管道3PE防腐层剥离机研究与应用

冯涛　高天宝　李强　孔惠敏　侯永佳　段秀芳

摘 要：对于采用三层结构聚乙烯防腐技术的油气管网遇到外力破坏或常规老化等破损时，一旦发生油气泄漏，需立即组织抢维修；或当正在输送流体介质的管道在新增支管线状态下需不得停气停油进行切口连接时，这时包覆在钢管表面的三层结构聚乙烯防腐层必须立即去除，否则无法实施钢管焊接；或在埋设输油气管道施工过程中需去除防腐层。"管道3PE防腐层剥离机"采用变频技术和平面电磁感应加热技术，加热装置放在管道上后可在数十秒内使油气管道外壁的3PE防腐层表面温度达到80～100度，然后以自动或手工的方式快速地去除管道3PE防腐层及环氧粉末层。"管道3PE防腐层剥离机"可广泛应用在油气管道安全抢修、建设施工等诸多方面，是目前世界上最先進的油气管道3PE防腐层快速剥离装置。

关键词：热熔 油气管道 3PE防腐 防腐层剥离

1前言

上世纪90年代以来，为了加强油气长输管道防腐，国内油气管道开始采用三层聚乙烯（PE）外防腐技术，优化了管道的防腐性能。但在油气输气管道的事故抢修和站场施工中，需要在焊接部位清除防腐层，露出管体才能进行切割或焊接作业。由于油气长输管外壁包裹防腐介质，有较好的黏结强度，剥离防腐层成了影响抢修施工进度的主要问题。

青岛“11.22”特别重大事故以7.5亿元的直接经济损失，换来了国家对10.6万公里油气长输管道的大面积整改。据统计截至2015年底数据的显示，随着我国油气开发建设，目前已形成了755条油气长输管线，中国除台湾省以外的所有地区在役油气管网总里程达到12万公里，其中天然气7.2万公里，原油2.5万公里，成品油2.3万公里。有专家表示，现役的油气管道约有60%服役时间超过20年，东部管网服役运行已30多年。此外，还有一些建于上世纪七八十年代的油气管道，运行了近40年之久，管道已经锈蚀、变薄。有些输油管线与城市的管网交叉重叠，存在很多隐患。数据显示，我国油气管道事故率平均为3次/（1000千米.年），远高于美国的0.5次/（1000千米.年）和欧洲的0.26次/（1000千米.年）。油气管网老化已成为管道安保工作的重要隐患之一。预计到2017年，我国油气管道长度达15万公里。未来油气管道抢维修业务市场广阔。

当油气等流体介质在正常输送过程中，输油管道遇到外力破坏或常规老化等破损时，易导致流体泄漏，或正当在输送流体介质的管道在新增支管线状态下需不得停气停油进行切口连接时，这时包覆在钢管表面的三层结构聚乙烯防腐层（3PE）必须立即剥离，否则无法实施钢管的切割与焊接。针对油气管道3PE防腐层剥离困难、费时、影响抢险效率等难题，研究如何快速、高效、安全剥离油气管道3PE防腐层是十分必要的。

2国内外相关产业和技术现状

现在常见的传统3PE防腐层剥离方法有三种：火烧法，打磨法，红外加热技术。

（1）火烧法。即用甲烷、乙炔等可燃烧气体对管道外壁烘烤使防腐层软化后进行去除。这种方法的缺点是，升温速度慢，控温不准确，工作效率低下，安全系数低，特别是在有油气等介质情况下抢修管道，极易出现安全事故，也会造成环境污染。（2）打磨法。即用高速旋转的不锈钢刀与钢管防腐层接触并打磨将外防腐层挂掉。这种缺点是，工作效率低下，难以满足油气管道抢修的要求。“履带式爬管PE防腐层剥离剂”和“双头管道防腐层去除机”，即采用打磨技术，但其安装特别繁琐，且只能用在大口径油气管道，实际应用很少。现在市场上并没有开发出高效的可广泛应用的剥离3PE防腐层打磨“产品”。（3）红外线加热技术。采用红外加热技术对包覆的防腐层进行由外向内辐射加热。该方法缺点是，工作效率低，去除一块防腐层一般需要20～30分钟，剥除一个管径为1219mm的管道一整圈防腐层需2个小时左右，且受到作业环境因素影响很大，特别是在冬季时无法使用，该技术在油气管道行业基本上没有推广。

