海底管道节点防腐涂层结构发展概况

赵　利，武占文，相政乐，贾　振，杨　彪，彭传伟中海油能源发展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

海底管道节点防腐涂层结构发展概况

赵利，武占文，相政乐，贾振，杨彪，彭传伟
中海油能源发展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

结合国内外海底管道节点防腐补口的技术发展，对目前国外最常用海底管道节点防腐涂层结构及工程应用情况进行了介绍，主要包括三层聚烯烃热收缩涂层、喷涂聚脲涂层及“FBE+改性/复合聚烯烃”防腐涂层结构及其工程应用。通过总结分析得出如下结论：在浅水海域和边际油田开发中，三层聚烯烃热缩涂层结构得到了较好的发展与应用；在深海、超深海领域，我国在管道节点防腐补口技术方面与国外还存在较大的差距，采用“FBE+改性/复合聚烯烃”涂层结构将是我国未来深水海底管道节点防腐补口涂层的主要发展方向。

海底管道；节点补口；防腐涂层；改性/复合聚烯烃

管道运输已成为油气输送最为经济和安全的运输方式［1］，管道的长期稳定运行对保障能源运输至关重要。腐蚀作为管道最主要的破坏形式之一，造成的管道破坏事故正逐年增多，因此近年来油气管道的腐蚀防护得到了高度关注［2-5］。

在油气管道防腐中，节点补口作为油气管道防腐最为薄弱的环节之一，其补口涂层性能的优劣显著影响整条长输管道的使用寿命。尤其对于服役环境更为恶劣的海底管道，节点补口涂层的腐蚀防护性更为重要，海底油气管道节点防腐涂层的结构与涂敷工艺被国内外管道建设公司和专家广泛研究［6-10］。

本文在综合目前国内现有节点防腐涂层结构的基础上，针对节点涂层结构和补口工艺两个方面概述了国外海底管道节点防腐涂层的发展动态。同时展望了今后我国深水节点防腐涂层结构和补口工艺的发展方向及发展趋势。

1“液态环氧底漆+热收缩带”三层聚烯烃热缩涂层结构

“液态环氧底漆+热收缩带”三层聚烯烃热缩涂层结构由底层的液态环氧底漆和外层带有热熔胶的聚烯烃热收缩带构成。相对于早期“热熔胶+热收缩带”的两层节点防腐涂层结构，液态环氧底漆的引入提高了三层聚烯烃热缩涂层结构的抗阴极剥离性能，增强了聚烯烃热缩涂层与钢管的附着力及其与3LPE涂层的兼容性，在整体上显著提高了节点补口的防腐性能。

三层聚烯烃热缩节点涂层结构已成为国内外3LPE防腐管道普遍采用的节点补口涂层结构，但该涂层结构在实际海底管道节点应用中仍存在一定程度的补口质量问题：第一，慢固化体系液态环氧底漆加热固化后，快速固化产生较大的内应力不利于其与钢基材的长期附着；第二，热收缩带的安装仍普遍依赖人工火焰喷枪烘烤，施工效率较低，也无法避免操作人员素质差异产生的质量不确定性，对于目前使用最多的具有高软化点和高剪切力热熔胶热收缩带的施工尤其如此。

为了尽可能降低热收缩带补口施工的人为影响，海底管道节点自动行走喷砂除锈机、节点钳式中频感应线圈及热收缩带红外加热安装设备得到了开发和应用［11-13］。同时伴随着涂敷工艺日益成熟，三层聚烯烃热收缩涂层结构应用于现场海底管道补口，其补口质量和施工效率有了显著提高，促进了该涂层结构在国内浅水海域和边际油田开发中的推广应用。目前，该节点防腐涂层结构已在国内锦州9-3、垦利10-1及渤中34-1等项目的3LPE和3LPP海底管道防腐补口中得到了成功的应用。

