陜西土木建筑網(wǎng)首頁 > 學(xué)術(shù)研究 > 課題研究 > 防腐材料和補(bǔ)口技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)周發(fā)展分析

摘要：以我國管道防腐技術(shù)現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，著重論述了防腐材料和補(bǔ)口技術(shù)的發(fā)展新動(dòng)向，提出了選用防腐涂層應(yīng)注意考慮的因素，應(yīng)在對(duì)管線的腐蝕環(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析后選擇適宜的防腐材料及結(jié)構(gòu)，并在充分考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性及施工可操作性后提出具體防腐方案；此外，還列出了部分涂層的技術(shù)性能，以供防腐涂層設(shè)計(jì)選用。...

防腐材料和補(bǔ)口技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)周發(fā)展分析

姚文燕1，王  雷2

(1．浙江飛耀建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江杭州310007；2．浙江泛海建設(shè)投資有限公司，浙江杭州310007)

    隨著我國管道技術(shù)的發(fā)展，已逐步形成一套適合國情的管道防腐體系(煤焦油瓷漆、石油瀝青、環(huán)氧粉末、聚烯烴三層復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層)。防腐涂層在不同時(shí)期的應(yīng)用狀況、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、涂敷工藝、防腐效果各不相同，只有合理使用才能達(dá)到質(zhì)量、壽命與經(jīng)濟(jì)的最佳配合。雖然防腐涂層實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，某些技術(shù)已達(dá)到國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，但與國外相比，防腐層在設(shè)計(jì)應(yīng)用、材料品質(zhì)和補(bǔ)口技術(shù)等方面還存在一定差距。

1.我國管道防腐技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用現(xiàn)狀

    (1)采用涂層隔離防護(hù)與陰極保護(hù)相結(jié)合的工藝進(jìn)行防腐；(2)防腐涂層一般在防腐廠集中預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口補(bǔ)傷，施工機(jī)械化程度高，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定；(3)從防腐涂層的應(yīng)用現(xiàn)狀看，長(zhǎng)輸管道和油田內(nèi)部集輸管道防腐材料多為熔接環(huán)氧粉末、三層聚乙烯和少量的煤焦油瓷漆，非主要管道防腐涂層仍為石油瀝青類，城市供水、供氣管道防腐材料則一般多采用環(huán)氧煤瀝青和膠帶、煤焦油瀝青(瓷漆)、石蠟、石油瀝青、膠帶、夾克、瀝青玻璃布涂層，國家重點(diǎn)工程采用聚烯烴三層復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層；(4)補(bǔ)口補(bǔ)傷材料及結(jié)構(gòu)應(yīng)與主體防腐層相一致，補(bǔ)口補(bǔ)傷后應(yīng)達(dá)到主體防腐層的各項(xiàng)性能指標(biāo)，其施工及驗(yàn)收實(shí)行監(jiān)理制。

2.管道防腐材料的發(fā)展趨勢(shì)和展望

    2.1 防腐材料的發(fā)展趨勢(shì)

    九十年代后期，熔接環(huán)氧粉末(FBE)和三層聚乙烯(PE)兩種防腐層逐漸成為主流，而新型防腐材料三層環(huán)氧也少量使用。由熔接環(huán)氧粉末和聚乙烯發(fā)展而來的三層聚乙烯逐步代替煤焦油瓷漆(九十年代)，目前國外防腐層發(fā)展趨勢(shì)是改進(jìn)三層結(jié)構(gòu)，在雙層熔接環(huán)氧粉末結(jié)構(gòu)上下功夫，例如，在熔接環(huán)氧粉末表面采用液態(tài)聚氨脂或改性環(huán)氧樹脂，改性的目的是防止在吊裝、敷設(shè)，穿越道路及河流等各工序中發(fā)生損壞。最近有一種被稱為“粗糙防腐層”的新材料，用在熔接環(huán)氧粉末和聚烯烴防腐層的外部(防止管道運(yùn)輸中的滑移)，或用于混凝土加強(qiáng)層前的管道防腐。據(jù)美國l997年統(tǒng)計(jì)，各種防腐層按面積計(jì)算所占比例為：熔接環(huán)氧粉末39．12％，擠塑聚乙烯49．27％，煤焦油瓷漆為6．94％，瀝青瓷漆為0．33％，煤焦油環(huán)氧0．8％，其它3．54％。

