埋地钢质管道外防腐层的选择及运用

张鹏飞

（四川科宏石油天然气工程有限公司，四川成都 610000）

气田埋地钢管的埋地时间长，在土质、水分、外力等因素的影响下，管道外层易出现老化、剥离、脱落等情况，继而造成腐蚀穿孔，甚至是油气泄漏[1]。我国的气田中，多数埋地钢管的运营时间超过10年，必须加强检测和评价，必要时进行加固处理。本文结合实践，探讨了埋地钢管常用的外防腐方案。

1 埋地钢质管道外防腐层的性能要求

1.1 绝缘性

埋地钢质管道的绝缘性，要求绝缘电阻低于10 000Ω/m2。在实际工程中，可以采用击穿电压测试，来测试防腐保护层的绝缘性能。

1.2 黏结性

防腐保护层黏附在钢质管道外表面，因此要具有良好的粘结能力，能提高抗腐蚀性能。以3PE防腐保护层为例，PE层的内聚力高于黏结力，可降低覆盖层的抗阴极剥离性能，利用熔结环氧粉末层进行防腐。尤其是在管道的连接节点，要具有良好的黏结性能，提高管道的密封性，防止外界腐蚀介质接触管道表面。

1.3 抗机械损伤性

埋地钢质管道的损伤，主要是两个原因造成的，一是机械损伤，二是环境腐蚀，其中机械损伤占比更大[2]。因此，管道外防腐层要具有抗机械损伤性能，能抵抗人为、吊装、运输等因素引起的损伤。

1.4 环境稳定性

埋地钢质管道的环境稳定性，就是管道在外界温度、湿度、腐蚀介质的影响下，依然保持物理力学性能的特点。例如，管道穿越沙漠地区，在夏季地表温度超过60℃，会导致热熔胶、聚乙烯等材质发生软化、变形，继而失去防腐性能。提高外防腐层的环境稳定性，能延长钢质管道的使用寿命，降低维护成本。

2 埋地钢质管道外防腐层的常见方案

2.1 石油沥青防腐保护层

该防腐保护层是石油沥青、玻璃纤维布构成的，是最为常见的管道外覆盖保护材料。其中，石油沥青原料容易获取，工艺技术成熟，且成本造价低廉。结合实际应用情况，石油沥青防腐保护层的优点是：①吸水率大；②耐温性能好，温度在-20～70℃；③适用范围广泛，使用年限长达10～20a。缺点是容易老化，植物根系会造成破坏。在过去，石油沥青防腐保护层常用在输油管道中，随着运营时间延长，管道腐蚀情况严重，因此目前应用较少。

2.2 煤焦油瓷漆防腐保护层

该防腐保护层，是对煤焦油进行分馏后，得到煤沥青、重馏分，然后加入填料、粉煤形成复合物。由于化学性质特殊，和石油沥青相比，优点是：①分子结构更紧凑，化学性质更稳定，能抵挡土壤中的化学物质侵蚀；②黏结性、绝缘性良好；③吸水率低，不会被植物根系破坏；④在-25～80℃，使用年限达到60a。缺点则是煤焦油瓷漆具有毒性、烟气挥发性，随着涂层技术的进步，改性涂层的适应性更好。

2.3 环氧煤沥青防腐保护层

该防腐保护层由环氧树脂、固化剂、煤焦油、沥青等组成，防腐性能介于石油沥青、煤焦油瓷漆之间，适用于-20℃～100℃，例如供水、石油输送。但是，随着环保要求提高，环氧煤沥青防腐保护层的应用受到限制。

2.4 聚乙烯胶带防腐保护层

该防腐保护层由聚乙烯基材、胶层两个部分组成，优点是：①机械强度高，黏结密封性强；②耐水性、抗氧化性高，适用于-30～80℃；③施工方便，不会造成污染。缺点则是对土层应力的抵抗能力弱，由于搭接缝长，处理不好容易导致腐蚀介质进入搭接缝。

2.5 2PE/3PE防腐保护层

2PE防腐保护层，第一层是胶黏剂，第二层是聚乙烯，广泛应用在油田管道中。该保护层的优点是：①抗冲击能力强，耐化学介质侵蚀；②水汽渗透率低，绝缘电阻高；③使用寿命长。近年来，使用防腐的石油沥青材料，代替原来的胶层，具有沥青防腐功能，实现双重保护的效果。

