長輸管道防腐補口失效分析及技術進展

孫典昊 王宏召 牛志勇 張凱靈 劉 鋒

（1. 中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2. 中交城市能源研究設計院有限公司，遼寧 沈陽 110026；3. 中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000；4. 中國石油西南油氣田公司輸氣管理處，四川 成都 610000；5. 國家管網集團北方管道有限責任公司丹東輸油氣分公司，遼寧 丹東 118001）

0 引言

新建管道腐蝕防護中防腐補口非常重要，是保證管道防腐層完整度和使用壽命的決定因素[1]。我國管道防腐補口材料性能和施工質量需改進。為提升管道防腐補口質量，應研究管道防腐補口技術應用條件，基于管道補口施工需求和失效原因，研發新型補口材料。分析不同階段管道防腐補口技術應用情況，總結我國新建管道熱收縮帶補口失效形式原因。提出了保障管道補口質量的建議措施，以及未來熱收縮帶補口技術創新重點領域。

1 管道防腐補口技術發展歷程

管道防腐補口技術根源于管道干線防腐層產品工藝研發過程，防腐補口材料選用原則是與干線管線防腐層兼容一致并且便于現場施工的產品，應用最廣泛的是輻射交聯聚乙烯熱收縮帶和液態環氧。20世紀80年代以前管道采用加強級石油瀝青防腐層，管道防腐補口采用玻璃纖維石油瀝青、煤焦油瓷漆，這類材料制造和現場施工產生毒性氣體，由于新型性能優異防腐層和環境保護要求，管道防腐不再采用石油瀝青防腐層。

熔結環氧粉末（FBE）涂層粘結力強、硬度高、耐磨損腐蝕、抗陰極剝離等特征，使用溫度范圍廣（-60℃～100℃），例如在沙漠、海洋等惡劣環境。FBE運輸施工中石塊硬物碰撞涂層發生機械損傷，為解決FBE涂層損傷破壞問題，出現了雙層熔結環氧粉末（DFBE）。FBE防腐層現場涂覆修復難度大，對現場環境如加熱噴涂溫度要求嚴格，需要配套專用補口機具，對作業人員水平要求高。FBE在美國、加拿大占據主導地位。FBE在國內應用于管道定向鉆穿越工程。FBE補口研發領域是增強補口FBE和主管道防腐層的兼容性，拓展FBE與其他防腐層的復合補口結構型式，例如與改性PE、復合/噴涂聚烯烴防腐層（PP），除陸上管道，新型FBE補口結構型式成功應用于中東、歐洲的海底/深水管道工程。

液體聚氨酯補口優點是與3PE防腐層兼容良好，抗機械損傷以及界面粘結性能優異，不會產生保護電流屏蔽，適用于高寒地區的低溫條件下可單次成膜為指定厚度值。施工工藝機械式自動噴涂，液體聚氨酯補口原料費用及施工費用很高。液體聚氨酯補口技術在海灣國家、非洲和西歐國家新建管道應用廣泛，我國西氣東輸三線工程成功應用該技術。

液體環氧補口技術特點涂裝工藝簡單高效，環氧涂料價格低廉，在常溫條件下不需要烘烤加熱，即可對鋼管進行手工或者機械式噴涂作業。但是環氧涂料和主管道3PE防腐層界面粘接力需要提高，長期使用中存在脫落風險。中亞和中東歐國家管道工程采用液體環氧補口技術，我國廣西燃氣管網公司也采用了該補口技術。

粘彈性補口材料具有固體彈性和流體粘性特征，很少單獨用作補口材料，粘彈性粘結在聚乙烯基材，外覆蓋PVC膠帶或纖維玻璃鋼外防護層形成粘彈體復合補口結構，這種全覆蓋粘結結構可以實現補口區域的密封性，適用于管道敷設于不同地段，防腐層受到硬物或輕微損傷時具備一定自愈合能力。粘彈性補口材料缺點是在高溫環境下的粘結性能、拉伸強度有所降低，需借助外防護層彌補機械性能。中俄原油管道、西氣東輸、川氣東送、陜京三線管道部分管段采用粘彈體材料補口。荷蘭南北輸氣管道、德國Callantsoog管道應用該技術。

