國內外管道3PE 防腐層修補技術標準對比分析

陳英杰，周 瑞，熊 偉

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

由于管道技術的創新和天然氣的普及，高密度聚乙烯（PE）管道以其優異的性能而越來越受到歡迎。自20 世紀90 年代中期我國管道工程應用3PE 涂層以來，其累計使用量已超過數萬公里。從理論上講，3PE 涂層具有穩定的高質量性能，但是由于相對復雜的生產工藝和施工控制而容易出現缺陷，在管道長期運行后，由于涂層失效而容易引起涂層剝離。涂層的剝離對陰極保護具有屏蔽作用，剝離后加速的腐蝕有害[1]。常規的無溝槽檢測技術不能準確地檢測涂層的分層。但是在3PE 防腐管的生產和檢查過程中，由于各種原因會出現缺陷或缺陷，如泄漏、氣泡和表面雜質。在運輸和施工過程中不可避免地會發生碰撞和刮擦。損壞的涂層可以通過各層的連續性進行修復，確保涂層的相關標準。比較國內外3PE 防銹涂料標準的維修要求，分析該標準在維修范圍、維修材料、維修程序、維修質量檢查等方面的異同，可以提高國產3PE 防銹涂料的技術水平和維修質量，保證管道使用壽命和安全。

1 國內外管道3PE 防腐層應用情況

1.1 國外3PE 防腐層標準

關于3PE 防腐涂料的應用標準，許多國際工程項目主要執行德國DIN30670 標準。該標準沒有規定3PE 腐蝕防護層的要求，其一般是指聚乙烯腐蝕防護層的技術要求。對于3PE，加拿大和法國、德國Eupec 和Shell 等其他知名公司標準全部不同。但是不同國家的防腐層結構基本相同。聚乙烯涂層的厚度或防腐層的總厚度必須符合當前有關標準和材料。除加拿大標準外，其他國家標準（例如法國NaF，日本JIS，美國NACE）均采用德國DIN30670 標準確定的厚度要求。DIN30670 已經使用了20多年，并且防腐層的最小厚度要求沒有多次更改，這表明DIN30670 的最小厚度要求已經足夠，但是在實施過程中會根據項目的具體情況對其進行略微調整。表1 列出了加拿大公司提供的應用程序案例[2]。

從表1 中可以看出，大多數項目仍在使用德國標準DIN30670 中指定的最小腐蝕保護層厚度。在實際應用中，根據項目的具體情況調整環氧粉末的厚度，主要是為了進一步提高防腐蝕層的耐陰極剝離性。其中指定的防腐蝕層厚度很小。低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的最小厚度匹配DIN30670。MDPE 和HDPE 涂層的最小厚度小于DIN30670。但是經過調查，加拿大標準主要基于在北美使用兩層PE 涂層的經驗。在實際應用中，并未完全采用加拿大標準規定的最小防銹層厚度，但環氧粉末和聚乙烯層的厚度必須根據實際情況增加。

表1 3PE 防腐層應用

1.2 國內應用情況調研分析

自1995 年以來，根據陜京線建設的實際需要，從國外引進并建設了多條3PE 涂料生產線。截至2003 年底，已在6000 km范圍內應用了3PE 防腐管。這些管道的防腐層符合國內油氣行業標準SY/T 4013—1995（修訂為SY/T 4013—2002）或相關主要工程項目企業標準的要求。在近幾年的實際應用和管道運行中，山井管道采用了3PE 防腐涂料，在我國未發生任何事故。在陜京線管道的建設過程中，少量的3PE 防腐管從防腐廠運到施工現場，然后運回青縣進行存儲。幾年后對該防腐管布置的檢查結果表明防腐層的內部質量仍然良好。盡管外觀略有損壞，但內部質量（如剝離強度和陰極分離度）仍超過標準要求[3]。管道建成后發生了山洪，導致管道破裂。但是即使鋼管破裂，聚乙烯涂層也附著在鋼管上，表現出3PE 涂層的優異性能。

在天然氣管道建設中，3PE 防腐層均為優質防腐層。在運輸的早期階段，由于包裝保護不當以及火車車廂上的高負荷使腐蝕防護管嚴重磨損，并且某些腐蝕防護管的軸向劃痕接近1 m。現場施工過程中也出現了局部刮擦損壞。現場管理和施工人員認為，行業標準中規定的防腐蝕層厚度足夠。減小厚度會增加對現場的破壞程度，并影響管道施工的整體質量。目前，在考慮國內對低壁厚3PE 防銹管的研究時尚無比較，本文以國產2PE 防銹管的應用案例為研究對象。1996 年，在輸氣工程中使用了直徑324 mm 的2PE 鋼管。施工后，剩余的268 條防銹管存放在海南省東方市，有的管在組裝后沒有生產，有的管在離開工廠后返回現場。結果表明，大多數涂層厚度小于2.0 mm，最小厚度為1.39 mm，低于標準要求。只有39.5 的防腐管道具有良好的外觀，有的40.7 的管道有局部電火花損壞和泄漏，有的19.8 的管道受到嚴重損壞，維修困難。

