李玲杰  韓文禮  張彥軍  徐忠蘋  林竹  楊耀輝

中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院

 

熱收縮帶補(bǔ)口在工程施工中，由于工序、工藝、施工環(huán)境和水平的不同，其質(zhì)量存在一些問題，嚴(yán)重影響了管道的使用壽命[1]。為此，在國內(nèi)外長輸管道工程中，對(duì)已出現(xiàn)問題的補(bǔ)口進(jìn)行修復(fù)并尋求更好的補(bǔ)口修復(fù)方式是解決補(bǔ)口質(zhì)量問題的一個(gè)途徑[2]。近年來，管道補(bǔ)口領(lǐng)域呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢(shì)，新型補(bǔ)口修復(fù)材料發(fā)展迅速，并且在實(shí)際工程中得以應(yīng)用。正確使用補(bǔ)口修復(fù)方式和材料，提高施工質(zhì)量，并對(duì)修復(fù)補(bǔ)口防腐層進(jìn)行合理的開挖檢測(cè)，對(duì)整個(gè)管道的安全運(yùn)行至關(guān)重要[3]。

1 埋地管道補(bǔ)口失效原因

1.1產(chǎn)品質(zhì)量問題

主要表現(xiàn)在：一些產(chǎn)品尺寸不夠，熱老化指標(biāo)不合格（包括國外品牌），拉伸強(qiáng)度不合格，有的甚至在烘烤過程中出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象等。

1.2施工質(zhì)量問題

在抽查的三種產(chǎn)品各2、3和5個(gè)補(bǔ)口（每個(gè)補(bǔ)口檢查鋼管和3PE防腐層各2處，共4處）的剝離強(qiáng)度中，分別有一處的剝離強(qiáng)度低于規(guī)范要求。從調(diào)查結(jié)果看，所調(diào)查的補(bǔ)口總體質(zhì)量情況滿足施工規(guī)范要求，但每種材料的補(bǔ)口都存在剝離強(qiáng)度不合格的部位，顯然不是材料問題，而是施工存在問題，如圖1所示。

 

圖1 施工原因?qū)е碌难a(bǔ)口失效

出現(xiàn)施工質(zhì)量問題主要是由于手工操作，施工質(zhì)量很大程度上受到操作人員技術(shù)水平和責(zé)任心的影響。

1.3在使用環(huán)境中失效

熱熔膠的性能是決定熱收縮帶補(bǔ)口有效性的關(guān)鍵。熱熔膠的粘結(jié)失效是指在土壤和管道運(yùn)行工況條件的共同作用下熱收縮帶粘結(jié)性能的喪失，若無溶劑環(huán)氧底漆同時(shí)失效，則會(huì)造成補(bǔ)口失效。圖2為補(bǔ)口熱收縮帶在10點(diǎn)位置PE搭接處出現(xiàn)翹邊情況，剝除熱收縮帶后，發(fā)現(xiàn)無溶劑環(huán)氧底漆脫落嚴(yán)重，熱收縮帶與無溶劑環(huán)氧底漆同時(shí)失效導(dǎo)致管體腐蝕嚴(yán)重。

 

圖2  補(bǔ)口熱收縮帶翹邊及管體腐蝕情況

 

2 補(bǔ)口修復(fù)新材料和技術(shù)

為解決埋地管道補(bǔ)口失效問題，國內(nèi)外管道外防腐層補(bǔ)口技術(shù)已經(jīng)向多樣化方向發(fā)展，粘彈體膠帶、熱縮壓敏帶、無溶劑環(huán)氧涂層、機(jī)械化噴涂聚氨酯等材料開始應(yīng)用于管道失效補(bǔ)口修復(fù)施工中。

2.1 “粘彈體+外護(hù)”防腐層

是將一種永不固化的粘彈性聚合物復(fù)合在聚乙烯薄膜上制成的冷纏膠帶，施工便捷，粘結(jié)良好。粘彈體膠帶由于自身的機(jī)械強(qiáng)度低，所以必須采用配套的外防護(hù)帶，以提高防腐層的整體機(jī)械強(qiáng)度，外護(hù)可采用熱縮壓敏帶、環(huán)氧玻璃鋼等。