3PE防腐保护层，是2PE防腐保护层的升级，第一层是环氧涂料，第二层是改性胶黏剂，第三层是聚乙烯[3]。其中，聚乙烯不能和管道黏结，可使用热熔工艺，但是黏结效果不好，对此可以加入熔结环氧粉末。3PE防腐保护层的优点是：①机械强度高，化学稳定性强；②能抵抗水的侵蚀，抵抗植物根系穿透；③适用范围广，在碎石土壤、石方、高含水量土壤、植物根系发达的地区均能使用；④使用寿命较长，研究称可达50a。缺点则是生产工艺复杂，造价较高。

3 埋地钢质管道外防腐层的运用原则

选择埋地钢质管道的外防腐层时，应该结合工程实际情况，综合分析管道使用寿命、运行参数、外界环境、施工工艺等，满足以下三个原则。

3.1 经济适用

埋地钢质管道处于不同的环境中，要采用不同的防腐技术，既满足地形、土质的要求，又能降低工艺成本，确保管线在运行过程中，能降低前期投入，减少后期维修管理产生的费用。

3.2 技术可靠

埋地钢质管道的外防腐层，基础性能指标有黏结性、抗水性、热稳定性、机械强度、抗土壤应力、阴极保护性能等[4]。具体施工时，应结合自然环境，分析不良地质条件下的指标可靠性，避免出现腐蚀、穿孔、老化等问题。

3.3 施工简单

在满足经济、技术条件的基础上，要保证施工简单，因为管道线路距离长，期间需要吊装、运输、组装等，很容易出现碰撞。采用简单的施工工艺，尤其是补口工艺，能提高施工效率和效益。

4 四川气田埋地钢质管道外防腐层的运用实践

4.1 工程背景

截止2008年，四川油气田探明天然气出量1.72万亿m3，在全国占比26.8%，居于第2位；远景资源总量7.19万亿m3，在全国占比12.8%，居于第3位。依托于油气田资源，四川成为我国最大的天然气工业基地，从2004年起实施“川气出川”项目，向湖南、湖北两省供应天然气；2010年普光气田正式投产，实施“川气东送”项目。以四川某气田为例，埋地钢质管道的外防腐层设计，综合考虑输出温度、地形特征、涂层预制和修补的经济性、管道生产方式、人文条件等，最终采用100%固化聚氨酯防腐涂料。

4.2 涂料性能

100%固化聚氨酯防腐涂料，是由多元醇化合物、异氰酸酯溶液组合而成，并加入适量树脂调节黏结性，主要用在化工设备、石油运输管道、海上作业设备中，具有良好的外层防腐蚀效果。具体施工中，性能优点如下：①可以采用喷涂、浇注、涂刷等多种形式，既可作为弹性体的覆盖层，也可作为刚性体的覆盖层。②涂料在钢质管道表层，其内部化学键相互交联，具有较高的密度和硬度，能够增强防潮、抗腐蚀能力。③具有良好韧性，能有效抵御外界冲击。④施工中一次成膜，厚度超过1.2mm，在109℃以下的环境中均能发挥出防腐性能[5]。

4.3 成本优势

树脂的性能直接影响防腐涂料性能，100%固化聚氨酯防腐涂料的综合道的黏结能力强。和环氧树脂相比，聚氨酯的耐候性更好，耐油性优于环氧树脂，但耐碱性稍差。结合工程实际，即使处于低温环境中，聚氨酯也能维持良好的性能。从成本角度来看，相比于环氧粉末、3PE防腐保护涂料等，100%固化聚氨酯防腐涂料的成本更低，有利于降低前期投入成本，提高经济效益。

5 结语

综上所述，气田生产过程中，要想保证钢质管道运输的安全性，就必须做好防腐工作。分析可知，外防腐层要满足绝缘性、黏结性、抗机械损伤性、环境稳定性的要求，遵循经济适用、技术可靠、施工简单的原则。文章以石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青、聚乙烯胶带、2PE/3PE防腐保护层为例，介绍了实际应用情况，希望气田企业合理选择。