摘　要：我國(guó)的天然氣長(zhǎng)輸管線大多采用較為成熟的三層PE防腐，補(bǔ)口材料選用聚乙烯熱收縮套(帶)，但因其施工要求高、補(bǔ)口質(zhì)量制約因素多，使補(bǔ)口處成為管線安全的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)投產(chǎn)2～6a的防腐補(bǔ)口應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)管道環(huán)焊縫補(bǔ)口處的熱收縮帶存在翹邊、剝離、破損等缺陷。其原因在于火焰加熱存在相關(guān)缺陷，濕膜法施工的化學(xué)交聯(lián)不能形成，熱收縮帶(套)與三層PE間搭接部位的回火控制不到位。為了嚴(yán)格控制補(bǔ)口質(zhì)量，避免管道腐蝕發(fā)生，針對(duì)性地提出了相應(yīng)的解決辦法：①應(yīng)先分析補(bǔ)口材料的性質(zhì)，制訂施工工藝技術(shù)規(guī)定；②針對(duì)濕膜法施工，要求環(huán)氧底漆表面干燥前，必須完成熱收縮帶(套)補(bǔ)口操作；③鋼管的預(yù)熱溫度要低，甚至不需要預(yù)熱；④干膜法施工時(shí)，鋼管表面預(yù)熱溫度、固化的環(huán)氧樹(shù)脂溫度一定要達(dá)到80℃；⑤熱收縮帶(套)加熱時(shí)，不允許采取火焰加熱器直接加熱，宜使用中頻加熱，且應(yīng)注意回火的溫度與時(shí)間。

關(guān)鍵詞：天然氣長(zhǎng)輸管道  三層PE  中頻加熱  黏結(jié)  補(bǔ)口  熱收縮帶(套)

Solution to the defects in 3LPE field coating for welded joints of pipelines

Abstract：The majority of long-distance oil and gas pipelines in China have well developed 3LPE coatings for corrosion prevention，with polyethylene heat shrinkable sleeves(tapes)as coating materials．Due to higher requirements for operations and multiple restrietions，field coatings have become a vulnerable element in pipeline safety．Survey results for coatings with a service life of 2-6 years show that edge warp，stripping，worn and other defects are conllnon in heat shrinkable sleeves(tapes)around the coating of circumferential welds．Maj or contributors for such defects include defects in flame heatin9，failures in the generation of cherrfical cross linking during the execution of wet membrane techniques and improper control over tempering between heat shrinkable sleeves(tape)and the 3LPE coatings．To obtain high coating quality and protect pipelines against corrosion，corresponding solutions were proposed：①specific technical procedures should be stipulated in accordance with the properties of materials deployed for coating：②as for the implementation of the wet membrane techniques，heat shrinkable sleeve(tape)coating should be completed prior to drying of epoxy primer surface；③preheating temperatures of the steel pipe should be low；in some circumstances，no prehearLNG is required；④during the implementation of dry membrane techniques，preheating temperatures of the steel pipe surface and temperatures of solidified epoxy resin should reach 80℃；⑤no direct heating by using fired heater for the heatirlg of the heat shrinkable sleeves(tape)should be allowed．Instead，medium-frequency heating can be used．Cares should be taken to control tempering temperatures and time．

Keywords：Natural gas pipeline；Three-layer PE(3LPE)；Medium-frequency heating；Bonding coating：Heat shrinkable sleeve(tape)

隨著三層PE防腐管道在國(guó)內(nèi)埋地鋼質(zhì)管道防腐中的廣泛采用，以三層結(jié)構(gòu)的輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶(套)[以下簡(jiǎn)稱熱收縮帶(套)]補(bǔ)口是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最為成熟、可靠的三層PE防腐管補(bǔ)口技術(shù)?，F(xiàn)階段補(bǔ)口施工采用手工操作方式，施工質(zhì)量很大程度取決于操作人員的技術(shù)水平和責(zé)任心。由于各廠商材料質(zhì)量、施工性能存在差異，補(bǔ)口施工前，對(duì)廠商的操作工藝進(jìn)行評(píng)定和加強(qiáng)施工操作人員的崗前培訓(xùn)尤為重要。如“西氣東輸”一線等國(guó)家重點(diǎn)工程，其天然氣管道施工質(zhì)量控制倍受關(guān)注，但投運(yùn)兒年后的開(kāi)挖驗(yàn)證表明，采用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶的總體質(zhì)量不高，補(bǔ)口部位的密封效果差，致使補(bǔ)口部位的金屬出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象[1]。