2.2 無溶劑聚氨酯防腐層

低溫下可以施工、固化時(shí)間短、可配成彈性體或剛性體,一次涂敷厚度可達(dá)1.2mm，易補(bǔ)傷、有韌性、耐磨、抗沖擊、化學(xué)穩(wěn)定性好。如對(duì)管體PE搭接部位進(jìn)行表面極化處理，可提高聚氨酯補(bǔ)口涂層的粘結(jié)性能。

2.3 無溶劑環(huán)氧防腐層

主要以改性環(huán)氧樹脂為主要成膜物，可利用活性稀釋增韌劑實(shí)現(xiàn)無溶劑化，具有良好的粘接力、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能。無溶劑環(huán)氧涂料應(yīng)用于埋地管道補(bǔ)口修復(fù)在國外已經(jīng)有10多年的歷史。

3 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與評(píng)價(jià)

依據(jù)ISO 21809-3《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)用埋地管道和水下管道外防腐層補(bǔ)口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)不同類型埋地管道補(bǔ)口新材料的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和評(píng)價(jià)。

3.1“粘彈體+外護(hù)”補(bǔ)口材料測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果見表1和圖3。 

 

圖3 “粘彈體+外護(hù)”結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果

“粘彈體+外護(hù)”結(jié)構(gòu)的測(cè)試項(xiàng)目達(dá)到性能指標(biāo)要求，表現(xiàn)出良好的粘接性能和覆蓋性能。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)有良好的耐干、耐濕熱老化性能，在50℃、0.5Mpa、28d強(qiáng)化熱水浸泡后的剝離強(qiáng)度值均未見明顯變化，且與PE粘結(jié)密封性能穩(wěn)定。

3.2 無溶劑聚氨酯補(bǔ)口材料測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果見表2和圖4、圖5。

 

圖4 無溶劑聚氨酯涂層在不同溫度下（28d）的陰極剝離測(cè)試結(jié)果

 

圖5 無溶劑聚氨酯涂層對(duì)鋼/PE剝離強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

 

無溶劑聚氨酯涂料抗沖擊性能和陰極剝離性能達(dá)到指標(biāo)要求，但粘接強(qiáng)度相對(duì)技術(shù)指標(biāo)要求有所偏低。

3.3無溶劑環(huán)氧涂層補(bǔ)口材料測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果見表3和圖6、圖7。

 

圖6 無溶劑環(huán)氧涂層在不同溫度下（28d）的陰極剝離測(cè)試結(jié)果

 

圖7 無溶劑環(huán)氧涂層粘接強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

無溶劑環(huán)氧涂層的各項(xiàng)性能均達(dá)到預(yù)定技術(shù)指標(biāo)的要求。

4 補(bǔ)口修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2011年～2013年，在西部某管道典型地段，采用粘彈體+熱縮壓敏帶/玻璃鋼外護(hù)、無溶劑環(huán)氧、噴涂聚氨酯、無溶劑環(huán)氧+外護(hù)等材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了埋地管道補(bǔ)口防腐層新材料的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選取若干補(bǔ)口進(jìn)行了防腐層修復(fù)施工。2014年，對(duì)埋地管道試驗(yàn)補(bǔ)口進(jìn)行了開挖檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括補(bǔ)口防腐層外觀、粘接強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度等。

4.1 “粘彈體+外護(hù)”補(bǔ)口檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果示例見圖8，評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

 

圖8 “粘彈體+外護(hù)”結(jié)構(gòu)補(bǔ)口防腐層剝離強(qiáng)度檢測(cè)

開挖檢測(cè)結(jié)果表明：

分別經(jīng)過埋地1年、3年、4年后，補(bǔ)口防腐層性能均未發(fā)生明顯變化，補(bǔ)口部位處于防腐層正常保護(hù)狀態(tài)。但補(bǔ)口防腐層對(duì)鋼管的附著力與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（ISO 21809-3、Q/SY GJX 140-2012和SY/T 4106-2005）10MPa的要求相比，數(shù)值偏低。

