盧衛(wèi)卓，劉 遲，2，魏亞秋

（1.北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京 100101；2.中國石油集團石油管工程技術研究院，西安710065）

0 前 言

近年來隨著海洋石油天然氣大規(guī)模的開采，海底管線敷設進入了高速建設期，特殊的海洋環(huán)境要求選擇更耐腐蝕，但又相對經(jīng)濟的管材。雙金屬復合管集合了基管（碳鋼）優(yōu)良的力學性能、經(jīng)濟性以及襯管（耐腐蝕合金）的抗腐蝕性能，同時結合3LPP防腐技術進行防腐，使管材整體的力學性能和內外抗腐蝕能力完美結合。與普通3LPP防腐碳鋼鋼管相比，雙金屬復合管價格僅為其2倍左右（比整體耐蝕合金管造價低60%以上），但使用壽命卻可以延長5～7倍，且可以長期在80℃環(huán)境下服役[1-2]。因此，3LPP防腐雙金屬復合管在海底管線中將得到更加廣泛的應用，國內已經(jīng)在南海敷設3LPP防腐雙金屬復合管30多千米。

1 雙金屬復合管特性

雙金屬復合管制造工藝的基本特征是將預加工好的薄壁不銹鋼等耐蝕襯管套入碳鋼管中，通過水壓、機械加壓或爆炸沖擊波使內襯不銹鋼管機械貼合在碳鋼內壁上，因此雙金屬復合管遭遇高溫或溫度急劇變化情況時，因碳鋼管和內襯不銹鋼管膨脹系數(shù)不同就有分層傾向，嚴重時甚至會出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，另外雙金屬復合管也會因應力釋放而出現(xiàn)分層、鼓包等情況。

雙金屬復合管焊接比普通碳鋼管要求更加嚴格，特別是海洋環(huán)境的濕度大、鹽分高，海浪、暗涌等使焊接條件更加惡劣，這就對復合管管端的坡口、鈍邊等加工提出更高的要求。為了保障焊接質量，復合管的管端使用不銹鋼焊絲在基管（碳鋼）堆焊4～6 mm后經(jīng)機械加工成符合要求的端面焊接坡口，因此管端尺寸精度要求較高。

2 復合管3LPP防腐質量控制

2.1 防腐前準備

2.1.1 原材料控制

原材料要選用具有相關生產(chǎn)資質資信的公司，產(chǎn)品附有國家認可實驗室出具的檢驗報告。環(huán)氧粉末、膠粘劑和聚丙烯各項指標應優(yōu)于表1～表3相關標準的規(guī)定[3-5]，特別是環(huán)氧粉末應選擇低溫型，建議固化時間≤3 min（210℃以下）；降低復合管預熱溫度，防止復合管分層、鼓包（目前雙金屬復合鋼廠家高溫試驗溫度為250℃）；聚丙烯建議選擇高密度材料，可以提高防腐層強度，降低滲水率，得到更好更久的防腐效果。

表1 環(huán)氧粉末各項指標要求

表2 膠粘劑各項指標要求

表3 聚丙烯各項指標要求

2.1.2 雙金屬復合管油污處理及管端保護

一般復合管（特別是坡口）生產(chǎn)完畢會及時噴涂防銹油，這些油污在噴丸除銹時很難處理干凈，并且會污染鋼丸及涂敷作業(yè)線，使鋼管表面清潔度達不到要求，因此要用酒精或專用清潔劑進行清除。

管端保護是復合管防腐過程最重要的環(huán)節(jié)，圖1所示為復合管的不銹鋼管端連接保護套以及外層碳鋼保護圈。如果復合管的端面坡口出現(xiàn)劃傷、碰傷及較嚴重的噴丸凹坑，必須使用專用設備進行修復或返廠修復，確保在船上全自動氬弧焊接時端面坡口完好，降低對焊根部焊穿缺陷。

圖1 不銹鋼管端連接保護套

2.1.3 復合管表面預處理

防腐層的使用壽命依賴于表面處理的程度，如同選擇防腐層系統(tǒng)本身一樣重要[6]。防腐層的失效往往可歸咎于防腐層缺乏足夠的黏結力，如果表面黏結力不夠，在使用過程中底層環(huán)氧粉末就會因各種原因與鋼管表面分離，使氧化速度加快，防腐層失效，有時會出現(xiàn)外層PP或PE完好，扒開后鋼管表面已經(jīng)開始大面積腐蝕，究其原因就是鋼管表面預處理沒做好。

