在役埋地管道3PE防腐层补口与补伤选材

李俊中

中海福建天然气有限责任公司，福建 莆田 351100

0 前言

3PE防腐是目前我国埋地管道应用最为广泛的防腐方式，西气东输、川气东送等大型长输天然气管道项目和与LNG项目配套建设的大规模天然气长输管道项目，均采用3PE防腐。在役埋地管道防腐施工的两个重要环节就是3PE防腐层现场补口与破损3PE防腐层补伤。由于3PE防腐管道的补口、补伤目前仍采用热收缩带（套）或液体环氧涂层+热收缩带（套）两种方式，施工时必然受到环境气温、湿度、施工程序及其它诸多条件的制约,造成在役天然气管道补口区域的防腐质量差于管道主体防腐层质量。从基本防腐机理上看，只有保证补口区域防腐质量优于管道主体防腐质量，才能保证补口区域有良好的防腐效果。据调查，埋地管道的腐蚀穿孔事故多发生在补口、补伤和弯曲部位，所以补口、补伤施工关系到整条在役长输管道防腐工程的质量和寿命［1-2］。

目前，通常在役埋地管道补口、补伤施工主要包括补口、补伤施工选材，施工工艺，质量检验三部分。其中补口、补伤选材决定了现场施工工艺的选取，因此，补口、补伤选材对管道补口、补伤施工质量的优劣性有重要影响。

1 补口、补伤施工难点

综合我国在役埋地管道补口、补伤施工案例来看，由于施工条件及材料性能等限制，在役埋地管道补口修复及补伤防腐效果往往不及3PE管道主体的防腐效果，施工存在难点如下［3-4］：

a）管道补口、补伤材料要与3PE 防腐层有良好的兼容性。

b）管道补口、补伤材料要有良好的防腐性、黏结性及机械强度。

c）长期埋地的长输天然气管道3PE层会附着可溶盐残留，较难彻底清除，对管道补口、补伤材料的黏结性会产生较大影响。

d）由于天然气温度低于环境温度，在役长输埋地天然气管道出现冷凝水，制约补口、补伤施工。

e）对河流、湖泊等水淹区域的在役管道进行补口、补伤施工时，要求材料具有良好的防水性。

2 补口、补伤施工选材基本原则

补口、补伤材料的适当选择对在役埋地油气管道的安全运行和使用寿命有重要影响，也是在役管道补口、补伤施工首先要考虑的问题，补口、补伤施工选材的基本原则如下［3-5］:

a）具有良好的绝缘性、防水渗透性及耐阴极剥离性；

b）具有一定的耐冲击、耐划伤等机械性能；

c）与在役管道3PE防腐层具有良好的适配性，能够与管体3PE 防腐层进行良好的黏结密封，且稳定性好 ；

d）施工方便，在施工现场受环境影响较小，施工装备和人员少，投资小。

3 常用补口、补伤材料

3.1 液态（无溶剂）环氧涂料

液态（无溶剂）环氧涂料以改性环氧树脂为主要成膜物质，利用活性稀释增韧剂实现无溶剂化。其优点在于，涂层对钢管和FBE涂层均有很好的黏结力，较多应用于管道环焊缝接口处和FBE防腐层补口；涂料中加入了玻璃鳞片填料，大大提高了涂层的机械性能，还能起到良好的涂层屏蔽效果；可在常温下施工，且既可采用手工涂敷，也可采用机器涂敷，施工方便。液态（无溶剂）环氧涂料缺点在于，由于这种涂料与3PE防腐层不黏结，所以不能用于3PE防腐层补口；在管体补口施工时，受环境和操作人员的熟练程度影响较大，特别是冬季施工易产生漏点，而漏点降低了涂层的黏结强度，且易产生阴极剥离［4-5］。

3.2 热收缩带

热收缩带是国内应用最广泛的3PE防腐层管道补口材料，一般由辐射交联聚烯烃基材和密封热熔胶复合而成，其中密封热熔胶可与聚烯烃基材、钢管表面实现良好黏结。热收缩带在加热安装时，其基材径向收缩，同时内部密封热熔胶熔化，紧紧包覆在补口处，从而形成防腐层，具有耐磨损、耐腐蚀、剥离强度高、抗冲击、抗紫外线、抗光老化等性能。

热收缩带最主要的施工特点是，必须对管体进行预热并将密封热熔胶烘烤至熔融后方可与管体金属及PE黏合。热收缩带对于新建长输埋地管道是非常好的防腐材料，但对于在役管道特别是在役输气管道，由于管内介质的高速流动会将管壁热量迅速带走，很难将热熔胶烘烤至熔融，所以热收缩带不能用于在役管道补口施工。

