李玲杰  韓文禮  張彥軍  徐忠蘋  林竹  楊耀輝

中國石油集團工程技術(shù)研究院

 

熱收縮帶補口在工程施工中，由于工序、工藝、施工環(huán)境和水平的不同，其質(zhì)量存在一些問題，嚴重影響了管道的使用壽命[1]。為此，在國內(nèi)外長輸管道工程中，對已出現(xiàn)問題的補口進行修復并尋求更好的補口修復方式是解決補口質(zhì)量問題的一個途徑[2]。近年來，管道補口領(lǐng)域呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢，新型補口修復材料發(fā)展迅速，并且在實際工程中得以應(yīng)用。正確使用補口修復方式和材料，提高施工質(zhì)量，并對修復補口防腐層進行合理的開挖檢測，對整個管道的安全運行至關(guān)重要[3]。

1 埋地管道補口失效原因

1.1產(chǎn)品質(zhì)量問題

主要表現(xiàn)在：一些產(chǎn)品尺寸不夠，熱老化指標不合格（包括國外品牌），拉伸強度不合格，有的甚至在烘烤過程中出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象等。

1.2施工質(zhì)量問題

在抽查的三種產(chǎn)品各2、3和5個補口（每個補口檢查鋼管和3PE防腐層各2處，共4處）的剝離強度中，分別有一處的剝離強度低于規(guī)范要求。從調(diào)查結(jié)果看，所調(diào)查的補口總體質(zhì)量情況滿足施工規(guī)范要求，但每種材料的補口都存在剝離強度不合格的部位，顯然不是材料問題，而是施工存在問題，如圖1所示。

 

圖1 施工原因?qū)е碌难a口失效

出現(xiàn)施工質(zhì)量問題主要是由于手工操作，施工質(zhì)量很大程度上受到操作人員技術(shù)水平和責任心的影響。

1.3在使用環(huán)境中失效

熱熔膠的性能是決定熱收縮帶補口有效性的關(guān)鍵。熱熔膠的粘結(jié)失效是指在土壤和管道運行工況條件的共同作用下熱收縮帶粘結(jié)性能的喪失，若無溶劑環(huán)氧底漆同時失效，則會造成補口失效。圖2為補口熱收縮帶在10點位置PE搭接處出現(xiàn)翹邊情況，剝除熱收縮帶后，發(fā)現(xiàn)無溶劑環(huán)氧底漆脫落嚴重，熱收縮帶與無溶劑環(huán)氧底漆同時失效導致管體腐蝕嚴重。

 

圖2  補口熱收縮帶翹邊及管體腐蝕情況

 

2 補口修復新材料和技術(shù)

為解決埋地管道補口失效問題，國內(nèi)外管道外防腐層補口技術(shù)已經(jīng)向多樣化方向發(fā)展，粘彈體膠帶、熱縮壓敏帶、無溶劑環(huán)氧涂層、機械化噴涂聚氨酯等材料開始應(yīng)用于管道失效補口修復施工中。

2.1 “粘彈體+外護”防腐層

是將一種永不固化的粘彈性聚合物復合在聚乙烯薄膜上制成的冷纏膠帶，施工便捷，粘結(jié)良好。粘彈體膠帶由于自身的機械強度低，所以必須采用配套的外防護帶，以提高防腐層的整體機械強度，外護可采用熱縮壓敏帶、環(huán)氧玻璃鋼等。

2.2 無溶劑聚氨酯防腐層

低溫下可以施工、固化時間短、可配成彈性體或剛性體,一次涂敷厚度可達1.2mm，易補傷、有韌性、耐磨、抗沖擊、化學穩(wěn)定性好。如對管體PE搭接部位進行表面極化處理，可提高聚氨酯補口涂層的粘結(jié)性能。

2.3 無溶劑環(huán)氧防腐層

主要以改性環(huán)氧樹脂為主要成膜物，可利用活性稀釋增韌劑實現(xiàn)無溶劑化，具有良好的粘接力、化學穩(wěn)定性和機械性能。無溶劑環(huán)氧涂料應(yīng)用于埋地管道補口修復在國外已經(jīng)有10多年的歷史。

3 實驗室測試與評價

依據(jù)ISO 21809-3《石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)用埋地管道和水下管道外防腐層補口技術(shù)標準》，對不同類型埋地管道補口新材料的性能進行實驗室測試和評價。

3.1“粘彈體+外護”補口材料測試結(jié)果

實驗室測試結(jié)果見表1和圖3。 

 

圖3 “粘彈體+外護”結(jié)構(gòu)實驗室測試結(jié)果

“粘彈體+外護”結(jié)構(gòu)的測試項目達到性能指標要求，表現(xiàn)出良好的粘接性能和覆蓋性能。同時，這種結(jié)構(gòu)有良好的耐干、耐濕熱老化性能，在50℃、0.5Mpa、28d強化熱水浸泡后的剝離強度值均未見明顯變化，且與PE粘結(jié)密封性能穩(wěn)定。

3.2 無溶劑聚氨酯補口材料測試結(jié)果

實驗室測試結(jié)果見表2和圖4、圖5。

 

圖4 無溶劑聚氨酯涂層在不同溫度下（28d）的陰極剝離測試結(jié)果

 

圖5 無溶劑聚氨酯涂層對鋼/PE剝離強度測試結(jié)果

 

無溶劑聚氨酯涂料抗沖擊性能和陰極剝離性能達到指標要求，但粘接強度相對技術(shù)指標要求有所偏低。

3.3無溶劑環(huán)氧涂層補口材料測試結(jié)果

實驗室測試結(jié)果見表3和圖6、圖7。

 

圖6 無溶劑環(huán)氧涂層在不同溫度下（28d）的陰極剝離測試結(jié)果

 

