长距离矿浆管道工程埋地钢管的外防腐层设计

周积果（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

长距离矿浆管道工程埋地钢管的外防腐层设计

周积果（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

介绍了防腐层设计对长距离矿浆管道工程埋地钢管的重要性，阐述了3PE、环氧粉末（FBE）和聚乙烯胶粘带三种防腐层在长距离矿浆管道工程埋地钢管上的应用情况，并在对3PE、环氧粉末（FBE）和聚乙烯胶粘带防腐层技术性能进行分析的基础上，结合国内两个重要的长距离矿浆管道工程埋地钢管的外防腐层设计情况，简要提出了长距离矿浆管道工程埋地钢管防腐层的选择原则，为长距离矿浆管道工程埋地钢管防腐层的选择提供参考依据和建议。

长距离矿浆管道；3PE；环氧粉末；聚乙烯胶粘带；外防腐层

1 前言

近些年来，国际上出现了“管道热”现象。“管道输送”具有对复杂地形适应性强、投资与经营费用较低等特点，已发展成一种经济性好、技术可靠的运输方式，目前已在一些行业得到了广泛应用。长距离矿浆管道工程纷纷上马，中国贵州瓮福磷精矿管道工程（长约45.6km）、山西太钢尖山铁精矿管道工程（长约102km）和云南昆钢大红山铁精矿管道工程（长约171km）是国内长距离矿浆管道工程的典型实例。

防腐层在很大程度上对保证长距离矿浆管道工程埋地钢管的使用寿命和整个工程起到重要作用，选择一种优质、安全可靠、具有成熟生产工艺、适合工程特点并具有成功应用实例的防腐层可以使管道使用寿命达到几十年或更长，对整个长距离矿浆管道工程尤为重要。

长距离矿浆管道工程埋地钢管的外防腐层应具有在土壤中长期稳定的性能，具备良好的电绝缘性、与管道基体牢固的粘结力、透气性低、优越的抗水渗透性、耐各种环境土壤腐蚀性能优良、机械强度高、耐土壤应力作用能力强、与阴极保护的匹配性好等特性。

2 外防腐层的应用概况

近年来，国内外在埋地钢管防腐层材料和技术方面都获得了快速的发展，新材料、新工艺和新设备不断出现。根据管道外防腐层的类型及其发展，目前用于长距离矿浆管道工程埋地钢管的外防腐层主要包括：3PE、环氧粉末（FBE）和聚乙烯胶粘带，其中3PE防腐工程应用实例较多，FBE防腐工程应用实例次之，但近年来发展较快，聚乙烯胶粘带防腐工程应用实例相对较少。

3PE、FBE和聚乙烯胶粘带防腐层在长距离矿浆管道工程埋地钢管中的应用实例如图1。

图1 长输矿浆管道工程3PE、FBE和聚乙烯胶粘带防腐层管道

3 外防腐层的技术性能

3.1 3PE防腐层

3PE防腐层由环氧粉末、胶粘剂、聚乙烯组成，是采用环氧粉末涂敷打底、胶粘剂及聚乙烯PE热缠绕或热包敷形成的。3PE防腐层被称为“完美涂层”，综合了环氧粉末和聚乙烯的优点，其环氧粉末底层和管体结合牢固，中间胶粘剂层能够为底层和外层提供理想的粘结力，PE外层完好[1]。

3PE防腐层是目前国内外普遍采用的钢质管道外防腐层，具有耐腐蚀、抗阴极剥离、机械强度高、抗水渗透性好、耐紫外线防老化性能好、绝缘电阻高、耐酸碱性能好、不怕植物根刺，不污染环境、粘结强度高、高柔性、适用温度范围宽、补口补伤简便、使用寿命长、生产自动化程度高等一系列优点，在各种环境下都获得了优异的防腐效果，获得了很高的评价。3PE防腐层在我国应用以来，表现出优异的综合防腐性能，越来越受到关注，并在大部分长距离矿浆管道工程中得以应用。

