陳卓
(重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司物資分公司,重慶 400020)
我國(guó)每年因埋地鋼質(zhì)管道腐蝕導(dǎo)致的燃?xì)庑孤┦鹿暑l發(fā),燃?xì)夤艿栏g不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還對(duì)環(huán)境和人民生命安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。2021 年6 月13 日發(fā)生在湖北十堰的燃?xì)獗ㄊ鹿?,造?6 人死亡,138 人受傷,其中重傷37 人,直接經(jīng)濟(jì)損失約5395.41 萬(wàn)元,主要原因就是天然氣管道的嚴(yán)重腐蝕破裂。燃?xì)饴竦劁撝乒艿赖母g問(wèn)題會(huì)加速管道材料的損耗,從而嚴(yán)重影響了管道的輸送效率和使用壽命,增加維修和更換的成本,因此十分有必要對(duì)管道防腐進(jìn)行質(zhì)量管控。
接觸的土壤環(huán)境是管道外部的腐蝕的主要因素。影響土壤對(duì)鋼管腐蝕程度的常見(jiàn)腐蝕性指標(biāo)包括但不限于:土壤的性質(zhì)、鹽含量、濕度、pH 等。土壤常見(jiàn)腐蝕性指標(biāo)如表1 所示[1]。
表1 土壤常見(jiàn)腐蝕性指標(biāo)
本文主要討論通過(guò)防腐涂層及質(zhì)量管控途徑實(shí)現(xiàn)埋地管道外防腐的方法。
目前國(guó)內(nèi)輸油、輸氣(長(zhǎng)輸)及城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿拦こ探ㄔO(shè)所使用的鋼質(zhì)管道防腐涂層類(lèi)型很多,主要有石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧樹(shù)脂涂層、聚烯烴膠粘帶、擠壓聚乙烯防腐層等管道防腐涂層技術(shù)。
石油瀝青防腐層是我國(guó)最早使用的防腐材料之一,自1950 年代從前蘇聯(lián)引進(jìn),其主要由石油瀝青、玻璃布、塑料膜、底漆組成。石油瀝青防腐層結(jié)構(gòu)及厚度如表2 所示[2]。
表2 石油瀝青防腐層結(jié)構(gòu)及厚度
石油瀝青防腐層成本低廉,技術(shù)成熟,但埋地管道工程的實(shí)踐表明:該防腐層存在吸水率高、機(jī)械強(qiáng)度差、易受細(xì)菌腐蝕等缺點(diǎn),且低溫下韌性較差。因此該防腐層主要用于國(guó)內(nèi)早期的長(zhǎng)輸管線和市政干線,目前新建管道已很少應(yīng)用該防腐層,主要用于一些原來(lái)已采用瀝青防腐在役燃?xì)夤艿赖男迯?fù)。
環(huán)氧煤瀝青防腐涂料是一種冷涂型涂料,自1960年代國(guó)外開(kāi)始廣泛應(yīng)用,而國(guó)內(nèi)則于1978 年開(kāi)始使用。其主要成分是環(huán)氧樹(shù)脂和煤瀝青,同時(shí)還包含填料、顏料和稀釋劑等,形成了一種雙組分的防腐蝕涂料。環(huán)氧煤瀝青防腐涂料綜合了煤焦瀝青和環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)勢(shì),不僅成本低廉,而且施工方便,具有耐磨性能好、耐腐蝕性能好、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)良特性。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)氧煤瀝青防腐涂料結(jié)構(gòu)及厚度如表3 所示[3]。
表3 環(huán)氧煤瀝青防腐涂料結(jié)構(gòu)及厚度
近年來(lái),為了提高涂層的性能,有時(shí)會(huì)選擇在傳統(tǒng)環(huán)氧煤瀝青涂料的基礎(chǔ)上加入氯磺化聚乙烯橡膠、云母氧化鐵等耐腐蝕填料或其他添加劑以制備成雙組分長(zhǎng)效防腐涂料,在施工前根據(jù)涂料供應(yīng)商的要求混合攪均。盡管環(huán)氧煤瀝青防腐層有許多優(yōu)點(diǎn),但其抗沖擊性能較差(該防腐層較?。?。在運(yùn)輸和施工過(guò)程中應(yīng)特別注意保護(hù)防腐層,避免損壞。另外,環(huán)氧煤瀝青的固化和實(shí)干時(shí)間較長(zhǎng),這可能會(huì)導(dǎo)致施工周期過(guò)長(zhǎng),因此在工程工期緊急情況下不適合用于埋地管道的防腐。