1　質(zhì)量缺陷及表現(xiàn)形式

1．1　存在的質(zhì)量缺陷

針對(duì)服役2～6a的三層PE埋地鋼質(zhì)管道防腐補(bǔ)口質(zhì)量，某管道運(yùn)行單位隨機(jī)開(kāi)挖55處進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，管徑小于600mm的管道開(kāi)挖點(diǎn)11處，存在質(zhì)量缺陷的有7處，為開(kāi)挖總數(shù)63.6％；管徑大于600mm的管道開(kāi)挖點(diǎn)44處，存在質(zhì)量缺陷的有36處，為開(kāi)挖總數(shù)的81.8％。從服役時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，熱收縮帶失效與時(shí)間無(wú)關(guān)，但無(wú)論其服役時(shí)間長(zhǎng)短，補(bǔ)口存在質(zhì)量缺陷的比例均超過(guò)50％。在隨機(jī)開(kāi)挖的補(bǔ)口中，其中15處不帶底漆的補(bǔ)口開(kāi)挖點(diǎn)中，存在質(zhì)量缺陷的14處，為開(kāi)挖總數(shù)的93.3％；帶底漆的39處開(kāi)挖點(diǎn)中，存在質(zhì)量缺陷的為29處，為開(kāi)挖總數(shù)的74.3％。

1．2　缺陷的主要表現(xiàn)形式

1．2．1翹邊和剝離

三層PE防腐管道的PE層上搭接的熱收縮帶(套)，在不同部位出現(xiàn)翹邊和剝離，固定片與熱收縮帶翹邊且與管體3PE層剝離。

1．2．2失黏

熱收縮帶與環(huán)氧底漆鋼(或無(wú)底漆鋼)嚴(yán)重失去黏接，用手輕拉立即脫落，補(bǔ)口部位的金屬嚴(yán)重銹蝕(圖1)。

1．2．3剝離強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)

根據(jù)GB／T 23257-2009第8．3條的關(guān)于“補(bǔ)口后熱收縮帶的黏接力檢測(cè)，在10～35℃時(shí)，對(duì)鋼管和聚乙烯防腐層剝離強(qiáng)度不小于50N／cm”的規(guī)定[2]，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)遠(yuǎn)不能滿足此要求(圖2)。

2　補(bǔ)口質(zhì)量缺陷及原因分析

2．1　火焰加熱的相關(guān)缺陷

環(huán)氧樹(shù)脂要黏結(jié)鋼材表面，則要求鋼材表面要有足夠的清潔度，目前補(bǔ)口施工時(shí)已采用噴砂除銹使鋼管表面達(dá)到要求的清潔度和粗糙度，但用傳統(tǒng)的液化石油氣火焰加熱，由于燃燒產(chǎn)物中含大量的水蒸氣和二氧化碳，如果鋼管表面溫度不足夠高，必然會(huì)產(chǎn)生冷凝酸液，污染已除銹的鋼表面，造成環(huán)氧底漆附著力急劇下降，一段時(shí)間后將會(huì)脫落，故施工工藝中應(yīng)強(qiáng)調(diào)采用無(wú)污染的預(yù)熱方式，如中頻加熱、鋁箔覆蓋火焰加熱等。

2．2　化學(xué)交聯(lián)不能形成

2．2．1預(yù)熱溫度過(guò)高

熱收縮帶(套)膠黏劑和鋼管環(huán)氧樹(shù)脂表面之間是由化學(xué)鍵連接形成的化學(xué)黏結(jié)，在環(huán)氧樹(shù)脂膠化期(或表面尚未干燥)時(shí)，膠黏劑中的馬來(lái)酸酐作環(huán)氧樹(shù)脂的固化劑參與環(huán)氧樹(shù)脂固化分子交聯(lián)，形成可靠的化學(xué)黏結(jié)，故采用濕膜工藝時(shí)，鋼管的預(yù)熱溫度要低，甚至不需要預(yù)熱。但現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行收縮帶(套)補(bǔ)口作業(yè)時(shí)預(yù)熱溫度往往過(guò)高，導(dǎo)致固化劑參與環(huán)氧樹(shù)脂固化分子無(wú)法形成交聯(lián)，這是形成剝離、失黏的主要原因。

2．2．2熱收縮帶(套)的安裝時(shí)機(jī)不恰當(dāng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，傳統(tǒng)的三層PE防腐管道補(bǔ)口一般采用濕膜法施工，要求環(huán)氧底漆表面干燥前，必須完成熱收縮帶(套)補(bǔ)口操作，這樣才能保證化學(xué)交聯(lián)的形成。施工現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)致了熱收縮帶(套)的安裝不能滿足該要求，也是導(dǎo)致成剝離、失黏的原因之一。

2．3　搭接的部位的回火控制不到位

由于聚乙烯的是非極性材料，其黏結(jié)不可采用極性理論。三層PE搭接部分的黏結(jié)只能通過(guò)機(jī)械嵌合或分子擴(kuò)散形成黏結(jié)，也就是搭接面必須打毛，當(dāng)三層PE溫度高于熱熔膠熔點(diǎn)后，膠滲入縫隙中冷卻固化后形成機(jī)械嵌合黏結(jié)力，當(dāng)三層PE溫度達(dá)到熔點(diǎn)以上時(shí)，熱熔膠中的乙烯  醋酸乙烯共聚物與PE不僅分子之間接觸，而是在熱收縮套收縮力的壓迫下還相互熔合形成可靠的黏結(jié)力。但是，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，熱收縮帶(套)與三層PE間搭接部位的同火溫度未達(dá)到回火的最低溫度130℃，回火時(shí)間不夠，一方面不能保證環(huán)氧底漆與膠的黏結(jié)，更重要的是不能確保熱熔膠與PF之間的黏結(jié)，故熱收縮帶(套)兩端的密封不能實(shí)現(xiàn)，搭接部位的剝離強(qiáng)度很低。