2 熱收縮帶補口

兼有優良絕緣性能和抗機械損傷性能，三層聚乙烯（3PE）是全球管道工業認可先進涂層。20世紀90年代3PE成為歐洲管道主導防腐層。2002年陜京線、西氣東輸管道引入3PE技術，中國新建油氣管道首選3PE防腐層。聚乙烯熱收縮帶是應用最廣泛的管道防腐補口材料，其結構型式為“環氧底漆+熱熔膠+輻射交聯聚乙烯”三層復合結構。管道防腐補口采用現場施工方式，因受到環境因素及人員技能水平影響，調研近幾年新建管道工程項目，熱收縮帶補口存在質量不佳和失效。

（1）環氧底漆與鋼管表面脫落，導致界面密封性能失效；

（2）熱熔膠與環氧底漆界面粘結失效；

（3）熱收縮帶與主管道3PE防腐層粘接不良、剝離脫落。

熱收縮帶補口失效原因包括材料制造質量、施工質量控制和標準規范等。

（1）材料制造質量。熱收縮帶產品耐熱指標、拉伸強度不達標，烘烤過程中出現裂爆現象。根本原因是生產監管不嚴格，產品質量不穩定。應加強工程材料進廠質量監督，嚴格加密批次抽檢，不合格熱收縮帶產品禁止進入采購計劃。熱熔膠質量也影響熱收縮帶粘結性能，熱熔膠在加熱熔融時產生局部交聯，導致熱收縮帶內聚，不能與管體有效粘結；

（2）施工質量控制。熱收縮帶施工為人工作業，施工質量受到作業人員技能水平和責任心影響。熱收縮帶施工采用濕膜安裝工藝，暫無有效技術手段檢測涂層實際厚度和可靠性，安裝過程中存在底漆損傷或脫落；

（3）標準規范。現行標準規范中缺少熱收縮套施工過程關鍵測試指標要求，缺少抗高溫陰極剝離測試指標，環氧底漆固體含量和抗長期陰極剝離指標普遍不達標，熱收縮帶產品質量良莠不齊，標準規范對于施工過程質量監督作用不能有效發揮。

3 熱收縮帶補口技術進展

鑒于3PE防腐層及熱收縮帶補口失效，國外研究機構已研究3PE防腐層補口新技術。

（1）噴涂聚脲彈性體補口技術。針對補口搭接部位聚乙烯防腐層進行極化處理，在補口區域鋼管和聚乙烯防腐層噴涂聚脲涂層，快速反應形成聚脲彈性體涂層。該技術已在泡沫夾克保溫層管道上進行試驗，需解決搭接部位聚乙烯防腐層快速極化處理工藝；

（2）噴涂三層PE粉末補口技術。采用火焰噴塑工藝，定制送粉器和火焰噴槍，借助氧乙炔火焰熱量，壓縮空氣做屏蔽氣體形成噴射火焰，將3PE防腐層加熱成熔融狀態噴涂在經預熱處理的鋼管焊縫處，與PE防腐層搭接形成補口涂層。該技術未有實際管道應用案例；

（3）特種復合材料超聲波或模壓補口技術。復合成型材料技術是利用液晶聚合物與PE、PP防腐層極強相容性，改性制成高性能復合材料，通過注塑方法加工成標準補口套（帶），在施工現場應用超聲波技術和模壓技術制成成型補口。該技術處于初步試驗研究階段。

4 結語

鑒于新建管道工程建設中熱收縮套存在失效問題，應完善熱收縮套產品標準規范，加強施工過程質量監督控制，建議：

（1）標準規范應完善熱收縮套施工過程測試指標、高溫長期抗陰極剝離指標，以及環氧底漆固含量和長期抗陰極剝離指標。完善環氧底漆施工工藝，環氧底漆厚度不小于200μm，表面處理錨紋深度不小于50～75μm，表面灰塵度低于2級；

（2）加強施工人員培訓，合格熟練工人持證上崗。加強監理人員理論水平培訓，充分掌握補口操作規程和檢測要求。建立補口檢查臺賬，記錄詳細操作過程信息，可以追根溯源。