另外，3PE防腐层也有一些缺点，主要表现在两个方面：一是3PE防腐层的整体性控制和补口防腐层质量控制难度较大。3PE防腐层涂装工艺复杂，如果控制不严格，就会出现各种缺陷，包括粘结力小、气泡、空鼓、厚度不均匀等缺陷。目前，3PE防腐钢管的各种补口技术都不能达到管体3PE防腐层的质量水平，也没有一种补口技术能够保证3PE防腐层的完整性，国内主要采用热缩套/带补口，手工作业难度大，质量控制困难，尤其是大口径管道的补口[1]。

3.2 FBE防腐层

FBE防腐层主要有环氧树脂、固化剂、填料、颜料和各种功能性助剂等材料组成，粉末颗粒均匀的包含所有组成成分，在与钢管涂装结合过程中，熔融或溶解状态的环氧树脂流平覆盖整个钢管表面，环氧树脂发热固化交联而形成连续的热固性聚合物结构[3]。

FBE防腐层为100%固体，无溶剂，是一种热固性、无毒涂料，无污染，熔融黏度低、涂膜坚固、流平性好，不需要底漆涂膜，具有优良的耐化学防腐性能和较高的机械性能，耐候性、韧性、致密性、力学性能好，耐磨性佳，抗阴极剥离、耐老化性能强，有优异的反应活性和贮藏稳定性，抗土壤应力的作用好，涂料的配色好，固化剂选择范围宽，能与阴极保护系统完全兼容而无屏障的多层防腐系统，具有失效安全性，应用范围广。

FBE防腐层主要缺点是：防腐层薄且相对较脆、耐冲击性较差，在运输、施工过程中很难保证涂层不被破坏，水汽渗透率高、防水性较差，防腐层的修补和环焊缝补口相对难度较大，且涂敷工艺严格[2]。

3.3 聚乙烯胶粘带防腐层

聚乙烯胶粘带防腐层由底漆和防腐胶粘带或者由底漆、防腐胶粘带（内带）和保护胶粘带（外带）组成，是采用底漆打底、胶粘带冷缠形成的。聚乙烯胶粘带防腐层具有良好的化学、物理稳定性、延展性和柔韧性，具有良好的抗阴极剥离性能，具有较高的绝缘性、抗氧化性和较低的吸湿率，与管道的粘接力较强，机械强度较高，无污染，质量控制直观，适于现场施工。

聚乙烯胶粘带防腐层主要缺点是：当钢管表面处理和缠绕质量不好时，易造成粘结力差，使得防腐层容易剥离；当防腐层发生剥离时，对阴极保护电流产生屏蔽，造成防腐层过早失效。由于胶粘剂是橡胶类的物质，软化点低，当温度较高时，胶粘带的粘结力变的很低，不足以抵抗土壤应力。因此，该防腐层常出现褶皱现象，此外还易发生外来的人为损坏、阴极剥离和应力腐蚀开裂[2]。

4 工程应用实例简析

中国两个重要的、影响力大的长距离矿浆管道工程——山西太钢尖山铁精矿管道工程（长约102km）和云南昆钢大红山铁精矿管道工程（长约171km）埋地钢管均选择了3PE防腐层。云南昆钢大红山铁精矿管道工程3PE防腐埋地钢管参见图2。

图2 云南昆钢大红山铁精矿管道工程3PE防腐埋地钢管

云南昆钢大红山铁精矿管道工程管道沿线地形复杂，管道在崇山峻岭间蜿蜒敷设，施工条件较差，施工难度较大，在这种较为苛刻的地形及施工等工况下，3PE防腐管道仍然具有较强的适应性，充分发挥了其优越的防腐性能。该工程的管道运输、施工及运行实践证明,3PE作为长距离矿浆管道工程埋地钢管的外防护层，其防腐性能优越，能较好地适合于地形复杂等各种苛刻工况。