這種防腐蝕管裝置的防腐蝕層的抗機械損傷主要是由于防腐蝕層的厚度薄，不能承受外界的沖擊、滲透和摩擦，嚴重影響了防腐蝕管的實際使用質量。從上述損壞案例中防腐層的損壞情況和長距離管線的建設情況來看，長距離管線的建設和運行條件復雜，除非運輸條件差并且理論和實踐經驗不足，否則從經濟的角度來看不能減小腐蝕保護層的厚度。歐洲的實踐還表明，有必要增加聚乙烯厚度（1 mm）的成本，這意味著減少未來的投資，如在提升過程中減少保護帶，降低維護成本，防止并減少由于現場維護而導致的性能下降。可以大大減少陰極保護站和維護成本，提高陰極保護的經濟性。

2 國內外管道3PE 防腐層標準對比

DIN30670 標準于1991 年首次發布，是最早的3PE 腐蝕防護標準之一。最新版本是2014 年版，CSAZ245.21 標準由加拿大標準協會發布，具有很大的影響力。同時所有版本均于1998 年首次發布，最新版本引用了該標準的2018 年版。由于上述兩個標準是較早發布的，因此其在許多國家得到認可和使用之后，據此制定了GB/T 23257—2009[4]。最新版本是2017 年版，已在國內項目中廣泛使用。ISO 21809 標準是此后建立的，于2011 年首次發布，最新版本是2018 年版。由于其國際影響力很大，ISO已在國內外管道腐蝕防護行業中廣泛使用。

3 管道補口技術對比分析與討論

3.1 表面處理

涂層表面處理的質量直接影響涂層的最終質量。良好的表面粗糙度是獲得良好涂層的關鍵。國內外技術標準對表面處理步驟的要求與測試項目的要求幾乎相同，但是表面固定深度、磨料和壓縮空氣質量要求有所不同。

西二線管道規范對噴砂所用的磨料和壓縮空氣的質量沒有要求，對噴砂后的錨固深度也沒有要求，僅噴砂處理等級為Sa2.5。國外管道規范和標準都對錨固深度有要求，而利比亞、泰國和殼牌的規范也對壓縮空氣質量有要求。噴砂后管道表面的清潔度會影響環氧底漆的粘合性能以及整個填充的防腐層的長期性能。環氧底漆僅在錨固顆粒的特定深度才能與管道表面實現最佳粘合效果。在現場施工過程中，噴砂后應清除管體表面的灰塵，而不要進行其他表面清潔處理。因此，拋光和壓縮空氣的質量決定了噴砂后表面的清潔度。如果磨料和壓縮空氣被污染并且包含雜質（例如油和水），則噴砂后表面的清潔度會降低，這會影響環氧底漆的粘合性能[5]。

3.2 底漆涂料

《泰國管道規范 底漆涂裝面積限制》需要使用環氧底漆來覆蓋3PE 涂層，并且暴露的環氧層不能覆蓋粘合劑和PE層。這是明確而科學的。由于PE 是非極性材料，因此難以粘附，必須與環氧底漆良好粘附。當在主管道的PE 涂層的重疊部分上涂環氧底漆時，長時間使用后，粘附力將降低，管道會剝落，從而形成漏水通道。目前國內的收縮膠帶（套）施工正在采用濕膜施工（如果底漆不是干的），而在國外最好在固化后安裝底漆。在濕膜安裝過程中，外部收縮帶會對底漆造成一定的損害，并且在底漆完全固化后，安裝周期會延長。當底漆表面干燥（無流動性）時應安裝熱縮膠帶（套管），以防止損壞底漆并延長施工時間。

3.3 質量檢驗

目前我國除行業標準外，國外鋼管表面涂層的要求基本相同，對含鹽量、粉塵含量等指標的要求也有所提高。具體而言，在輸送管道項目中，除銹后的錨固線不應為半球形或圓形。根據文獻，在過去的5 年中，世界上3 層聚烯烴結構涂層失效的主要原因是涂層下面的圓形或半凹型噴砂錨栓的類型降低了FBE 層的附著力。同時，FBE 涂層的典型涂層條件是角噴砂錨型的峰谷差異至少為50 m。涂層質量檢查在國內外檢查項目和檢查頻率上有所不同。國內外最大的不同是沖擊強度和壓痕硬度要求在國外進行采樣和測試[6]。在測試頻率上，國外對錨固件深度、防腐層厚度、剝離強度和陰極剝離測試頻率的要求比國內更為嚴格。國外管道規范要求對錨固線深度指示器進行測試，某些規范還要求對表面清潔度進行測試。對于涂裝完成后的檢查，國內外管道規范基本上與主要檢查項目具有相同的要求。底漆的厚度對熱收縮帶（套管）的整體性能影響不大，但可以間接反映安裝過程中的加熱均勻性。

4 總結

經過比較分析，國內外3PE 腐蝕防護標準的維修范圍、維修材料、維修程序和維修質量檢查存在一定差異，國內一些測試項目和指標比國外要求更嚴格。國外標準已經放寬了對某些指標的要求。