防腐材料和補口技術的現狀及應周發展分析

姚文燕1，王  雷2

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

    隨著我國管道技術的發展，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、環氧粉末、聚烯烴三層復合結構防腐涂層)。防腐涂層在不同時期的應用狀況、結構性質、涂敷工藝、防腐效果各不相同，只有合理使用才能達到質量、壽命與經濟的最佳配合。雖然防腐涂層實現了標準化，某些技術已達到國外先進標準，但與國外相比，防腐層在設計應用、材料品質和補口技術等方面還存在一定差距。

1.我國管道防腐技術的特點與應用現狀

    (1)采用涂層隔離防護與陰極保護相結合的工藝進行防腐；(2)防腐涂層一般在防腐廠集中預制和現場補口補傷，施工機械化程度高，效率高，質量穩定；(3)從防腐涂層的應用現狀看，長輸管道和油田內部集輸管道防腐材料多為熔接環氧粉末、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，國家重點工程采用聚烯烴三層復合結構涂層；(4)補口補傷材料及結構應與主體防腐層相一致，補口補傷后應達到主體防腐層的各項性能指標，其施工及驗收實行監理制。

2.管道防腐材料的發展趨勢和展望

    2.1 防腐材料的發展趨勢

    九十年代后期，熔接環氧粉末(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氧也少量使用。由熔接環氧粉末和聚乙烯發展而來的三層聚乙烯逐步代替煤焦油瓷漆(九十年代)，目前國外防腐層發展趨勢是改進三層結構，在雙層熔接環氧粉末結構上下功夫，例如，在熔接環氧粉末表面采用液態聚氨脂或改性環氧樹脂，改性的目的是防止在吊裝、敷設，穿越道路及河流等各工序中發生損壞。最近有一種被稱為“粗糙防腐層”的新材料，用在熔接環氧粉末和聚烯烴防腐層的外部(防止管道運輸中的滑移)，或用于混凝土加強層前的管道防腐。據美國l997年統計，各種防腐層按面積計算所占比例為：熔接環氧粉末39．12％，擠塑聚乙烯49．27％，煤焦油瓷漆為6．94％，瀝青瓷漆為0．33％，煤焦油環氧0．8％，其它3．54％。

    2.2防腐材料的技術展望

    業內專家認為，高性能合成樹脂、顏料、填料防腐材料應著重發展。(1)樹脂、氟樹脂，尤其是溶劑型氟烯烴共聚樹脂的開發，是今后解決氯堿、農藥、硫酸行業苛刻環境中腐蝕的有效途徑之一，對氟涂料的研究，要注重配套問題；聚苯硫醚(PPS)、改性酚醛樹脂等能有效防護較高溫度的強腐蝕，值得進一步開發與應用；互穿聚合物網絡(IPN)共混技術是大分子層次上的設計，能獲得綜合性能優良的合成樹脂，可帶銹涂裝，在酸堿鹽等苛刻環境中應用，并取得很好的防護效果；(2)顏料，低毒或無毒長效防銹顏料是當前開發的一大熱點，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境成功應用的重要保證，同時注重對功能性涂層填料的開發，使吸收滲入涂層中的腐蝕介質后膨脹，增加涂層的緊密性。現在已研究出有機聚合物改性的聚硅氧烷涂料(環氧聚硅氧烷涂料和丙烯酸聚硅氧烷涂料)。日本生產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生反應，形成一層薄薄的膜，從而使鐵銹穩定；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，又降低成本。俄羅斯研制出一種適合金屬結構材料防腐用的環氧棉籽酚防腐油漆，該油漆內含氯離子和硫酸根離子不超過30gL，其成分包括環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℃下干燥需時不超過一晝夜，同時，該漆還可提高金屬的硬度及抗彎強度。

    隨著能源政策調整，長輸管線建設在我國將很快形成高潮，防腐技術必呈現出新需求：第一、財政和認識水平等多方面因素，價格昂貴的防腐涂料的應用必受局限，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，急需加強在這方面的研究工作；第二、國內管道常以涂層防腐為主，陰極保護為輔，甚至有些未采取陰極保護技術，隨著對陰極保護作用認識的深入和該技術的逐步完善，勢必出現兩者并重的新局面，從而大大提高管道運行壽命；第三、工程建設監理制引入管道防腐設計、原材料供應及施工招標、施工過程等階段，將有助于優化方案設計，減少甚至避免設計失誤，確保防腐工程質量。因而我們應抓好防腐材料的研發和應用。

