粘弹体在埋地管道补口应用中遇到的问题及其解决方案

赵常英，张志贵，贾平军，谭建祥，贾光猛

（1.中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘 062552；2.石油天然气冀东工程质量监督站，河北唐山 063200）

0 引言

埋地管道防腐补口、补伤是保证管道防腐完整性的重要工艺，也是整条管道防腐层质量控制的薄弱环节，更是管道外防腐中最容易出现问题的部位。我国油气长输管道防腐补口工艺施工先后经历了石油沥青补口、环氧煤沥青补口、煤焦油瓷漆补口等，近年来热收缩带补口成为主流工艺，在管道运行数年后发现，热收缩带补口存在一些质量问题，尤其是在与管道外防腐层 （PE）搭接处的密封不易保证，粘弹体作为一种新型防腐材料，首次大规模应用于国内新建管道 （唐山液化天然气外输管道工程）补口中。本文介绍了粘弹体补口材料在该工程现场应用中遇到的相关技术问题，分析了问题产生的原因并提出了相应的解决方案。

1 项目背景

唐山液化天然气外输管道工程干线管道全长121.4 km，管径1 016 mm。管道通过连片鱼塘、虾池水域段 （曹妃甸AA012桩+1 340 m～AB001桩、唐海县第一段及南堡开发区段），长约52.3 km，土壤腐蚀性强，管道完全位于水域中 （见图1），投产后的维护极其不便。在该项目可研阶段，设计指导原则为按30年免维护考虑补口的设计方案，如果继续采用以往的热收缩带补口，将不能保证其防腐密封效果，故该项目水域段埋地管道补口设计上应用了粘弹体防腐材料。

图1 管道位于大堤旁的水域中

2 粘弹体胶带技术要求

目前，国际上粘弹体胶带执行ISO 21809-3-2011《石油天然气工业管道输送系统用埋地管道和水下管道外防腐层补口技术标准》。国内标准尚在制订中，中国石油已编制并发布CDP-S-PC-AC-017-2009/B《油气管道工程粘弹体防腐材料技术规格书》，目前正处于修订阶段。在本工程中，设计规定了粘弹体胶带的技术要求，见表1。

3 粘弹体胶带在现场应用中遇到的问题及解决方案

3.1 粘弹体胶带滴垂检验执行标准问题

在CDP-S-PC-AC-017-2009/B中只列出了滴垂的性能指标，未给出具体检验方法。采用不同的检验方法，得出的数据将完全不同，经与技术规格书编制人员沟通，并追根溯源查询大量资料，得知滴垂试验方法有两种，一种是壳牌滴垂试验测试方法，另一种是ISO 21809-3-2011中规定的滴垂试验方法。这两种试验方法简要介绍如下：

表1 粘弹体胶带 （防腐带）性能要求

（1）壳牌滴垂试验。涂层测试板于初始温度80℃放置在烘箱中，涂层测试板与烘箱一侧壁面成60°夹角，以便观察在该温度下涂层是否会发生滴垂，如图2所示。试验结果证明，涂层测试板在试验温度80℃，放置150 h后涂层没有任何变化。在80℃时，用手指或金属部件与涂层接触，没有任何迹象表明胶粘性下垂或增加为合格。

图2 壳牌滴垂试验测试方法

（2）ISO 21809-3中规定的滴垂试验方法。测定在45℃的温度下粘弹体胶带的任何组分是否滴液。采用恒温控制的烘箱，温度控制在45℃±2℃，将三个长150 mm、宽50 mm粘弹体胶带样品直立悬挂在烘箱里，恒温48h，如无滴液，则合格。

鉴于本工程为液化天然气管道，输送介质最高温度为11.28℃，因此不需要做80℃的滴垂试验，45℃即可满足，故确认滴垂检验方法执行ISO 21809-3-2011的规定。

3.2 胶层剥离覆盖率的检查问题

在CDP-S-PC-AC-017-2009/B中未规定胶层覆盖率的检查方法，粘弹体胶带运至现场后无可执行的检验标准，导致无法进行验收。为此根据工程需要，特制订现场可操作的检验方法，即检测方法执行GB/T 7124。依据该检验标准，剥离区的胶层覆盖率为剥离后钢管或管体聚乙烯防腐层表面胶层残留面积与剥离面积的比值，胶层覆盖率计算公式为：

