长输管道防腐层优化设计及应用技术探讨

摘要：防腐层缺陷造成管道加速腐蚀，防腐设计是长输管道建设重要内容。分析环氧粉末、聚烯烃和三层聚乙烯防腐层的优缺点，总结3LPE防腐层在制管工艺、涂装工艺、管材缺陷、热收缩带补口、内涂层失效、弯管防腐和施工质量的技术现状和瓶颈问题。提出了长输管道防腐层选型和优化设计的原则要素，旨在提高管道安全管理水平、保障管道可靠运行。

关键词：管道  防腐层  性能  施工  补口

0 引言

腐蚀是引发管道安全事故的主要原因。长输管道基本采用防腐层与阴极保护联合的防护方式。防腐设计是长输管道建设重要组成部分，防腐层作用是将管体与腐蚀环境隔离，防腐层完整性可以降低并维持管道阴极保护所需的电流。管道运输、装卸和施工过程中可能对防腐层造成损伤；管道运行期间土壤环境、第三方破坏导致防腐层缺陷发展。由于防腐层缺陷，管体局部金属表面裸露，造成加速腐蚀问题。深入分析不同类型防腐层的优缺点，系统总结防腐层施工、运行期间的关键环节和注意事项，对于提高管道安全管理水平、保障管道可靠运行具有重要意义。

1 防腐层类型

防腐层类型分为沥青类、环氧类和聚烯烃类。20世纪80年代以前管道应用石油沥青与玻璃布增强涂层。20世纪末东北管网大修采用聚乙烯冷缠胶带涂层。21世纪新建长输管道主要采用熔结环氧粉末涂层FBE、三层聚乙烯复合涂层3LPE。

1.1 熔结环氧粉末

21世纪初FBE是国外新建管道的..涂层。FBE优点是对管材强粘接性、良好耐阴极剥离和耐磨损性能，适用温度范围广（-30℃～100℃）。FBE缺点是耐冲击能力有限、吸水率较高、耐湿热性能较差，不适用石方段和地下水位高的管段。FBE涂层厚度普通级300～400um，加强级400～500um。为提高单层FBE在运输、施工中抗机械损伤性能和抗岩石划伤性能研发了双层FBE，底层是普通FBE提供腐蚀防护（250～375um），外层是增塑FBE提供机械保护（375～625um）。塑化FBE层耐水性和抗冲击性能显著改善且不会屏蔽阴极保护电流。双层FBE除适用管道干线，适用于石方段和定向钻穿越段。双层FBE成功应用于西气东输、忠武线以及钱塘江穿越、甬沪宁管道穿越工程。

1.2 液态环氧涂层

液态环氧涂层分为溶剂型和无溶剂型两种类型，具备极强的钢管附着力、良好的耐磨性和电绝缘性能。无溶剂液态环氧涂层应用于在役管道防腐层大修修复，施工过程避免由于溶剂挥发造成环境污染和对人员健康损害。溶剂型液态环氧涂层用于天然气管道内涂层减阻。

1.3 聚烯烃防腐层

聚烯烃防腐层具有绝缘性能好、吸水性及透湿性低、施工工艺简单、无污染等优点，适合长输管道防腐层大修修复以及异形管件防腐层现场涂装。聚烯烃防腐层缺点是如施工质量差、防腐层粘接失效，容易产生阴极保护屏蔽，导致防腐层下腐蚀。

1.4 三层聚乙烯涂层

德国20世纪80年代研发三层聚乙烯涂层，主要用于施工及敷设环境恶劣地区。三层聚乙烯涂层由环氧粉末底漆（80～120um）、粘接剂中间层（250um）和聚烯烃外护层组成，兼具FBE优异的防腐性能、良好的粘接性与抗阴极剥离性能，以及聚烯烃优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性。三层聚乙烯涂层涂装工艺较复杂，价格较高。三层聚乙烯涂层现场补口应加强施工质量控制，如存在缺陷或破损，易导致电流屏蔽，产生加速腐蚀。

2 三层聚乙烯涂层工程应用现状

3LPE是我国长输管道的..防腐层，从1995年引进，先后在陕京线、西气东输二线、西部管道、兰郑长等应用。三层聚乙烯涂层在制管工艺、涂装工艺、管材缺陷、热收缩带补口、内涂层失效、弯管防腐和施工质量方面还存在问题，具体如下：

（1）制管工艺。钢管表面预处理状况直接影响3LPE涂装效果，如不满足规范要求，例如钢管喷砂除锈不彻底，钢管表面灰尘多、油污未除净，导致防腐层管端翘边、剥离强度降低。管道开挖过程中发生防腐层剥离问题，也与钢管表面预处理不完善有关。

（2）涂装工艺。管材技术规格书要求3LPE的环氧粉末底层厚度大于100um，粘接剂层厚度不小于170um，涂层工艺评定阶段满足要求，正式量产难以保证，或者仅能检测管端特定位置的涂层厚度，粘接剂层厚度检测难度更大，管道机械剥离强度和阴极剥离强度均降低；

（3）管材缺陷。管材缺陷主要是钢管弯度超标和焊缝超高。钢管弯度不大于长度3‰，直缝弯管和小管径钢管易超标，导致防腐层厚度不均。钢管焊缝高度小于2.5㎜，焊接工艺未实现焊缝平滑过渡，导致焊缝处防腐层低于管体厚度的70%。制造厂为保证焊缝处防腐层厚度，采用打磨焊缝高度，进而降低了烛缝机械性能；

（4）热收缩套补口。热收缩带老化、浸泡后拉伸强度、剥离强度和抗阴极剥离强度降低。表现为密封失效。热收缩带与管道干线3LPE防腐层搭接处脱离。收缩套胶粘剂和5LPE防腐层不能完全形成热熔粘接；

（5）内涂层失效。天然气管道普遍采用3LPE防腐层，管道内涂层减缓内壁腐蚀、降低内壁粗糙度，减少输送阻力、提供输气效率。管道内壁补口处无法进行防腐，补口处形成裸露环，长时间气体冲刷破坏内涂层完整性；

（6）弯道防腐。弯管还不能采用3LPE防腐层，多采用双层环氧和冷缠带，综合性能不能比拟3LPE防腐层。双层环氧防腐层性能相对较好，但机械强度差，也存在漏点。冷缠带与3LPE防腐层机械性能差距更大；

（7）施工质量。钢管从制管厂经装卸、搬运、吊装后普遍存在损伤，甚至金属表面裸露。补口施工问题是喷砂除锈不彻底、环氧底漆厚度过薄，加之钢管表面灰尘较多，环氧粉末底漆与钢管附着力降低，也是环氧底漆失效的根本原因。

3 防腐层选型和优化设计

新建管道防腐层选型和优化设计越来越受到重视，防腐层选型直接影响管道建设和运行成本，包括材料费、涂装费、运输费、维修保养、更换大修费用等。目前管道防腐层设计还存在一定程度的随意性，表现在缺少环境风险评价，基于预期寿命期的经济评价，石方段等特殊地质条件下缺乏防腐层、垫层与回填材料的整体性设计。防腐层选型应考虑环境适应性、环境保护要求和预期使用寿命。三层聚乙烯防腐层选型关键要素是：厚度，底层的抗阴极剥离能力，胶粘层的密封性和粘接能力，外层的强度、韧性、拉伸强度和断裂伸长率。