趙向東

(四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司容器制造廠 四川 內(nèi)江 641000)

0 引 言

油氣管道基本為埋地敷設(shè)，內(nèi)部大多輸送的是潔凈的油氣產(chǎn)品，內(nèi)腐蝕問題較少，但管道外壁因與土壤接觸，土壤中含有各種腐蝕介質(zhì)，處于復(fù)雜的腐蝕環(huán)境中。管線鋼管外壁容易發(fā)生腐蝕，一旦腐蝕穿孔，可能會(huì)造成油氣泄漏等問題。為延緩和避免管道外腐蝕失效情況的發(fā)生，常見的方式是在管道外部增加隔絕的外防腐涂層使管道和土壤環(huán)境分隔開來，使管道的腐蝕通道得到有效的控制[1]。

油氣管道直管防腐通常采用3PE防腐結(jié)構(gòu)，直管形狀規(guī)則，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。3PE防腐層因其有三層防腐結(jié)構(gòu)，其防腐涂層更加均勻、三層粘接力更強(qiáng)，且其中低密度聚乙烯和膠粘劑層對(duì)于土壤環(huán)境中的各種腐蝕狀況的隔絕效果更好，且抗沖擊性、抗變形能力、防水能力更強(qiáng)，可以有效解決了直管的防腐問題。

但熱煨彎管作為管道的必備元件，其幾何形狀為不規(guī)則的特殊形狀，無法同直管防腐一樣，在連續(xù)作業(yè)線上批量防腐。國內(nèi)外對(duì)于彎管的防腐施工大量依靠手工作業(yè)，受人為因素影響較多，防腐的穩(wěn)定性和可靠性往往難以保證。因此，熱煨彎管的防腐成為制約管道防腐質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，也經(jīng)常由于地形條件更加復(fù)雜，彎管的防腐成為整個(gè)管道的相對(duì)薄弱點(diǎn)。常見的彎管防腐形式主要有三種：雙層環(huán)氧粉末噴涂作業(yè)法[2]、聚乙烯熱縮套(帶)手工加熱安裝法、聚丙烯粘膠帶手工冷纏法[3]。熱煨彎管的3PE防腐較常見防腐形式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，由四川油建公司獨(dú)家研發(fā)生產(chǎn)，近年來在國內(nèi)多個(gè)管道工程中都有應(yīng)用，且應(yīng)用效果優(yōu)勢(shì)明顯。

1 傳統(tǒng)的彎管防腐形式

1.1 雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂法

該防腐層厚度僅為800 μm，厚度僅為彎管3PE防腐層厚度的20%左右，3PE防腐層厚度一般為3.7 mm以上，雙環(huán)氧層的抗劃傷性能好但抗沖擊磨損能力差，而且在彎管倒運(yùn)下溝及回填的過程中容易損傷防腐層，如圖1所示，管端防腐層因運(yùn)輸?shù)跹b導(dǎo)致碰傷。其補(bǔ)傷操作較為復(fù)雜，且效率較低，效果較差，防腐層只能承受4 kV電火花檢漏電壓，而彎管3PE防腐檢漏電壓為25 kV，熱縮套補(bǔ)口為15 kV，為管道外防腐的薄弱點(diǎn)，直接影響管道的腐蝕壽命。

圖1 碰傷的雙環(huán)氧防腐層

1.2 熱縮套(帶)加熱套裝法

彎管表面需經(jīng)工人用天然氣或煤氣火焰將彎管預(yù)熱，再均勻涂刷無溶劑環(huán)氧底漆，后再用火焰將聚乙烯熱縮套(帶)烤熱后收縮貼在彎管上。如圖2所示，工人用火焰噴槍進(jìn)行手工防腐作業(yè)，該防腐工藝全過程為手工操作,勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低，且因環(huán)氧底漆不易涂抹均勻，火焰預(yù)熱溫度和加熱收縮時(shí)溫度不易控制，會(huì)出現(xiàn)溢膠不均勻，搭接不均勻，外觀成型差，產(chǎn)生皺摺、翹邊和空鼓等現(xiàn)象，質(zhì)量穩(wěn)定性差。防腐層厚度一般為1.2～1.5mm。

圖2 手工火焰加熱熱縮套

1.3 聚乙烯膠粘帶現(xiàn)場(chǎng)冷纏法

該防腐形式也稱冷纏帶，該方法操作過程中不需加熱，先均勻手工涂刷環(huán)氧底漆，再采用手工纏繞機(jī)進(jìn)行螺旋式纏繞搭接，覆蓋率要求50%以上，搭接后的防腐層厚度一般2.2 mm以上。受防腐材質(zhì)影響，膠層和底漆不容易粘貼牢固，其剝離強(qiáng)度要求極低,為20 N/cm，遠(yuǎn)低于彎管3PE防腐層剝離強(qiáng)度100 N/cm的要求，防腐層易出現(xiàn)撞傷或擠壓變形，在風(fēng)吹日曬后會(huì)出現(xiàn)搭接部分粘結(jié)不牢、防腐層空鼓或翹邊等現(xiàn)象，如圖3所示，防腐層表面已出現(xiàn)部分翹邊。

圖3 冷纏帶防腐彎管使用情況

2 機(jī)械式彎管3PE防腐工藝特點(diǎn)

傳統(tǒng)防腐方法存在著與目前廣泛使用的直管3PE防腐質(zhì)量不相匹配或工藝復(fù)雜的缺陷。新型機(jī)械式彎管3PE防腐技術(shù)，使得彎管防腐形式與直管防腐形式保持一致，保證了管道防腐結(jié)構(gòu)的同質(zhì)化。