式中 W——剥离区的胶层覆盖率/%；

A0——剥离区面积/mm2；

A1——剥离区胶层未残留的面积/mm2。

以三次测定的算术平均值作为试验结果，试验结果≥95%为合格。

3.3 剥离覆盖率不达标问题

在本工程施工初期，粘弹体胶带出现了剥离覆盖率达不到95%合格标准的现象，剥离覆盖率检测结果总体上处于90%～100%之间，最低只有85%。经分析，发现导致粘弹体胶带现场剥离覆盖率不达标的首要原因是剥离过程中胶层底部有大量气泡，气泡产生的原因主要有以下几点：

（1）胶带本身具有深浅不一的皱折。皱折的出现会导致胶带在安装过程中很容易出现两侧凸出的部位先粘接在被粘物表面，而中间凹槽部位形成一段空鼓，从而导致该处没有胶层覆盖，见图3。

图3 粘弹体胶带皱折

（2）胶层内部有气泡。在胶带的生产过程中，如果胶层空气未排净就进行涂布，很容易将空气密封在胶带内部形成气泡 （将胶带对着阳光会看到大小不一的空洞），这样的胶带在安装后剥离，会出现一个个小的坑洞，从而影响剥离覆盖率，见图4。

图4 粘弹体胶带气泡

（3）施工过程中将气泡带入。胶带安装操作规范要求采取边撕离型膜、边赶出空气的方式施工，如施工过程中未严格执行操作规范，极易将空气密封在胶带与被粘物表面之间，从而导致气泡的出现。

（4）胶带太宽。原设计的胶带宽度为100 mm，为减少粘弹体胶带搭接量，以降低补口成本和投资，故将胶带改为宽250 mm和170 mm两种规格，钢管环焊缝至两侧管道原防腐层的宽度为150 mm，焊缝与两侧原防腐层的高度高于中间钢管部位3～5 mm，在中间钢管本体处形成一个明显的凹槽，在用250 mm和170 mm宽的胶带进行补口操作过程中，很容易将空气密封在凹槽部位，且胶带越宽，施工人员赶出内部空气的难度越大，从而严重影响剥离覆盖率。

（5）焊缝凹凸不平。由于焊缝处凹凸不平，严重影响了胶带对此处的粘结质量，导致残留大量气泡，以往多次的剥离试验结果表明，焊缝处的剥离覆盖率相对于管道原防腐层以及钢管部位是最差的，一直达不到90%。

3.4 提高剥离覆盖率的措施

（1）解决胶带自身皱折问题。生产过程，做到胶带平整光滑，无皱折。包装方面，选用厚纸芯将胶带固定住，避免其打折；另外配备厚纸箱，将以前6卷/箱的包装形式改为4卷/箱，并且在纸箱外部包裹一层厚厚的泡沫材料，避免运输途中包装变形，挤压胶带而产生皱折。运输环节，选择信誉良好，服务质量高的专业物流公司进行托运，避免因为野蛮搬运导致胶带在送往现场的途中出现包装破坏、胶带变形等一系列问题。施工过程，严禁反复弯折胶带，避免误操作导致皱折的出现。

（2）解决胶层内部气泡问题。在胶带生产过程中，采取抽真空涂胶的方式，在胶带涂布过程中，采用强负压将胶层内部气泡排除，并在原有涂胶工艺上外加一道滚轮挤压工序，边涂胶边用滚轮将气泡挤出，双管齐下，将胶带内部气泡彻底排除。

（3）解决施工过程中人为将气泡带入的问题。在施工前对操作人员进行技术培训，胶带安装采用面对面的两人分别从底部向上拉紧胶带，在管道顶部将胶带对接，在贴覆过程中用手顺着包覆方向轻轻按压胶带于管道上，以减少气泡的形成。

（4）解决因胶带太宽导致气泡问题。胶带越窄，在胶带安装过程中，越容易用手和滚轮将气泡排净，从而避免气泡的残留，因此现场及时改用了宽度为100 mm的胶带进行补口施工。

（5）解决焊缝处剥离覆盖率差的问题。针对焊缝处凹凸不平的特点，先采用一段35 mm宽的粘弹体防腐膏对焊缝部位进行整体包覆，压紧压实后，然后再安装胶带，焊缝凹槽处被粘弹体膏填平，有效提高了胶带对钢管焊缝部位的剥离覆盖率。

4 结束语

粘弹体胶带首次大规模应用于国内新建管道（唐山液化天然气外输管道）的补口中，成功解决了滴垂测试执行标准问题、剥离覆盖率检测方法问题，尤为重要的是找到了提高剥离覆盖率的一系列有效措施，为今后粘弹体防腐材料在埋地管道补口中的应用提供了借鉴经验。同时，也为国内制订相关技术标准提供了参考依据。