李玲杰  韓文禮  張彥軍  徐忠蘋  林竹  楊耀輝

中國石油集團工程技術研究院

 

熱收縮帶補口在工程施工中，由于工序、工藝、施工環境和水平的不同，其質量存在一些問題，嚴重影響了管道的使用壽命[1]。為此，在國內外長輸管道工程中，對已出現問題的補口進行修復并尋求更好的補口修復方式是解決補口質量問題的一個途徑[2]。近年來，管道補口領域呈現出多樣化發展趨勢，新型補口修復材料發展迅速，并且在實際工程中得以應用。正確使用補口修復方式和材料，提高施工質量，并對修復補口防腐層進行合理的開挖檢測，對整個管道的安全運行至關重要[3]。

1 埋地管道補口失效原因

1.1產品質量問題

主要表現在：一些產品尺寸不夠，熱老化指標不合格（包括國外品牌），拉伸強度不合格，有的甚至在烘烤過程中出現爆裂現象等。

1.2施工質量問題

在抽查的三種產品各2、3和5個補口（每個補口檢查鋼管和3PE防腐層各2處，共4處）的剝離強度中，分別有一處的剝離強度低于規范要求。從調查結果看，所調查的補口總體質量情況滿足施工規范要求，但每種材料的補口都存在剝離強度不合格的部位，顯然不是材料問題，而是施工存在問題，如圖1所示。

 

圖1 施工原因導致的補口失效

出現施工質量問題主要是由于手工操作，施工質量很大程度上受到操作人員技術水平和責任心的影響。

1.3在使用環境中失效

熱熔膠的性能是決定熱收縮帶補口有效性的關鍵。熱熔膠的粘結失效是指在土壤和管道運行工況條件的共同作用下熱收縮帶粘結性能的喪失，若無溶劑環氧底漆同時失效，則會造成補口失效。圖2為補口熱收縮帶在10點位置PE搭接處出現翹邊情況，剝除熱收縮帶后，發現無溶劑環氧底漆脫落嚴重，熱收縮帶與無溶劑環氧底漆同時失效導致管體腐蝕嚴重。

 

圖2  補口熱收縮帶翹邊及管體腐蝕情況

 

2 補口修復新材料和技術

為解決埋地管道補口失效問題，國內外管道外防腐層補口技術已經向多樣化方向發展，粘彈體膠帶、熱縮壓敏帶、無溶劑環氧涂層、機械化噴涂聚氨酯等材料開始應用于管道失效補口修復施工中。

2.1 “粘彈體+外護”防腐層

是將一種永不固化的粘彈性聚合物復合在聚乙烯薄膜上制成的冷纏膠帶，施工便捷，粘結良好。粘彈體膠帶由于自身的機械強度低，所以必須采用配套的外防護帶，以提高防腐層的整體機械強度，外護可采用熱縮壓敏帶、環氧玻璃鋼等。

2.2 無溶劑聚氨酯防腐層

低溫下可以施工、固化時間短、可配成彈性體或剛性體,一次涂敷厚度可達1.2mm，易補傷、有韌性、耐磨、抗沖擊、化學穩定性好。如對管體PE搭接部位進行表面極化處理，可提高聚氨酯補口涂層的粘結性能。

2.3 無溶劑環氧防腐層

主要以改性環氧樹脂為主要成膜物，可利用活性稀釋增韌劑實現無溶劑化，具有良好的粘接力、化學穩定性和機械性能。無溶劑環氧涂料應用于埋地管道補口修復在國外已經有10多年的歷史。

3 實驗室測試與評價

依據ISO 21809-3《石油天然氣工業管道輸送系統用埋地管道和水下管道外防腐層補口技術標準》，對不同類型埋地管道補口新材料的性能進行實驗室測試和評價。

3.1“粘彈體+外護”補口材料測試結果

實驗室測試結果見表1和圖3。 

 

圖3 “粘彈體+外護”結構實驗室測試結果

“粘彈體+外護”結構的測試項目達到性能指標要求，表現出良好的粘接性能和覆蓋性能。同時，這種結構有良好的耐干、耐濕熱老化性能，在50℃、0.5Mpa、28d強化熱水浸泡后的剝離強度值均未見明顯變化，且與PE粘結密封性能穩定。

3.2 無溶劑聚氨酯補口材料測試結果

實驗室測試結果見表2和圖4、圖5。

 

圖4 無溶劑聚氨酯涂層在不同溫度下（28d）的陰極剝離測試結果

 

圖5 無溶劑聚氨酯涂層對鋼/PE剝離強度測試結果

 

無溶劑聚氨酯涂料抗沖擊性能和陰極剝離性能達到指標要求，但粘接強度相對技術指標要求有所偏低。

3.3無溶劑環氧涂層補口材料測試結果

實驗室測試結果見表3和圖6、圖7。

 

