天然气管道3层PE防腐层失效及补强探讨

赵 聪

（大庆油田天然气分公司油气储运二大队，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

地下管网的施工，在城市基础设施建设中更加普遍，在管网的气体或固体介质传输过程中，为避免地质条件因素造成的腐蚀问题，大都使用3层PE防腐层对管道进行防腐处理。特别是城区内的燃气管网，3层PE防腐技术应用广泛。对3层PE防腐的防腐层失效模式进行研究，有助于解决城市地下管网的侵蚀问题，以便采取补修措施，确保地下管网安全、稳定运行。

1 防腐层的失效模式分析

从3层PE防腐层的防腐流程来分析，防腐层失效具体表现在3层PE防腐层与管道的表面脱离；管道焊缝部位3层PE防腐层，在地应力作用下出现撕裂现象引发防腐层失效，以及地下微生物及植物、第三方施工破坏致使防腐层的防腐作用失效。

1.1 管道的表面3层PE防腐层脱离

这是地埋天然气管网日常运转过程中常见的剥离形式，具体表现在管道表层与3层PE防腐层直接脱离、管道表层与防腐用料环氧粉末层氧化后脱离、管道表层与3层PE防腐层由于粘结不牢靠等。这三种脱离模式出现，关键因素在于地下管网施工期间，由于施工工序处理不当留置的缺陷而引起[1]。

1.2 焊缝部位防腐层在应力下裂开

具体的开裂形式表现在两个方面，一是管道焊缝部位存在余高现象，处于焊缝区的管道塑料壁，在焊缝厚薄不均衡的状态下，在高差作用下强度受力不均，而强度不足的部位在运行过程中就会出现开裂现象。二是焊缝口部位的几何变形，地下管网在焊接过程中，由于不同的管体材质，管体部位的蓄热强度在管壁厚度不同时蓄热量也不同。从而在对管道进行焊接时，焊缝口部位会出现热熔差异性，从而在焊缝口部位的防腐层产生应力破坏现象。

1.3 微生物对管道的腐蚀

这也是地下管网管道腐蚀的一种，且由于土壤中大量还有的硫酸盐物质，在地下缺氧状态下能够迅速吸附繁殖，使得这种管道腐蚀比例占整个管道腐蚀的70%。土壤中含有的氢离子元素，遇到硫酸盐物质将会形成硫化物，这种硫化物会严重侵蚀着PE管道防腐层，从而导致防腐层失效[2]。

1.4 根系植物对管道的腐蚀

为了保障地下管网的运行安全，国家出台了管网运行管理机制，管网中的管线较大时，禁止在管线5米区域内种植根系植物。这是由于植物的根系在土壤中蔓延生长，当与地线管线连接时，会直接导致管线的PE防腐层破坏，对管线的安全运行造成风险。

1.5 第三方施工因素破坏PE防腐层

地下管线的施工越来越频繁，据统计，因第三方施工意外造成的天然气管道破坏，占整个管道防腐层破坏的40%。这种管网破坏方式主要有，交叉管线的穿越、地埋管线的开挖补修、管道占压破坏及未查明管道埋深情况盲目施工等，导致管道PE防腐层的损坏。同时，第三方施工因素除造成管道破损坏，还会连带造成3层PE防腐层的损坏，从而侵蚀天然气管道。

2 3层PE防腐层施工技术流程分析

地下天然气管网在进行补口环节，应严格执行工艺操作流程，补口作业结束后，从该部位开始将防腐层与管道剥离，剥离指标须符合防腐要求；否则，需进行二次补口作业。加强对防腐层材料的质量验收工作，防腐材料相关的3层PE材料、环氧粉末及辅助材料等，须符合相关验收标准。对防腐作业参与人员进行专项培训，重点是对3层PE防腐失效的常见情况进行分析，确保作业人员在施工中有效规避防腐失效问题[3]。

3 定期组织管道防腐层的损坏检测

防腐保温层所出现破损，在破损点位置将会出现异常的指标。对防腐层的损坏整体情况进行检测，可使用交流电流衰减法（PCM），对局部某破损点的检测，则使用电位梯度法（ACVG）。交流电位梯度检测方法，预先在地埋管附近位置增设交流电源，使得破损点附近区域形成电位梯度场。根据梯度场部位测试过程中，破损点部位电流会呈现衰减趋势，基于衰减程度及电位检测来判断管道的破损点部位及范围。这种防腐层检测方式，能够有效检测出3层PE防腐层的完好情况，发现破损情况及时修复。

4 天然气管道缺陷部位补强方法

管道部位的缺陷，包括管网自身的破损点及外防腐层的缺陷，对于管道缺陷的补强技术，工程中应用的例子较多。在对管道部位进行补缺时，可根据管道的材质、破损部位大小及地质环境条件进行补强，具体的方法有防腐层修复、碳纤维复合材料、使用夹具及补焊、打磨、换管等方法。

（1）对管网防腐层的修复：由于防腐层的特殊材质，使用STOPAQ粘弹体防腐胶带、PVC材料，对防腐层的破损部位进行补修；（2）碳纤维复合材料对管道进行补强：基于新型科技材料，如纤维材料、纳米填平材料及粘合剂等物质，先将损坏部位用纳米材料进行填平，然后在管道外围缠上纤维复合材料进行固化。固化后的符合材料能够抵抗抗拉强度及弹性伸缩，避免缺陷部位在应力作用下拉伸变形，实现补强修补；（3）管壁打磨：通过手持式打磨机对缺陷部位周边的尖角金属进行打磨，确保管壁周边轮廓平滑，防止管道应力集中。这种打磨式修复方法当缺陷深度较低，且管壁的腐蚀或裂纹、划痕小于12.5%时使用，若管道缺陷存在于内部或制管中，则不宜使用该技术；（4）管道补焊：当管道承载的压力较高时，通过打磨、纤维材料缠绕无法满足强度要求，使用补焊方式消除金属管道缺陷，确保管道的强度和结构连续性；（5）补板：补焊后为固化焊接部位的支撑强度，焊接补强板对管道强度进行修复，一般用于面积较小的金属管道；（6）增加套筒修复：对于管体在破损点管壁变薄的特征，为强化其径向压力作用，使用全封闭式套筒增强管壁薄弱处的承压力，避免其在塑性变形作用下裂开；（7）机械夹具：这种修复方式可用来对管道进行临时修复，这种修复方式密封性好、适用性广，可作为处理管道的临时措施；（8）替换管道：将破损或存在缺陷部位的管道，使用旧管道进行替换，替换的管道其设计强度应高于旧管道的承载强度。

5 结语

天然气管道的地埋特征，管道中3层防腐层的设置，使其成为管道安全运行的重要防护层。实现对天然气管道的防腐层质量管控，就必须从原料采购、验收及施工环节对防腐层全过程进行管控。文中系统分析了3层PE防腐层，各环节可能出现的五种失效模式，提出采取技术处置、检测手段及补修方法，实现对天然气管道的缺陷处理。这种补强技术手段，有效解决3层PE防腐层与管道脱离、管道与硬件之间的缺陷，具有较强的实践意义。