圖7 無溶劑環(huán)氧涂層粘接強度測試結(jié)果

無溶劑環(huán)氧涂層的各項性能均達到預定技術(shù)指標的要求。

4 補口修復現(xiàn)場檢測

2011年～2013年，在西部某管道典型地段，采用粘彈體+熱縮壓敏帶/玻璃鋼外護、無溶劑環(huán)氧、噴涂聚氨酯、無溶劑環(huán)氧+外護等材料和結(jié)構(gòu)進行了埋地管道補口防腐層新材料的現(xiàn)場試驗，選取若干補口進行了防腐層修復施工。2014年，對埋地管道試驗補口進行了開挖檢測，檢測項目包括補口防腐層外觀、粘接強度、剝離強度等。

4.1 “粘彈體+外護”補口檢測結(jié)果

檢測結(jié)果示例見圖8，評價結(jié)果見表4。

 

圖8 “粘彈體+外護”結(jié)構(gòu)補口防腐層剝離強度檢測

開挖檢測結(jié)果表明：

分別經(jīng)過埋地1年、3年、4年后，補口防腐層性能均未發(fā)生明顯變化，補口部位處于防腐層正常保護狀態(tài)。但補口防腐層對鋼管的附著力與現(xiàn)行標準（ISO 21809-3、Q/SY GJX 140-2012和SY/T 4106-2005）10MPa的要求相比，數(shù)值偏低。

4.2  噴涂聚氨酯補口檢測結(jié)果

檢測結(jié)果示例見圖9，評價結(jié)果見表5。

 

圖9  聚氨酯補口涂層拉拔附著力檢測結(jié)果

開挖檢測結(jié)果表明：
分別經(jīng)過埋地1年、3年、4年后，補口防腐層性能均未發(fā)生明顯變化，補口部位處于防腐層正常保護狀態(tài)。但補口防腐層對鋼管的附著力與現(xiàn)行標準（ISO 21809-3、Q/SY GJX 140-2012和SY/T 4106-2005）10MPa的要求相比，數(shù)值偏低。

4.3 “無溶劑環(huán)氧+外護”補口檢測結(jié)果

檢測結(jié)果示例見圖10、圖11，評價結(jié)果見表6。

 

 

圖10 “無溶劑環(huán)氧+熱縮壓敏帶”補口防腐層性能檢測

 

圖11 “無溶劑環(huán)氧+環(huán)氧玻璃鋼”補口防腐層性能檢測

 

開挖檢測結(jié)果表明：

（1）2013年修復補口，經(jīng)過1年后防腐性能無明顯變化，整體保護有效，但有的補口存在無溶劑環(huán)氧涂層厚度偏低的現(xiàn)象。

（2）2011年修復補口，經(jīng)過3年后有1道口（1-1#）出現(xiàn)了外護熱縮壓敏帶下垂現(xiàn)象，外保護作用失效，但內(nèi)層無溶劑環(huán)氧涂層未發(fā)生變色、起泡等老化現(xiàn)象。經(jīng)檢測補口防腐層性能未發(fā)生明顯變化，內(nèi)層環(huán)氧對鋼管的保護有效。

5 結(jié)論

（1）產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量和在使用環(huán)境中失效是導致埋地管道補口失效的主要原因。

（2）新型補口材料復合結(jié)構(gòu)比單一結(jié)構(gòu)更適合于3PE防腐層補口的修復，其在初始使用及埋地1年、3年、4年后防腐性能穩(wěn)定。

（3）“粘彈體+外護”結(jié)構(gòu)補口實驗室測試性能達到指標要求，現(xiàn)場開挖檢測結(jié)果表明，該種結(jié)構(gòu)與3PE防腐層匹配性良好，適合于補口修復的單點作業(yè)。

（4）噴涂聚氨酯結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工機械化作業(yè)程度高，現(xiàn)場施工難度較大，防腐層現(xiàn)場檢測需待涂層固化后進行，較適合作為新建管道的補口，不適合補口修復的單點作業(yè)。

（5）“無溶劑環(huán)氧涂料+外護”補口結(jié)構(gòu)對施工條件要求較高，可在機械化施工可行的管段使用。

參考文獻：

[1] 張自力,韓鐘琴,崔超,廖宇平,董彬.我國長輸管道熱收縮帶補口應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題[J].現(xiàn)代涂料與涂裝, 2010, 13(6): 64-66.

[2] 孫慶峰.3PE管道的防腐補口方式[J]. 2011, 30(4):305-307.

[3] 吳淑貞,馬金濮.管道防腐補口技術(shù)的進展及施工要求[J]. 2010, 13(3): 39-42.

[4] 張偉,蔡青青,張勇,周衛(wèi)軍,張瑤.粘彈體防腐膠帶在管道環(huán)焊縫補口大修中的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2011(2): 42-44.

[5] 葉春艷,張鵬,賈世民,董彬,韓鐘琴,李海坤.PRISZCY熱縮壓敏帶在管道補口中的應(yīng)用[J]. 2012, 38(4):51-52.

[6] 陳守平,顧玉佳,孫衛(wèi)松. 3P E表面處理與雙層改性環(huán)氧涂層補口結(jié)構(gòu)試驗[J].石油工程建設(shè), 2012, 38(5):43-45.

[7]吳艷陽,郭生武,陳開勛.埋地鋼質(zhì)管道補口材料的選擇[J].全面腐蝕控制, 2003, 17(3): 31-34.

作者：李玲杰， 1986年生，工程師， 2013年畢業(yè)于華中科技大學，研究生學歷，主要從事金屬材料腐蝕與防護科研及技術(shù)服務(wù)工作。

《管道保護》2017年第1期（總第32期）