5 埋地钢管外防腐层选择

单从防腐层自身技术特性角度来讲，3PE、FBE和聚乙烯胶粘带防腐层均能够满足长距离矿浆管道工程埋地钢管外防腐层的技术要求，但从整个工程的角度来看，针对不同的工程条件（包括气象、地形、运输、施工技术水平及管道的重要性等条件），3PE、FBE和聚乙烯胶粘带防腐层的选择方法也有所不同，笔者根据一些工程实例，结合工作经验，对目前长距离矿浆管道工程埋地钢管外防腐层设计总结如下。

（1）3PE和FBE防腐层比聚乙烯胶粘带防腐层的整体技术性能优越。

（2）3PE和FBE防腐层比聚乙烯胶粘带防腐层的粘结性能强，抵抗外界损伤的能力大，更适应于管道运输和管道施工等条件。

（3）干线埋地钢管建议使用3PE或FBE防腐层，支线埋地钢管及厂区埋地钢管可以使用聚乙烯胶粘带防腐层。

（4）3PE和FBE防腐层比聚乙烯胶粘带防腐层对苛刻工况下工程的适应性强。

（5）FBE和聚乙烯胶粘带防腐层比3PE防腐层更适合于弯管尤其是弯制角度大的弯管的防腐。

（6）聚乙烯胶粘带防腐层相对3PE和FBE防腐层来说，其补口工序简单、灵活，补口效率较高。

6 结论和建议

虽然3PE、FBE和聚乙烯胶粘带防腐层均能够满足长距离矿浆管道工程埋地钢管外防腐层的技术要求，但为了保障长距离矿浆管道工程埋地钢管防腐层的有效性、可靠性及经济性，在进行长距离矿浆管道工程埋地钢管外防腐层设计时应综合考虑管道工艺类型和规格、钢管厂的情况、防腐层涂装作业条件、管道运输条件、管道敷设施工条件、防腐层的技术性能、配套补伤补口技术、防腐层的合理寿命、一次投资与二次投资、防腐层的应用历史、工程现场各类条件以及各环节人员技术水平等各方面的因素。

无论选用何种防腐层，除了综合考虑上述各方面因素选择管道外防腐层，还应加强各环节的检验、审查、监督、培训等工作；严格按照相关标准进行防腐层加工，加强防腐工艺的质量控制；重视防腐管道的运输、保存等环节，加强管理，以尽量减少管道防腐层的损坏；加强矿浆管道工程的施工规范化管理，以降低管道施工过程中对防腐层的损坏程度；严格控制防腐层的补伤补口质量。

[1] 廖宇平，李志勇.外防腐层（长输管道）的应用与存在的问题[J].油气储运，2005，24（4）:36-39.

[2] 田建军.埋地钢质管道防腐层的发展简史及性能分析[M].上海：上海海隆赛能新材料有限公司研发中心，2009.

[3] 关 铮，沈 路.双层环氧粉末在浆体输送管道上的应用[J].矿冶工程，2007，（12）：27.

External anti-corrosive coating design of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project

This paper introduced the importance of external anti-corrosive coating to buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project,and presented the application situation of 3PE,fusion-bond epoxy(FBE)and polyethylene adhesive tape in the long-distance pulp pipeline project.On the basis of analyzing the technical performance of 3PE,FBE and polyethylene adhesive tape,and combining with two important domestic external anti-corrosive coating design of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project,the selection principle of anti-corrosive coating of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project was put forward,and it provided reference for the selection of anti-corrosive coating of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project.

long-distance pulp pipeline;3PE;FBE powder;polyethylene adhesive tape;external coating

1672-609X（2010）06-0041-03

U177

B

2010-06-01

周积果（1980-），男，黑龙江克山人，硕士，工程师，主要从事尾矿库及固体物料管道输送的设计工作。