環(huán)氧樹(shù)脂涂層防腐涂層的發(fā)展歷史可追溯到20世紀(jì)80 年代,主要成分是由環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑組成的固體粉末涂料。涂層結(jié)構(gòu)主要包括單層和雙層兩種類(lèi)型。在防腐施工工藝方面,通常采用熱噴涂工藝方法將環(huán)氧粉末噴涂覆在管道表面,在噴涂過(guò)程中,需要對(duì)鋼管表面進(jìn)行噴砂除銹、空氣吹掃、加熱。這種熱噴涂技術(shù)可以使環(huán)氧粉末與鋼管表面緊密黏結(jié),形成均勻的涂層,還可以填充和覆蓋鋼管表面的凹凸部分,提高涂層的整體質(zhì)量和耐腐蝕性能。埋地管道常見(jiàn)的環(huán)氧樹(shù)脂涂層防腐層等級(jí)和厚度如表4 所示[4]。
表4 環(huán)氧樹(shù)脂涂層防腐層等級(jí)和厚度
除了優(yōu)越的黏結(jié)性,熔結(jié)環(huán)氧涂層具有抗土壤應(yīng)力,抗沖擊,抗彎曲,抗陰極剝離等優(yōu)良性能,同時(shí)使用壽命較長(zhǎng),同時(shí)具有較長(zhǎng)的使用壽命,被廣泛應(yīng)用于油氣輸送管道、長(zhǎng)輸及城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖阮I(lǐng)域的防腐保護(hù)中,是近年來(lái)使用最多的防腐涂層之一。
聚烯烴膠粘帶防腐層,又稱冷纏膠帶,是一種常用的管道防腐涂層,主要有聚乙烯膠粘帶防腐層和聚丙烯膠粘帶防腐層兩種類(lèi)型,一般由底漆、內(nèi)帶和外保護(hù)帶組成。底漆用于提供良好的附著力。內(nèi)帶和外保護(hù)帶能夠有效地抵御腐蝕介質(zhì)的侵蝕,同時(shí)減輕機(jī)械損傷。聚烯烴膠粘帶防腐層等級(jí)和厚度如表5 所示[5]。
表5 聚烯烴膠粘帶防腐層等級(jí)和厚度
聚烯烴膠粘帶防腐層施工方便,性價(jià)比高,具有良好的絕緣性能、耐沖擊性能,但其耐老化性能差、機(jī)械強(qiáng)度低,適用于現(xiàn)場(chǎng)施工或防腐要求較低且工程預(yù)算有限的項(xiàng)目,例如,管徑在200mm 以下的小口徑管道或者臨時(shí)的局部防腐蝕。
擠壓聚乙烯防腐層是一種常用的鋼質(zhì)管道防腐涂層,其結(jié)構(gòu)可以分為兩層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)兩種類(lèi)型。兩層結(jié)構(gòu)由膠粘劑底層和聚乙烯外層組成,適用于腐蝕要求一般的環(huán)境;三層結(jié)構(gòu)增加了環(huán)氧粉末底層,膠粘劑作為中間層和聚乙烯外層一起組成了簡(jiǎn)稱3PE 的防腐結(jié)構(gòu),不僅具有優(yōu)異的綜合性能,而且能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的土壤環(huán)境。擠壓聚乙烯防腐層等級(jí)和厚度如表6所示[6]。
表6 擠壓聚乙烯防腐層等級(jí)和厚度
復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是3PE 結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),環(huán)氧粉末底層可以增強(qiáng)與管道的黏結(jié)性,膠粘劑中間層則起到連接底層和外層的作用,并提高整體的機(jī)械強(qiáng)度,聚乙烯外層具有較好的耐化學(xué)腐蝕性能和絕緣性能。3PE 的復(fù)合結(jié)構(gòu)共同作用,相互補(bǔ)充,其絕緣性能、綜合力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性等方面均非常優(yōu)良,此種防腐工藝須在防腐廠加工預(yù)制,防腐質(zhì)量有保障,其防腐綜合成本價(jià)格一般為每平方米70~75 元??傮w而言,三層PE 涂層在防腐涂層行業(yè)領(lǐng)域占據(jù)著極大優(yōu)勢(shì)地位,且還在不斷擴(kuò)大市場(chǎng)份額。
根據(jù)上述描述,可以進(jìn)一步比較這5 種不同的外防腐涂層:石油瀝青防腐層成本低廉,技術(shù)成熟,但吸水率高、熱穩(wěn)定性差,對(duì)防腐環(huán)境有要求,因此目前主要用于一些在役瀝青防腐管道的修復(fù);環(huán)氧煤瀝青工藝成熟、穩(wěn)定性較好,被廣泛運(yùn)用于長(zhǎng)輸管線;冷纏膠粘帶施工簡(jiǎn)單、成本低廉,適用于現(xiàn)場(chǎng)防腐施工方便且對(duì)防腐要求較低的工程項(xiàng)目;環(huán)氧樹(shù)脂涂層具有優(yōu)良的防腐性能,適用于對(duì)耐腐蝕要求較高的場(chǎng)合;擠壓聚乙烯防腐層同樣具有優(yōu)異的防腐性能和使用壽命較長(zhǎng),但其造價(jià)較高且需要預(yù)制,具有很高的市場(chǎng)占有率。外防腐涂層的比較如表7 所示。
