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作者：張毅   

  埋地管道在土壤中會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕， “天津港一華北石化原油管道工程”（又稱“津華線”）起點(diǎn)為天津港匯鑫油庫(kù)首站，終點(diǎn)為河北任丘合建站，管道沿線途經(jīng)天津市濱海新區(qū)、靜�？h，河北省黃驊市、青縣、大城縣、任丘市。線路全長(zhǎng)約188 km，設(shè)計(jì)輸量為700萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa。管道規(guī)格為Q508×7.1，管材一般段采用L415螺旋縫埋弧焊鋼管，穿越段采用L115直縫埋弧焊鋼管。原油管道為保溫管道，沿線的地形地貌比較復(fù)雜，經(jīng)過(guò)多處魚塘蝦池段，且管道穿跨越較多，優(yōu)良管道防腐層的選擇顯得尤為重要。

  埋地管道防腐涂層選用的原則是技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。從技術(shù)角度，一般管道外防腐涂層主要考慮以下因素：①物理和化學(xué)穩(wěn)定性高；②土壤應(yīng)力抵抗能力強(qiáng)；③良好的附著力；④耐抗擊能力；⑤抗陰極剝離能力；⑥防腐層的材料和施工工藝不應(yīng)對(duì)母材的性能產(chǎn)生不利影響；⑦防腐層損傷后易于修補(bǔ)。

  目前埋地管道外防腐涂層主要有石油瀝青、聚乙烯膠黏帶、環(huán)氧粉末和擠壓聚乙烯等防腐涂層。在實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用中這些涂層都存在一定的缺點(diǎn)，例如石油瀝青有污染，聚乙烯膠黏帶黏接力稍遜，環(huán)氧粉末機(jī)械強(qiáng)度低，擠壓聚乙烯防腐效果差。

  三層結(jié)構(gòu)熔結(jié)環(huán)氧／擠壓聚乙烯防腐層技術(shù)（又稱三層PE防腐層）開發(fā)于20世紀(jì)80年代，自20世紀(jì)90年代引入我國(guó)。由于防腐效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他涂層，三層PE防腐層目前已在管道防腐涂料中占據(jù)首要位置，許多國(guó)家重點(diǎn)工程均選用了三層PE作為埋地管道外防腐層，例如陜京輸氣管道及西氣東輸管線等。

1  三層PE特點(diǎn)

三層PE防腐涂層不僅用于陸地埋地管道使用，海洋埋地管道也主要采用三層PE作為防腐涂層。三層PE防腐涂層作為先進(jìn)的管道防腐技術(shù)，為管道的長(zhǎng)期安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持。三層PE防腐層的宏觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  如圖1所示，三層PE防腐涂層以環(huán)氧粉末涂料為底漆，以改性聚烯烴為中間層，以聚乙烯為面層。綜合了外層聚乙烯和內(nèi)層環(huán)氧粉末的優(yōu)點(diǎn)，既具有優(yōu)良的黏結(jié)性能和防腐性能，又具有優(yōu)良的耐水性能以及良好的機(jī)械強(qiáng)度。三層PE防腐層環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，而且不會(huì)污染環(huán)境和危害施工人員健康。

1.1  三層PE優(yōu)點(diǎn)

  (1)防腐性能好

  三層PE防腐層具有其他防腐層無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，高分子聚乙烯克服了石油瀝青等防腐層機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了環(huán)氧粉末防腐層吸水率高及抗外界機(jī)械損傷能力差的不足；環(huán)氧粉末與管道黏接力強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聚乙烯膠黏帶等涂層。

  (2)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定

  三層PE防腐層是工廠預(yù)制的，聚乙烯、膠黏劑、環(huán)氧粉末都是合成材料，從靜電技術(shù)噴涂環(huán)氧粉末到膠黏劑涂敷到聚乙烯層涂敷時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，所以三層PE涂層產(chǎn)品質(zhì)量有保證。

  (3)環(huán)境污染小

  在三層PE防腐層防腐廠的原料都是環(huán)保型產(chǎn)品，無(wú)有毒氣體和有害物質(zhì)的排放，而且工廠內(nèi)設(shè)置了防噪音裝置，不會(huì)危害生產(chǎn)人員的身體健康。

  (4)造價(jià)合理

  隨著三層PE防腐層使用范圍的擴(kuò)大和涂敷工藝的提高，涂敷成本也在不斷降低。目前國(guó)內(nèi)普通級(jí)三層PE防腐層每平方米報(bào)價(jià)約80元，加強(qiáng)級(jí)三層PE防腐層比普通級(jí)每平方米報(bào)價(jià)多10元左右。隨著造價(jià)的降低，三層PE防腐層的優(yōu)勢(shì)更加明顯，應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。

1.2  三層PE缺點(diǎn)

