解决3层PE管道现场补口问题势在必行

王芷芳

（天津大学 材料学院，天津300072）

1 金属管道的腐蚀原因

众所周知：管道补口处是腐蚀发生的最危险区域，一旦防腐蚀层失效，腐蚀介质进入，会发生不同材质如焊条和管材的电偶腐蚀、焊接热应力、安装应力、土壤应力等各种形式引起的腐蚀与拉应力的叠加会引起管道发生应力腐蚀破裂。加拿大和美国都有多起案例发生［1］。再加上焊口与管体面积比相差很大，形成小阳极和大阴极的不利面积比，小阳极腐蚀速率相当面积比的倍数。从现场运营26年开挖调查发现［1-2］管道补口部位己遭受严重腐蚀。国内也有研究机构，曾经开挖过一条管线，结果表明80%左右的热收缩补口存在问题［3-4］。随着科技进步，新材料不断出现，热收缩制品不该是唯一采用的补口材料。笔者从文章报道取用的热收缩制品补口失效照片见图1。

目前急需解决的是补口新材料的新工艺。要积极探索试验出受环境影响小，受人为影响小，补口质量能保证，又与阴极保护相匹配，能确保管道长寿命的先进的补口材料和方法。

另外，对于如三通、弯头等不能在工厂预制防腐蚀层的结构，现场施工对其表面处理受涂层品种、涂膜厚度及施工条件等受多种因素影响，防腐蚀层质量难以保证，耐久性较差，有的不足23年防腐蚀层就出现问题。阀门、法兰、凝水缸等结构，由于长年在潮湿或有水，空气不流通的环境中，极易生锈造成阀门不好操作甚至报废。

2 对GB／T 23257ˉ2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》的意见

GB／T 23257-2009建议采用单一热收缩套（带）补口，去除对抵御腐蚀起重要作用的防腐蚀屏障层环氧底漆，一旦热收缩套（带）由于粘接不良发生剥离，腐蚀介质可直入管体造成管体加速腐蚀，而剥离区阴极保护由于电力线受到屏蔽，对剥离区下的管体保护不起作用。对焊缝区的补口为二层，形成3-2-3-2不合理的管道防腐蚀层结构，该加强防腐蚀的部位反而消弱。随着X60，X70管道钢的使用，输气管道压力也越来越高，大口径输气管单根重量己十分可观，十几吨的自重使聚乙烯防护层受到严峻考验，一旦聚乙烯外涂层破损，环氧内涂层的防腐蚀作用则至关重要。从防腐蚀常规涂层考虑100 μm涂层厚度是远远不够的，当涂层厚度为150μm仍存在许多针孔，只有至少达到250μm才有较好的保护性能。增加底漆厚度，提出环氧干膜热收缩套／带施工比湿膜质量容易控制，如图1（a），（b）失效照片是由于湿膜套热收缩带所致。标准中不要求必须有环氧底漆，这是标准的一大憾事。

图1 热收缩制品失效的现场照片

在8.2补口施工8.2.5中该标准对涂装前表面处理也放松了要求，提出如不采用底漆，也可用电动工具除锈处理至St3级。标准没有对表面粗糙度提出要求，中国石油天然气集团公司集团公司企业标准Q／SY XQ5-2003《西气东输管道工程现场补口补伤施工验收规范》及Q／SY GJX0113-2007《西气东输二线管道工程管道防腐蚀层补口补伤技术规范》两部规范。规范中要求，补口操作基本步骤为准备工作-管口清理-管口预热-管口表面处理-管口预热-涂刷底漆-定位安装热收缩套-热收缩套烘烤、收缩-质量检查。具体对管口表面处理达到Sa2.5级，粗糙度5075μm，对原3LPE防腐蚀层100mm宽表面要打毛加热，表面温度60℃涂刷底漆，加热收缩套的温度是110140℃边加热边擀压气泡，最后对热缩套进行整体补火，至胶从热缩套／带边缘溢出为止。