表7 外防腐涂層的比較
埋地管道一旦發(fā)生腐蝕穿孔,將會(huì)導(dǎo)致管道停輸,從而造成停產(chǎn)損失和泄漏損失,甚至可能產(chǎn)生重大的生產(chǎn)安全事故。如果涉及公路、鐵路的開(kāi)挖和民用建筑的搬遷,經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)更加巨大。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),對(duì)埋地管線進(jìn)行停產(chǎn)修復(fù)所需的費(fèi)用通常占到整個(gè)前期投入的60%左右。在嚴(yán)重腐蝕的情況下,甚至需要重新建設(shè)一條新的管線。
因此,從全生命周期成本的角度考慮,燃?xì)夤艿婪栏粌H應(yīng)該注重防腐材料的選擇,還應(yīng)該重視施工、驗(yàn)收以及后期運(yùn)行和維護(hù)的質(zhì)量管控。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督抽查,發(fā)現(xiàn)管理工作仍有許多值得優(yōu)化的地方,主要體現(xiàn)在以下方面。
首先,施工單位重視度不夠,未能按照安全技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求做好技術(shù)資料和技術(shù)人員準(zhǔn)備。其次,防腐管在防腐補(bǔ)口補(bǔ)傷、下溝及回填等工序中,現(xiàn)場(chǎng)未嚴(yán)格按照安全技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際質(zhì)量難以滿足防腐要求。此外,管理單位制定的管線巡檢計(jì)劃不合理,巡檢周期較長(zhǎng),或巡檢不到位,甚至未開(kāi)展管道防腐層破損點(diǎn)定期檢測(cè),難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道破損點(diǎn)并修復(fù)。
針對(duì)上述問(wèn)題,可以采取以下質(zhì)量控制途徑進(jìn)行優(yōu)化。
(1)在建設(shè)階段,提高施工單位的重視度,加強(qiáng)對(duì)其管理和監(jiān)督力度。施工單位應(yīng)建立健全質(zhì)量管理體系,并配備防腐專職質(zhì)量管理人員負(fù)責(zé)施工質(zhì)量管理工作,對(duì)進(jìn)場(chǎng)防腐成品管進(jìn)行取樣送檢、電火花檢測(cè),同時(shí)做好安裝過(guò)程補(bǔ)口補(bǔ)傷防腐施工工藝,對(duì)其關(guān)鍵防腐工序進(jìn)行電火花檢測(cè)、保存好施工相關(guān)文件,確保施工過(guò)程可追溯性。
(2)在驗(yàn)收階段,采用國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)管道防腐進(jìn)行PCM 檢測(cè),焊縫的防腐層補(bǔ)口往往是管道防腐蝕的薄弱點(diǎn)。驗(yàn)收時(shí)首先應(yīng)進(jìn)行外觀檢查,檢查有沒(méi)有燒傷、褶皺、氣泡、裂縫等;然后利用電火花測(cè)漏儀檢測(cè)補(bǔ)口位置,無(wú)擊穿報(bào)警為合格。
(3)在運(yùn)維階段,管理單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道防腐的巡檢工作,合理安排防腐管線的定期檢測(cè)及其完整性管理,針對(duì)老舊管道和重點(diǎn)區(qū)域,應(yīng)縮短其巡檢周期、加強(qiáng)防控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道防腐破損點(diǎn)并修復(fù)。
(1)石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧樹(shù)脂涂層、聚烯烴膠粘帶、擠壓聚乙烯防腐層是常見(jiàn)的埋地鋼質(zhì)管道外防腐涂層,其結(jié)構(gòu)、性能和適用場(chǎng)所都有各自的特點(diǎn);防腐材料的選擇應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的土壤環(huán)境、工程預(yù)算、防腐要求以及后期巡檢維護(hù)、老舊改造周期等綜合因素決定。
(2)在埋地鋼質(zhì)管道防腐中,除了選擇合適的防腐材料外,管理工作也是影響管道實(shí)際防腐效果的重要因素,在建設(shè)、驗(yàn)收、運(yùn)維階段,通過(guò)合理的質(zhì)量管控途徑可以有效延長(zhǎng)防腐層使用壽命,降低管道防腐的全生命周期成本。