  (1)存在陰極保護(hù)屏蔽作用

  由于聚乙烯內(nèi)聚力大于其黏接力，而環(huán)氧粉末涂層其黏接力大于其內(nèi)聚力。所以一旦聚乙烯層破損，就會(huì)形成“鼓包”，造成陰極保護(hù)電流達(dá)不到管道表面，從而形成陰極保護(hù)屏蔽。

  (2)環(huán)焊縫補(bǔ)口缺陷

  目前，三層PE管道補(bǔ)口主要采用帶環(huán)氧底漆的熱收縮帶，與管體三層PE主涂層防腐性能存在差異，使得管道環(huán)焊縫處往往成為管道腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。

2  三層PE結(jié)構(gòu)分析

圖2從微觀角度描述了三層PE防腐層的3種組分的具體化學(xué)成分。

  環(huán)氧粉末底漆通過(guò)化學(xué)鍵與管道黏接在一起，由此發(fā)揮防腐作用；膠黏劑起的是“橋梁”的作用，將易極化的環(huán)氧粉末與不極化的聚乙烯結(jié)合在一起，充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì)；聚乙烯憑借其優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊以及耐化學(xué)侵蝕等性能阻擋外界電解質(zhì)。只有這三者組成一個(gè)密不可分的整體，才能發(fā)揮最佳的防腐效果。

2.1環(huán)氧粉末

如圖3所示，三層PE防腐層中的熔結(jié)環(huán)氧粉末一般是由高分子質(zhì)量的雙酌A型環(huán)氧樹脂和含酚羥基的固化劑樹脂反應(yīng)而得，有時(shí)為了增強(qiáng)防腐性能，還加入一些酚醛型環(huán)氧樹脂。

  環(huán)氧粉末具有高附著力及良好的抗陰極剝離性能，三層PE防腐層中，真正起到防腐作用的就是環(huán)氧粉末，其性能好壞直接影響到三層PE防腐層的防腐效果，所以它的厚度一般不低于120um。

2.2膠黏劑

如圖4所示，三層PE防腐層中的膠黏劑層一般是由馬來(lái)酸酐與聚乙烯反應(yīng)的聚合物。在三層PE防腐層中，膠黏劑起到了“橋梁”的作用，可以將熔接環(huán)氧粉末和聚乙烯連接在一起。膠黏劑之所以能夠?qū)⑷劢迎h(huán)氧粉末和聚乙烯黏結(jié)在一起，一方面是由于它結(jié)構(gòu)中含有能夠與環(huán)氧粉末發(fā)生反應(yīng)的極性集團(tuán)；另一方面，膠黏劑與聚乙烯為同種材料，在熔融狀態(tài)下它們可以互相熔合。

2.3聚乙烯

圖5是聚乙烯的典型結(jié)構(gòu)，聚乙烯與鋼鐵沒有附著力，它耐水，不極化。為了提高聚乙烯的抗老化性能及抗環(huán)境應(yīng)力開裂性能，通常在聚乙烯材料中加入碳黑、抗氧劑等助劑。根據(jù)分子質(zhì)量的不同，聚乙烯可分為低密度型、中密度型和高密度密度型3類，應(yīng)用較多的是中密度型和高密度型。低密度聚乙烯容易造成應(yīng)力腐蝕開裂，而且低密度聚乙烯三層PE涂層有時(shí)表面看上去良好，但是下面已經(jīng)腐蝕了。目前國(guó)內(nèi)認(rèn)為聚乙烯防腐層的最高使用溫度為70℃。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為高密度聚乙烯防腐層的最高使用溫度為800C，超過(guò)此溫度時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用其他涂層。

3結(jié)語(yǔ)

鑒于三層PE防腐層的整體性能以及環(huán)氧粉末的耐腐蝕性能，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，本工程最終的設(shè)計(jì)是在不同的地段采用不同的涂層，以充分發(fā)揮相應(yīng)涂層的優(yōu)點(diǎn)。在魚塘蝦池段采用吸水率低的普通級(jí)三層PE防腐層，定向鉆穿越段管道采用耐劃傷的加強(qiáng)級(jí)三層PE防腐層，在其余一般地段管道采用了耐腐蝕的加強(qiáng)級(jí)熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層。

4摘要：從天津港一華北石化原油管道工程管道防腐涂層的選擇出發(fā)，介紹了埋地管道三層PE防腐涂層的特點(diǎn)，分析了埋地管道三層PE防腐涂層各部分的化學(xué)組成。指出埋地管道三層PE中，環(huán)氧粉末起主要防腐作用，聚乙烯層的作用是阻擋外界介質(zhì)，膠黏劑是“橋梁”，可以將熔接環(huán)氧粉末和聚乙烯有機(jī)連接在一起。最終，項(xiàng)目在特殊地段選擇了三層PE防腐層，在一般地段選擇了環(huán)氧粉末防腐層。