高危管道用防腐防護外涂層的現(xiàn)狀研究及探討

何金迎 孫佳春 陳 強 甄建軍 王小偉 翟 文

（山東非金屬材料研究所，山東 濟南 250031）

0 引言

高危管道是指一旦發(fā)生泄漏危害巨大的管道，這種管道微小的泄漏都可能產(chǎn)生嚴重的后果，管道安全問題產(chǎn)生的原因有兩個，一個是人為造成的破壞，一個是管道的腐蝕，其中，第二個是主要原因。油氣田管道處在復雜的環(huán)境中，易受到腐蝕的侵害，造成嚴重的事故，表1列出了國外油氣田輸送管道的事故率[1,2]。

為了有效防止高危管道因腐蝕而發(fā)生泄漏的問題，利用涂層和陰極保護技術相結(jié)合的方式，是目前一種可行且必要的防腐方案[3]。防腐防護涂層是管道抵御腐蝕的第一道防線，管道面臨的腐蝕環(huán)境因素主要有土壤、大氣、微生物等，進而發(fā)生雜散電流腐蝕和微生物腐蝕。防腐層的主要作用是利用其良好的絕緣性、抗?jié)B透性、抗沖擊等性能，隔絕周圍環(huán)境的腐蝕介質(zhì)，切斷腐蝕電池的外部電路，進而達到有效控制腐蝕的目的[4-7]。傳統(tǒng)涂層材料先后經(jīng)歷了石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、兩層聚乙烯、熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）、三層聚乙烯（3PE），目前應用最廣泛的是3PE、FBE和新型管道防腐材料聚脲涂料。聚脲涂料是國外近些年發(fā)展起來的一種防腐材料，它具有優(yōu)異的理化性能、工藝性和環(huán)保性，獲得了迅猛發(fā)展，顯示了強大的生命力[8,9]。

表1 國外油氣輸送干線管道的事故率

1 高危管道用防腐防護外涂層的性能要求

管道外壁所處的環(huán)境為土壤、水分、大氣，，存在許多鹽類、水微生物細菌以及雜散電流的腐蝕等。外防腐材料選用時應考慮各種影響因素，包括以下幾點：（1）管道所處的腐蝕環(huán)境；（2）防腐涂料的綜合性能；（3）涂料施工條件的限制；（4）涂料的配套性；（5）經(jīng)濟合理性。判斷管道外防腐涂層優(yōu)劣的關鍵因素是附著力和耐老化性，性能優(yōu)異的防腐涂層不僅材料性能優(yōu)異，而且施工工藝簡便，具體要求如下[10-12]：

（1）良好的電絕緣性。電阻率≥10000Ω.m2，耐擊穿電壓在規(guī)定種類的標準指標內(nèi)；

（2）良好的穩(wěn)定性，耐腐蝕介質(zhì)、耐老化、耐水解、耐紫外、耐候性好，低溫不發(fā)生龜裂和脫落，耐微生物腐蝕性好；

（3）良好的致密性，對水汽等有良好的抗?jié)B 透性；

（4）良好的耐陰極剝離性，剝離半徑≤10mm,能配合陰極保護長期使用；

（5）良好的機械強度，包括抗沖擊強度、抗彎曲性、耐磨損性、與基材的附著力要好，黏結(jié)強度大≥10MPa；

（6）優(yōu)異的工藝性，固化速度快，施工工藝簡便，經(jīng)濟性合理。

2 高危管道外腐蝕的主要原因

2.1 管道腐蝕的主觀原因[13]

防腐蝕措施不到位、施工質(zhì)量欠佳、維修不及時、運營管理不到位和人為破壞等。

2.2 管道腐蝕的客觀原因[14-16]

管道所處的外界環(huán)境。

其中，石油天然氣管道腐蝕的原因如下：

（1）埋地管道的土壤腐蝕，主要通過電化學腐蝕，土壤中水分、鹽分含量高、pH值低、電阻率腐蝕就很嚴重。土壤存在各類微生物和細菌，受到雜散電流干擾時，腐蝕加速；

（2）施工質(zhì)量欠佳，包括管道預處理、涂裝和涂層固化質(zhì)量，接頭、補口以及修整質(zhì)量，裝卸、運輸、回填過程的破壞，可以看出，控制好施工質(zhì)量，對涂層質(zhì)量的保證尤關重要；

（3）植被地下根系對涂層造成破壞，導致管道外壁腐蝕，在多水環(huán)境下的埋地管道多為明顯。

（4）埋地“黃夾克管道”腐蝕主要原因有：保溫層泡沫發(fā)泡不完全，閉孔率低，防水密封欠佳，進水腐蝕； 現(xiàn)場補口損傷管道，導致進水腐蝕；管道焊接質(zhì)量差，出現(xiàn)未焊透、夾渣、氣孔等現(xiàn)象，導致腐蝕穿孔；

（5）陰極保護不良；

（6）其他原因：埋地管道周圍其他相關施工，附加地層壓力造成間接損傷；人為破壞造成的腐 蝕等。

3 傳統(tǒng)與新型防腐防護涂層的性能對比

由上表可以看出[17-18]：（1）環(huán)氧煤瀝青涂料固化成型時間長，涂層力學性能低，耐土壤應力和根刺性差，施工周期較長，效率低，再加上環(huán)保性差，大部分情況已不再使用，僅用于很少量的維修工程；（2）聚乙烯冷纏膠帶存在粘結(jié)強度低，易失效，抗陰極剝離性差且易對陰極電流造成屏蔽，導致防腐可靠性下降，目前僅僅應用于小型工程的中小口徑管道的防腐；（3）熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層憑借其優(yōu)異的防腐性能，應用較為廣泛，但該涂層韌性差，易發(fā)生脆性斷裂，耐水性和抗?jié)B性一般，在一定情況下，使用受到限制；（4）環(huán)氧2PE、3PE涂層為目前應用最廣泛的主流材料，但由于其施工工藝及設備復雜，成本高，且沒有相應的補口技術，需要尋求新的材料來替換；（5）聚脲涂層為新一代的防腐涂料，憑借其優(yōu)異的機械性能、工藝性及環(huán)保性，在管道防腐方面有一定的應用，比如國外油氣管道，國內(nèi)石油天然氣管線和市政管線，取得了良好的使用效果，在石油天然氣管道防腐領域，是環(huán)氧3PE涂層的產(chǎn)品。

表2 管道常用外防腐涂料性能比較表

表2 （續(xù)）

4 結(jié)語

高危管道用防腐防護外涂層除了具有優(yōu)異的機械性能和防腐性能，還要具備良好的工藝性以及使用和維修成本。從高危管道的腐蝕原因出發(fā)，指導開發(fā)高危管道防腐新材料及新結(jié)構(gòu)。聚脲涂層作為新一代的防腐涂料，憑借其優(yōu)異的機械性能、工藝性及環(huán)保性，在管道防腐方面有了一定的應用，經(jīng)過進一步的研究，在高危管道防腐領域，逐步替代3PE，聚脲涂層能夠成為主流產(chǎn)品。