3工作原理

根据电磁感应加热原理，采用先进的变频技术和电磁加热技术将大功率能量集中释放，“管道3PE防腐层剥离机”的加热装置在贴近管道表面后产生无数涡流进行加热，迅速使管道外壁温度上升、由内向外快速透热，在数十秒内即可使管道3PE防腐层表面温度达到80～100度后3PE防腐层表面软化，然后采用自动或手动方式快速地剥离管道3PE防腐层。

该系统包括铁氧体、变频电源、绕组，将绕组安装到铁氧体上，绕组与变频电源连接，变频电源给绕组提供一个高频电压，当绕组接触至管道外壁后，通过铁氧体材料在管道壁产生一个低电压大电流的磁场，使得管道壁迅速发热，继而使防腐层软化后可以方便地去除。在外壳上安装耐高温绝缘把手，将绕组安装至铁氧体材料后用耐高温胶进行封装。

4现场试验参数

油气管道3PE防腐层由：底层环氧粉末（FBE）、中层胶粘剂（AD）、表层聚乙烯（PE）组成。天然气的燃点为650℃；液化气的燃点为539℃；聚乙烯的燃点为340℃（其中，高密度聚乙烯熔点范围为125～137℃，低密度聚乙烯熔点在105～115℃且范围宽）；管线刚表面产生明显应变时效的温度200℃左右；3PE防腐层粘接的热熔胶软化点在180～220℃；环氧粉末固化的温度230℃左右；热熔结环氧涂层的防腐工艺要求是：热熔喷涂与250℃左右钢管基体发生反应而生成钢塑合金层。《油气管道工程钢质管道溶结环氧粉末外涂层技术规范》（Q/SY GJX 144-2012）第7.2.2款规定，“涂敷过程中钢管温度控制在环氧粉末涂料生产商的推荐范围内，且不应超过275℃，并满足钢管的加热温度限制。”“管道3PE防腐层剥离机”在加热过程中，设备的控制系统将3PE防腐层表面温度控制在80～100℃左右，此温度仅达到聚乙烯防腐层软化，而此时管道底层的环氧粉末（FBE）未融化、管道内壁的温度未超过200℃。聚乙烯防腐层软化后即可采用自动或手动方式将其去除。因“管道3PE防腐层剥离机”的加热装置在加热过程中的温度并没有超过200℃，且在热熔结环氧涂层的防腐工艺要求的钢管温度275℃以下，因此钢管不会产生应变时效、管线刚力学性能不会发生变化，设备使用安全。

5 结论

“管道3PE防腐层剥离机”解决了大口径油气管道抢修中防腐层难以剥离、影响抢修效率的难题；施工现场没有明火，安全可靠；操作简单，安装简便。比火烧法、打磨法、红外线加热法更加环保，高效。可广泛应用在石油、石化流体介质管道输送行业中的安全抢修、管道建设施工等诸多方面，是目前世界上最先进的油气管道3PE防腐层剥离装置。

参考文献：

[1]李秋萍.燃气钢管三层结构PE防腐涂层的质量控制【J】.煤气与热力，2005，25（8）：24-28.

[2]龙志斌，龙云正，汪颐，等.钢管3PE外防腐多层聚烯烃涂敷新工艺介绍[J].焊管，2009，32（10）：40-42.

作者简介：

冯涛，男，1985年7月，2008年毕业于山东建筑大学工程学士学位，现工作于中石化胜利油建工程有限公司技术中心从事工程设计。