倪行秀

摘要：隨著埋地管道大量的使用3PE防腐層，其缺陷也開始逐步地暴露出來。文章通過對某高強鋼管道沿線管體3PE防腐蝕層性能檢測，從管道的運行環(huán)境、原材料質(zhì)量以及防腐廠預制環(huán)節(jié)出發(fā)，分析了失效機理，最終確定了防腐層的失效原因。

關鍵詞：管道；3PE防腐蝕層；性能檢測

由于長輸管道向極地、海洋、凍土、沼澤、沙漠等嚴酷環(huán)境延伸，對防腐層性能提出了更嚴格的要求。鋼質(zhì)管道3PE防腐結構集中了熔結環(huán)氧粉末（FBE）和擠壓聚烯烴涂層的性能優(yōu)勢，克服了兩種涂層單獨使用時性能上的不足，以其優(yōu)越的防腐性能和良好的加工工藝性，成為國內(nèi)外長輸管道應用較多的管道外防腐涂層，是管道外防腐的首選方案。然而，3PE生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)控制相對復雜一些，管道的3PE防腐蝕層會受多種因素的影響而失效，主要表現(xiàn)為3PE防腐層與管道體的剝離、焊縫區(qū)3PE防腐層受力裂開等現(xiàn)象。為掌握3PE防腐蝕層運行現(xiàn)狀，有必要對管道管體3PE防腐蝕層進行檢測，對失效原因進行探究。

1 檢測內(nèi)容

3PE防腐蝕層性能檢測方法見表1。3PE防腐蝕層剝離的粉末涂層的實驗室分析如下：熱特性試驗分析、宏觀、微觀形貌分析等。

表1 3PE防腐蝕層性能指標要求

2 檢測結果

2.1 現(xiàn)場開挖檢測結果

對某高強鋼管道3PE防腐蝕層進行檢測，主要檢測對象為外檢測發(fā)現(xiàn)防腐蝕層破損處和內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)有缺陷處防腐蝕層，共抽檢15道口。主要檢測3PE防腐蝕層外觀、漏點、剝離強度、厚度、附著力和管體腐蝕情況，結果見圖1。

圖1 整體狀況良好的檢測照片

發(fā)現(xiàn)11處3PE防腐蝕層整體狀況良好，外觀無撬剝、破損現(xiàn)象；采用25kV電火花檢漏，未發(fā)現(xiàn)漏點；聚乙烯層剝離時，剝離強度滿足標準要求，粉末涂層與鋼管粘結性優(yōu)良。發(fā)現(xiàn)2處（X2-GZ01和X2-WS-2）管道壁上的環(huán)氧粉末層與管道體表面完全分離無粘結力，管體表面上沒有環(huán)氧粉末并且管體無腐蝕、光亮。發(fā)現(xiàn)2處（X3-GZCM和X3-JH-1）3PE防腐蝕層與管體粘結力降低，管體表面有部分環(huán)氧粉末；環(huán)氧粉末涂層剝離處管體無腐蝕、光亮。

2.2 實驗室檢測結果

從現(xiàn)場取回4道出現(xiàn)剝離的檢測口（X2-GZO1.X2-WS-2，X3-GZG-1，X3-JH-1）3PE材料進行室內(nèi)分析，包括環(huán)氧粉末涂層外觀形貌分析和環(huán)氧粉末涂層熱變特性測試，從而分析3PE防腐蝕層剝離的原因。

（1）外觀形貌分析

取回的4道出現(xiàn)剝離現(xiàn)象的三層聚乙烯防腐蝕層，環(huán)氧粉末涂層完全粘附在聚乙烯上。將4道取樣防腐蝕層進行宏觀形貌觀察，然后利用奧林巴斯LEXT4000全自動三維激光形貌儀放大觀察環(huán)氧粉末涂層的三維微觀形貌，見圖2。

圖2 X2-GZ01取樣宏觀照片

從三維激光形貌儀放大的三維照片看，4道檢測口的環(huán)氧粉末涂層上均已出現(xiàn)微小的點狀銹蝕痕跡。從宏觀照片來看，X2-WS-2和X3-JH-1兩道檢測口環(huán)氧粉末涂層顏色較深、發(fā)黃，出現(xiàn)輕度焦化現(xiàn)象，將3PE彎曲時環(huán)氧粉末涂層出現(xiàn)裂紋。

（2）環(huán)氧粉末涂層熱變特性測試

將取回的4道出現(xiàn)剝離現(xiàn)象的環(huán)氧粉末涂層利用DSC差示掃描量熱儀進行熱特性實驗分析，分析環(huán)氧粉末涂層的固化情況。分別得出4道檢測口環(huán)氧粉末涂層的熱掃描曲線，并得出了△Tg在值。

