王康鳳 陳 旭 蔡 亮 劉少東

（1. 合肥市燃?xì)夤芾硖帲不?合肥 230000；2. 中國石油管道局工程有限公司設(shè)備租賃分公司，河北 廊坊 065000；3. 中航油京津冀物流有限公司，天津 300300；4. 中國石油天然氣銷售廣西分公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

長輸管道是輸送油氣最為安全經(jīng)濟(jì)的方法，腐蝕直接影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命[1]。外防腐層是保障管道系統(tǒng)完整性的重要屏障，防腐層破損、剝離和老化易導(dǎo)致管道腐蝕泄漏失效。我國長輸管道正處于新的快速發(fā)展階段，促進(jìn)了管道防腐層技術(shù)發(fā)展。闡述了國內(nèi)外新型防腐層及補(bǔ)口施工技術(shù)研究現(xiàn)狀，并對管道防腐層技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，旨在提高我國管道建設(shè)施工水平和系統(tǒng)可靠性，延長管道使用壽命。

1 主流防腐層產(chǎn)品及性能水平

20世紀(jì)50年代長輸管道采用石油瀝青（AE）和煤焦油瓷漆（CTE）防腐層。60年代研制冷纏帶防腐材料。70年代研制出聚烯烴、環(huán)氧粉末/樹脂等防腐材料。80年代德國研制3PE防腐層，結(jié)構(gòu)是底層PBE、中間層共聚物膠、外層聚乙烯，兼具FBE高粘結(jié)構(gòu)、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕、抗陰極剝離性能，以及聚乙烯電絕緣和良好的機(jī)械性能，使用壽命預(yù)計(jì)40年以上。90年代在大型長輸管道工程廣泛應(yīng)用，例如陜京線、庫鄯線和西氣東輸管道。21世紀(jì)單層/雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）、三層聚乙烯涂層（3LPE）和三層聚丙烯涂層（3LPP）防腐涂層成為主流產(chǎn)品。3LPE占據(jù)涂層市場絕對優(yōu)勢，而FBE市場份額略有減少。

3LPE和FBE防腐層保護(hù)效果良好，仍存在不足。FBE抗沖擊載荷性能較差。3LPE應(yīng)用有最小壁厚限制，價(jià)格較為昂貴；不適用彎頭等異形管件和管道補(bǔ)口，補(bǔ)口處防腐層性能遠(yuǎn)低于管體防腐層；焊縫處防腐層厚度較小，或與管體之間存在縫隙，嚴(yán)重降低保護(hù)效果；PE層粘接失效易造成陰極保護(hù)電流屏蔽。

2 新型防腐層產(chǎn)品

隨著在高寒、極地、山區(qū)等惡劣環(huán)境敷設(shè)長輸管道，對防腐層材料、工藝和施工技術(shù)提出更高要求，防腐層應(yīng)具備良好的介電性能、穩(wěn)定的物理化學(xué)性能和較寬的溫度適應(yīng)性能，兼具防腐、絕緣、保溫、增加強(qiáng)度等多項(xiàng)功能。管道防腐層應(yīng)用過程的主要問題是聚乙烯層與環(huán)氧粉末底層的粘接失效，導(dǎo)致陰極保護(hù)電流屏蔽。制造商在3LPE和FBE基礎(chǔ)上改進(jìn)研發(fā)新型涂層，已取得一定成效。

2.1 陶氏化學(xué)新型3LPE防腐層

陶氏化學(xué)公司新制出一種新型3LPE防腐層，外層設(shè)計(jì)特殊的高密度聚乙烯層結(jié)構(gòu)，具備較強(qiáng)的抗環(huán)境應(yīng)力開裂和抗紫外線輻射能力，新型粘接劑應(yīng)用功能型聚合樹脂，熱穩(wěn)定性強(qiáng)。該產(chǎn)品性能參數(shù)：在80℃條件下防腐層剝離強(qiáng)度大于216N/cm；110℃條件下粘接劑失效周期約1年，預(yù)測在70℃條件下（長輸管道運(yùn)行溫度極值）使用壽命約50年，有效解決目前3LPE防腐層粘接失效的問題。

2.2 復(fù)合涂層系統(tǒng)

加拿大Bredero Shaw公司研制新型復(fù)合防腐層系統(tǒng)（HPCC），HPCC仍采用環(huán)氧粉末底層、粘接層和聚乙烯層三層結(jié)構(gòu)型式，施工采用靜電粉末噴涂技術(shù)。粘接層是粘接劑與特定濃度FBE的混合物，增加粘接層與環(huán)氧粉末底層和聚乙烯層的兼容性，實(shí)現(xiàn)緊密粘接、無分界層。

與3LPE防腐層相比，HPCC具有粘接強(qiáng)度高、無最小厚度限制、噴涂工藝簡單等特點(diǎn)，HPCC在抗沖擊載荷、抗老化、抗陰極剝離等性能參數(shù)均優(yōu)于FBE防腐層。

