天然氣管道3層PE防腐層失效及補強探討

趙 聰

（大慶油田天然氣分公司油氣儲運二大隊，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

地下管網(wǎng)的施工，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中更加普遍，在管網(wǎng)的氣體或固體介質(zhì)傳輸過程中，為避免地質(zhì)條件因素造成的腐蝕問題，大都使用3層PE防腐層對管道進行防腐處理。特別是城區(qū)內(nèi)的燃?xì)夤芫W(wǎng)，3層PE防腐技術(shù)應(yīng)用廣泛。對3層PE防腐的防腐層失效模式進行研究，有助于解決城市地下管網(wǎng)的侵蝕問題，以便采取補修措施，確保地下管網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。

1 防腐層的失效模式分析

從3層PE防腐層的防腐流程來分析，防腐層失效具體表現(xiàn)在3層PE防腐層與管道的表面脫離；管道焊縫部位3層PE防腐層，在地應(yīng)力作用下出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象引發(fā)防腐層失效，以及地下微生物及植物、第三方施工破壞致使防腐層的防腐作用失效。

1.1 管道的表面3層PE防腐層脫離

這是地埋天然氣管網(wǎng)日常運轉(zhuǎn)過程中常見的剝離形式，具體表現(xiàn)在管道表層與3層PE防腐層直接脫離、管道表層與防腐用料環(huán)氧粉末層氧化后脫離、管道表層與3層PE防腐層由于粘結(jié)不牢靠等。這三種脫離模式出現(xiàn)，關(guān)鍵因素在于地下管網(wǎng)施工期間，由于施工工序處理不當(dāng)留置的缺陷而引起[1]。

1.2 焊縫部位防腐層在應(yīng)力下裂開

具體的開裂形式表現(xiàn)在兩個方面，一是管道焊縫部位存在余高現(xiàn)象，處于焊縫區(qū)的管道塑料壁，在焊縫厚薄不均衡的狀態(tài)下，在高差作用下強度受力不均，而強度不足的部位在運行過程中就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。二是焊縫口部位的幾何變形，地下管網(wǎng)在焊接過程中，由于不同的管體材質(zhì)，管體部位的蓄熱強度在管壁厚度不同時蓄熱量也不同。從而在對管道進行焊接時，焊縫口部位會出現(xiàn)熱熔差異性，從而在焊縫口部位的防腐層產(chǎn)生應(yīng)力破壞現(xiàn)象。

1.3 微生物對管道的腐蝕

這也是地下管網(wǎng)管道腐蝕的一種，且由于土壤中大量還有的硫酸鹽物質(zhì)，在地下缺氧狀態(tài)下能夠迅速吸附繁殖，使得這種管道腐蝕比例占整個管道腐蝕的70%。土壤中含有的氫離子元素，遇到硫酸鹽物質(zhì)將會形成硫化物，這種硫化物會嚴(yán)重侵蝕著PE管道防腐層，從而導(dǎo)致防腐層失效[2]。

1.4 根系植物對管道的腐蝕

為了保障地下管網(wǎng)的運行安全，國家出臺了管網(wǎng)運行管理機制，管網(wǎng)中的管線較大時，禁止在管線5米區(qū)域內(nèi)種植根系植物。這是由于植物的根系在土壤中蔓延生長，當(dāng)與地線管線連接時，會直接導(dǎo)致管線的PE防腐層破壞，對管線的安全運行造成風(fēng)險。

1.5 第三方施工因素破壞PE防腐層

地下管線的施工越來越頻繁，據(jù)統(tǒng)計，因第三方施工意外造成的天然氣管道破壞，占整個管道防腐層破壞的40%。這種管網(wǎng)破壞方式主要有，交叉管線的穿越、地埋管線的開挖補修、管道占壓破壞及未查明管道埋深情況盲目施工等，導(dǎo)致管道PE防腐層的損壞。同時，第三方施工因素除造成管道破損壞，還會連帶造成3層PE防腐層的損壞，從而侵蝕天然氣管道。

2 3層PE防腐層施工技術(shù)流程分析

地下天然氣管網(wǎng)在進行補口環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作流程，補口作業(yè)結(jié)束后，從該部位開始將防腐層與管道剝離，剝離指標(biāo)須符合防腐要求；否則，需進行二次補口作業(yè)。加強對防腐層材料的質(zhì)量驗收工作，防腐材料相關(guān)的3層PE材料、環(huán)氧粉末及輔助材料等，須符合相關(guān)驗收標(biāo)準(zhǔn)。對防腐作業(yè)參與人員進行專項培訓(xùn)，重點是對3層PE防腐失效的常見情況進行分析，確保作業(yè)人員在施工中有效規(guī)避防腐失效問題[3]。

