油气管道防腐材料的比较.pdf

2 0 0 9年 第 1 期 管 道 技 木 Pi p e l i n e Te c hn i qu e 5 彳 曼 各 a nd Eq u i p me n t 2 0 0 9 No ．1 油气管道防腐材料的比较 庞 云楼 ， 何流 ， 王雷 1 ． 中国石油管道公司沈阳调度中心， 辽宁沈阳1 1 0 0 3 1 ； 2 ，中国石油管道华中输气分公司， 湖北武汉4 3 0 0 7 2 ； 3 ．中国石油管道沈阳输油气分公司， 辽宁沈阳1 1 0 0 3 1 摘要 近几十年来， 管道防腐材料 出现 了较大的发展 ， 从初期的煤焦油体 系发展到现在的塑性防腐 材料。文中通过对一些最常见防腐材料性能、 特点的比较， 阐明了不同防腐材料在不同情况下的优缺 点 ， 对同一防腐材料在不同防腐级别要求下的结构特点进行 了阐述 ， 对施工 中管道防腐材料的选择具 有一定的指导作用。 关键词 管道； 防腐材料 ； 比较 中图分类号 T E 9 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 49 6 1 4 2 0 0 9 0 1 0 0 5 4 0 2 0 引言 目前 ， 国内埋地油气管道常用的防腐层材料主要 有石油 沥青、 煤 焦油瓷漆 、 聚乙烯胶带 、 溶解环 氧粉 末 、 聚乙烯夹克 、 环氧煤沥青改性 沥青热缠带及 液态 环氧涂料等。国内早期管道的防腐层基本是 以石 油 沥青为主的， 到了 2 0世纪 7 O年代 ， 少量聚乙烯夹克和 胶带开始应用， 2 0世纪 9 0年代开始使用煤焦油瓷漆 与环氧粉末 。2 0世纪 9 0年代 中后期开始采用三层聚 乙烯 P E 材料 。 1 石油沥青防腐层 石油沥青防腐层技术成熟， 价格低廉。但实践表 明 该 防腐层存在机械强度及低温韧性较差 、 吸水率 高、 易受细菌腐蚀、 施工条件差等缺点。目前， 该防腐 层主要用于一些距离短 、 土壤腐蚀性弱的管道。 石油沥青防腐层由石油沥青 、 玻璃布 、 塑料膜 、 底 漆组成。作为防腐层使用 的石油沥青 ， 应根据管道输 送介质的温度来确定 ， 当管道输送介质温度不超过 8 0 q C时， 可以采用石油沥青防腐。为了提高防腐层的强 度和热稳定性 ， 沥青中间包扎一层或多层玻璃布作为 加强材料 ， 多选用含碱量低于 1 2 ％的中碱玻璃布。石 油沥青防腐层外层用塑料膜包覆 ， 多采用聚氯 乙烯工 业膜或聚 乙烯膜。一方面可 以提高防腐层的强度和 热稳定性， 减缓防腐层的机械损伤和热变性； 另一方 面 ， 塑料膜本身也是绝缘材料 ， 它和沥青粘结在一起 可以提高防腐层的防腐性能和抗老化性能， 并且还能 防止植物根茎穿透防腐层以及防止碱土使防腐层龟 裂 ， 为了增强沥青与钢管表 面的粘结作用， 在热浇沥 青前涂刷一道底漆 ， 用 同类 沥青及不加铅车用汽油或 收稿 日期 2 0 0 81 1 0 3 收修 改稿 日期 2 0 0 81 20 5 工业溶剂汽油调制配成。 石油沥青防腐层一般分为3个级别 ， 即普通级、 加 强级和特加强级。在普通级中， 防腐层总厚度一般大 于等于4 mm， 防腐层结构为三油三布 ， 即底漆一 ≥1 ． 5 m m厚石油沥青一玻璃布一1 ． 0～1 ． 5 m m厚石油沥青 一 玻璃布一1 ． 0～1 ． 5 mm厚石油沥青一外包保护层 ； 在加强级中， 防腐层总厚度一般大于等于 5 ． 5 m m， 防 腐层结构为四油四布 ， 即底漆一 ≥1 ． 