管道外防腐层的国内外现状与发展趋势

1、管道外防腐层的国内外现状与发展趋势摘要：简要介绍油气管道外防腐层的发展简史，国外 3PE防腐技术的开发、 应用以及我国 3PE防腐设备的引进、 吸收、国产化的发展过程和在石油天然气管道建设中的使用情况。阐述了干线管道涂层、站场管道涂层、管道涂层补口、管道涂层修复、管道内涂层的国内外现状，以及新型防腐涂层的发展趋势。关键词：油气长输管线防腐涂层 3PE FBE3LPE一 发展简史20世纪 80年代初 , 德国曼内斯曼公司推出了该公司研究所与巴斯夫化学工业公司共同研制的 3层结构聚烯烃防腐涂层 (MAPEC结构 ), 该防腐层集中了熔结环氧粉末 (FBE) 和挤压聚烯烃涂层的性能优势 , 克服了两

2、种涂层单独使用时性能上的不足。它首先在欧洲广泛应用，深受用户好评，是使用最多的管线涂层体系。在北美，有关学者指出， 熔结环氧涂层在近期内将继续占有主导地位， 但是会举荐与改进的挤压聚烯烃涂层体系和多涂层体系（环氧粉末 - 挤压聚烯烃体系）分享管线防腐市场。中国石油天然气集团公司于 1994年夏决定引进 3PE 涂敷作业和涂敷技术，用于即将开工的陕京输气管道和库鄯输油管道的外防腐涂层。 同年 12月，由中石油基建局、管道局、四川石油设计院、西北管到指挥部专家联合组团赴美国、意大利、土耳其等国考察 3PE 涂敷作业线。 1995年 5月，由辽河油建一公司负责招标从加拿大根劳公司引进了我国第一条 3

3、PE涂敷作业线。 1996年初投入正常生产。1996年意大利索克萨姆公司与哈尔滨塑料六厂合资建设的朔州防腐厂经改造于 5 月投入正常生产。西北管道指挥部与港商合资从荷兰引进的 3PE涂敷作业线，于1996年在宝鸡亚东防腐公司建成投产，至此， 3PE防腐在中国得到关注和应用。从涩宁兰管道建设开始，通过招标，加之 3PE防腐材料全部国产化， 3PE防腐的预制价格大幅下降， 从此开始了国内 3PE防腐广泛应用的时代， 迄今已有 20000KM 埋地钢管外防腐采用 3PE防腐涂层。目前国内已有数十条 3PE涂敷作业线，具有加工 25-2800mm钢管 3PE涂层的能力，加工方式既有缠绕式，也有圆模包覆

4、式。缠绕式分上缠绕和下缠绕；圆模包覆式中，负压包覆已在一些作业线上使用， 较好地解决了焊缝两侧的空洞问题。随着 3PE涂层在国内大规模的推广使用，与之配套的补口材料也迅速发展。从采用 3PE防腐初期的陕京管道、库鄯管道进口国外辐射教练聚乙烯热缩带，发展到西气东输工程和陕京二线工程以及国产辐射交联三层结构、辐射交联热缩套、 热缩带为主，国外进口为辅局面。知名国内热缩材料厂家生产的反应型热熔胶的3层结构补口带，除热性能不如3PE 外，其它性能已接近 3PE。且以解决热缩带固定片滑移问题， 一经粘上， 热缩带完全可以与热缩套一样周向均匀烘烤，不用担心固定片下发生滑移， 彻底解决了热缩套发生的被割盗、

5、内层热熔胶被污染的问题。二 发展现状目前，埋地长输油气管道采用防腐涂层和阴极保护联合的方式进行防腐蚀保护，管道涂层作为管道腐蚀与防护的关键技术之一， 已发展了半个多世纪， 目前仍属于全世界范围内的研究热点。 管道涂层保护主要是利用具有良好绝缘性、 抗渗透性、抗冲击性等性能的防腐涂层， 阻止周围环境中的水分、 氧及腐蚀性介质进入，从而达到防腐蚀的目的。它先后经历了石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、二层结构聚乙烯、熔结环氧粉末（ FBE）、 3 层结构聚乙烯（ 3PE）的应用时代，目前呈现出 3PE、FBE和其它防腐涂层三足鼎立的局面。管道涂层按用途主要可以分为干线管道涂层、站场管道涂层、管道涂层

6、补口、管道涂层修复、管道内涂层五个方面。1 干线管道涂层1.1国外现状在国外，目前干线管道涂层主要采用的是3PE和 FBE，其中北美地区一般偏向于使用 FBE，欧洲则偏向于使用 3PE。近些年，国际上也出现了一些新型涂层： （1）HPCC防腐涂层体系由加拿大百劭公司（ bredero shaw ）开发研制，由环氧粉末底层、胶黏剂中间层和喷涂聚烯烃粉末面层的 3 层结构，相对于 3PE而言其最大的优点就是解决了阴极保护电流屏蔽的难题， 且喷涂技术使得层间粘结力耐阴极剥离、耐老化等主要性能有一定提高。 （2）喷涂聚脲防腐层是近 10 年来新发展的一种防腐技术，它打破了传统防腐涂层需加热和缠绕带来的