3 定期組織管道防腐層的損壞檢測

防腐保溫層所出現(xiàn)破損，在破損點位置將會出現(xiàn)異常的指標(biāo)。對防腐層的損壞整體情況進行檢測，可使用交流電流衰減法（PCM），對局部某破損點的檢測，則使用電位梯度法（ACVG）。交流電位梯度檢測方法，預(yù)先在地埋管附近位置增設(shè)交流電源，使得破損點附近區(qū)域形成電位梯度場。根據(jù)梯度場部位測試過程中，破損點部位電流會呈現(xiàn)衰減趨勢，基于衰減程度及電位檢測來判斷管道的破損點部位及范圍。這種防腐層檢測方式，能夠有效檢測出3層PE防腐層的完好情況，發(fā)現(xiàn)破損情況及時修復(fù)。

4 天然氣管道缺陷部位補強方法

管道部位的缺陷，包括管網(wǎng)自身的破損點及外防腐層的缺陷，對于管道缺陷的補強技術(shù)，工程中應(yīng)用的例子較多。在對管道部位進行補缺時，可根據(jù)管道的材質(zhì)、破損部位大小及地質(zhì)環(huán)境條件進行補強，具體的方法有防腐層修復(fù)、碳纖維復(fù)合材料、使用夾具及補焊、打磨、換管等方法。

（1）對管網(wǎng)防腐層的修復(fù)：由于防腐層的特殊材質(zhì)，使用STOPAQ粘彈體防腐膠帶、PVC材料，對防腐層的破損部位進行補修；（2）碳纖維復(fù)合材料對管道進行補強：基于新型科技材料，如纖維材料、納米填平材料及粘合劑等物質(zhì)，先將損壞部位用納米材料進行填平，然后在管道外圍纏上纖維復(fù)合材料進行固化。固化后的符合材料能夠抵抗抗拉強度及彈性伸縮，避免缺陷部位在應(yīng)力作用下拉伸變形，實現(xiàn)補強修補；（3）管壁打磨：通過手持式打磨機對缺陷部位周邊的尖角金屬進行打磨，確保管壁周邊輪廓平滑，防止管道應(yīng)力集中。這種打磨式修復(fù)方法當(dāng)缺陷深度較低，且管壁的腐蝕或裂紋、劃痕小于12.5%時使用，若管道缺陷存在于內(nèi)部或制管中，則不宜使用該技術(shù)；（4）管道補焊：當(dāng)管道承載的壓力較高時，通過打磨、纖維材料纏繞無法滿足強度要求，使用補焊方式消除金屬管道缺陷，確保管道的強度和結(jié)構(gòu)連續(xù)性；（5）補板：補焊后為固化焊接部位的支撐強度，焊接補強板對管道強度進行修復(fù)，一般用于面積較小的金屬管道；（6）增加套筒修復(fù)：對于管體在破損點管壁變薄的特征，為強化其徑向壓力作用，使用全封閉式套筒增強管壁薄弱處的承壓力，避免其在塑性變形作用下裂開；（7）機械夾具：這種修復(fù)方式可用來對管道進行臨時修復(fù)，這種修復(fù)方式密封性好、適用性廣，可作為處理管道的臨時措施；（8）替換管道：將破損或存在缺陷部位的管道，使用舊管道進行替換，替換的管道其設(shè)計強度應(yīng)高于舊管道的承載強度。

5 結(jié)語

天然氣管道的地埋特征，管道中3層防腐層的設(shè)置，使其成為管道安全運行的重要防護層。實現(xiàn)對天然氣管道的防腐層質(zhì)量管控，就必須從原料采購、驗收及施工環(huán)節(jié)對防腐層全過程進行管控。文中系統(tǒng)分析了3層PE防腐層，各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的五種失效模式，提出采取技術(shù)處置、檢測手段及補修方法，實現(xiàn)對天然氣管道的缺陷處理。這種補強技術(shù)手段，有效解決3層PE防腐層與管道脫離、管道與硬件之間的缺陷，具有較強的實踐意義。