3　補(bǔ)口質(zhì)量缺陷的解決辦法

管道的參建單位，都應(yīng)弄清楚所有補(bǔ)口材料的黏結(jié)機(jī)理和其他基本性質(zhì)，根據(jù)不同的補(bǔ)口材料確定選擇濕膜法施工還是干膜法施工，嚴(yán)格按照規(guī)范要求的涂裝工藝評(píng)定試驗(yàn)(PQT)和預(yù)涂裝生產(chǎn)試驗(yàn)(PPT)，并要求涂敷商編制涂裝技術(shù)規(guī)范(APS)[3]?，F(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口時(shí)，應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行表面處理的質(zhì)量檢查，檢查補(bǔ)口過(guò)程中的外觀、漏點(diǎn)、剝離強(qiáng)度、環(huán)氧底漆的附著力檢測(cè)等[4]。另外，應(yīng)加強(qiáng)補(bǔ)Vl施工過(guò)程的監(jiān)督，必要時(shí)，要求監(jiān)理進(jìn)行旁站監(jiān)督。其中，應(yīng)主要注意以下幾點(diǎn)：

1)分不同季節(jié)，制訂管道表面處理前后鋼管表面的預(yù)熱溫度、搭結(jié)部位PE的預(yù)熱溫度。

2)不再采用火焰加熱器直接加熱，宜采用中頻加熱。

3)熱收縮帶(套)的回火溫度和回火的時(shí)間。

4)關(guān)于底漆干膜法施工，鋼管表面溫度一定要達(dá)N80℃。熱收縮帶(套)安裝前，已經(jīng)固化的環(huán)氧樹(shù)脂溫度一定要高于80℃，是因?yàn)榈陀谠摐囟?，熱熔膠無(wú)法浸潤(rùn)已固化的環(huán)氧樹(shù)脂，不能形成良好的黏結(jié)。另外，熱熔膠形成的良好黏結(jié)，要求被黏結(jié)表面的溫度必須高于熱熔膠的環(huán)球軟化點(diǎn)溫度。

4　結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的原油、天然氣長(zhǎng)輸管線大多采用較為成熟的三層PE防腐，補(bǔ)口材料選用聚乙烯熱收縮套(帶)，但因其施工要求高，補(bǔ)口質(zhì)量制約因素多，使補(bǔ)口處成為管線安全的薄弱環(huán)節(jié)，補(bǔ)口失效將造成管線防腐層剝落點(diǎn)成為腐蝕加重區(qū)域，造成不可挽M的損失。通過(guò)施工中遇到的現(xiàn)實(shí)案例，分析了補(bǔ)口失效的原因，提出了補(bǔ)口質(zhì)量缺陷的解決辦法，控制加熱溫度、時(shí)間，最大限度地采取中頻加熱進(jìn)行預(yù)熱和回火處理。

參考文獻(xiàn)

[1]羅鋒，王國(guó)麗，竇鵬，單蓄，解紅軍．管道熱收縮帶補(bǔ)口失效原因分析及相關(guān)對(duì)策研究[J]．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2012，23(1)：11-15．

Luo Feng，Wang Guoli，Dou Peng，Shan Xu，Xie Hongjun．Shrink fill the mouth with duct failure analysis and relevant research[J]．Petroleum Planning＆Engineering，2012，23(1)：11-15．

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)榆疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB／T 23257 2009埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層[S]．北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版，2009．

The State Administration of Quality and Technical Supervision Inspection of the Peoplgs Republic of China，Standardization Administration of the People¢s Republic of China．GB／T 232．57－2009 Polyethylene coating for buried steel pipeline[S]．Bcijing：China National Standard Publishing，2009．

[3]馮少?gòu)V，歲京新，趙吉詩(shī)，李榮光，張?chǎng)?，趙國(guó)星，等．熱熔膠黏劑結(jié)構(gòu)差異對(duì)熱收縮帶剝離強(qiáng)度的影響[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32(2)：177-180．

Feng Shaoguang，Luo Jingxin，Zhao Jishi，Li Rongguang，Zhang Xin，Zhao Guoxing，et al．Influence of structural differences of hot melt adhesive on peel strength of heat shrinkable sleeves[J]．Oil 8-Gas Storage and‘Fransportation，2013，32(2)：177-180．

[4]王學(xué)國(guó)，馬金鳳．熱收縮帶現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口開(kāi)裂的凋查與處理[J]．石油工程建設(shè)，1999，25(4)：54-55．

Wang Xueguo，Ma Jinfeng．Investigation and trealnlent on cracking of hot shrinkage sleeve in application of pipe joint in site[J]．Petroleum Engineering Construction，1999，25(4)：54-55．

本文作者：劉元洪  李長(zhǎng)勇  李良均

作者單位：四川科宏石油天然氣工程有限公司

  中國(guó)石油西南油氣田公司