聚乙烯復(fù)合帶3PE防腐層由環(huán)氧粉末底層、膠粘劑中間層和聚乙烯表層組三成組成。膠粘劑和聚乙烯顆粒在工廠內(nèi)經(jīng)過輻照交聯(lián)特制工藝，加工成適宜放卷的一定寬度和厚度的復(fù)合帶。環(huán)氧粉末通過機(jī)械靜電噴涂技術(shù)噴涂在彎管表面，防腐層最底層，外部采用行星纏繞輪，在一定張緊力狀態(tài)下進(jìn)行螺旋機(jī)械熱纏繞，熱纏繞后再采用遠(yuǎn)紅外加熱圈進(jìn)行對(duì)防腐層表面進(jìn)行回火加熱，最后經(jīng)循環(huán)水冷卻后完成防腐作業(yè)[4]。

該防腐工藝是一個(gè)全新的彎管防腐技術(shù)，彎管3PE防腐生產(chǎn)線國內(nèi)外僅四川油建公司獨(dú)創(chuàng)，彎管的除銹、傳動(dòng)、加熱、噴涂環(huán)氧粉末、纏繞復(fù)合帶、碾壓、二次加熱、水冷及坡口加工等均為電氣操控機(jī)械化作業(yè)，所有防腐過程均由中央控制室集中進(jìn)行控制，中央控制室根據(jù)彎管規(guī)格、現(xiàn)場(chǎng)情況等給出指令進(jìn)行防腐各環(huán)節(jié)的最優(yōu)控制，防腐質(zhì)量得到了大幅度的提高，真正實(shí)現(xiàn)了彎管聚乙烯復(fù)合帶防腐的機(jī)械化流水作業(yè)。同時(shí)對(duì)彎管防腐作業(yè)線的不斷進(jìn)行升級(jí)改造及輔助工裝研制，使防腐作業(yè)線可以兼顧雙層環(huán)氧粉末外防腐工藝，研發(fā)了輔助的聚乙烯復(fù)合帶接帶機(jī)、彎管3PE防腐坡口機(jī)等設(shè)備，使該項(xiàng)技術(shù)全過程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，更好的保證了彎管防腐質(zhì)量。

彎管3PE防腐過程分為拋丸除銹、一次加熱、環(huán)氧噴涂、行星式冷帶熱纏、二次加熱、水冷卻和坡口加工等工序，工藝流程圖如圖4所示，整個(gè)工藝流程與直管防腐的工序基本一致，關(guān)鍵工序均給出具體操作要求和質(zhì)檢要求，保證了防腐質(zhì)量的可靠性。

圖4 彎管3PE防腐工藝流程圖

3 機(jī)械式彎管3PE防腐性能優(yōu)勢(shì)

3.1 彎管3PE防腐質(zhì)量與其他防腐形式對(duì)比分析

彎管3PE防腐采用機(jī)械化作業(yè)方式，粉末噴涂和復(fù)合PE帶纏繞均采用機(jī)械化，大大減少了人工導(dǎo)致的質(zhì)量誤差，防腐層厚度更厚，可承受的檢漏電壓更高，剝離強(qiáng)度更高，與其他防腐形式對(duì)比優(yōu)勢(shì)非常明顯，見表1。

表1 彎管3PE防腐與熱縮套、雙環(huán)氧、冷纏帶防腐的基本對(duì)比

3.2 彎管3PE防腐與直管3PE防腐性能對(duì)比分析

彎管3PE防腐中國石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由四川油建公司主編，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為Q/SY GJX113—2010，標(biāo)準(zhǔn)名稱為埋地鋼制彎管聚乙烯復(fù)合帶防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與直管3PE防腐標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23257—2017《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》工藝過程類似，技術(shù)驗(yàn)收指標(biāo)基本相同，個(gè)別指標(biāo)甚至超過GB 23257—2017標(biāo)準(zhǔn)要求。

1)防腐層厚度對(duì)比情況見表2，彎管3PE防腐層總厚度均按照直管3PE防腐加強(qiáng)級(jí)對(duì)標(biāo)，環(huán)氧粉末層厚度和膠粘劑厚度也較直管更多，更好的保證彎管防腐質(zhì)量[5]。

表2 防腐層厚度對(duì)比

2)防腐層性能指標(biāo)對(duì)比見表3，彎管3PE防腐層性能指標(biāo)高于或等于直管3PE防腐層，對(duì)標(biāo)三層結(jié)構(gòu)防腐層指標(biāo)[6]，而且額外增加了復(fù)合帶剪切強(qiáng)度指標(biāo)要求和環(huán)氧粉末固化度要求，熱水浸泡試驗(yàn)的周期和指標(biāo)要求都高于直管防腐要求。

表3 防腐層的性能指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié) 論

綜上所述，可以形成以下結(jié)論：

1)彎管傳統(tǒng)防腐方法存在著與目前廣泛使用的直管3PE防腐質(zhì)量不相匹配或工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)。

2)彎管3PE防腐全過程為機(jī)械化作業(yè)，機(jī)械化程度優(yōu)于其他傳統(tǒng)防腐形式，防腐質(zhì)量可靠性更高。

3)彎管3PE防腐質(zhì)量與熱縮套防腐、雙環(huán)氧防腐和冷纏帶三種防腐方式對(duì)比，其質(zhì)量穩(wěn)定性、質(zhì)量指標(biāo)等均優(yōu)于其他防腐形式。

4)彎管3PE防腐質(zhì)量與直管3PE防腐對(duì)比，其性能指標(biāo)也優(yōu)于直管防腐標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，彎管防腐防腐與直管防腐同質(zhì)化，利于提高管道的整體防腐水平。