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管道运输是石油天然气最为经济和方便快捷的一种运输方式,随着国民经济建设的高速发展,以及石油天然气工业的快速发展,我国油气管道建设取得了长足的进步。目前,长输管道已达2万多km,管道安全也已经成为我国人们重点关注的问题。其中,管道的腐蚀是造成管道安全事故的主要原因之一,而管道外涂层补口更是关系到整条管道的防腐层质量。据调查,腐蚀多发生在管道之间的补口、补伤和弯头等部位。如中原油田至洛阳输油管道、花土沟至格尔木输油管道、沈阳至抚顺输油管道等都是由于防腐层补口质量问题,投产1~2年就发生多起腐蚀穿孔漏油事故,造成了巨大的经济损失[1]。埋地钢管采用的是加强级或特加强级防腐,设计寿命是30~50年。而管道的防腐补口是埋地钢制管道防腐工程的重要环节,补口质量的高低是决定管道防腐成败的关键。管道的补口、补伤不合格,管道埋地后3~5年就会穿孔,将会导致整条管线报废,因此,管线补口涂层技术对管道使用寿命和运行安全起着至关重要的作用。

1·常用的补口材料

目前,我国埋地钢质管道主干线外防腐层主要采用熔接环氧粉末(FBE)和三层聚乙烯(3PE),3PE结构防腐层目前是我国埋地钢质管道外防腐的首选,它结合了高密度聚乙烯包覆和熔结环氧粉末的优点。该体系环氧粉末与钢管表面结合牢固,利用高密度聚乙烯抗机械损伤,两层之间特殊的胶粘剂层使三者形成分子键结合的复合结构,从而实现了防腐性能、力学性能的良好结合。

根据Q/SYXQ5—2002《西气东输管道工程现场防腐补口补伤施工及验收规范》[2]规定,采用熔结环氧粉末涂料、液体环氧涂料(无溶剂型)和热收缩套用于管道的补口。补口材料及结构应与主体防腐层一致,补口后应达到主体防腐层的各项性能指标。下面分析这三种补口材料的优缺点。

1.1熔结环氧粉末补口

熔结环氧粉末(FBE)补口采用现场喷砂除锈、静电加热喷涂工艺,一次成膜。这种补口的优点是:熔结环氧粉末涂层对管道基体附着力强,抗土壤应力能力好,综合防腐效果好。缺点是:抗机械破坏能力较差,对管道的表面处理要求高,难度大,施工要求严格,常见的质量问题是环氧粉末未熔化、未固化及搭接部位粘结失效,造成漏点较多,补口质量很难达到要求。

1.2液态环氧涂料(无溶剂)补口

主要用于管道环焊的接口处和弯头处。这种补口的优点是:能够在常温的条件下进行防腐施工,既可手工涂覆又可机涂,质量容易保证,形成的涂层坚硬、光滑,具有良好的耐酸碱性,维护方便。

缺点是:不能用于PE的补口(与PE不粘结),受环境和操作人员的熟练程度影响较大,特别是冬季施工易产生漏点[3]。另外,与石油沥青类似,液态环氧涂料与FBE都属可渗透性涂层,补口处的液态环氧涂料和FBE都存在漏点,漏点处的粘结强度降低,易发生阴极剥离,在漏点附近起泡,从而形成高pH值下的应力腐蚀开裂[4]。

1.3热收缩套(带)补口

热收缩套(带)目前应用最为广泛,可在100℃下使用。这种补口的优点是:可以用于3PE和FBE补口。缺点是:在施工过程中,对管体预热温度和热收缩套(带)的加热温度要求高,管体预热温度不够或热收缩套(带)加热不够,热熔胶未熔融都将大大影响粘结性能,从而容易造成热收缩套(带)内外表面起皱、失粘,导致粘结密封不良;热收缩套(带)温度过高又将使外层聚乙烯焦化,破坏补口的完整性;要保证热收缩套(带)的均匀收缩,对操作人员的技术要求较高;热收缩套(带)在施工过程中还必须有加热装置。有资料表明,热收缩施工合格率在50%左右,对全部采用热收缩套补口的某条长110km的三层聚乙烯防腐管道的调查,有漏点的补口高达80%,由于补口失败,导致管道严重腐蚀[5]。

2·新型防腐及补口材料———聚脲涂料

聚脲涂料是一种新型高效的双组分、喷涂施工的弹性材料,是由异氰酸酯组分(简称A组分)与氨基化合物组分(简称R组分)反应生成的一种弹性体物质。

聚脲是经喷涂设备高温高压状态下喷涂施工的,几秒内就可凝胶,其固化不受湿度或温度影响。聚脲涂层是柔韧、牢固、一体无缝的弹性薄膜,具有良好的防水、耐化学腐蚀、抗冲击和耐磨性能。同时,又具有高抗张强度和良好的柔韧性、延伸率,能避免因基材移动而产生的开裂现象。