天然气管道三层PE防腐层失效原因及防护措施
时间：2021-02-08 16:04:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本文根据现场实际施工的经验，阐述了三层PE防腐层失效的五种情况，分别是：第三方对三层PE防腐层的破坏；植物根系对三层PE防腐层的破坏；微生物对三层PE防腐层的破坏；三层PE防腐层和管体相分离；焊缝区三层PE防腐层应力开裂等等，在此基础上提出了保障防腐层本质安全、延长其寿命的四项措施。通过分析我们发现：要想保障天然气管道的本质安全，降低因管道防腐失效而导致的事故率，就必须充分重视管道三层PE防腐层的施工。
关键词：失效模式；天然气管道；三层PE防腐层
当前，我国的天然气工程发展迅速，在建设的过程中需要大量的大壁厚、高压力及大管径的钢质管道，因此我们必须充分重视埋地钢质管道的防护和腐蚀问题。通常情况下，我们主要使用三层PE防腐层来防护那些长距离的天然气输送管道。例如，西气东输管线、兰—成—渝的成品油管线、涩—宁—兰的输气管线、靖—西的输气管线、库—都输气管线、陕—京输气管线、中缅天然气管道等许多城市的燃气管网都使用了三层PE的防腐层技术。然而，三层PE防腐层存在严重的失效问题，出现这一问题的原因主要有第三方的破坏、生产三层PE防腐层时存在的产品缺陷及施工质量等等。在文中笔者分析了三层PE防腐层失效的具体情况，并提出了几点建议。希望本文的观点能为相关研究提供参考。
1 常见的几种天然气管道的三层PE防腐层的失效模式
当前对于天然气管道三层PE防腐层处理可供参考的国内外3PE相关标准及技术规格书主要包括，SY／T0413—2O02埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准，SY／T 0413-2005钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范，CSA Z245．21—2002钢管聚乙烯外涂层标准，CSA Z245.20～2O02钢管熔结环氧外涂层标准，ISO 21809．1—02石油天然气工业--用于管道输送系统的埋地和水下管道的外涂层第一部分，Q／SY GJX 0106-2007西气东输二线管道工程钢质管道三层结构聚乙烯防腐层技术规范（简称西二线）以及兰州一郑州一长沙管道工程（简称兰郑长）、川气东送管道工程（简称川气东送）和印度Reliance天然气管道工程（简称印度管道）的3PE技术规格书等。目前国内对于钢管表面涂装的要求（见表1），除行业标准外基本与国外相同，另外还增加了含盐量、灰尘度等指标要求。结合上述规范以及笔者自身的施工经验，总结了五种天然气管道的三层PE防腐层的失效模式，分别是第三方对三层PE防腐层的破坏；植物根系对三层PE防腐层的破坏；微生物对三层PE防腐层的破坏；三层PE防腐层和管体相分离；焊缝区三层PE防腐层应力开裂等等，具体情况见图l。
图1 三层PE防腐层失效模式
1.1 管体和三层PE防腐层出现剥离
通过总结多年来的现场施工经验，发现管体和三层PE防腐层间的剥离问题是埋地钢质天然气管道所存在的主要问题。主要存在三种类型的三层PE防腐层的剥离失效情况：一种是管体和三层PE防腐层出现剥离，管道腐蚀情况严重，管体表面没有环氧粉末，在三层PE底层不存在环氧粉末层；第二种是管体和环氧粉末层出现剥离，管体表面未出现腐蚀，表面光亮且不存在环氧粉末；第三种情况是管体和三层PE防腐层间的粘结力下降，有一层环氧粉末分布在管体表面。
之所以会出现管体和三层PE防腐层相互剥离的问题，主要是因为下述三个方面的原因：首先，由前处理引发的缺陷。在环氧粉末和钢管表面间由钢管表面污物形成了一层隔离物膜，使得没能在加热钢管界面和熔融环氧粉末间形成有效的粘接，造成了整体防腐层翘边的问题；其次，因加热条件所引起的翘边。由于钢管的加热温度未达到环氧粉末熔融所规定的温度标准，使得部分附着在钢管表面的环氧粉末，甚至是全部的环氧粉末都没能熔融，以致于化学键合与熔态浸润无法在钢管的基体表面完成。除此之外，在粉末颗粒度过大、不均及喷粉过厚的情况下钢管的加热温度即便是满足了规定，也会因为成型至冷却的时间间隔较短，造成粉末不能有效的熔融的问题；再次，因原料间的粘接造成的分层。层间的融合较差造成了分层，在材料的熔体强度过低且对焊道厚度的要求过高的情况下，需要降低聚乙烯的挤出温度，层间融合会因温度未达标而不能完全融合。由于大口径的钢管的蓄热量较大，在缠绕包覆之后很难冷却，因此只有在钢管线速度比较低的情况下才能完成加工，只有这样才能解决包覆层由于温度过高无法在短时里冷却下来的问题。为满足这一条件，在防腐层上后续传动轮会赶压出轮胎印，因此大口径钢管常会出现这一问题[1]。
有资料显示过去5年中全球三层聚烯烃结构涂层失效的研究发现，引起FBE层附着力降低的主要原因是涂层下呈圆形或半凹形的喷砂锚纹。同时，FBE涂层的典型涂装条件为角状喷砂锚纹，波峰与波谷的最小差值应为50 m。涂装质量检验中，国内外在检测项目和检测频次上有所不同。对于检测项目，国内外的主要差别在于，国外要求对冲击强度、压痕硬度进行抽样检测；在检测频次上，国外对锚纹深度、防腐层厚度、剥离强度和阴极剥离的检测频次要求比国内更严格，见表2。
1.2 焊缝区三层PE防腐层应力开裂
在三层PE防腐成型之后，直缝焊钢管或者是螺旋焊钢管的焊缝区常常会出现某一段甚至是全焊缝区的防腐层破裂的情况，三层PE防腐层也因此失效。导致失效的原因主要有两点，一是因为焊缝存在余高，在钢管上包敷由同高度、同宽度的膜口所挤出的熔态塑料时，和钢管区相比，焊缝区形成的防腐层比较薄，若焊缝余高比标准高，那么该厚薄比就会更加的严重。在塑料壁的厚薄程度不均的情况下，塑料层会出现环向本体强度较差的问题，薄弱环节因此也就出现应力开裂的问题，尤为严重的是在冷却成型的环节里，在薄区会积累因冷却收缩所出现的残余应力，也就是说，在焊缝区的防腐层本体里会集中出现残余应力。二是因为焊道的几何突变导致的焊缝余高，在加热条件相同时，钢基体的蓄热能力会受其厚度的影响，焊缝区和钢管区也就容易出现热容差，若在冷却条件下不能消除这些热容差，就会严重影响焊道区防腐层应力开裂。
