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鋼質管道聚乙烯防腐料開發與采購技術規范制定研究

來源：《管道保護》雜志作者：王俊琪王鳳江胡斌劉亞明時間：2018-7-21 閱讀：

王俊琪1 王鳳江1 胡斌2 劉亞明3

1. 中國石油西南化工銷售公司；2. 中國石油獨山子石化公司；3. 中國石油寶雞鋼管有限公司

在鋼質管道各種防腐技術中，三層結構聚乙烯防腐技術（以下簡稱3PE）因兼具環氧樹脂的防腐蝕和聚乙烯材料的機械性能，防腐效果好、壽命長、施工方便，已成為目前世界上埋地鋼管中應用最為廣泛的防腐技術，我國在建或擬建的一系列大型油氣管道項目也都普遍采用3PE防腐技術。

1 聚乙烯防腐專用料的開發

2012年以前，中石油還沒有自主品牌的聚乙烯防腐專用料投放市場，寶雞石油鋼管公司高峰時期每年需要從市場上采購聚乙烯防腐料近3萬噸。2011～2014年，西南化工銷售分公司、獨山子石化分公司和寶雞石油鋼管有限責任公司三家產銷研單位聯合成立項目組，整合和利用自身的煉化資源和研發優勢，開發了自主品牌的“埋地鋼質道聚乙烯防腐專用料BSGPE-01”，并通過了專家鑒定，性能達到國內領先水平，質量檢測結果見表1。

該防腐料已實現工業化生產和鋼管涂覆應用，累計生產 3000 余噸，成功應用于柴北緣項目等管徑457毫米油氣管線，效果良好。其中 BSG-PE01、BSG-PE02 兩個牌號的產品還通過了中石油集團公司新產品認定，并列入了自主創新重要產品目錄。

2 聚乙烯防腐專用料采購技術規范的制定

在中石油系統內全面推廣應用自主品牌防腐料過程中，項目組通過對市售防腐料樣品進行性能剖析發現，市售防腐料灰分含量、炭黑含量、耐環境應力開裂等指標遠不及自主品牌產品，個別批次甚至達不到GB/T 23257《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層》技術指標要求。為進一步提升和穩定聚乙烯防腐專用料的質量，杜絕劣質防腐料進入市場，項目組于2014年度開展了《鋼質管道聚乙烯防腐專用料采購技術規范》的研究制定工作。該標準于2015年8月發布，11月正式施行。

《鋼質管道聚乙烯防腐專用料采購技術規范》（Q/SY1846-2015）在國家標準GB/T 23257《鋼質管道聚乙烯防腐層》的基礎上，增加了灰分含量指標，并對炭黑含量的范圍進行了限定。

2.1炭黑含量確定依據

相關研究表明，炭黑是較好的紫外線穩定劑，能夠通過吸收紫外線達到防老化目的。一般而言，一定細度的炭黑，濃度達到2%時，即可起到很好的紫外屏蔽作用，考慮到一定的保險系數，用2.5%炭黑對聚烯烴可達到最佳防老化效果。而炭黑添加量在0.5%以下時，防護效果很差。當要求炭黑起穩定和防老化作用時，它的加入量約為2～3%；炭黑在各種塑料制品中的一般填充量見表2。

可以看出，炭黑含量與聚烯烴產品的用途類別有關，并非含量越高越好。這是由于過高的炭黑含量除可能帶來相對較高的成本外，對產品的力學性能、流動性能等亦有諸多不利影響。炭黑含量對聚烯烴樹脂熔體流動速率（MFR）的影響規律研究趨勢如圖1所示。

圖1 炭黑含量對樹脂MFR的影響

由圖1可看出，隨著炭黑含量的增加，基礎樹脂的MFR不斷下降，其流動性隨之變差。此外，由于炭黑本身粒徑較小，分散比較困難，所以隨著含量增加，均勻分散的難度就會不斷增大。而炭黑在聚烯烴樹脂（如聚乙烯）中的分散度直接影響防腐料的性能，分布不均勻將導致上述性能特別是耐候性的顯著下降。因此，作為防老化用途的炭黑，其在聚乙烯樹脂中的含量為2.0%～2.5%時能夠達到較優的綜合性能。本標準參照石油天然氣行業標準SY/T 0413-2002《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》中的規定，確定聚乙烯防腐專用料的炭黑含量為2.0%～2.4%。

2.2灰分含量確定依據

3PE防腐料用于埋地鋼質油氣管道防腐時，由于地理環境復雜，材料的耐環境應力開裂性能非常重要，關系到油氣管道的安全及使用壽命。研究發現，灰分含量對防腐料的耐環境開裂性能有著顯著影響。項目組收集了兩種典型的市售3PE防腐專用料，并對照國家標準GB/T 23257《鋼質管道聚乙烯防腐層》，對原料的相關性能指標進行了測試，結果見表3。