新型防腐材料在燃气管网安全耐久性技术中的研究与应用

戴承东，常峰，强建明

（渭南市天然气有限公司，陕西 渭南 714000）

近年来，随着城市的不断发展，城市燃气管网建设也取得了长足的发展。然而城市燃气管网在快速发展的同时，也存在许多安全隐患。燃气管网是城市发展的重要设施，管网的输配系统，经常出现安全威胁问题。燃气管网的安全管理，是确保管网安全运行的关键所在［1］。本文研究目的在于通过对新型防腐防护材料和结构的研究和应用［2］。对上述影响燃气管网安全性、耐久性的关键问题进行有效解决，延长燃气管网及设施的使用年限，保证安全生产，预防和控制安全事故。

1 国内外研究现状分析

1.1 管道焊口补口技术的研究现状

为保证燃气管道焊口部位的抗腐蚀性能，必须采取焊后内补口或其他工艺措施，解决管道接头的连接与防护问题［3］。目前管道焊口补口技术的主要工艺如下：

1）聚乙烯热收缩套补口。材料为经过辐射交联的聚乙烯片材，内敷热熔型胶黏剂，施工时将其套在补口处，均匀加热产生径向收缩，内层胶融化，使收缩套紧密地与管道防腐层和补口钢管表面粘结在一起，达到密封防腐作用。该工艺施工受雨雪天气、风沙天气影响大。

2）液态环氧补口。适用于管体防腐为环氧材料的补口，用液态环氧材料进行现场刮涂。该工艺与同种材料防腐管体熔结好，黏结力强，涂装过程简单，修补方法容易，检验结果可靠；但是对其他防腐材料的管体适用性较差，涂刷的厚度难以掌控，表面处理困难，固化时间长，受风沙雨雪天气影响较大。

3）黏弹体防腐材料补口。采用 “黏弹体防腐层+防腐冷缠带”双层结构。该方法施工现场对表面处理要求低，可直接黏接于防腐层，能彻底密封补口位置，阻断水分子侵入，施工质量容易控制，受施工环境及施工人员影响较小，轻微机械损伤可自我修复。但是材料成本高。

1.2 定向钻穿越管道防腐防护技术的研究现状

1）3PE防腐层+热收缩套补口：现有的管道外防腐层主要由3PE为主，在管道焊缝补口处包覆辐射交联聚乙烯热收缩套。在使用过程中，本方法存在较为明显的问题，比如：在回拖过程中，外防腐层容易被划伤等。

2）环氧玻璃钢保护层：为了保证与管道外防腐层之间的黏结力，施工前需要对原防腐层进行打磨处理，然后再进行环氧玻璃钢保护层施工。

3）光固化套保护层：光固化套保护层是在管道外防腐层外面再包覆一层光固化环氧材料，这种材料在太阳光或紫外线照射下会发生聚合、交联反应，从而固化成型。但是光固化套保护层施工时需动用特种光谱灯等大型施工设备，施工难度较高。

1.3 检修井内设施防腐的研究现状

阀门通道内表面容易受到电化学腐蚀和机械冲蚀的双重作用，冲刷腐蚀及点蚀现象比较明显。国内阀门新建安装时大多采用涂料作为防腐涂层，而由于闸井内环境恶劣，原有防腐涂层寿命很短。并且涂料类的涂层对底材处理要求高，固化时间长，不适用于防腐层改造和维修。

对于阀门井的防腐，如果采取更换材质，成本将增加很多。如果全线采用阴极保护，在砖混结构的井中，由于电力线受到屏蔽，对井内钢结构不起保护作用，井中无水或时有时无情况下，阴保更不会起作用。目前有用热收缩套进行防腐，由于表面处理及异形外观，给热收缩套施工带来困难，由于黏接不好，常出现桥连或空洞防腐效果不好。

2 新型燃气管网安全耐久性关键技术介绍

通过新材料、新产品及其应用技术的研发和应用，提出了新型燃气管网安全耐久性关键技术，解决了管道焊口部位的腐蚀，定向钻穿越管道防腐防护，设备井、检修井内设施防腐等技术难题。降低燃气管网运营公司的运营维护成本，提高公共安全指数，加强环境保护。该技术研究路线如图1所示。

