、安全剝離油氣管道3PE防腐層是十分必要的。

2國內外相關產業和技術現狀

現在常見的傳統3PE防腐層剝離方法有三種：火燒法，打磨法，紅外加熱技術。

（1）火燒法。即用甲烷、乙炔等可燃燒氣體對管道外壁烘烤使防腐層軟化后進行去除。這種方法的缺點是，升溫速度慢，控溫不準確，工作效率低下，安全系數低，特別是在有油氣等介質情況下搶修管道，極易出現安全事故，也會造成環境污染。（2）打磨法。即用高速旋轉的不銹鋼刀與鋼管防腐層接觸并打磨將外防腐層掛掉。這種缺點是，工作效率低下，難以滿足油氣管道搶修的要求。“履帶式爬管PE防腐層剝離劑”和“雙頭管道防腐層去除機”，即采用打磨技術，但其安裝特別繁瑣，且只能用在大口徑油氣管道，實際應用很少。現在市場上并沒有開發出高效的可廣泛應用的剝離3PE防腐層打磨“產品”。（3）紅外線加熱技術。采用紅外加熱技術對包覆的防腐層進行由外向內輻射加熱。該方法缺點是，工作效率低，去除一塊防腐層一般需要20～30分鐘，剝除一個管徑為1219mm的管道一整圈防腐層需2個小時左右，且受到作業環境因素影響很大，特別是在冬季時無法使用，該技術在油氣管道行業基本上沒有推廣。

3工作原理

根據電磁感應加熱原理，采用先進的變頻技術和電磁加熱技術將大功率能量集中釋放，“管道3PE防腐層剝離機”的加熱裝置在貼近管道表面后產生無數渦流進行加熱，迅速使管道外壁溫度上升、由內向外快速透熱，在數十秒內即可使管道3PE防腐層表面溫度達到80～100度后3PE防腐層表面軟化，然后采用自動或手動方式快速地剝離管道3PE防腐層。

該系統包括鐵氧體、變頻電源、繞組，將繞組安裝到鐵氧體上，繞組與變頻電源連接，變頻電源給繞組提供一個高頻電壓，當繞組接觸至管道外壁后，通過鐵氧體材料在管道壁產生一個低電壓大電流的磁場，使得管道壁迅速發熱，繼而使防腐層軟化后可以方便地去除。在外殼上安裝耐高溫絕緣把手，將繞組安裝至鐵氧體材料后用耐高溫膠進行封裝。

4現場試驗參數

油氣管道3PE防腐層由：底層環氧粉末（FBE）、中層膠粘劑（AD）、表層聚乙烯（PE）組成。天然氣的燃點為650℃；液化氣的燃點為539℃；聚乙烯的燃點為340℃（其中，高密度聚乙烯熔點范圍為125～137℃，低密度聚乙烯熔點在105～115℃且范圍寬）；管線剛表面產生明顯應變時效的溫度200℃左右；3PE防腐層粘接的熱熔膠軟化點在180～220℃；環氧粉末固化的溫度230℃左右；熱熔結環氧涂層的防腐工藝要求是：熱熔噴涂與250℃左右鋼管基體發生反應而生成鋼塑合金層。《油氣管道工程鋼質管道溶結環氧粉末外涂層技術規范》（Q/SY GJX 144-2012）第7.2.2款規定，“涂敷過程中鋼管溫度控制在環氧粉末涂料生產商的推薦范圍內，且不應超過275℃，并滿足鋼管的加熱溫度限制。”“管道3PE防腐層剝離機”在加熱過程中，設備的控制系統將3PE防腐層表面溫度控制在80～100℃左右，此溫度僅達到聚乙烯防腐層軟化，而此時管道底層的環氧粉末（FBE）未融化、管道內壁的溫度未超過200℃。聚乙烯防腐層軟化后即可采用自動或手動方式將其去除。因“管道3PE防腐層剝離機”的加熱裝置在加熱過程中的溫度并沒有超過200℃，且在熱熔結環氧涂層的防腐工藝要求的鋼管溫度275℃以下，因此鋼管不會產生應變時效、管線剛力學性能不會發生變化，設備使用安全。

5 結論

“管道3PE防腐層剝離機”解決了大口徑油氣管道搶修中防腐層難以剝離、影響搶修效率的難題；施工現場沒有明火，安全可靠；操作簡單，安裝簡便。比火燒法、打磨法、紅外線加熱法更加環保，高效。可廣泛應用在石油、石化流體介質管道輸送行業中的安全搶修、管道建設施工等諸多方面，是目前世界上最先進的油氣管道3PE防腐層剝離裝置。

參考文獻：

[1]李秋萍.燃氣鋼管三層結構PE防腐涂層的質量控制【J】.煤氣與熱力，2005，25（8）：24-28.

[2]龍志斌，龍云正，汪頤，等.鋼管3PE外防腐多層聚烯烴涂敷新工藝介紹[J].焊管，2009，32（10）：40-42.

作者簡介：

馮濤，男，1985年7月，2008年畢業于山東建筑大學工程學士學位，現工作于中石化勝利油建工程有限公司技術中心從事工程設計。