燃?xì)夤艿?PE防腐涂層剝離方法的探討

摘 要

摘要：探討了3PE防腐涂層的機(jī)械式剝離方法及其操作流程。通過對(duì)埋地鋼管外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷的分析，提出了電化學(xué)防腐涂層剝離方法和已有大管徑管道外防腐層剝離機(jī)小型
摘要：探討了3PE防腐涂層的機(jī)械式剝離方法及其操作流程。通過對(duì)埋地鋼管外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷的分析，提出了電化學(xué)防腐涂層剝離方法和已有大管徑管道外防腐層剝離機(jī)小型化的建議。
關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿溃?PE防腐涂層；涂層剝離
Discussion on Method of Stripping 3PE Anti-corrosion Coating of Gas Pipeline
XIE Yuxin，MA Zhaozhen
Abstract：The mechanical stripping method of 3PE anti-corrosion coating and its operational process are discussed.The reasons for external corrosion of buried steel pipeline and defects of 3PE anti-corrosion coating are analyzed，and suggestions on stripping method of electrochemical anti-corrosion coating and miniaturization of existing stripping machine of external anti-corrosion coating of large-diameter pipeline are proposed.
Key words：gas pipeline；3PE anti-corrosion coating；coating stripping
1 概述
   在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中，燃?xì)夤艿酪话悴扇〉叵路笤O(shè)形式，金屬管道會(huì)產(chǎn)生腐蝕。為了保證燃?xì)夤芫W(wǎng)安全穩(wěn)定供氣，做好管道的防腐工作至關(guān)重要，國(guó)內(nèi)在這方面的研究很多[1～2]。從耐用年限、維護(hù)費(fèi)用等因素考慮，3層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層(以下簡(jiǎn)稱3PE防腐涂層)以其良好的電絕緣性能、防水和耐化學(xué)侵蝕性能、良好的強(qiáng)度和抗沖擊性，得到了越來越多的應(yīng)用。
   在燃?xì)夤艿赖木S護(hù)中，經(jīng)常需要?jiǎng)冸x管道上的部分防腐層，以便焊接或堵漏。由于3PE防腐涂層有較好的性能，使防腐層的剝離工作比較困難，如何快速地剝離3PE防腐涂層成為提高燃?xì)鈸屝拮鳂I(yè)效率的重要問題。
2 3PE防腐涂層的機(jī)械式剝離方法
    目前在燃?xì)夤艿谰S護(hù)過程中，3PE防腐涂層的剝離方法是在對(duì)3PE防腐涂層結(jié)構(gòu)和涂敷工藝[3～4]整理分析的基礎(chǔ)上提出來的。對(duì)鋼管3PE防腐涂層進(jìn)行剝離采用的基本思想是制造外界條件(如高溫加熱)，破壞3PE防腐涂層各復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性，達(dá)到使其剝離鋼管的目的。
    在3PE防腐涂層的涂敷過程中，需要把鋼管加熱到200℃以上。但如果溫度過高，會(huì)出現(xiàn)下述問題：環(huán)氧粉末固化反應(yīng)太快，粉末熔化不充分，成膜不良，會(huì)降低與鋼管表面的結(jié)合能力；在膠粘劑包覆前，環(huán)氧樹脂官能團(tuán)過度消耗，部分甚至完全失去和膠粘劑的化學(xué)鍵結(jié)合能力；熔結(jié)環(huán)氧粉末層可能發(fā)生輕度焦化，表現(xiàn)為顏色變深、發(fā)黃，導(dǎo)致涂層剝離檢驗(yàn)不合格。因此，當(dāng)外界溫度高于200℃時(shí)，3PE防腐涂層比較容易剝離。