2.3 液態(tài)聚氨酯防腐層（PU）

表1 HPCC與FBE防腐層性能參數(shù)對比

液態(tài)聚氨酯防腐層是多元醇化物+異氰酸酯溶液，2組分混合后轉(zhuǎn)化為固體厚膜型涂層，一次成膜厚度不小于1.2mm。低溫快速固化，化學(xué)穩(wěn)定性好，最高適用溫度109℃，壽命可達(dá)50年。PU可用于惡劣地質(zhì)環(huán)境。硬度高達(dá)HS80-86，具有良好的耐磨、耐劃傷性能，保證管材運(yùn)輸裝卸中不發(fā)生損傷。抗陰極剝離性能強(qiáng)，老化失效后仍能導(dǎo)通電流，避免陰極屏蔽問題。PU施工工藝簡單，防腐層質(zhì)量好且利于環(huán)保，適用于補(bǔ)傷、補(bǔ)口及防腐層破損修復(fù)，目前已成為國外管道防腐層修復(fù)首選材料。西氣東輸三線作為先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)，主要用于焊口補(bǔ)口防腐處理。

2.4 無機(jī)非金屬防腐層

主流防腐層產(chǎn)品以有機(jī)材料為主，雖性能不斷改進(jìn)，但不能從根本解決老化變質(zhì)、耐熱抗寒問題，使用條件和壽命也有限制。無機(jī)防腐層應(yīng)運(yùn)而生，不發(fā)生老化、耐腐蝕、耐磨損性能優(yōu)異，已研發(fā)的無機(jī)涂層有陶瓷涂層、搪瓷涂層和玻璃涂層。無機(jī)防腐層需要研究解決的問題是陶瓷涂層的封孔處理方法，搪瓷涂層成本過高，玻璃涂層粘接性和韌性需提高，以及需研發(fā)適用的焊后內(nèi)補(bǔ)修復(fù)技術(shù)等。無機(jī)防腐涂層具有巨大的發(fā)展前景。

2.5 納米改性材料涂層

納米技術(shù)是材料科學(xué)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。防腐層性能由材料微觀結(jié)構(gòu)決定，研究表明納米技術(shù)可對有機(jī)涂層改性提高綜合性能，包括增加機(jī)械強(qiáng)度、硬度、附著力和抗老化特性。例如TiO、SiO、ZnO、FeO等納米粒子對紫外線有散射作用，提高防腐層抗紫外線能力。納米離子還能提高防腐層防水性能。納米技術(shù)也能提高無機(jī)涂層的塑性和韌性性能。總體看，納米改性涂層技術(shù)還處于起步階段，具有極好的發(fā)展前景。

3 新型3LPE防腐層施工技術(shù)

3LPE防腐層不能應(yīng)用于補(bǔ)口材料。目前國內(nèi)外管道采用聚乙烯熱收縮套作為3LPE防腐層的配套補(bǔ)口材料。熱收縮套施工條件和質(zhì)量要求高，補(bǔ)口質(zhì)量取決于工人技術(shù)水平，防腐層與管體粘接不牢，聚乙烯收縮套屏蔽陰極保護(hù)電流，國內(nèi)外管道均有失效案例。國內(nèi)外研制一系列新型補(bǔ)口材料。

3.1 粘彈體防腐材料

荷蘭Stopaq公司和加拿大Canusa公司研制成功粘彈體防腐材料，利用高聚物的粘彈性，兼具PE的固體特性和液體特性，液體特性使得其在損壞時(shí)具備一定程度的自愈性能，還具備良好的粘接力和抗蠕變性，可作為3LPE管道補(bǔ)口材料。粘彈體防腐材料施工工藝簡單，特別是適用于站場工藝管道防腐。我國青海油田輸氣管道、西氣東輸一線站場管道成功引進(jìn)粘彈體防腐材料進(jìn)行管道防腐層修復(fù)。

3.2 聚合物網(wǎng)絡(luò)涂層

聚合物網(wǎng)絡(luò)涂層（PNC）是3M公司針對3層防腐層結(jié)構(gòu)的管道研發(fā)的聚烯烴補(bǔ)口材料，含有聚烯烴和環(huán)氧樹脂組分，兩種組分的聯(lián)合作用相對單一組分補(bǔ)口材料性能更為優(yōu)良。PNC具有極強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性能，在不使用粘接劑條件下，直接噴涂于FBE和聚烯烴表面，通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力粘接，有效增加涂層機(jī)械強(qiáng)度。

3.3 液態(tài)聚氨酯涂層

液態(tài)聚氨酯涂層與3LPE防腐層的物理性能接近，可以長期保持在3LPE防腐層的穩(wěn)定附著狀態(tài)，具備較強(qiáng)的抗土體移動(dòng)剪切能力。液態(tài)聚氨酯涂層電導(dǎo)率允許陰極保護(hù)電流滲透流動(dòng)，不會造成陰極保護(hù)電流屏蔽問題，可以認(rèn)為是“本質(zhì)失效安全型”涂層。

4 結(jié)語

隨著管道運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜惡化，管道防腐層發(fā)展趨勢是研發(fā)兼具防腐、絕緣、較強(qiáng)綜合機(jī)械性能和粘接力強(qiáng)的新型材料。預(yù)見未來十幾年內(nèi)，3LPE仍將是長輸管道應(yīng)用的主要防腐層，但3LPE施工運(yùn)行過程中的短板也會促進(jìn)新型涂層的研究及應(yīng)用，例如HPCC等新型改進(jìn)防腐層會成為有效備選。管道運(yùn)行過程中3LPE防腐層補(bǔ)口失效檢測修復(fù)，以及新型3LPE防腐層管道補(bǔ)口技術(shù)也是研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。