图1 项目技术研究路线

2.1 管道焊口补口技术方案

鉴于传统管道焊口补口方案的一系列不足，本文提出采用多层矿脂包覆技术来解决管道焊口补口的防腐施工问题。多层矿脂包覆技术是一种通过多层防腐防护材料包覆构成的复层防蚀系统，具有表面处理简单，施工环境要求低，施工方法简单快捷，施工质量容易保障，抗冲击能力强，对环境无公害等优势，是一种安全、可靠的新型管道对接焊缝补口方法。

多层矿脂包覆系统包括矿脂底漆、矿脂油带、绝缘保护带、高密度聚乙烯护甲四个部分。该系统的组合，基于其油性矿脂憎水的防腐蚀机理，使得焊口表面形成几个连续层次的油性防护层，水汽根本无法渗透，能够有效阻止腐蚀的产生和蔓延，效果显著。管道焊口多层矿脂包覆技术结构示意图如图2所示。

图2 管道焊口多层矿脂包覆技术结构示意图

2.2 定向钻穿越管道防腐防护技术

采用功能性高分子材料作为内层防腐材料，水固化外护带作为外层防护材料对定向钻穿越管道防腐层进行保护。功能高分子材料是一种无溶剂、多功能防护材料，由环氧基树脂基体与高阻隔性无机材料复合，并采用纳米材料增强性能而成，对水、各类离子、盐雾及二氧化碳气体等介质有极好的阻隔封闭性能，适用于高腐蚀环境下的金属腐蚀防护。水固化铠装外护带是一种预浸水固化树脂和玻璃纤维带的复合材料，在施工现场在被保护管道的防腐层外侧进行缠绕，材料固化后在管道表面形成一个坚固、持久的防腐防护外壳［4］，有效提高了定向钻穿越管道的使用寿命。本文技术具有施工效率高，施工工艺简便，防腐防护效果优异的特点。

2.3 阀门井内设施防腐修复技术

为了解决阀门井内设施腐蚀问题，提出采用多层矿脂包覆技术来解决阀门井内设施防腐修复的难题，具有以下优势：

1）防腐层具有优异的柔韧性和可塑性，适应工件表面形状能力强，可以适应任何不规则形状的表面，与金属表面贴合紧密，确保整体的防腐密封；

2）表面处理要求极低，仅需达到国标中最低规定St2级即可。

3）本防腐体系可以重复使用，方便日常的维护检查；

4）防腐效果好，防腐寿命长。惰性矿脂化学稳定性好，耐酸碱盐能力强，防腐保护更加的持久有效；

5）符合环保要求，对人体和环境无伤害。

系统由5个部分组成，分别为矿脂底漆、矿脂胶泥、矿脂油带、绝缘保护带和水固化外护。在本系统的组成中，基于其油性矿脂憎水的防腐蚀机理和矿脂系统柔性的特性，在阀门、法兰等异形结构上用矿脂胶泥填充成规则的表面，再用矿脂包覆系统形成均匀、致密的防腐层，能够迅速阻止腐蚀的产生和蔓延，效果显著。

3 结论

本文针对影响燃气管网安全性耐久性的几项关键技术开展了一系列的解决方案研究、工艺设计以及现场工程实验。开发了 “管道焊口复层包覆防腐技术”，“定向钻穿越管道防腐防护技术”，“阀门、法兰多层矿脂包覆防腐修复技术”等技术方案，所研发的技术方案对于燃气管网寿命的延长及保证安全生产都有着重要意义。

本文提出的技术方案自2015年起先后在天津某市政管道建设工程，陕西某管道建设工程等项目中应用，取得了显著的经济效益和社会效益。在燃气管网建设中，管道防腐是一项不容忽视的重要技术措施。本文技术可以减缓周围环境对管道的腐蚀，以起到延长管道使用寿命的效果，这也是保证管道长期、安全、平稳运行的措施之一。