    燃?xì)夤艿缆竦睾螅蚴姓こ绦枰?，需要切改埋地管道；或發(fā)生燃?xì)庑孤┬枰M(jìn)行搶修作業(yè)時(shí)，首先要將防腐層剝離，之后才能進(jìn)行其他的管道作業(yè)。目前，燃?xì)怃摴?PE防腐涂層的剝離操作流程為：施工準(zhǔn)備、管道預(yù)處理、加熱處理、3PE防腐涂層剝離、其他施工工作。
   ① 施工準(zhǔn)備
   施工準(zhǔn)備主要包括：施工人員與設(shè)施到位，搶修管道降壓處理，作業(yè)坑開挖等。3PE防腐涂層剝離的施工設(shè)備主要有乙炔氣割槍、扁鏟或手錘。
   ② 管道預(yù)處理
   管道預(yù)處理主要包括：確定管徑，管道外表面清理等。
   ③ 加熱處理
   使用乙炔氣割槍高溫加熱已經(jīng)預(yù)處理過的管道。氣割的火焰溫度可達(dá)3000℃，而燃?xì)夤艿劳夥蟮?PE防腐涂層在200℃以上即可熔化，因此通過氣割槍可以迅速地將槍口對(duì)準(zhǔn)部位的3PE防腐涂層熔化成膠狀，使涂層的粘結(jié)性遭到破壞。
   ④ 3PE防腐涂層的剝離
   由于經(jīng)過加熱處理的涂層粘結(jié)性已經(jīng)遭到破壞，所以使用扁鏟或手錘等機(jī)械工具就能將涂層從管道上剝離。3PE防腐涂層得到徹底剝離后的效果見圖1。
 

   ⑤ 其他施工工作
   剝離3PE防腐涂層后，要進(jìn)行管道的切改、焊接以及新防腐涂層的涂敷等工作。
    當(dāng)前采用的機(jī)械式手工剝離方法速度慢，剝離效果一般。由于施工設(shè)備的局限性，剝離工作效率不高，直接影響到燃?xì)夤艿赖膿屝扌?。施工設(shè)備的局限性主要體現(xiàn)在：a.氣割槍噴射火焰面積的局限性導(dǎo)致氣割加熱處理熔化的涂層面積小；b.扁鏟或手錘等工具與圓形管道外表面配合度的局限性導(dǎo)致涂層剝離效率不高。
    通過施工現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，得到不同管徑和待剝離部位尺寸情況下3PE防腐涂層的剝離時(shí)間，見表1。
表1 不同管徑和待剝離部位尺寸情況下3PE防腐涂層的剝離時(shí)間
公稱直徑/mm
待剝離部位尺寸
剝離時(shí)間/min
100
15cm×8cm
15
150
15cm×10cm
20
200
20cm×15cm
30
250
20cm×15cm
30
300
25cm×15cm
35
400
25cm×15cm
35
500
30cm×25cm
40
600
30cm×25cm
40
3 關(guān)于3PE防腐涂層剝離方法的建議
3.1 3PE防腐涂層機(jī)械式剝離方法的改進(jìn)
    ① 尋找或研發(fā)更好的加熱設(shè)備以代替氣割槍。加熱設(shè)備應(yīng)能保證噴射火焰面積足夠大，以便一次性加熱處理需要?jiǎng)冸x的整個(gè)涂層部位，同時(shí)保證火焰溫度高于200℃。
    ② 尋找或制造更好的剝離工具以代替扁鏟或手錘。剝離工具應(yīng)能與管道外表面達(dá)到很好的配合，盡量一次性刮除管道外表面上經(jīng)加熱的防腐涂層，且應(yīng)保證粘結(jié)在剝離工具上的防腐涂層易清理。
3.2 電化學(xué)方法剝離3PE防腐涂層
    工程設(shè)計(jì)和施工人員可以對(duì)燃?xì)饴竦毓艿劳飧g成因和3PE防腐涂層缺陷進(jìn)行分析，尋找破壞和剝離防腐涂層的新方法。
3.2.1管道外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷分析
    ① 埋地管道雜散電流腐蝕
    雜散電流是一種因外界條件影響而產(chǎn)生的電流，其電位測(cè)量一般通過極化探頭法[1]。雜散電流的腐蝕強(qiáng)度和危害性大、范圍廣、隨機(jī)性強(qiáng)，尤其是交流電的存在可引起電極表面的去極化作用，加劇管道腐蝕。交流干擾可加速防腐層老化，引起防腐層剝離，干擾陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低犧牲陽(yáng)極的電流效率，致使管道得不到有效的防腐保護(hù)。