    2.2防腐材料的技術(shù)展望

    業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，高性能合成樹脂、顏料、填料防腐材料應(yīng)著重發(fā)展。(1)樹脂、氟樹脂，尤其是溶劑型氟烯烴共聚樹脂的開發(fā)，是今后解決氯堿、農(nóng)藥、硫酸行業(yè)苛刻環(huán)境中腐蝕的有效途徑之一，對(duì)氟涂料的研究，要注重配套問題；聚苯硫醚(PPS)、改性酚醛樹脂等能有效防護(hù)較高溫度的強(qiáng)腐蝕，值得進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用；互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)共混技術(shù)是大分子層次上的設(shè)計(jì)，能獲得綜合性能優(yōu)良的合成樹脂，可帶銹涂裝，在酸堿鹽等苛刻環(huán)境中應(yīng)用，并取得很好的防護(hù)效果；(2)顏料，低毒或無毒長(zhǎng)效防銹顏料是當(dāng)前開發(fā)的一大熱點(diǎn)，如改性磷酸鋅防銹性能可和鉻酸鋅相比，而三聚磷酸鋁，鐵酸鹽，偏硼酸鹽，鉬酸鹽也有很好的防護(hù)性能；(3)填料，鱗片狀填料(玻璃鱗片，不銹鋼鱗片)是重腐蝕涂料在苛刻環(huán)境成功應(yīng)用的重要保證，同時(shí)注重對(duì)功能性涂層填料的開發(fā)，使吸收滲入涂層中的腐蝕介質(zhì)后膨脹，增加涂層的緊密性。現(xiàn)在已研究出有機(jī)聚合物改性的聚硅氧烷涂料(環(huán)氧聚硅氧烷涂料和丙烯酸聚硅氧烷涂料)。日本生產(chǎn)出了一種新型防腐蝕涂料，將該涂料涂在生銹的金屬物體表面后，涂料中的特殊樹脂就與鐵鎂產(chǎn)生反應(yīng)，形成一層薄薄的膜，從而使鐵銹穩(wěn)定；此外，薄膜還能隔絕空氣，防止金屬被氧化，使用該涂料不必先清除金屬物體表面鐵銹，可省工省時(shí)，又降低成本。俄羅斯研制出一種適合金屬結(jié)構(gòu)材料防腐用的環(huán)氧棉籽酚防腐油漆，該油漆內(nèi)含氯離子和硫酸根離子不超過30gL，其成分包括環(huán)氧樹脂和棉籽酚胺固化劑，漆中加入各種顏料，該漆可耐溫40℃，可涂刷，噴刷或輥刷，涂層在20℃下干燥需時(shí)不超過一晝夜，同時(shí)，該漆還可提高金屬的硬度及抗彎強(qiáng)度。

    隨著能源政策調(diào)整，長(zhǎng)輸管線建設(shè)在我國將很快形成高潮，防腐技術(shù)必呈現(xiàn)出新需求：第一、財(cái)政和認(rèn)識(shí)水平等多方面因素，價(jià)格昂貴的防腐涂料的應(yīng)用必受局限，綜合性能好、成本低廉、使用方便、易于推廣的新材料和新工藝則受歡迎，急需加強(qiáng)在這方面的研究工作；第二、國內(nèi)管道常以涂層防腐為主，陰極保護(hù)為輔，甚至有些未采取陰極保護(hù)技術(shù)，隨著對(duì)陰極保護(hù)作用認(rèn)識(shí)的深入和該技術(shù)的逐步完善，勢(shì)必出現(xiàn)兩者并重的新局面，從而大大提高管道運(yùn)行壽命；第三、工程建設(shè)監(jiān)理制引入管道防腐設(shè)計(jì)、原材料供應(yīng)及施工招標(biāo)、施工過程等階段，將有助于優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，減少甚至避免設(shè)計(jì)失誤，確保防腐工程質(zhì)量。因而我們應(yīng)抓好防腐材料的研發(fā)和應(yīng)用。

3.防腐層補(bǔ)口技術(shù)的新發(fā)展

    3.1熔接環(huán)氧粉末補(bǔ)口技術(shù)

    國外該補(bǔ)口技術(shù)已向多樣化方向發(fā)展，如液態(tài)環(huán)氧、聚氨酯、冷纏帶和收縮套用于熔接環(huán)氧粉末防腐層補(bǔ)口，對(duì)于三層(熔接環(huán)氧粉末)防腐層補(bǔ)口，關(guān)鍵技術(shù)在與管體聚烯烴的粘結(jié)上。經(jīng)試驗(yàn)研究，目前已開發(fā)出熔接聚丙烯聚合物，擠塑聚丙烯片，火焰噴射聚丙烯共聚物，注模聚丙烯和合成擠壓聚丙烯帶5種補(bǔ)口技術(shù)，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都以熔接環(huán)氧粉末作為第一層，并在該粉末膠化期間噴射絮狀的聚丙烯共聚物與其粘結(jié)，最后涂外保護(hù)層，尤以火焰噴射聚丙烯共聚物最常用。