2　聚脲涂层

针对低温等恶劣条件下补口材料与3LPE涂层出现难于粘接的问题，国外公司开发出海底管道节点喷涂聚脲防腐工艺［14-16］。聚脲涂层是通过异氰酸酯与氨基化合物（端氨基聚醚、胺类扩链剂）以高压喷涂形式进行快速反应而形成的弹性体材料。聚脲涂层具有优良的机械性能、耐化学腐蚀性和良好的防水性，同时聚脲材料也具有较高自催化活性，聚脲喷涂施工对环境温度、湿度影响不敏感，可在低温条件下快速反应成形。在3LPE防腐管道补口施工中，只需对搭接PE涂层进行极化处理（电晕、火焰极化等）即可进行喷涂补口，显著提高了补口质量和效率。

尽管聚脲有很好的理化性能，但由于聚脲与钢基材间的键合易受强碱环境破坏，因此聚脲涂层的抗阴极剥离性能较弱。为提高聚脲涂层的抗阴极剥离性能，聚脲材料的改性研究在国内得到了大量关注。孙晶［17］等人对改性聚脲进行了大量的研究，通过调整聚脲原料配方、配比及添加改性助剂等手段制备出改性聚脲材料，有效地提高了聚脲涂层的耐阴极剥离性能，填补了国内低温极寒地区补口的技术空白。

目前，聚脲涂层已在印度尼西亚能源公司海底输气管道节点防腐中得到了成功的应用。在国内，随着节点聚脲喷涂补口自动化设备的开发，聚脲涂层在兰银线3LPE陆地管道节点防腐中得到了应用，在国内海底管道节点防腐中聚脲涂层还未见应用。喷涂聚脲涂层在3LPE海底管道节点补口中展现出了巨大的潜在优势，其必将成为低温环境3LPE海底管道现场补口涂层的首选涂层结构。

3“FBE+改性/复合聚烯烃”涂层结构

随着深水油气田的不断开发，深水管道面临着更为苛刻的服役环境，这给管道节点的腐蚀防护提出了更高的要求。针对3LPE/3LPP海底管道节点防腐特点，国外公司开发出海底管道现场节点FBE喷涂技术，显著提高了节点防腐层与主体管道FBE底涂层的兼容性和一致性，使节点防腐性能和补口效率得到了极大提高，同时也促进了与节点FBE底涂层相配套的节点涂层结构及涂敷工艺的不断发展。

3.1“FBE+改性PE”涂层结构

“FBE+改性PE”涂层是一种与3LPE防腐管相配套的新型节点防腐涂层结构，该结构底层为喷涂FBE涂层，外层挤塑涂敷化学改性PE涂层。

PE材料进行化学接枝改性后，材料的化学极性不但得到了显著提高，同时该材料仍保留较高的机械强度。现场节点补口时，挤塑的化学改性PE涂层无需胶黏剂即可与预热后的FBE涂层产生极强的化学粘接，而且其与预热后的主体PE涂层也展现出良好的搭接效果。

因此，“FBE+改性PE”节点涂层结构展现了与主体3LPE防腐层较高的一致性和兼容性。Borealis公司和KWH公司已联合开发出改性PE涂层材料及与其相配套的现场自动挤塑涂敷设备，并在中东水下油气管道补口中得到了成功应用。

3.2“FBE+复合PP”涂层结构

“FBE+复合PP”涂层是一种为3LPP海底管道节点补口开发的新型节点防腐涂层结构，底层喷涂FBE涂层，外层缠绕半互穿网络聚合PP涂层。

半互穿网络聚合PP是由线性聚丙烯和环氧交联单体构成的热固性复合材料［18-19］，该材料不但具有与PP材料相同的机械强度，而且可与环氧类材料产生极高的反应活性。复合PP材料预制成的带状涂层材料经过现场涂装预热后，在无需涂敷胶黏剂的条件下可与预热的FBE层实现较强的化学粘接，同时其与预热后的主体PP涂层也可实现良好熔接。因此，“FBE+复合PP”节点涂层结构与3LPP防腐层展现出较高的兼容性。针对该节点涂层结构，3M公司联合OJS公司开发出带有伴热功能的现场节点自动涂敷设备，极大地推动了该节点涂层结构在3LPP海底管道补口施工中的应用。