7、缺陷， 具有高弹性、高硬度、良好的防腐防水性能和力学性能， 但应用过程中受到价格、 涂敷工艺和维护的制约。（3）还有聚氨脂、环氧 / 改性聚乙烯粉末、无机非金属材料、纳米改性材料、复合材料等。国外的干线管道涂层已发展半个多世纪， 比较成熟。NACE RP0169 地下或水下管路系统外部腐蚀控制中规定的管道外防腐涂层体系有：煤焦油类、预制薄膜（冷缠胶带）类、熔接环氧涂层类、 聚烯烃涂层类和石蜡类，这些涂层技术也都有配套的技术标准，如NACE标准、 API 标准、 ISO 标准、 CSA标准、 DIN 标准等。2.2国内现状在国内，干线管道涂层主要采用的有3PE、单层 / 双层 FBE、聚乙烯缠带

8、、煤焦油磁漆、石油沥青等，从2002 年以来对于新建管道涂层则几乎全部选用3PE。我国的干线管道涂层应用状况较好，短短几十年间，也形成了较完整的技术体系，如 GB/T 21447-2008 钢质管道外腐蚀控制规范 、GB/T 50538-2010 埋地钢质管道防腐保温层技术标准 ；对于每一种应用涂层都有相应的规范标准，如 GB/T23257-2009埋地钢制管道聚乙烯防腐层等。2 站场管道涂层2.1国外现状国外，对于站场地上管道通常采用复合涂层结构， 底涂层和中间过渡涂层为环氧或聚氨酯涂层， 外涂层大多采用耐候性、 耐磨性优异的聚氨酯或氟碳涂层； 对于埋地管道，加拿大、美国等发达国家采用环氧、

9、煤焦油、聚氨酯涂料。相关标准如 NACERP 0190地下或水下金属管道系统连接点、管件和阀门的外部保护涂层。3.2国内现状国内，站场地上管道也采用复合型防腐涂料，如丙烯酸聚氨酯涂料、 交联氟碳涂料及与之配套的中间漆；站场埋地管道采用与干线涂层相同级别的预制防腐层，现场涂敷选用无溶剂环氧、聚乙（丙）烯胶粘带或其复合结构、以及无溶剂环氧玻璃钢等。相关标准如Q/SY 1186-2009 油气田及管道站场外腐蚀控制技术规范。目前，国内站场管道涂层问题较多，部分站场相继出现埋地管线腐蚀穿孔案例，引起高度关注，站场埋地管线的防腐已成为管道防腐设计的薄弱环节。3 管道涂层补口3.1国外现状国际上，补口材料

10、普遍采用与管道主体相同或相近的涂层材料进行管道补口，例如 FBE涂层采用环氧粉末或液态环氧补口、 3PE涂层采用聚烯烃热收缩带补口。目前，聚烯烃热收缩带、液态环氧、液体聚氨酯及粘弹体材料补口成为主流。近年来也出现了一些新型补口材料： （1）喷涂聚脲弹性体材料， 为满足环保要求而研制的一种新型无溶剂、 无污染的喷涂材料， 最大的优点是可在低温下进行补口作业。中国石油管道科学研究院在兰州 - 银川输气管道工程中对新型改性聚脲补口涂料进行了现场应用演示，试验结果良好。 （ 2）ATO超陶（陶瓷金属）防腐防污材料，由韩国爱涂防水防腐株式会社研发， 属于无机高分子双组份涂料， 依靠基本剂与固化剂混和后自

11、身发热而逐渐固化， 具备设计寿命长、 水中可固化的优良特性。（3）聚合物网络涂层（ PNC），是 3M公司专为三层结构涂层管道系统开发的补口材料， 含有聚烯烃和环氧树脂成分， 具有极强的化学反应性能， 在不使用粘结剂时，能直接应用于 FBE和聚烯烃表面实现粘结。 国外的管道涂层补口标准有 NACERP0303 管道热收缩套现场补口、施工、性能和质量控制推荐作法 、法国道达尔（ TOTAL）GSGRCOR420 rev 04 管道涂层补口、英 荷 SHELL（ 壳牌 ）DEP31.40.30.37-Gen. 线路管道涂层系统补口及修复等。3.2国内现状近几年，管道涂层补口在国内引起了广泛关注，先

12、后引进了国外多种先进材料，技术发展较为迅速，主要的补口材料有：辐射交联聚乙烯热收缩带（套）、FBE、无溶剂环氧、液体聚氨酯、粘弹体等。现行标准如GB/T 50538-2010 埋地钢质管道防腐保温层技术标准 、GB/T 23257-2009 埋地钢制管道聚乙烯防腐层 等。4 管道涂层修复4.1国外现状国外管道涂层修复技术较为成熟，采用机械化作业，除旧防腐层、表面预处理、涂覆新涂层流水化一体进行， 涂覆工艺应用较多的是沟下机械喷涂法和地面组合机具修复法。修复材料的选择也较为严格，强调适用性，常用的有煤焦油磁漆、聚乙烯胶带、液体环氧涂料、聚氨酯涂料、热收缩带等。4.2 国内现状目前，国内管道涂层修