    3.2熔接接頭技術(shù)

    對(duì)于二層或三層聚乙烯防腐層補(bǔ)口，國外研究了一種新方法(稱熔接接頭保護(hù)結(jié)構(gòu))，它將夾克層緊貼管表面，用加熱元件加熱夾克，使補(bǔ)口夾克和管體上的夾克熔融在一起，該結(jié)構(gòu)具有機(jī)械強(qiáng)度好，密封性能好，耐磨等特點(diǎn)，可用于定向鉆和沙漠土壤應(yīng)力大的環(huán)境里。

    3.3液態(tài)材料補(bǔ)口技術(shù)

    當(dāng)采用傳統(tǒng)的熱收縮套和三層材料補(bǔ)口時(shí)，陰極屏蔽很重要，有調(diào)查資料指出，熱收縮施工合格率只有50％，對(duì)全部采用熱收縮套補(bǔ)口的一條長(zhǎng)3"70 km的煤焦油瓷漆防腐管道和長(zhǎng)llo km的三層聚乙烯防腐管道進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，有漏點(diǎn)的補(bǔ)口高達(dá)80％，由于補(bǔ)口失敗，導(dǎo)致管道嚴(yán)重腐蝕。而液體材料補(bǔ)口可避免此類問題，液體補(bǔ)口是國外一種較新技術(shù)，發(fā)展很快，主要有液態(tài)環(huán)氧和聚氨酯兩種補(bǔ)口。

    3.4三層聚烯烴補(bǔ)口

    采用該種補(bǔ)口時(shí)，主要考慮材料與管體防腐層的相融，故需用專用補(bǔ)口技術(shù)，據(jù)報(bào)道英國PIH公司已開發(fā)了三層聚丙烯補(bǔ)口，先在管道表面涂一層250¨m厚熔接環(huán)氧粉末后，再涂一層200um厚化學(xué)改性聚丙烯粉末，最后把預(yù)先制備的300 mm寬的聚丙烯復(fù)合帶貼到接口處并用擠壓鉗夾緊。

4.選擇防腐涂層時(shí)應(yīng)考慮的因素及工程應(yīng)用

    埋地管道腐蝕主要是土壤腐蝕、細(xì)菌腐蝕和雜散電流腐蝕，以土壤腐蝕為最主要，引起該腐蝕的主要因素有土壤的電阻率和酸堿度及濕度、土壤中的氧、微生物等，針對(duì)這些因素，要求外防腐層必須具備良好電絕緣性和一定的耐陰極剝離能力，良好的機(jī)械性能(抗沖擊強(qiáng)度、粘結(jié)性等)和穩(wěn)定性(耐酸性、耐水性、耐熱性等)，同時(shí)考慮涂層破損時(shí)易于修補(bǔ)。進(jìn)行外涂層選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮鋼管外表面預(yù)處理，防腐層的粘結(jié)性、涂層厚度、抗剝離性能、抗沖擊性能、水滲透性、工作溫度、涂敷工藝、微生物侵蝕及陰極保護(hù)的相容性等的影響，因此應(yīng)先對(duì)管線的腐蝕環(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析，選擇適宜的防腐材料及結(jié)構(gòu)，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)。在充分考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性及施工的可操作性后提出防腐方案。以下列出一些防腐層的特性。

    4.1熔接環(huán)氧粉末防腐層

    有極好的附著力，低陰極剝離值，較高的抗沖擊性和低吸水性，當(dāng)溫度升高時(shí)單層熔接環(huán)氧粉末對(duì)附著力和陰極剝離的增加較敏感，而雙層熔接環(huán)氧粉末防腐層在高溫條件下表現(xiàn)出較好性能，其吸水率雖隨溫度升高而增加，但仍處于可接受的范圍。因防腐層的吸水率較高，故對(duì)陰極保護(hù)電流不會(huì)產(chǎn)生屏蔽作用。熔接環(huán)氧粉末為熱固性塑料涂層，六十年代開始被應(yīng)用于管道防腐技術(shù)中。1971年用于阿拉斯加大口徑輸油管道工程，采用的是高壓靜電噴涂工藝技術(shù)。后經(jīng)多次改進(jìn)配方和涂敷工藝，七十年代后期在美國和加拿大得到廣泛應(yīng)用。