5 mm厚石油沥青 一玻璃布一 ≥1 ． 5 m m厚石油沥青一玻璃布一1 ． 0 1 ． 5 mm厚石油沥青一玻璃布一1 ． 0～1 ． 5 m m厚石油 沥青一外包保护层； 在特加强级中， 防腐层总厚度一 般大于等于7 m m， 防腐层结构为五油五布， 即底漆一 ≥1 ． 5 m m厚石油沥青一玻璃布 ≥1 ． 0～1 ． 5 m m厚 石油沥青一玻璃布一1 ． 0～1 ． 5 m m厚石油沥青一玻璃 布一1 ． 0～1 ． 5 m m厚石油沥青一玻璃布一 1 ． 01 ． 5 m m厚石油沥青一外包保护层。 2 环氧煤沥青防腐层 环氧煤沥青 防腐层采用冷涂敷 工艺， 施工方便 ； 耐化学介质腐蚀、 耐磨 ， 对金属表面有很好 的附着力。 其主要缺点是施工过程中固化时间长、 表面处理质量 要求高、 要求施工场地较大 ， 由于溶剂的挥发 ， 针孔率 较高。环氧煤沥青防腐层可应用于埋地、 水下各种金 属结构的储罐以及短距离或中、 小管径管道的防腐 。 环氧煤沥青涂料是甲、 乙双组分涂料， 分底漆和 面漆两种 甲组分为漆料 ， 主要成分为环氧树脂和煤 焦油沥青； 乙组分为固化剂， 使用过程中应与相应的 稀释剂配套， 稀释剂的用量， 应以固化后确保防腐层 的厚度和无针孑 L 为宜。 作为加强材料 ， 玻璃 布宜选用经纬密度为 1 0 1 0 根／ c m ， 厚度为 0 ． 1 00 ． 1 2 mm， 中碱 含碱量 ≤ 第 1期 庞云楼等 油气管道防腐材料的比较 5 5 1 2 ％ 、 无捻 、 平纹 、 两边封边 、 带芯轴 的玻璃 布卷 。玻 璃布的宽度应根据管径的大小选取。环氧煤 沥青 防 腐层 由一层底漆和多层面漆组成 ， 面漆层 间可用玻璃 布增强。表 1为环氧煤沥青防腐层等级与结构。 表 1 环氧煤沥青防腐层等级与结构 3 煤焦油瓷漆防腐层 煤焦油瓷漆防腐层抗水性能 、 粘结性能均优 于石 油沥青， 能抗植物根茎穿透和耐微生物腐蚀， 电绝缘 性能好。但是 ， 该防腐层 机械强度及低温韧性差 ， 施 工劳动条件恶劣， 略有毒性。 煤焦油瓷漆防腐层的底漆有两种 ， 即合成底漆和 煤焦油底漆。一般应采用 合成底 漆。合成底漆是 由 氯化橡胶 、 合成增塑剂和溶剂组成 的液体涂料 ， 该底 漆可以在被涂敷 的金属与煤焦油瓷漆之 间产 生 良好 的粘结 。煤焦油瓷漆是 由高温煤焦油分馏得 到的重 质馏分和煤沥 青添加煤 粉和填 料， 经加热熬 制而成 的， 分为 A、 B、 C三种型号 ， 根据不 同输送介质温度 、 环 境温度等条 件选 用。内外缠带是用与煤焦油瓷漆相 容 的耐热粘结剂粘结 ， 并用玻璃纤维在纵 向加强的带 状玻璃纤维毡 ， 在煤焦油瓷漆层 中， 用 以改善 防腐层 的机械性能 。外缠 带是 均匀浸渍了煤 焦油瓷漆的带 状加厚玻璃纤维毡 ， 它缠绕在最外层 的煤 焦油瓷漆层 上 ， 用以增加防腐层抵抗外部机械作用 的能力。热烤 缠带的制作基本等同于外缠带 ， 主要用于异 型管件及 补 口、 补伤使用。另外 ， 附加外保护材料有 防晒漆及 牛皮纸、 防岩石塑料格网等。 煤焦油瓷漆防腐层也分为普通级 、 加强级和特加 强级 3 个级别 。在普通级 中， 防腐层总厚度要求大于 等于 2 ． 4 m m， 结构为底漆一厚度为 2 ． 40 ． 8 mm的 瓷漆一层一外缠带 ； 在加强级 中， 防腐层 总厚度要求 大于等于 3 ． 2 m m， 结构为底漆一 厚度为 2 ． 40 ． 8 m m 的瓷漆一层一 内缠带一厚度 t0 ． 