雙金屬復合管3LPP防腐同樣要進行嚴格的表面預處理：表面灰塵度優(yōu)于GB/T 18570.3—2005等級2，表面粗糙度在60～100 μm，表面可溶性鹽分低于20 mg/㎡。要達到以上指標，關鍵在于除銹過程，首先對復合管表面可溶性鹽分進行測量，如果鹽分高于45 mg/㎡，就應在安裝完管端保護后用高壓水槍進行清洗，然后對復合管預熱，使其溫度在40～70℃進行噴丸除銹。這里要注意鋼丸的選擇，目的是除掉鋼管表面氧化皮和鐵銹的同時產(chǎn)生符合要求的粗糙度，這就要求鋼丸的硬度在HRC40～HRC50，粒度在0.71～1.5 mm，磨料（鋼丸）電導率＜1 000 μs/cm，避免鹽分污染。在噴丸過程中，鋼丸速度、噴射角度以及復合管轉速均要匹配才能得到滿意的表面效果[7]。最后對處理完的復合管表面進行檢測，確保每根復合管表面處理滿足要求。

2.1.4 復合管噴丸后管端處理

噴丸后檢測各項表面指標滿足要求后，拆除復合管管端外層碳鋼保護圈，檢查不銹鋼管端連接保護套是否松動，如有松動用扳手上緊并裝上連接器（圖2），同時對管端125 mm進行繞紙?zhí)幚恚苊夤芏吮画h(huán)氧粉末污染，保證管端預留長度。

圖2 復合管管端碳鋼連接器

2.2 雙金屬復合管3LPP防腐噴涂

2.2.1 FBE（環(huán)氧粉末）噴涂

噴涂前對雙金屬復合管進行中頻加熱，使鋼管表面溫度在180～200℃，建議采用分段加熱，安裝2個或3個中頻加熱裝置，使雙金屬復合管溫度變化均勻。在確保不影響噴涂質量的前提下，線速度越快越好，盡量縮短復合管高溫保留時間，降低內襯不銹鋼與基管松脫風險，建議運行線速度控制在0.045～0.051 m/s。根據(jù)FBE的膠化時間和固化時間，調整粉末噴槍距離及線速度，為確保噴涂均勻，噴槍布置尤為關鍵，一般是根據(jù)管徑大小按圓周六等分或八等分均勻分布，噴嘴指向鋼管橫截面虛擬圓心，距鋼管表面12～16 mm，建議不要在同一個鋼管橫截面上分布,而是分布在鋼管旋轉虛擬螺旋線上，噴涂壓力控制在（0.2±0.04）MPa并保持壓力穩(wěn)定，確保噴粉穩(wěn)定，F(xiàn)BE加熱到（210±5）℃開始噴涂。

2.2.2 AD（膠粘劑）控制

AD加熱溫度控制：加料段150～170℃，壓縮段170～200℃，均勻化段205～225℃，擠模溫度控制在210～220℃。擠壓力控制在（4.6±0.5）MPa，模頭擠出的膠粘劑應為伸展極佳的帶狀，經(jīng)拉伸輥壓后纏繞在管體上，如擠出的膠層厚度小于200 μm，就應調節(jié)模頭到鋼管表面距離或擠出量，要注意模頭到鋼管表面距離應控制在70～75 cm，確保膠化帶不出現(xiàn)縮孔。搭膠時間應控制在噴粉后13～18 s，確保涂膠過程是在FBE膠化和固化之間進行。

2.2.3 PP（聚丙烯）控制

PP從靜態(tài)轉變到高彈態(tài)或黏流態(tài)取決于熔化溫度。PP沒有確定的熔化溫度，熔化過程發(fā)生在160～170℃，只有在接近熔點時，才熔融成黏流態(tài)。PP的熔融黏度對溫度比較敏感，因此PP擠出必須注意使擠出機達到足夠溫度，并且控制擠出溫度在一個較窄的范圍內，才能保證均勻擠出[8-10]。PP加熱溫度控制：烘干段100℃，加料段100～150℃，擠塑段180～220℃，保溫均勻化段220～230℃，擠膜溫度控制在225～235℃。模口距鋼管表面距離控制在 65～80 cm，擠膜壓力控制在（12±1）MPa，PP層厚度控制在2.8～3.5 mm。

2.3 防腐后水冷

與碳鋼管防腐后水冷不同的是要注意水冷溫度控制，盡量延長有效水冷距離，淋水量沿復合管軸向、前進方向逐漸加大，避免雙金屬復合管溫度急劇變化，最終冷卻至65℃以下停止淋水。

2.4 3LPP涂覆層各項指標

檢測每班第1根及每40根復合管FBE層厚度是否在300～400 μm，檢測每根防腐層總厚度是否小于2.8 mm；每班第1根及每40根復合管兩端均進行（23+3）℃軸向和環(huán)向剝離強度試驗，確保各項指標符合要求；同時用風管將復合管內壁吹干，卸掉鋼管兩端碳鋼連接器和不銹鋼管端連接套，并用工具刀割掉兩端噴涂在繞紙上的防腐層。