4.2  噴涂聚氨酯補(bǔ)口檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果示例見圖9，評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。

 

圖9  聚氨酯補(bǔ)口涂層拉拔附著力檢測(cè)結(jié)果

開挖檢測(cè)結(jié)果表明：
分別經(jīng)過埋地1年、3年、4年后，補(bǔ)口防腐層性能均未發(fā)生明顯變化，補(bǔ)口部位處于防腐層正常保護(hù)狀態(tài)。但補(bǔ)口防腐層對(duì)鋼管的附著力與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（ISO 21809-3、Q/SY GJX 140-2012和SY/T 4106-2005）10MPa的要求相比，數(shù)值偏低。

4.3 “無溶劑環(huán)氧+外護(hù)”補(bǔ)口檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果示例見圖10、圖11，評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。

 

 

圖10 “無溶劑環(huán)氧+熱縮壓敏帶”補(bǔ)口防腐層性能檢測(cè)

 

圖11 “無溶劑環(huán)氧+環(huán)氧玻璃鋼”補(bǔ)口防腐層性能檢測(cè)

 

開挖檢測(cè)結(jié)果表明：

（1）2013年修復(fù)補(bǔ)口，經(jīng)過1年后防腐性能無明顯變化，整體保護(hù)有效，但有的補(bǔ)口存在無溶劑環(huán)氧涂層厚度偏低的現(xiàn)象。

（2）2011年修復(fù)補(bǔ)口，經(jīng)過3年后有1道口（1-1#）出現(xiàn)了外護(hù)熱縮壓敏帶下垂現(xiàn)象，外保護(hù)作用失效，但內(nèi)層無溶劑環(huán)氧涂層未發(fā)生變色、起泡等老化現(xiàn)象。經(jīng)檢測(cè)補(bǔ)口防腐層性能未發(fā)生明顯變化，內(nèi)層環(huán)氧對(duì)鋼管的保護(hù)有效。

5 結(jié)論

（1）產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量和在使用環(huán)境中失效是導(dǎo)致埋地管道補(bǔ)口失效的主要原因。

（2）新型補(bǔ)口材料復(fù)合結(jié)構(gòu)比單一結(jié)構(gòu)更適合于3PE防腐層補(bǔ)口的修復(fù)，其在初始使用及埋地1年、3年、4年后防腐性能穩(wěn)定。

（3）“粘彈體+外護(hù)”結(jié)構(gòu)補(bǔ)口實(shí)驗(yàn)室測(cè)試性能達(dá)到指標(biāo)要求，現(xiàn)場(chǎng)開挖檢測(cè)結(jié)果表明，該種結(jié)構(gòu)與3PE防腐層匹配性良好，適合于補(bǔ)口修復(fù)的單點(diǎn)作業(yè)。

（4）噴涂聚氨酯結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械化作業(yè)程度高，現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，防腐層現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需待涂層固化后進(jìn)行，較適合作為新建管道的補(bǔ)口，不適合補(bǔ)口修復(fù)的單點(diǎn)作業(yè)。

（5）“無溶劑環(huán)氧涂料+外護(hù)”補(bǔ)口結(jié)構(gòu)對(duì)施工條件要求較高，可在機(jī)械化施工可行的管段使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張自力,韓鐘琴,崔超,廖宇平,董彬.我國長輸管道熱收縮帶補(bǔ)口應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題[J].現(xiàn)代涂料與涂裝, 2010, 13(6): 64-66.

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[7]吳艷陽,郭生武,陳開勛.埋地鋼質(zhì)管道補(bǔ)口材料的選擇[J].全面腐蝕控制, 2003, 17(3): 31-34.

作者：李玲杰， 1986年生，工程師， 2013年畢業(yè)于華中科技大學(xué)，研究生學(xué)歷，主要從事金屬材料腐蝕與防護(hù)科研及技術(shù)服務(wù)工作。

《管道保護(hù)》2017年第1期（總第32期）