3.3 冷缠胶带

冷缠胶带一般为内外带结构，内外带复合在一起，内带为丁基橡胶层，外带为具有一定强度的聚乙烯或聚丙烯保护层。冷缠胶带根据基材的不同可分为聚丙烯冷缠胶带和聚乙烯冷缠胶带。聚丙烯冷缠胶带以高强度丙纶纤维织物为基材，能够非常有效地抵御土壤的应力、外力冲击及热膨胀，且使用寿命较长。聚乙烯冷缠胶带以聚乙烯片材为基材，耐冲击性能较聚丙烯冷缠胶带稍差，但韧性好、耐潮湿、耐热膨胀，可满足地质潮湿区域及小口径管道的防腐要求。冷缠胶带按照胶层材料的不同也可分为两类:一类以丁基橡胶压敏胶为自黏胶层；另一类以沥青基改性丁基橡胶为自黏胶层。针对3PE防腐层，丁基橡胶压敏胶相对沥青基改性丁基橡胶具有更好的黏结性能。所以在3PE防腐层上选择以丁基橡胶压敏胶为自黏胶层的聚丙烯冷缠胶带，不仅可实现良好的黏结性，也具有良好的耐冲击性能。

冷缠胶带一般采用人工螺旋缠绕或对包缠绕施工，无需加热及大型施工设备,对表面处理级别要求相对较低，施工简单，且具有良好的耐冲击性能和黏结性，因此较多应用于在役埋地管道的现场补口、补伤施工。

目前国外应用较为广泛的丁基橡胶冷缠带为德国Vogelsang公司的Evolen-tape OP1型冷缠胶带，使用寿命长，效果良好。目前，德国Vogelsang公司也在我国积极推广其Evolen-tape OP1型冷缠胶带。2011年该公司在福建LNG接收站码头钢管桩进行了一项冷缠胶带应用实验，使用2年后仍效果良好，但长期使用效果有待继续观察。

3.4 黏弹体胶带+外保护带

黏弹体胶带是将一种永不固化的黏弹性聚合物复合在聚乙烯网膜上制成的无需加热即可施工的防腐胶带。其永不固化的特性使其具有独特的冷流特性，因此在防腐及修复过程中可达到自修复功能，实现完全保护的效果。黏弹体胶带还具有良好的防水性与耐化学性，且抗阴极剥离效果明显。由于黏结层是永不固化的黏弹性聚合物，黏结效果也非常好。黏弹体胶带本身机械强度低，所以必须采用外保护带以提高防腐层的整体机械强度，常用的外保护带有PVC胶带、热烤压敏胶带、环氧玻璃钢等，这就形成了黏弹体胶带+外保护带的防腐体系。

黏弹体胶带比聚丙烯、聚乙烯冷缠胶带更软，变形能力较好，除了可用于埋地天然气管道的3PE防腐层补口、补伤外，还可用于其它需要防腐的异性设备诸如法兰、阀门、泵等，应用范围较广。目前国外只有荷兰STOPAQ、加拿大CANUSA等少数公司生产黏弹体胶带，国内也有几家公司研制出类似的黏弹体胶带。

黏弹体胶带不仅在国外长输管道应用广泛，在国内西气东输、川气东送等项目都有大范围应用。在西气东输某在役埋地管段对采用黏弹体胶带+PVC外保护带补口的管道进行开挖验证。经过2年多实验，除部分外保护带出现褶皱并出现黏结性下降等现象外，黏弹体胶带整体黏结密封良好，黏弹体胶带整体拆除时，黏弹体胶均匀覆盖在管体表面，管体金属未见腐蚀。因此，将黏弹体胶带与抗剪性能优良的外保护带相组合，是在役埋地长输管道3PE防腐层修复的主要可选方法之一［3］。

4 结论

在役埋地管道防腐层的补口、补伤是管道防腐工作的重要组成部分，补口、补伤质量的优劣关系到整条管道防腐工程的质量和寿命，并将进一步影响其阴极保护的投资和效益。所以，选择正确的在役埋地管道防腐层补口、补伤材料非常重要。选择丁基橡胶压敏胶为自黏胶层的聚丙烯冷缠胶带，与黏弹体胶带+外保护带共同体系复合用于在役埋地管道补口、补伤时，两种防腐胶带不仅有良好的黏结性，还具有良好的耐冲击及耐划伤等机械性能，整体防腐性能优异，施工方便，施工过程中受环境影响较小，是目前较好的在役埋地管道3PE防腐层补口、补伤材料。

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