    4.2膠帶防腐層

    有較高的抗沖擊性，低吸水率，中高陰極剝離和適中的附著力值，在溫度達(dá)到60℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)陰極剝離超標(biāo)，不能使用；在現(xiàn)場(chǎng)的土壤應(yīng)力試驗(yàn)中，膠帶防腐層的土壤應(yīng)力性能較低，在有土壤應(yīng)力的環(huán)境中不宜使用，高溫沙漠地區(qū)不宜使用。在東北輸油管道防腐層大修中廣泛應(yīng)用。

    4.3多層結(jié)構(gòu)防腐層

    具有較高的附著力和抗沖擊性，低陰極剝離值和低吸水率，熱水浸泡下有良好的性能，浸泡后仍能保持較好的附著力。

    4.4環(huán)氧煤瀝青

    附著力好，抗沖擊性能低，抗陰極剝離能力較強(qiáng)，吸水率低，在熱水浸泡下性能相對(duì)較好，但在試驗(yàn)時(shí)(如固化時(shí)間長(zhǎng)，針孔多，面積電阻低等)體現(xiàn)不出來；①大港油田q3529 mm輸氣管線，從千米橋到壓氣站共20 km，原采用石油瀝青防腐層，因不耐海灘地的鹽堿腐蝕，僅三年就失去了防腐作用。1986年，由東化防腐公司現(xiàn)場(chǎng)施工將石油瀝青層清除掉，涂敷環(huán)氧煤瀝青特強(qiáng)級(jí)防腐層，至今完好；②秦皇島東方石油有限公司1994年建油庫，填海區(qū)的地下管道、壓倉污水管道和棧橋管線，均選用環(huán)氧煤瀝青涂層內(nèi)外防腐，至今完好；③山東大家洼堿廠(濰坊堿廠)1996年建廠初期，地下管線及油罐罐底采用環(huán)氧煤瀝青冷纏帶。

    4.5聚氨酯

    有較高的抗沖擊性，低附著力，高陰極剝離值，低吸水率，熱水浸泡性能較差；聚氨酯防腐涂料在大港油田的港滄輸氣管線大修工程、天津賓西立交橋穿越管線防腐工程中成功應(yīng)用，其施工涂層外觀平整光滑，涂層連續(xù)完整，附著力好，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    4.6擠塑聚乙烯

    有較好的附著力，較好的抗沖擊性，較低吸水率，熱水浸泡下性能較差，在可接受的陰極剝離值內(nèi)。

5.結(jié)  語

    應(yīng)用防腐層的目的決定了對(duì)其性能的要求，其基本性能(粘結(jié)力、抗微生物侵蝕、機(jī)械性能、吸水性、陰極剝離等)的檢測(cè)多數(shù)是在防腐層制作過程中進(jìn)行的，因短期的試驗(yàn)不能預(yù)測(cè)出管道在各種環(huán)境下長(zhǎng)期使用可能出現(xiàn)的各種問題，且不同類防腐層厚度相差較大，涂層的防護(hù)效果受諸多因素動(dòng)態(tài)作用，對(duì)它們的試驗(yàn)方法和結(jié)果也存在差異，因此工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是非常寶貴的佐證材料，應(yīng)非常重視；另外，還應(yīng)加快對(duì)防腐技術(shù)的研究投入，促進(jìn)防腐材料和補(bǔ)口技術(shù)的發(fā)展，提高我國的防腐技術(shù)水準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡傳忻，宋幼慧．涂層技術(shù)原理及應(yīng)用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000．

[2]葉揚(yáng)祥等．涂裝技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，l998．[3]  張淑敏，田金鵬．編譯自Pipeline coating overview Pipeline Digest [J]．國外油田工程，l998(3)：l5—16．

[4]王玉梅，李莉．90年代國內(nèi)外管道外防腐層技術(shù)[J]．油氣運(yùn)輸，l997(9)：22—28．

[5]李國萊，張慰盛等．重防腐蝕涂料[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社    1999．

[6]郭生武．補(bǔ)口材料對(duì)埋地管道外防腐層完整性的影響[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)．2003(22)：11．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 房地產(chǎn)設(shè)計(jì)企業(yè)知識(shí)服務(wù)創(chuàng)新模式研究

下一篇： SMW工法在復(fù)雜環(huán)境深基坑圍護(hù)工程中的應(yīng)用