3.防腐層補口技術的新發展

    3.1熔接環氧粉末補口技術

    國外該補口技術已向多樣化方向發展，如液態環氧、聚氨酯、冷纏帶和收縮套用于熔接環氧粉末防腐層補口，對于三層(熔接環氧粉末)防腐層補口，關鍵技術在與管體聚烯烴的粘結上。經試驗研究，目前已開發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種補口技術，它們在結構上都以熔接環氧粉末作為第一層，并在該粉末膠化期間噴射絮狀的聚丙烯共聚物與其粘結，最后涂外保護層，尤以火焰噴射聚丙烯共聚物最常用。

    3.2熔接接頭技術

    對于二層或三層聚乙烯防腐層補口，國外研究了一種新方法(稱熔接接頭保護結構)，它將夾克層緊貼管表面，用加熱元件加熱夾克，使補口夾克和管體上的夾克熔融在一起，該結構具有機械強度好，密封性能好，耐磨等特點，可用于定向鉆和沙漠土壤應力大的環境里。

    3.3液態材料補口技術

    當采用傳統的熱收縮套和三層材料補口時，陰極屏蔽很重要，有調查資料指出，熱收縮施工合格率只有50％，對全部采用熱收縮套補口的一條長3"70 km的煤焦油瓷漆防腐管道和長llo km的三層聚乙烯防腐管道進行了調查，結果表明，有漏點的補口高達80％，由于補口失敗，導致管道嚴重腐蝕。而液體材料補口可避免此類問題，液體補口是國外一種較新技術，發展很快，主要有液態環氧和聚氨酯兩種補口。

    3.4三層聚烯烴補口

    采用該種補口時，主要考慮材料與管體防腐層的相融，故需用專用補口技術，據報道英國PIH公司已開發了三層聚丙烯補口，先在管道表面涂一層250¨m厚熔接環氧粉末后，再涂一層200um厚化學改性聚丙烯粉末，最后把預先制備的300 mm寬的聚丙烯復合帶貼到接口處并用擠壓鉗夾緊。

4.選擇防腐涂層時應考慮的因素及工程應用

    埋地管道腐蝕主要是土壤腐蝕、細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，良好的機械性能(抗沖擊強度、粘結性等)和穩定性(耐酸性、耐水性、耐熱性等)，同時考慮涂層破損時易于修補。進行外涂層選擇時，應充分考慮鋼管外表面預處理，防腐層的粘結性、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的相容性等的影響，因此應先對管線的腐蝕環境進行調查分析，選擇適宜的防腐材料及結構，進行必要的實驗。在充分考慮技術可行性、經濟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，當溫度升高時單層熔接環氧粉末對附著力和陰極剝離的增加較敏感，而雙層熔接環氧粉末防腐層在高溫條件下表現出較好性能，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，故對陰極保護電流不會產生屏蔽作用。熔接環氧粉末為熱固性塑料涂層，六十年代開始被應用于管道防腐技術中。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。后經多次改進配方和涂敷工藝，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，在溫度達到60℃時會出現陰極剝離超標，不能使用；在現場的土壤應力試驗中，膠帶防腐層的土壤應力性能較低，在有土壤應力的環境中不宜使用，高溫沙漠地區不宜使用。在東北輸油管道防腐層大修中廣泛應用。

    4.3多層結構防腐層

    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環氧煤瀝青

    附著力好，抗沖擊性能低，抗陰極剝離能力較強，吸水率低，在熱水浸泡下性能相對較好，但在試驗時(如固化時間長，針孔多，面積電阻低等)體現不出來；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，由東化防腐公司現場施工將石油瀝青層清除掉，涂敷環氧煤瀝青特強級防腐層，至今完好；②秦皇島東方石油有限公司1994年建油庫，填海區的地下管道、壓倉污水管道和棧橋管線，均選用環氧煤瀝青涂層內外防腐，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用，其施工涂層外觀平整光滑，涂層連續完整，附著力好，取得了很好的經濟效益和社會效益。

    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。

5.結  語

    應用防腐層的目的決定了對其性能的要求，其基本性能(粘結力、抗微生物侵蝕、機械性能、吸水性、陰極剝離等)的檢測多數是在防腐層制作過程中進行的，因短期的試驗不能預測出管道在各種環境下長期使用可能出現的各種問題，且不同類防腐層厚度相差較大，涂層的防護效果受諸多因素動態作用，對它們的試驗方法和結果也存在差異，因此工程實踐經驗是非常寶貴的佐證材料，應非常重視；另外，還應加快對防腐技術的研究投入，促進防腐材料和補口技術的發展，提高我國的防腐技術水準。

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(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)