圖6 無溶劑環氧涂層在不同溫度下（28d）的陰極剝離測試結果

 

圖7 無溶劑環氧涂層粘接強度測試結果

無溶劑環氧涂層的各項性能均達到預定技術指標的要求。

4 補口修復現場檢測

2011年～2013年，在西部某管道典型地段，采用粘彈體+熱縮壓敏帶/玻璃鋼外護、無溶劑環氧、噴涂聚氨酯、無溶劑環氧+外護等材料和結構進行了埋地管道補口防腐層新材料的現場試驗，選取若干補口進行了防腐層修復施工。2014年，對埋地管道試驗補口進行了開挖檢測，檢測項目包括補口防腐層外觀、粘接強度、剝離強度等。

4.1 “粘彈體+外護”補口檢測結果

檢測結果示例見圖8，評價結果見表4。

 

圖8 “粘彈體+外護”結構補口防腐層剝離強度檢測

開挖檢測結果表明：

分別經過埋地1年、3年、4年后，補口防腐層性能均未發生明顯變化，補口部位處于防腐層正常保護狀態。但補口防腐層對鋼管的附著力與現行標準（ISO 21809-3、Q/SY GJX 140-2012和SY/T 4106-2005）10MPa的要求相比，數值偏低。

4.2  噴涂聚氨酯補口檢測結果

檢測結果示例見圖9，評價結果見表5。

 

圖9  聚氨酯補口涂層拉拔附著力檢測結果

開挖檢測結果表明：
分別經過埋地1年、3年、4年后，補口防腐層性能均未發生明顯變化，補口部位處于防腐層正常保護狀態。但補口防腐層對鋼管的附著力與現行標準（ISO 21809-3、Q/SY GJX 140-2012和SY/T 4106-2005）10MPa的要求相比，數值偏低。

4.3 “無溶劑環氧+外護”補口檢測結果

檢測結果示例見圖10、圖11，評價結果見表6。

 

 

圖10 “無溶劑環氧+熱縮壓敏帶”補口防腐層性能檢測

 

圖11 “無溶劑環氧+環氧玻璃鋼”補口防腐層性能檢測

 

開挖檢測結果表明：

（1）2013年修復補口，經過1年后防腐性能無明顯變化，整體保護有效，但有的補口存在無溶劑環氧涂層厚度偏低的現象。

（2）2011年修復補口，經過3年后有1道口（1-1#）出現了外護熱縮壓敏帶下垂現象，外保護作用失效，但內層無溶劑環氧涂層未發生變色、起泡等老化現象。經檢測補口防腐層性能未發生明顯變化，內層環氧對鋼管的保護有效。

5 結論

（1）產品質量、施工質量和在使用環境中失效是導致埋地管道補口失效的主要原因。

（2）新型補口材料復合結構比單一結構更適合于3PE防腐層補口的修復，其在初始使用及埋地1年、3年、4年后防腐性能穩定。

（3）“粘彈體+外護”結構補口實驗室測試性能達到指標要求，現場開挖檢測結果表明，該種結構與3PE防腐層匹配性良好，適合于補口修復的單點作業。

（4）噴涂聚氨酯結構的現場施工機械化作業程度高，現場施工難度較大，防腐層現場檢測需待涂層固化后進行，較適合作為新建管道的補口，不適合補口修復的單點作業。

（5）“無溶劑環氧涂料+外護”補口結構對施工條件要求較高，可在機械化施工可行的管段使用。

參考文獻：

[1] 張自力,韓鐘琴,崔超,廖宇平,董彬.我國長輸管道熱收縮帶補口應用現狀與存在的問題[J].現代涂料與涂裝, 2010, 13(6): 64-66.

[2] 孫慶峰.3PE管道的防腐補口方式[J]. 2011, 30(4):305-307.

[3] 吳淑貞,馬金濮.管道防腐補口技術的進展及施工要求[J]. 2010, 13(3): 39-42.

[4] 張偉,蔡青青,張勇,周衛軍,張瑤.粘彈體防腐膠帶在管道環焊縫補口大修中的應用[J].管道技術與設備,2011(2): 42-44.

[5] 葉春艷,張鵬,賈世民,董彬,韓鐘琴,李海坤.PRISZCY熱縮壓敏帶在管道補口中的應用[J]. 2012, 38(4):51-52.

[6] 陳守平,顧玉佳,孫衛松. 3P E表面處理與雙層改性環氧涂層補口結構試驗[J].石油工程建設, 2012, 38(5):43-45.

[7]吳艷陽,郭生武,陳開勛.埋地鋼質管道補口材料的選擇[J].全面腐蝕控制, 2003, 17(3): 31-34.

作者：李玲杰， 1986年生，工程師， 2013年畢業于華中科技大學，研究生學歷，主要從事金屬材料腐蝕與防護科研及技術服務工作。

《管道保護》2017年第1期（總第32期）