长输管道防腐补口失效分析及技术进展

孙典昊 王宏召 牛志勇 张凯灵 刘 锋

（1. 中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101；2. 中交城市能源研究设计院有限公司，辽宁 沈阳 110026；3. 中国石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000；4. 中国石油西南油气田公司输气管理处，四川 成都 610000；5. 国家管网集团北方管道有限责任公司丹东输油气分公司，辽宁 丹东 118001）

0 引言

新建管道腐蚀防护中防腐补口非常重要，是保证管道防腐层完整度和使用寿命的决定因素[1]。我国管道防腐补口材料性能和施工质量需改进。为提升管道防腐补口质量，应研究管道防腐补口技术应用条件，基于管道补口施工需求和失效原因，研发新型补口材料。分析不同阶段管道防腐补口技术应用情况，总结我国新建管道热收缩带补口失效形式原因。提出了保障管道补口质量的建议措施，以及未来热收缩带补口技术创新重点领域。

1 管道防腐补口技术发展历程

管道防腐补口技术根源于管道干线防腐层产品工艺研发过程，防腐补口材料选用原则是与干线管线防腐层兼容一致并且便于现场施工的产品，应用最广泛的是辐射交联聚乙烯热收缩带和液态环氧。20世纪80年代以前管道采用加强级石油沥青防腐层，管道防腐补口采用玻璃纤维石油沥青、煤焦油瓷漆，这类材料制造和现场施工产生毒性气体，由于新型性能优异防腐层和环境保护要求，管道防腐不再采用石油沥青防腐层。

熔结环氧粉末（FBE）涂层粘结力强、硬度高、耐磨损腐蚀、抗阴极剥离等特征，使用温度范围广（-60℃～100℃），例如在沙漠、海洋等恶劣环境。FBE运输施工中石块硬物碰撞涂层发生机械损伤，为解决FBE涂层损伤破坏问题，出现了双层熔结环氧粉末（DFBE）。FBE防腐层现场涂覆修复难度大，对现场环境如加热喷涂温度要求严格，需要配套专用补口机具，对作业人员水平要求高。FBE在美国、加拿大占据主导地位。FBE在国内应用于管道定向钻穿越工程。FBE补口研发领域是增强补口FBE和主管道防腐层的兼容性，拓展FBE与其他防腐层的复合补口结构型式，例如与改性PE、复合/喷涂聚烯烃防腐层（PP），除陆上管道，新型FBE补口结构型式成功应用于中东、欧洲的海底/深水管道工程。

液体聚氨酯补口优点是与3PE防腐层兼容良好，抗机械损伤以及界面粘结性能优异，不会产生保护电流屏蔽，适用于高寒地区的低温条件下可单次成膜为指定厚度值。施工工艺机械式自动喷涂，液体聚氨酯补口原料费用及施工费用很高。液体聚氨酯补口技术在海湾国家、非洲和西欧国家新建管道应用广泛，我国西气东输三线工程成功应用该技术。

液体环氧补口技术特点涂装工艺简单高效，环氧涂料价格低廉，在常温条件下不需要烘烤加热，即可对钢管进行手工或者机械式喷涂作业。但是环氧涂料和主管道3PE防腐层界面粘接力需要提高，长期使用中存在脱落风险。中亚和中东欧国家管道工程采用液体环氧补口技术，我国广西燃气管网公司也采用了该补口技术。

粘弹性补口材料具有固体弹性和流体粘性特征，很少单独用作补口材料，粘弹性粘结在聚乙烯基材，外覆盖PVC胶带或纤维玻璃钢外防护层形成粘弹体复合补口结构，这种全覆盖粘结结构可以实现补口区域的密封性，适用于管道敷设于不同地段，防腐层受到硬物或轻微损伤时具备一定自愈合能力。粘弹性补口材料缺点是在高温环境下的粘结性能、拉伸强度有所降低，需借助外防护层弥补机械性能。中俄原油管道、西气东输、川气东送、陕京三线管道部分管段采用粘弹体材料补口。荷兰南北输气管道、德国Callantsoog管道应用该技术。