3 3PE剝離原因分析

環(huán)氧粉末涂層與管體粘結不佳是造成3PE防腐蝕層失效的主要原因。管道運行環(huán)境、環(huán)氧粉末原材料品質(zhì)及工廠預制這些環(huán)節(jié)都可能造成環(huán)氧粉末涂層粘結力不佳。

3.1 運行環(huán)境

（1）過高的陰極保護電位

過高的陰極保護電位增加了涂層陰極剝離的可能性。涂層產(chǎn)生陰極剝離的條件是涂層表面必須有破損、漏點或具有強滲透性，水和氧能到達金屬表面，且陰極保護電位足夠負。電位足夠小時，水在金屬表面發(fā)生陰極反應生成0H-離子：2H20+2e=H2+20H-（水還原），過量的H2釋放和OH-的聚集導致涂層剝離。從現(xiàn)場檢測的情況來看，現(xiàn)場檢測的點未發(fā)現(xiàn)3PE有破損及漏點，剝離后管體表面光亮，無水、無腐蝕及屏蔽產(chǎn)物。因此，此次檢測的3PE防腐蝕層的剝離與高陰極保護電位沒有直接的聯(lián)系。

（2）運行溫度

由于管體金屬與3PE涂層隨溫度變化有不同的熱脹冷縮比，長期冷熱交替運行后，涂層會與管體發(fā)生剝離。所調(diào)査管道屬正常運行，但有剝離現(xiàn)象，本次檢測的3PE防腐蝕層的剝離與輸送介質(zhì)溫度的變化也沒有直接的聯(lián)系。

3.2 原材料的質(zhì)量

環(huán)氧粉末的正確配方非常重要，直接影響3PE底層與管道金屬的粘結性能。對環(huán)氧粉末原材料及成品涂層的檢測，國外限制含水量，國內(nèi)是限制揮發(fā)分含量，對3PE用環(huán)氧粉末涂裝試片，國內(nèi)只要求附著力和陰極剝離兩項指標，國外還要求斷面孔隙率、界面孔隙率、抗2.5°彎曲，而且國內(nèi)外陰極剝離實驗條件與指標要求各不相同，基本不具備可比性。由于缺乏嚴格的檢測要求及指標，加人過多填料的環(huán)氧粉末進人涂敷車間，可能使得成品管道涂層性能降低。

由于無法得知原始環(huán)氧粉末的基礎資料，本次檢測的環(huán)氧粉末涂層剝離現(xiàn)象是否與環(huán)氧粉末原材料的品質(zhì)有關無法判斷。

3.3 防腐廠預制環(huán)節(jié)

防腐廠涂層預制的過程中，涂裝工藝的控制影響環(huán)氧粉末涂層的質(zhì)量。

（1）表面處理

涂裝前管道表面處理是提高涂層性能的關鍵，除表面噴砂處理等級、錨紋深度等方面影響涂層性能外，表面可溶鹽含量、表面灰塵級別也會極大地影響涂層質(zhì)量，目前國內(nèi)基本缺乏這兩方面的技術要求及測試方法。

（2）涂裝溫度

3PE在涂裝前，需要把鋼管的溫度加熱到200℃以上，但溫度過高，環(huán)氧粉末固化反應太快，粉末熔化不充分，成膜流平不良，和鋼表面的結合能力降低，在膠粘劑包覆前，環(huán)氧樹脂官能團過度消耗，部分、甚至完全失去和膠粘劑的化學鍵結合能力。溫度太高，熔結環(huán)氧層甚至可能發(fā)生輕度焦化，表現(xiàn)為粉末層顏色變深、發(fā)黃。這將導致涂層剝離檢驗或彎曲檢驗不合格。此次X2-WS-2和X3-JH-1檢測口環(huán)氧粉末層顏色較深、發(fā)黃，彎曲時涂層開裂，伴有輕度焦化現(xiàn)象。涂裝預制時溫度過高，可能是造成這兩道口剝離失效的原因。

4 結束語

總之，3PE防腐層作為管道外防腐的首選方案，保障其防腐效果尤為重要。在本工程中，對管道3PE防腐層失效分析結果表明：3PE防腐蝕層的剝離與高陰極保護電位沒有直接的聯(lián)系；無法判斷與環(huán)氧粉末原材料的品質(zhì)是否有關；涂裝預制時涂覆溫度過高或過低都會造成粉末涂層與鋼管發(fā)生剝離，而涂裝預制時溫度偏低，可能是造成這兩道口剝離失效的原因。因此，環(huán)氧粉末涂層在預制廠制備時，應注意生產(chǎn)線溫度的控制。相信隨著環(huán)氧粉末及聚乙烯質(zhì)量的改善，制備工藝的提高，檢測技術的完善，通過不斷的探究與反思，鋼管防腐涂層的質(zhì)量會得到更好的保障。

參考文獻

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[2]龔敏；張婷；張國虎；曾祥梅；影響埋地管道3PE防腐層剝離的因素探討[J]；全面腐蝕控制；2011年02期