樊耀錦(中石化川氣東送天然氣管道有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

石油天然氣作為化工領(lǐng)域、電力等行業(yè)的重要資源，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要前提。目前油氣管道常采用碳素鋼無縫鋼管、直縫電阻焊鋼管和螺旋焊縫鋼管等，而管道的敷設(shè)一般采用地上架空或埋地兩種方式。但無論采用那種方式，當(dāng)金屬管道和周圍介質(zhì)接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)作用或者電化學(xué)作用，均會(huì)引起其表面銹蝕。極端高溫、低溫條件下更會(huì)加劇管道腐蝕速度。金屬管道遭到腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能方面都將發(fā)生變化，影響所輸油品的質(zhì)量，縮短輸油管道的使用壽命，嚴(yán)重可能造成泄漏污染環(huán)境，甚至不能使用[1]。

粘彈體防腐膠帶是一種永不固化的高分子聚合物，通過復(fù)合在聚乙烯薄膜上制成的冷纏膠帶[2]，粘彈體防腐技術(shù)具有優(yōu)異的防腐密封性能，但是并不具備隔熱保溫的作用。高低溫環(huán)境下，管道在做防腐要求的前提下也需進(jìn)行隔熱保溫層，這種情況下常常需要進(jìn)行多道施工，操作較為繁瑣，且常常由于保溫層與防腐層結(jié)合問題導(dǎo)致防腐或者保溫層的失效。所以將硅氣凝膠顆粒直接添加混合進(jìn)粘彈體防腐膠帶體系中來作為一種新的研究方向。亟此新方法給予粘彈體防腐膠帶隔熱保溫的性能。

1 硅氣凝膠簡介

氣凝膠，又稱為干凝膠。當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠[3]。硅氣凝膠是目前世界上已知密度最小的固體之一。密度約為3千克每立方米。由于硅氣凝膠中一般80%以上是空氣，所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能，因此是一種很好的隔熱材料。

2 硅氣凝膠納米顆粒協(xié)同粘彈體防腐技術(shù)

將適量硅氣凝膠納米顆粒直接加入粘彈體防腐膠體系中，按照一定溫度加熱攪拌均勻后制成新的協(xié)同防腐膠帶。然后按照粘彈體防腐膠帶施工方法直接對石油天然氣管道進(jìn)行防腐施工。

3 試樣制備

按照表1中所示比例稱取硅氣凝膠納米顆粒加入粘彈體膠體系中，加熱混合制備新的防腐膠帶，并編號(hào)。

表1 硅氣凝膠添加比例

4 測試驗(yàn)證

4.1 剝離粘貼性能測試

選取同等管徑鋼質(zhì)管道和PE管道進(jìn)行表面處理，達(dá)到相應(yīng)的防腐施工表面處理等級(jí)。分別用以上四種防腐膠帶纏繞施工，分別置于零下45℃、23℃和100℃24h后，按照GB/T23257(90°、10mm/min)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行剝離測試。

試樣1#、2#、3#剝離覆蓋率均大于95%以上符合粘彈體防腐膠帶標(biāo)準(zhǔn)要求，試樣4#覆蓋率低于95%。在23℃條件下，添加5%、10%的防腐膠帶試樣性能基本與原粘彈體膠帶一致，添加15%的試驗(yàn)性能指標(biāo)有一定下降。說明15%硅氣凝膠比例偏高。在低溫和高溫條件，添加5%～10%硅氣凝膠剝離強(qiáng)度性能表現(xiàn)更優(yōu)。溫度曲線圖如圖1所示。

圖1 剝離強(qiáng)度-溫度曲線圖

4.2 耐酸堿鹽浸泡測試

分別截取1#、2#和3#膠帶試樣置于10%HCl、10%NaOH和3.5%NaCl中浸泡7天，取出觀察結(jié)果。分別制取3種試樣的防腐管件樣同樣置于10%HCl、10%NaOH和3.5%NaCl中浸泡7天，觀察其結(jié)果。具體情況如下表2所示。通過測試可知添加適宜比例硅氣凝膠納米顆粒不會(huì)影響粘彈體防腐膠帶耐酸堿性能。

表2 耐酸堿測試

4.3 防腐性能測試

按照防腐要求分別制作試樣1#、2#、3#的防腐管件。先將其置于室外埋地測試30d，挖出后發(fā)現(xiàn)三種試樣均于管體粘貼牢固，未出現(xiàn)剝離翹邊現(xiàn)象，分別截取部分膠帶剝離開，發(fā)現(xiàn)膠面覆蓋率均大于95%以上，清除殘膠，管體表面完全無銹蝕，這說明室外條件下，添加5%、10%氣凝膠的粘彈體防腐膠帶防腐性能未受影響，與原粘彈體膠帶防腐性能無明顯變化，均具有優(yōu)異的防腐性能。

然后將三組試樣置于高低溫試驗(yàn)箱中，-45℃-100℃高低溫交替變化中，濕度恒定90%，7天后取出放置與室溫相同，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)試樣1#膠帶表面部分開裂，邊緣出現(xiàn)明顯膠體滑移，部分翹邊防腐失效。試樣2#出現(xiàn)輕微的翹邊現(xiàn)象，試樣3#基本無變化。

4.4 耐低溫測試

按照防腐要求分別制作試樣1#、2#、3#的防腐管件。常溫23℃條件下放置24h。分別將試件1、2、3#管體中加入冰塊降溫，模擬管體低溫環(huán)境。1h后，試件1#出現(xiàn)明顯冷凝水，膠帶表面溫度降溫1℃；試件2#、3#表面基本無冷凝水出現(xiàn)，試件2#、3#膠帶表面溫度分別為12℃、15℃，試樣3#相對試件2#效果更優(yōu)。溫度時(shí)間曲線如下圖2所示。繼續(xù)測試7d后，試件1#膠帶邊緣有水滲入，出現(xiàn)明顯的翹邊剝離現(xiàn)象。試件2#邊緣有輕微翹邊現(xiàn)象；而試件3#基本無變化，邊緣粘貼牢固。耐低溫測試結(jié)果表面：添加硅氣凝膠顆粒粘彈體防腐膠帶具有明顯的隔絕低溫的作用。

圖2 膠帶表面溫度-時(shí)間曲線圖

4.5 耐高溫測試

按照防腐要求分別制作試樣1#、2#、3#的防腐管件。常溫23℃條件下放置24h。分別將試件1、2、3#管體內(nèi)部加熱的方式進(jìn)行升溫，模擬管體內(nèi)部高溫環(huán)境。具體結(jié)果如下圖3所示，約45min后試件1#膠帶表面溫度升高至95攝氏度與管體部分一致。而試件2、3#膠帶表面溫度升高速度較慢，同等時(shí)間下試件2#、3#膠帶表面溫度分別為43℃、38℃。繼續(xù)測試2h后，試件1#溫度持續(xù)升高，而試件2#、3#膠帶表面溫度也無明顯升高，基本保持在這一溫度范圍。硅氣凝膠協(xié)同粘彈體防腐技術(shù)在管體高溫條件下，通過氣凝膠膜能有效隔絕管體的溫度。

圖3 膠帶表面溫度-時(shí)間曲線圖

5 結(jié)語

硅氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱保溫性能，能夠有效隔絕管體或者環(huán)境中的高溫、低溫等。硅氣凝膠在粘彈體中的添加比例在10%左右能達(dá)到最佳的效果。硅氣凝膠協(xié)同粘彈體防腐技術(shù)兼具防腐和隔熱保溫的作用。硅氣凝膠顆粒協(xié)同粘彈體防腐技術(shù)具有較為廣闊的應(yīng)用前景。