目前，在西欧北海Nuggets深水天然气项目中，PIH公司已成功将“FBE+复合PP”节点防腐涂层结构应用到管径为12 in（1 in=25.4 mm）3LPP海底管道的防腐补口中。

3.3“FBE+喷涂粉末胶黏剂+火焰喷涂PP”涂层结构

伴随火焰喷涂塑料工艺及设备的日趋成熟，喷涂聚烯烃在海底管道防腐补口中的应用得到了推广［20-23］。利用高压气流将加热熔融的聚烯烃颗粒喷射到节点位置进行补口，不但有效改善了聚烯烃涂层与底涂层的附着力，而且明显提高了补口施工效率。针对3LPP海底管道现场防腐补口，CCSI、Tecno Supply等国外管道建设公司已开发出“FBE+喷涂胶黏剂粉末+火焰喷涂PP”节点防腐涂层结构，即底层为FBE，中间层为喷涂PP胶黏剂，外层为火焰喷涂PP涂层。该涂层结构使节点防腐性能得到极大提高，又实现了与3LPP涂层的完美兼容。虽然该节点涂层结构在海底管道补口中还未得到大量推广，但随着喷涂胶黏剂粉末自动喷涂机、大口径火焰喷涂枪系统等海上现场喷涂补口设备的不断研发，该节点防腐涂层结构已在3LPP深水管道补口中展现出巨大的应用前景。

4　结束语

通过以上对海底管道节点防腐涂层结构发展状况的总结，不难看出，在浅水海域和边际油田开发中，传统的三层聚烯烃热缩节点涂层结构得到了较好的发展应用。随着海洋油气勘探从浅海走向深海，甚至超深海，传统的节点防腐涂层已不能满足深水防腐要求。我国深水海底管道涂敷技术与世界先进水平间还存在着较大差距，以FBE为底涂层的节点涂层结构展现出了更为优异的防腐性能和良好的现场施工性，采用与主体涂层兼容性更佳的“FBE+改性/复合聚烯烃”节点防腐涂层结构将是我国深水油气管道补口的发展方向。

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Review on Development ofField Joint Coating Structure for Offshore Pipelines

ZHAO Li，WU Zhanwen，XIANG Zhengle，JIAZhen，YANG Biao，PENG Chuanwei
CNOOC Energy Technology and Services-Pipe Engineering Co.，Tianjin 300452，China

The current filed joint coating for offshore pipelines which covers the three-layer heat shrinkable coating of polyolefin，spraying polyurea coating and“FBE+modified/composite polyolefin”coating structure as well as the corresponding project application are introduced combined with the technological development of joint coating.The following conclusions are obtained by summarizing and analyzing：In development of the oilfield which is located in shallow waters and marginal region，the three-layer heat shrinkable sleeve of polyolefin with liquid epoxy primer is applied successfully in the field joint coating for offshore pipelines；With the gradual exploring of petroleum and natural gas from shallow water oilfields to deep sea oilfields and ultra-deep water oilfields，a large gap on the technology of field joint coating between overseas professionalpipeline construction companies and domestic pipeline construction companies is stillexisted；“FBE +composite/modified polyolefin”coating structure will be the main field joint coating structure used in domestic deep water fields.

offshore pipeline；field joint；anticorrosion coating；modified/composite polyolefin

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.002

赵利（1982-），男，山西临汾人，工程师，2006年毕业于中国矿业大学矿物加工工程专业，现从事海底管道防腐、保温及配重技术研究工作。Email：Zhaoli2@cnooc.com.cn

2015-05-26；

2015-08-10