8 m m瓷漆一层一 外缠带； 在特加强级中， 防腐层总厚度要求大于等于 4 ． 0 m m， 结构为底漆一 厚度为 2 ． 40 ． 8 mm的瓷漆 一 层_ 内缠带 厚度 ≥0 ． 8 m m瓷漆一层一 内缠带一 厚度 ／0 ． 8 m m瓷漆一层一外缠带。 4 熔结环氧粉末 防腐层 熔结环氧粉末 F B E 防腐 层具有优异 的防腐 性 能 ， 它的机械性能 、 耐磨和粘结性能强 ， 耐 阴极剥离及 耐温性能好， 可用作管道的内外防腐。 熔结环氧粉末防腐层是环氧树脂加固化剂， 及流 平剂 、 颜料 、 增塑剂 、 填料等多种材料经混炼而成 的一 次成膜结构 ， 分为普通和加强两个级别 。表 2为钢质 管道熔结环氧粉末外防腐层厚度规定。 表 2 钢质管道熔结环氧粉末外防腐层厚度规定 la , m 5 二层结构聚乙烯防腐层 聚乙烯防腐层绝缘 电阻高 、 机械性能好 ， 能承受 长距离运输 、 敷设过 程 以及 岩石 区堆放 时的物理 损 伤 ， 耐冲击性强。但是 它对 现场 补 口质量要求高 ， 失 去粘结性能 的聚 乙烯壳层对 阴极保护 电流会起 到屏 蔽作用。聚乙烯防腐层的制作工艺为挤出包覆或挤 出缠绕 ， 挤出聚乙烯 防腐管的最高使用温度为 7 0℃． 二层结构聚乙烯防腐层的内层为胶粘剂， 外层 为 聚乙烯。防腐层 的厚度与管径大小有关 。聚 乙烯有 高密度 、 中密度 、 低 密度之分 ， 由于密度不同， 其性能 也不相同。胶粘 剂的作用是 钢管进行表 面处理后 ， 先涂敷一层 底胶 ， 将钢 管和 聚乙烯牢 固地结合 在一 起。表3为二层结构聚乙烯防腐层的构成。 表 3 二层 结构聚 乙烯 防腐层 的构成 6三层结构聚乙烯防腐层 三层结构 聚乙烯 防腐层是 指底层 为熔 结环氧粉 末 F B E 、 中间层为胶粘剂 、 外层为聚乙烯 P E 的防 腐层。三层结 构聚乙烯 防腐 层将环氧粉末优 良的防 腐性能同聚乙烯优 良的机械保护性能结合起来 ， 大大 提高了防腐层的防腐性能和使用寿命。 三层结构聚乙烯防腐层的底层一般用熔结环氧 粉末， 也可使用无熔剂型液体环氧涂料， 主要根据涂 敷设备 、 管子直径 、 运输温度及管子涂敷速度等因素 来决定 。胶粘剂的作用是连接底层 F B E 与外防护层 P E 。常用的胶粘剂属于共聚物 ， 它同时具有极性基 团和非极性基团， 与底层和外防护层 下转第 5 8页 5 8 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J a n ．2 0 0 9 为止。在距离坑底板 0 ． 3 m处设置最后一道支撑 ， 在基 础和底板浇注以后 ， 把此道支撑拆除。 3 ． 3 顶进过程中各部位的防水措施 由于该工程顶管埋深大 ， 地下水压力高 ， 土壤 层 的渗水系数大， 如果止水不好， 不仅设备安全无法保 障， 而且会造成施工 的安全隐患。所 以， 应针对不 同 的部位采取不同的止水措施。 当采用钢板桩 支护时 ， 在套 管顶进 前方 的竖井 内， 用 C 2 5的素混凝土浇注一道厚 0 ． 5 m、 高 3 ． 5 m、 宽 5 ． 0 m的前止水墙。当地质条件较差 ， 钢板桩之 问的 咬口封不 住泥水 时， 止水墙 的宽度 与竖井 的宽 度一 致。止水墙施工完毕后 ， 应在止水墙预 留孔 内安装橡 胶止水圈。如是方形 的钢筋混凝土竖井 ， 则不用设前 止水墙 ， 直接在预留孑 L 内安装橡胶止水 圈； 若是 圆形 的钢筋混 凝土竖井 ， 则必须 浇注一道 弓形 的前 止水 墙 ， 使洞 口止水圈能够安装在平面上。 