2.5 復合管內壁檢查

經(jīng)過噴砂釋放應力、中頻高溫加熱及水冷溫度劇變作用，有可能引起內襯不銹鋼管與碳管分層鼓包，因此，必須對每根鋼管進行通徑和強聚光手電檢查，適度進行內窺鏡抽查。

2.6 復合管管端處理

圖3為復合管防腐管端預留示意圖。為方便焊接，每根鋼管管端必須預留130～135 mm裸管，通過電動砂輪進行打磨，打磨時應選用合適直徑的砂輪，砂輪直徑過大會使FBE涂層預留過長，打磨斜坡面加長，給海上焊接防腐帶來不便；砂輪直徑過小，容易打磨到復合管并且不能保證打磨角度小于30o，同時FBE涂層預留過?。ㄒ话悴恍∮?5 mm），容易使防腐層出現(xiàn)翹邊缺陷。根據(jù)經(jīng)驗一般選擇砂輪直徑在8～10 cm。打磨時復合管轉速應均勻，軸跳動小于3 mm，砂輪以圓周12點位置平行鋼管軸線旋轉打磨，砂輪垂直方向應具備一定柔性。

圖3 復合管防腐管端預留示意圖

復合管船上對接焊均為自動焊，根焊為單面焊雙面成形，是保障焊縫質量的關鍵。如果管端剩磁量超過30 Gs就容易引起磁偏吹，造成根焊未焊透。因此每根雙金屬復合管兩端均要進行剩磁檢測，剩磁量不能大于30 Gs，超標的要用線圈消磁器進行消磁處理。

管端保護時應對每根鋼管兩端130 mm范圍噴涂水性防銹油，并安裝橡膠或塑料保護套同時用膠帶密封，3LPP雙金屬復合管成品如圖4所示。

圖4 3LPP雙金屬復合管成品

3 結論

按照上述參數(shù)和控制方法，在具體項目的實施過程中，基本未出現(xiàn)內襯管與基管松脫、鼓包現(xiàn)象，防腐各項質量指標特別是附著力、陰極剝離試驗和剝離強度大大優(yōu)于技術條件要求，23℃剝離強度均大于245 N/cm，100℃高溫剝離強度達到100 N/cm，PP斷裂伸長率大于750%，28天23℃FBE涂層陰極剝離2mm，整體涂層28天80℃陰極剝離6mm。

雙金屬復合管3LPP防腐與普通碳鋼管3LPP防腐質量控制相比，除防腐原材料、鋼管表面預處理、生產(chǎn)檢驗、管端打磨等質量控制外，建議采取以下質量控制：

（1）防腐全過程管端保護；

（2）采用分段預熱，使用2個或3個中頻加熱器逐步使雙金屬復合管表面溫度達到環(huán)氧粉末噴涂要求，盡量使溫度緩慢變化，降低內襯管與基管松脫風險；

（3）水冷時機、水冷溫度及水量控制；

（4）防腐后進行內壁空壓機風干、通徑檢驗、內窺鏡檢驗、管端水性防銹油噴涂及保護套安裝密封。

[1]賈建波，徐巖.雙金屬復合管塑性成形工藝[J].北華大學學報（自然科學版），2009（03）： 93-98.

[2]張汝義，周振良.國內管道應用3PP防腐涂層的可行性分析[J].石油工程建設，2006（04）： 46-48.

[3]周慶華，張汝義，湛慶武.埋地鋼質管道3PP防腐涂層及其應用領域[J].河北化工，2007，30（01）：34-35.

[4]DIN 30670—2012，鋼管和管接頭的聚乙烯涂層要求和試驗[S].

[5]GB/T 18839.2—2002，涂覆涂料前鋼材表面處理方法磨料噴射清理[S].

[6]畢學振.熔結環(huán)氧粉末涂料的應用與施工介紹 [J].中國涂料.2006,21（12）： 43-49.

[7]TAYLOR S A,CHE B S,MBA J D.管道涂敷施工前表面處理研究[J].油氣儲運，2005,24（S1）： 119-123，128.

[8]呂喜軍，相政樂，劉海超，等.3LPP防腐層在海底管道的應用研究[J].石油工程建設，2010，36（06）：15-19.

[9]韋錦平，孫孌芬.三層聚丙烯管道防腐層的性能及其應用[J].油氣儲運，2007，26（09）： 15-19.

[10]陳強.國內外油氣管道防腐新技術發(fā)展現(xiàn)狀[J].甘肅石油和化工 ,2010（03）： 12-15.