2 热收缩带补口

兼有优良绝缘性能和抗机械损伤性能，三层聚乙烯（3PE）是全球管道工业认可先进涂层。20世纪90年代3PE成为欧洲管道主导防腐层。2002年陕京线、西气东输管道引入3PE技术，中国新建油气管道首选3PE防腐层。聚乙烯热收缩带是应用最广泛的管道防腐补口材料，其结构型式为“环氧底漆+热熔胶+辐射交联聚乙烯”三层复合结构。管道防腐补口采用现场施工方式，因受到环境因素及人员技能水平影响，调研近几年新建管道工程项目，热收缩带补口存在质量不佳和失效。

（1）环氧底漆与钢管表面脱落，导致界面密封性能失效；

（2）热熔胶与环氧底漆界面粘结失效；

（3）热收缩带与主管道3PE防腐层粘接不良、剥离脱落。

热收缩带补口失效原因包括材料制造质量、施工质量控制和标准规范等。

（1）材料制造质量。热收缩带产品耐热指标、拉伸强度不达标，烘烤过程中出现裂爆现象。根本原因是生产监管不严格，产品质量不稳定。应加强工程材料进厂质量监督，严格加密批次抽检，不合格热收缩带产品禁止进入采购计划。热熔胶质量也影响热收缩带粘结性能，热熔胶在加热熔融时产生局部交联，导致热收缩带内聚，不能与管体有效粘结；

（2）施工质量控制。热收缩带施工为人工作业，施工质量受到作业人员技能水平和责任心影响。热收缩带施工采用湿膜安装工艺，暂无有效技术手段检测涂层实际厚度和可靠性，安装过程中存在底漆损伤或脱落；

（3）标准规范。现行标准规范中缺少热收缩套施工过程关键测试指标要求，缺少抗高温阴极剥离测试指标，环氧底漆固体含量和抗长期阴极剥离指标普遍不达标，热收缩带产品质量良莠不齐，标准规范对于施工过程质量监督作用不能有效发挥。

3 热收缩带补口技术进展

鉴于3PE防腐层及热收缩带补口失效，国外研究机构已研究3PE防腐层补口新技术。

（1）喷涂聚脲弹性体补口技术。针对补口搭接部位聚乙烯防腐层进行极化处理，在补口区域钢管和聚乙烯防腐层喷涂聚脲涂层，快速反应形成聚脲弹性体涂层。该技术已在泡沫夹克保温层管道上进行试验，需解决搭接部位聚乙烯防腐层快速极化处理工艺；

（2）喷涂三层PE粉末补口技术。采用火焰喷塑工艺，定制送粉器和火焰喷枪，借助氧乙炔火焰热量，压缩空气做屏蔽气体形成喷射火焰，将3PE防腐层加热成熔融状态喷涂在经预热处理的钢管焊缝处，与PE防腐层搭接形成补口涂层。该技术未有实际管道应用案例；

（3）特种复合材料超声波或模压补口技术。复合成型材料技术是利用液晶聚合物与PE、PP防腐层极强相容性，改性制成高性能复合材料，通过注塑方法加工成标准补口套（带），在施工现场应用超声波技术和模压技术制成成型补口。该技术处于初步试验研究阶段。

4 结语

鉴于新建管道工程建设中热收缩套存在失效问题，应完善热收缩套产品标准规范，加强施工过程质量监督控制，建议：

（1）标准规范应完善热收缩套施工过程测试指标、高温长期抗阴极剥离指标，以及环氧底漆固含量和长期抗阴极剥离指标。完善环氧底漆施工工艺，环氧底漆厚度不小于200μm，表面处理锚纹深度不小于50～75μm，表面灰尘度低于2级；

（2）加强施工人员培训，合格熟练工人持证上岗。加强监理人员理论水平培训，充分掌握补口操作规程和检测要求。建立补口检查台账，记录详细操作过程信息，可以追根溯源。