王俊琪1 王鳳江1 胡斌2 劉亞明3

1. 中國石油西南化工銷售公司；2. 中國石油獨山子石化公司；3. 中國石油寶雞鋼管有限公司

在鋼質管道各種防腐技術中，三層結構聚乙烯防腐技術（以下簡稱3PE）因兼具環(huán)氧樹脂的防腐蝕和聚乙烯材料的機械性能，防腐效果好、壽命長、施工方便，已成為目前世界上埋地鋼管中應用最為廣泛的防腐技術，我國在建或擬建的一系列大型油氣管道項目也都普遍采用3PE防腐技術。

1  聚乙烯防腐專用料的開發(fā)

2012年以前，中石油還沒有自主品牌的聚乙烯防腐專用料投放市場，寶雞石油鋼管公司高峰時期每年需要從市場上采購聚乙烯防腐料近3萬噸。2011～2014年，西南化工銷售分公司、獨山子石化分公司和寶雞石油鋼管有限責任公司三家產銷研單位聯(lián)合成立項目組，整合和利用自身的煉化資源和研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了自主品牌的“埋地鋼質道聚乙烯防腐專用料BSGPE-01”，并通過了專家鑒定，性能達到國內領先水平，質量檢測結果見表1。

該防腐料已實現(xiàn)工業(yè)化生產和鋼管涂覆應用，累計生產 3000 余噸，成功應用于柴北緣項目等管徑457毫米油氣管線，效果良好。其中 BSG-PE01、BSG-PE02 兩個牌號的產品還通過了中石油集團公司新產品認定，并列入了自主創(chuàng)新重要產品目錄。

2  聚乙烯防腐專用料采購技術規(guī)范的制定

在中石油系統(tǒng)內全面推廣應用自主品牌防腐料過程中，項目組通過對市售防腐料樣品進行性能剖析發(fā)現(xiàn)，市售防腐料灰分含量、炭黑含量、耐環(huán)境應力開裂等指標遠不及自主品牌產品，個別批次甚至達不到GB/T 23257《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層》技術指標要求。為進一步提升和穩(wěn)定聚乙烯防腐專用料的質量，杜絕劣質防腐料進入市場，項目組于2014年度開展了《鋼質管道聚乙烯防腐專用料采購技術規(guī)范》的研究制定工作。該標準于2015年8月發(fā)布，11月正式施行。

《鋼質管道聚乙烯防腐專用料采購技術規(guī)范》（Q/SY1846-2015）在國家標準GB/T 23257《鋼質管道聚乙烯防腐層》的基礎上，增加了灰分含量指標，并對炭黑含量的范圍進行了限定。

2.1炭黑含量確定依據(jù)

相關研究表明，炭黑是較好的紫外線穩(wěn)定劑，能夠通過吸收紫外線達到防老化目的。一般而言，一定細度的炭黑，濃度達到2%時，即可起到很好的紫外屏蔽作用，考慮到一定的保險系數(shù)，用2.5%炭黑對聚烯烴可達到最佳防老化效果。而炭黑添加量在0.5%以下時，防護效果很差。當要求炭黑起穩(wěn)定和防老化作用時，它的加入量約為2～3%；炭黑在各種塑料制品中的一般填充量見表2。

可以看出，炭黑含量與聚烯烴產品的用途類別有關，并非含量越高越好。這是由于過高的炭黑含量除可能帶來相對較高的成本外，對產品的力學性能、流動性能等亦有諸多不利影響。炭黑含量對聚烯烴樹脂熔體流動速率（MFR）的影響規(guī)律研究趨勢如圖1所示。

圖1 炭黑含量對樹脂MFR的影響

由圖1可看出，隨著炭黑含量的增加，基礎樹脂的MFR不斷下降，其流動性隨之變差。此外，由于炭黑本身粒徑較小，分散比較困難，所以隨著含量增加，均勻分散的難度就會不斷增大。而炭黑在聚烯烴樹脂（如聚乙烯）中的分散度直接影響防腐料的性能，分布不均勻將導致上述性能特別是耐候性的顯著下降。因此，作為防老化用途的炭黑，其在聚乙烯樹脂中的含量為2.0%～2.5%時能夠達到較優(yōu)的綜合性能。本標準參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 0413-2002《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》中的規(guī)定，確定聚乙烯防腐專用料的炭黑含量為2.0%～2.4%。

2.2灰分含量確定依據(jù)

3PE防腐料用于埋地鋼質油氣管道防腐時，由于地理環(huán)境復雜，材料的耐環(huán)境應力開裂性能非常重要，關系到油氣管道的安全及使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)，灰分含量對防腐料的耐環(huán)境開裂性能有著顯著影響。項目組收集了兩種典型的市售3PE防腐專用料，并對照國家標準GB/T 23257《鋼質管道聚乙烯防腐層》，對原料的相關性能指標進行了測試，結果見表3。

從表3可以看出，兩自主品牌產品的耐環(huán)境應力開裂性能可達5000h以上，而市售樣品2的耐環(huán)境應力開裂時間不足200h，未達到相關標準要求的下限（1000h），市售樣品1雖然達到標準要求，但也遠低于5000h。測試情況如圖2、圖3所示。

圖2 樣品應力開裂性能對比（左側為正常樣品，右側為開裂后樣品）

圖3市售樣品試驗后圖片（10個樣品全部開裂）

對上述各樣品進行了灰分含量測試，結果見表4。

從表4可以看出，市售樣品的灰分含量遠高于自主品牌產品。市售防腐料灰分含量高可能與添加二次回收料帶來的無機填充物等雜質有關，從而導致其耐環(huán)境應力開裂性能急劇下降。

綜上所述，為避免灰分含量偏高影響對產品的耐環(huán)境應力開裂性能，結合正常產品的灰分含量測試結果，本標準給出的灰分含量指標為≤1.0%，其他各主要技術指標見表5。

3  結論

《鋼質管道聚乙烯防腐專用料采購技術規(guī)范》（Q/SY1846-2015）的制定，有助于進一步提升和穩(wěn)定聚乙烯防腐專用料的質量，引領聚乙烯防腐專用料市場良性競爭和發(fā)展，實現(xiàn)油氣管道安全和長周期運行，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 

作者：王俊琪，男，碩士研究生，主要從事高分子材料改性產品的開發(fā)和推廣工作。

《管道保護》2016年第6期（總第31期）