三層PE外防腐層應用技術現狀分析研究

鞠艦波 王毅

摘 要：埋地鋼質管道防腐層是管道防腐的第一道防線，是延長管道壽命的決定因素。三層PE外防腐層于上世紀80年代首先在歐洲和加拿大使用，進而推廣到全球。它具有良好的防腐性能，然而也存在一些值得研究和需要改進的問題。

關鍵詞：防腐層;管道;三層PE;抗陰極剝離

據有關資料報道，在每年的管道事故中約有30%～40%是由腐蝕引起的[1]。因此，為了保證埋地管道的安全運行，延長管道的使用壽命，埋地鋼質管道一般都有外防腐層和陰極保護組成的腐蝕防護系統：外防腐層的破損會引起電流的消耗，使外加電流的陰極保護效果降低甚至失效;而陰極保護效果的降低又會加劇埋地鋼管的腐蝕。外防腐層在其中起著主要作用，NACE 1993年年會第17號論文在論證《外覆蓋層基本原則》一文中指出：“正確涂敷的外覆蓋層應該為埋地構件提供99%的保護需求，而余下的1%才由陰極保護（CP）提供”，因此外覆蓋（防腐）層的質量決定著鋼質管道防腐效果的好壞。3層結構聚乙烯防腐（以下簡稱三層PE）于80年代首先在歐洲和加拿大使用，進而推廣到全球。中國從上世紀90年代中期開始先后在庫-鄯輸油管線陜-京輸氣管線及西氣東輸中使用。三層PE防腐層具有良好的防腐和堅韌耐久的使用性能，然而也存在一些值得研究和需要改進的問題[2]。

1 三層PE外防腐層系統

鋼質管道三層PE外防腐結構是上世紀八十年代初由美國、加拿大、歐洲開發的新型管道外防腐涂料，目前倍受國際管道界的重視，現已越來越多地應用于油、氣、水金屬管道的防腐工程上。這種防腐涂料以三合一的方式將三層涂料熔融為一體，使它補充相互的不足，并充分地發揮了良好的粘結力和機械保護作用，從而達到最佳的防腐效果。是目前國際上較先進的管道防腐技術。

埋地鋼質管道三層PE的外防腐層結構由以下三層組成：①底層：環氧粉末（FBE）②中間層：膠粘劑（AD）③外層：聚乙烯（PE）。至于各層的厚度，國內的《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》SY/T4013-2002中規定，普通級厚度為：①FBE厚度為不小于80mm，②AD：170～250um;120～160um;③PE：1.8～3.0mm;總共三層PE厚度在1.8～3.0mm范圍內，加強級厚度約在2.5～3.7mm[3]。該標準還規定，焊縫處防腐層厚度應不低于管體厚度的70%。實驗證明，只要FBE層能有效地遮蓋鋼質表面的錨紋深度，FBE的防腐性能就能得到保證，而且焊縫處的防腐層厚度不能低于1.0mm。國外關于三層PE的厚度說法不一，1996年，美國杜邦-努發公司的吉米.高克斯先生來華技術交流，針對防腐層結構提出了熔結環氧粉末底層為200um，膠粘劑中間層為225um，高密度聚乙烯外層厚度一般為1.5mm（焊縫處），管體上1.8～2.1mm[4]。

2 三層PE外防腐層的應用現狀

據美國《Pipeline Digest》的統計報告，自1992年以來管道防腐聚乙烯層用量，與FBE、煤焦油瓷漆等一直處于埋地管道外防腐層的前三位。近年來，由于單一管道外防腐層的局限性和管道工程安全可靠性的需要，外防腐層技術正在向多層結構系統發展，三層聚乙烯外防腐層的用量到1996年己上升至第二位?！队蜌鈨\》雜志2001年第6期報道，國外曾對管道外防腐層應用進行調研和分析，依據各個項目的優劣程度和多年使用性能進行綜合評分，FBE為8分，三層PE為8分，雙層FBE為10分。

我國長輸管道自90年代開始采用三層PE復合結構防腐層技術。目前已在國家重點工程西氣東輸一線、二線、三線等項目中應用。三層PE外防腐層具有良好的防腐和堅韌耐久的使用性能，然而也存在一些如不適用于架空管、造價高、耐高溫性能差，一旦出現開裂，有屏蔽問題等等值得研究和需要改進的問題。