从上述施工步骤来看，补口质量很大程度上受操作人员的技术水平和责任心影响，步骤多，施工难度大，质量难以保证。

3 新型防腐蚀材料探索与应用

一般常用的防腐蚀涂料由于是有机分子，成膜后对水、汽都有一定的渗透性，膜越薄针孔越多，渗透性越大，防腐蚀效果也越差。一般在较恶劣的腐蚀环境下23年就要返修甚至重涂。如环氧树脂只有涂膜大于250μm才具有较好的防腐蚀性能。况且涂料如环氧系列、氯化橡胶涂料、丙烯酸树脂涂料、聚氨酯涂料等都对表面处理有极严格要求，喷砂除锈必须达到Sa2.5级，对清洁度、粗糙度都有标准要求。它占涂层质量影响因素50%，是防腐蚀涂装质量保障中最重要的前提条件。而现场施工往往不具备喷砂条件，用电动工具除锈达到St23级还是容易做到。下面介绍有几十年应用历史，防腐蚀效果十分优秀，施工极方便，易于操作的防腐蚀材料，它们的膜厚均在1.01.6mm远大于漆膜厚度。

（1）斯泰克（STAC）矿酯油性防腐蚀胶带系统包括油性底漆、腻子、油带，它们都是憎水材料，在金属表面形成连续的油性防护层，由于水汽无法渗透，金属表面始终处于干燥状态，切断了腐蚀原电池离子传递的通道，阻止腐蚀的产生。由于这类胶带有优异可塑性和柔韧性，可以解决异型管件、阀门等防腐蚀难题，符合环保，对阴极保护无屏蔽作用，有很好阻燃性能；

（2）760型增强纤维防腐蚀胶带 基膜为网状增强型聚丙烯纤维，涂敷高粘性橡胶改性沥青防腐蚀胶层，具有优异抗拉伸强度，抗土壤应力和因温度变化而产生的防腐蚀层变形，主要起密封防护作用。网状纤维结构不会产生阴极保护屏蔽现象；

（3）660系列聚乙烯防腐蚀胶带 以聚乙烯片材为基膜，涂敷一定厚度的高粘性改性沥青防腐蚀橡胶，再覆以一层防粘隔离膜而形成。对阴极保护有屏蔽；

（4）850型铝箔防紫外线防腐蚀胶带 它以新型的增韧性铝箔为基膜，以丁基橡胶改性沥青作为防腐蚀胶层，再覆以一层防粘膜而形成。由于铝箔的反射太阳光和紫外线的作用和其本身在空气中自钝化的独特性能，具有优良抗紫外线的功能和防止老化的功能。

以上材料的相互组合可以解决不同部位的腐蚀问题。

3.1 推荐一种结构管件防腐蚀材料

2011年6月30日天津市防腐蚀应用技术协会会同市燃气集团技术质量部、设计院、输配公司、众元天然气工程公司以及中央制塑（天津）有限公司等单位对港南线阀门井现场进行了防腐蚀层性能现场检测。本次检测的阀门采用了STAC矿脂防腐蚀系统，施工时间为2006年。现场图片如下图2所示。

图2 采用STAC矿脂油性胶带5年后的现场检测情况

3.2 推荐管道补口、三通、弯头部位的防腐蚀技术

3.2.1 复合型技术材料介绍

（1）STAC油性防腐蚀胶带系统 包括油性底漆、油带。

（2）聚乙烯保护板（PE板） 作为抗压层保护胶带系统，抗冲击耐磨性好，提供机械保护和耐腐蚀保护，保护板分导电型和普通不导电型两种，能导电的对阴极保护电力线无屏蔽作用；不导电的可降低成本。

（3）760型增强纤维防腐蚀胶带 具有优异抗拉伸强度，抗土壤应力热应力变形，主要起密封防护作用，无阴极屏蔽现象。

以上三种结构具有优异防腐蚀性能和优良的机械保护性能，对阴极保护无屏蔽，是阴极保护很好相匹配材料，另外缠绕工艺比涂装施工加火烤工艺要简单得多，并且较少受外界环境和施工人员素质的影响，能保证补口、补伤质量。

3.2.2 复合型补口材料和热收缩套／带两种材料施工步骤对比

表1为两种材料施工步骤的对比。

表1 复合型补口与热收缩套补口施工步骤对比

3.2.3 新型复合型补口的技术特点

（1）侧重方便灵活的施工方式，能够在现场常温条件下进行防腐蚀施工，无须等待，随施工随下沟填埋。缠绕工艺比涂装施工及火烤工艺要简单得多，并且较少受外界环境和施工人员素质的影响，能保证补口、补伤质量。而热收缩套／带在三层PE管道补口防腐蚀施工中极不方便；