   ② 埋地管道土壤環(huán)境腐蝕
   周圍土壤對(duì)埋地燃?xì)夤艿栏g的主要影響有：a.原電池的影響。金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均勻性形成的原電池是埋地管道發(fā)生腐蝕的一個(gè)重要原因。b.含水量的影響。含水量對(duì)燃?xì)夤艿赖母g影響很大，土壤中的水分是土壤電解質(zhì)離子化和溶解的必要條件。c.電阻率的影響。土壤電阻率越小，對(duì)金屬管道的腐蝕性越強(qiáng)。d.酸度的影響。管道在酸性較強(qiáng)的土壤中易被腐蝕。當(dāng)土壤中含有大量的有機(jī)酸時(shí)，即使pH值接近中性，腐蝕性也很強(qiáng)。e.鹽分的影響。土壤中的鹽分除對(duì)土壤腐蝕的導(dǎo)電過程起作用外，還參與化學(xué)反應(yīng)。燃?xì)夤艿琅c不同鹽濃度的土壤接觸構(gòu)成的鹽濃度差電池，使鹽濃度高的位置的管道發(fā)生腐蝕，加劇局部腐蝕。f.孔隙率的影響。較大的土壤孔隙率有利于土壤中氧的滲透和水的保存，促進(jìn)腐蝕的發(fā)生。
   ③ 3PE防腐涂層粘結(jié)力的缺陷分析[5]
   影響3PE防腐涂層與鋼管粘結(jié)力的一個(gè)重要因素是鋼管表面處理質(zhì)量與表面沾污。a.表面潮濕。除銹后的鋼管表面受含水和粉塵沾污，容易產(chǎn)生浮銹，這將影響熔結(jié)環(huán)氧粉末與鋼管表面的粘結(jié)力。b.粉塵沾污?？諝庵械母稍锘覊m直接落到經(jīng)過除銹的鋼管表面上，或落到傳送設(shè)備上再間接沾污鋼管表面，也可引起粘結(jié)力下降。c.孔隙和氣泡。潮濕導(dǎo)致的孔隙廣泛存在于高密度聚乙烯層的表面和內(nèi)部，大小及分布都比較均勻，影響粘結(jié)力。
3.2.2電化學(xué)方法剝離3PE防腐涂層的建議
   通過對(duì)燃?xì)饴竦毓艿劳飧g成因及3PE防腐涂層粘結(jié)力缺陷的分析，研制一種基于電化學(xué)方法的設(shè)備是快速解決當(dāng)前問題的好方法，目前市場(chǎng)上還沒有這種設(shè)備。
   在充分考慮3PE防腐涂層物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過研究土壤的腐蝕機(jī)理，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，研究出一種腐蝕速度遠(yuǎn)大于土壤腐蝕速度的腐蝕方法。利用適度的化學(xué)反應(yīng)，創(chuàng)造一定的外界條件，使3PE防腐涂層與化學(xué)試劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而破壞其與管道的粘結(jié)力或者直接將防腐涂層溶蝕掉。
3.3 當(dāng)前的大型剝離機(jī)小型化
    中國(guó)石油西氣東輸管道公司研制出了一種用于石油天然氣長(zhǎng)輸管道應(yīng)急搶修的重要機(jī)械設(shè)備——大管徑管道外防腐層剝離機(jī)。該設(shè)備解決了大管徑油氣管道搶修中防腐層難以剝離、影響搶修效率的難題。履帶式大管徑管道外防腐層剝離機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)作為剝離動(dòng)力，帶動(dòng)滾刷旋轉(zhuǎn)清除外壁包裹的防腐層，并在管道的防腐層表面沿圓周移動(dòng)，完成管道防腐層的剝離，為切割或焊接作業(yè)提供有利條件。如果將此大型設(shè)備小型化，使其適用于室外小管徑管道并加以推廣，對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)鈸屝奘┕ざ季哂休^好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。如何小型化履帶式大管徑管道外防腐層剝離機(jī)是一個(gè)很好的研究方向。
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(本文作者：謝彧馨 馬肇臻 天津市燃?xì)饧瘓F(tuán) 輸配分公司河北管線所 天津 300250)