3 三層PE外防腐層的缺點

3.1 它耐高溫性能差，一旦出現開裂，有屏蔽問題。

由于三層結構施工作業是同時進行，時間間隔短，如果FBE沒有完全固化，膠粘劑就會與FBE中的化學基團起反應。若控制不好，FBE沒有有效固化，易出質量問題，涂敷時間范圍很窄，通常只有幾秒鐘，這取決于粉末的反應速度及鋼管表面溫度。

3.2 不能與陰極保護協調工作，對保護電流構成屏蔽

三層PE的外層聚乙烯可阻止水氣滲透和保護底層環氧粉末不受機械損傷。聚乙烯是良好的絕緣材料，但是一旦涂層破損，當水通過缺陷進入到未受損的涂層部位時，由于聚乙烯的內聚強度遠大于其粘結強度，就會對保護電流產生屏蔽。環氧類防腐層由于內聚力小于其粘結力，則可使陰極保護電流到達鋼管表面，使鋼管變成陰極。對于一種防腐層而言，內聚強度與粘結強度的比值越高，屏蔽的趨勢就越高，導致應力腐蝕開裂（SCC）的可能性就越大。

3.3 種不同族的材料組合存在分層的危險

三層PE防腐層是由底層環氧粉末中層粘膠劑和面層聚乙烯組成。環氧粉末是靜電噴涂在鋼管上，而粘膠劑和聚乙烯則是通過擠出機擠成片狀后，側向纏繞包敷在已涂環氧粉末的管子上。3種不同族的材料之間有明顯的界面，操作時工藝參數調整不當，包敷中有空氣進入時均使材料組合存在分層的危險;分層會造成剝離，且不易發現，但是在管端會出現如翹邊等現象。

3.4 使用溫度受限制

聚乙烯是一種對環境應力開裂極為敏感的材料，較高的溫度、鋼管內壓及環境應力、外界腐蝕介質侵蝕均會促使應力開裂。溫度的影響尤為明顯：在室溫25℃時，聚乙烯的分子運動已十分明顯。當溫度增加，由于高分子鏈段的躍動及分子蠕動加速，聚乙烯的機械性能會下降，環境應力開裂會上升。因此聚乙烯作為管道的包敷層，當溫度超過55℃時，如壓氣站的出口段以及裸露管段，應考慮聚乙烯環境應力開裂的危險。

3.5 環向焊縫補口是一個隱患

采用三層PE外防腐層的管道現場環向焊縫補口只能采用熱收縮套：其結構為粘膠劑+聚乙烯，可視為2層結構，其粘結力（特別是搭接處）低于三層PE。國外已經發現熱收縮套在土壤應力下易起皺，比干線管涂層失效得快。特別是采用定向鉆穿越河流時，土壤摩擦力增加更易使接頭損傷。

4 結論

綜上所述，三層PE雖然具有良好的物化性能、電絕緣性能、防止和耐化學腐蝕性能，以及具有較高的強度、抗沖擊性能等，是當今埋地鋼質管道外防腐層中比較理想的防腐結構;但是，管線在其使用期間，其壽命的長短和安全與保持防腐層的整體性有關。應當要求干線管、環焊縫、管件在內的整條管線采用相同的防腐層和一致的質量判據，管線的薄弱和重要地段要增加涂層厚度。采用三層PE防腐層的管線不能滿足上述要求，干線管涂層與環焊縫和管件涂層不同，厚度不同，質量控制判據也不同。因此，盡管干線管采用了牢固的三層PE防腐層，但卻不能保證環焊縫和管件的防腐層與干線管道有相同的壽命，而且陰極保護不能充分發揮作用，這些都是管線采用三層PE防腐層需要解決的問題。

參考文獻

[1]王玉梅，郭書平，國外天然氣管道事故分析，油氣儲運，2000，19（7），P5～P10

[2]肖冶，馮來義，3層結構聚乙烯防腐層的改進和發展，石油規劃設計，2003，14（5），P24～P25