13、复技术较为落后， 修复材料主要采用石油沥青、 聚乙烯胶带、液态固化类涂料， 涂覆工艺主要采用人工涂覆法或沟下机械缠绕法， 受材料、环境、施工因素影响较大。现行标准如 SY/T 5918-2004 埋地钢制管道外防腐层修复技术规范。5 管道内涂层5.1国外现状目前，管道内涂层在欧美等管道工业发达国家已经被广泛应用，层的材料以热固性树脂粉末涂料为主， 如环氧酚醛树脂及改体、环氧、富锌、聚氨酯、聚酰胺材料等。相关标准如 API-RP5L2常用于管道内涂液体环氧、粉末非腐蚀性气体输送管道内涂层推荐准则 ，英国著名的 COPON双组份液体环氧涂料，成功应用于世界各地的天然气干线管道内涂层。5.2国内现状

14、国内的管道内涂层应用较晚， 与国外尚存在较大差距， 目前主要应用在输气管道上，环氧类涂料成为国内应用较多的管道内涂层材料。现行标准有GB/T23258-2009 钢制管道内腐蚀控制规范 、SY/T 0442-2010 钢制管道熔结环氧粉末内防腐层技术标准等。三 发展趋势近年来，针对管道涂层在使用过程中遇到的新问题和新要求， 各国涂层生产商或在传统 FBE、3LPE基础上进行材料改进或研发新型涂层， 目前已取得一些具有实际应用价值的成果，并逐渐在生产中得到应用。一种是陶氏新型 3LPE管道防腐涂层，陶氏化学公司（ DowChemical） 2010 年开发出一种新型 3LPE 涂层材料，与普通

15、3LPE涂层相比，其特点在于采用了特有的聚乙烯层和新型粘结剂。新型 3LPE 涂层材料的外层采用高密度聚乙烯，具有极好的抗环境应力开裂（ ESCR）和有效的抵御紫外线辐射的能力； 胶粘剂采用功能型聚合树脂， 具有极强的热稳定性。试验结果表明：该防腐涂层在 80条件下剥离强度大于 216 N/cm；在 110条件下， 胶粘剂老化一年后失效， 根据外推法可判断其在 70（该防腐涂层在中东地区使用时的环境温度）的使用环境下可以服役至少50 年，能够有效防止目前 3LPE防腐层易出现的 PE层粘结失效。第二种是高性能复合涂层系统， 3LPE 防腐层在使用中可能出现聚乙烯层与环氧粉末底层的粘结失效问题，

16、从而导致阴极保护电流被屏蔽，加拿大（ Brederoshaw ）公司开发了新型高效复合防腐层系统（ HPCC），为解决该问题提供了新途径。 HPCC基本结构与 3LPE 相同，从内到外依次为熔结环氧粉末底层、 粘结层、聚乙烯层， 这三层结构均采用静电粉末喷涂技术进行涂覆。 中间粘结层是胶粘剂和一定浓度 FBE的混合物，而胶粘剂与聚乙烯的化学结构相似， 因此增加了粘结层与环氧粉末底层和聚乙烯层的相容性，使胶粘剂和底层 FBE及胶粘剂和外层聚乙烯， 都能紧密粘结， 无毛刺和明显界面层，如同单涂层系统一样不会分层。与 3LPE涂层相比， HPCC具有不易失粘、无最小厚度限制、 涂覆简单等优点， 而与

17、同样作为粉末类涂层的FBE涂层相比， HPCC在流动性、抗冲击、抗老化、抗阴极剥离等方面的性能亦有明显优势。如今。世界各国正逐渐摆脱经济危机的影响，管道建设重新走上快车道， 长输管道涂层市场亦将逐渐扩大。在未来一二十年内，3LPE 仍将占据涂层市场的主要位置，但其在使用过程中难以克服的弊端亦将促进对替代涂层的研究和应用，以 HPCC 为代表的改进型涂层极有可能成为涂层市场的主流。与此同时，3LPE大规模应用后逐渐暴露的补口失效，将成为3LPE 管道运行维护的重点，新型3LPE 管道补口技术已成为该技术方向重点关注的研究课题。、参考文献 ：1. 尹国耀 , 雷胜利 . 3PE 管道防腐在国内十年的实践 J. 焊管 , 2007, 30(1): 8-11.2. 张玉志 , 邵建 , 陈洪源 , 等 . 国内外管道外防腐层应用现状与发展趋势 J.油气储运 , 2011, 30(11): 845-847.3. 沈光霁 , 陈洪源 , 薛致远 , 等 . 管道涂层应用现状分析 J. 腐蚀科学与防护技术 , 2013, 25(3): 246-249.4. 方炯 ,孙华峰 ,孙丽 ,等 .管道内外防腐材料探讨J.焊管 , 2009 (