（2）表面处理要求不高，用电动工具除锈达到St3级即可，去除焊渣焊瘤等异物；

（3）良好的耐蚀性能，对酸、矸、盐和微生物等有强的抵抗力，对水和气体有极强的防渗性能。复合型是一层底漆，一层板，三层带，形成3-4-3-4层次，总厚度超过三层PE防腐蚀层厚度，防腐蚀寿命不低于三层PE本体防护层；

（4）优良的机械保护性能，抗冲击耐磨性好，抵御来自土壤压力和提供机械保护；

（5）油性防腐蚀蚀胶带系统，不干裂、不脱落，使金属完全隔绝空气和水，不含可挥发性物质，不含有毒物质，不可燃，无污染，采用冷施工方法，不需动火，可在潮湿、水中环境下施工；

（6）与阴极保护相匹配，不屏蔽阴极保护电流，实现双保护目的；

（7）温度适用范围广，在-34＋75℃温度范围内都可施工，在低温施工时，要保证解卷温度在5℃以上；且宜采用喷灯或吹风机加热钢管及胶带胶面层，保证胶带具有良好的粘结强度；

（8）对一些特殊型状金属表面、弯头、三通，管道的焊接处进行防腐蚀处理；

（9）方便维护，在施工过程中出现的管道表面防腐蚀层的损伤都可随时现场修补；

（10）工人只需经过简单的培训即可掌握其施工方法，简便快捷，一次缠绕成型，质量易于控制。

目前，燃气集团已将112线高压天然气重点工程局部作为采用新型防腐蚀材料的试点，管道弯头、三通等均采用STAC矿脂油带、导电塑料板，760胶带复合型防腐蚀；干、支线阀门采用油性腻子加STAC矿脂油带防腐蚀。现场照片见图3所示。

图3 复合型材料应用现场情况

最近，天津市政府提出五年内将全面消灭中心城区和滨海新区供热燃煤锅炉，涉及163座465台锅炉，供热面积1.17亿m2，通过热电联产和燃气供热替代燃煤。从2012年4月起市内马路下敷设DN700煤气管道，为不影响通行，工程全是夜战。晚11点至早5点为管道施工时间，这种恶劣的施工条件，繁琐的热缩套／带补口的施工工艺已经不能保证防腐蚀质量，目前急须解决3LPE管补口存在的问题，积极开展新型的补口材料和补口工艺推广应用工作，让防腐蚀水平更上一层楼。

4 结论

（1）热收缩带／套施工麻烦，由于是手工操作，施工质量很大程度上受操作人员技术水平和责任心影响，工程质量难以保证。

（2）复合材料补口侧重施工方便，无须喷砂，无须涂漆等待，缠绕工艺比火烤工艺简单得多，施工人员易掌握，工程质量能保证。

（3）复合补口材料和结构具有优良防腐蚀效果和机械保护性能。即使760胶带与3LPE搭接处防水密封性有质疑，但由于矿脂油带是憎水材料，水、气不会渗透过油带到达金属表面，使金属表面始终处于干燥状态，金属就不会发生腐蚀。这种材料和结构在海洋潮差带和飞溅带国外应用己有30多年成功案例［4］。

（4）热熔补口不是唯一的补口技术，要积极探索试验其他受环境影响小，受人为影响小的补口方式。

［1］张盈盈，韩文礼，李爱贵，等.外防腐蚀涂层对管道阴极保护电流屏蔽的研究进展［J］.腐蚀与防护，2010，31（10），787-789.

［2］陈洪源，刘玲莉，赵君，等.三层PE管道热收缩带失效原因［J］.腐蚀与防护，2010，31（2），154-157.

［3］高瑾，米琪.防腐蚀涂料与涂装［M］.北京：中国石化出版社，2007.

［4］侯保荣，杨小刚，贾淑香，等.海洋浪溅区钢结构腐蚀与复层包覆防护实践［J］.中国港湾建设，2012，179（2），70-72.