该工程 中， 工作井内必须设置 2道洞口止水圈， 前 一 道止水圈为充气式洞 口止水圈， 后一道为普通式的 洞口止水圈， 前一道止水圈平时与套管不接触， 当后 一 道洞口止水圈损坏或需要更换时， 这时前一道洞 口 止水圈充气 ， 起止水作 用， 等后一道洞 口止水圈更换 完后 ， 再将前一道洞口止水圈的气放掉。 洞 口止水圈橡胶质量要求 拉伸量 3 0 0 ％ ， 肖氏 硬度在 5 0 5范围以内， 同时还应具有一定 的耐磨性 和较大的扯断拉力 。 该工程所用的套管接 口形式为 F型钢承插 口式 ， 两套管之间的钢承 口密封材料选用遇水膨胀橡胶 ， 遇 水膨胀率t2 5 0 ％ ， 钢承 口密封性能为在 0 ． 2 0 MP a水 压 F 不渗水 。 3 ． 4 套管的严密封堵 如果套管空间密封不利 ， 地下水位很容易进入套 管空 间， 从 而对套管 内的管道产生浮力 ， 使管道受到 破坏。河流顶管不同于公路 、 铁路顶管 ， 由于公路、 铁 路顶管套管埋 深一般较浅 ， 地下水位不宜进入 ； 而河 流顶管套管埋 深很大 ， 地下水位很高 ， 封堵不严就很 容易使套管 内部渗进地下水。 普通的公路、 铁 路顶管的封堵一般采用 M U1 0红 砖 ， Ml O水泥砂浆砌筑 ， 再用沥青麻丝封堵 防水。而 河流顶管对封堵严密性 的要求要远高于公路 、 铁路顶 管 ， 因此最后决定该次工程套管两端封堵 采用双层密 封 ， 即砌筑两道红砖墙。 为了防止双层封堵措施不能完全保证套管空 间 的严 密性 ， 采用 了在管道上浇注混凝土 ， 并在套管空 间内部分均匀地填入素土 ， 套管两端采用双层封堵 的 方法， 保证了管道的稳定， 有效地防止了套管空间地 下水的进入 ， 保证 了管道的安全运行。 4 结束语 经过设计及施工技术人员的攻关 ， 很好地解决 的 河流顶管施工中的一些技术难题 ， 使施工安全有序地 进行 ， 加快了工期 。套管顶进过程中没有 出现任何渗 水事件 ， 基坑稳定 ， 封堵 工作也 十分顺 利。顶进完成 后， 轴线偏差仅为 0 ． 3 m， 不超过顶进长度的 1 ． 0 ％。 施工完成后， 经验收， 焊接、 试压等各项技术指标均符 合 输气管道工程设计规范 及 油气长输管道施工及 验收规范 等国家标准及行业标准的要求 。 上接第 5 5页 都有很强的结合能力。外层与二层结 构聚乙烯防腐层中的聚乙烯性能要求相同。表4为三 层结构聚乙烯防腐层各层的作用。表5为三层结构聚 乙烯防腐层的构成 。 表 4 三层结构聚乙烯防腐层各层的作用 性能 主要功能层 性 能 主要功能层 耐化学性 底层 柔韧性 底层 、 中间层 、 外层 耐应力开裂 外层 机械性能 中间层 、 外层 绝缘性 底层 、 中间层 耐候性 外层 抗剥离 底层 、 中间层 、 外层 耐紫外线 外层 耐磨性 外层 抗 阴极剥离 底层 7 结束语 综上所述 ，各类 防腐层 特点各有不 同，有 的机 械强度差，有的针孑 L 率高、有的补 口困难等，但总 体来说，一些性能很好的塑性防腐材料，如聚乙烯 胶粘带 、环氧粉末 、聚 乙烯 夹克等 ，与石油 、煤 焦 油体系材料相 比具 有强度 高、弹性好 、耐撞击 、化 学性能稳定 、吸水率 低 、电绝缘性 能好 、便 于实 现 机械化作业的特点 。 表 5 三层结构聚乙烯防腐层的构成 需要强调的是， 在油气管道防腐中， 不存在最佳 防腐层问题， 而应根据具体情况， 如管道的状况、 环境 条件、 施工方式 、 气候 因素来选择最经济合理 的防腐 层 。