油田高分子材料3PE在管道防腐中应用及优缺点

1、三层PE优缺点及其应用石油化工高分子新材料一、三层PE在国内的使用现状当前石油、天然气管线外防腐涂层类型大致有石油沥青、环氧粉末、环氧煤焦瓷漆、聚乙烯胶粘带、聚乙烯(PE)等，其中PE防腐涂层为目前国际、大型长输管线选用较多的外防腐涂层。3层PE于80年代初期在欧洲成功地应用于工业管道，广泛应用于施工及敷设环境较苛刻地带及人口稠密度较高的地区，近年来我国新建管道工程，如陕京输气管线、库鄯输气管绂、靖西安输气管线、涩宁兰输气管绂、兰成渝成品油管线及城市管网也大量应用了3层PE外防腐。二、三层PE在世界范围内的价格和使用现状20042008 年，世界长输管道外防腐涂层的使用面积从123.8

2、5;106 m2 增加到205.1×106 m2，约增长66%。目前，全球范围内常用的管道外防腐涂层包括：石油沥青、煤焦油磁漆、熔结环氧粉末、三层聚乙烯涂层、三层聚丙烯涂层等。其中：FBE（包括单层FBE 和双层FBE）和3LPE 是涂层市场的主流产品；石油沥青和煤焦油磁漆仍占有一定的市场份额（6%7%），其应用主要集中在中东和非洲的一些地区。从发展趋势看，3LPE 已经在涂层市场竞争中占据了绝对优势，且其市场份额仍将继续扩大，而FBE 的市场规模则在缓慢萎缩。20042009 年，3LPE 的市场份额从61.5% 增加到66.03%，而FBE 的市场份额则从23.33% 降低到19

3、.97%。此间，只有在经济危机爆发前的2008 年，FBE 由于价格优势使其市场份额出现了暂时性的相对增长。FBE和3LPE在全球范围内得到广泛应用，实践证明其具有良好的保护效果，但仍然存在不足之处。FBE 抗冲击性能较差，而3LPE除在应用时有最小厚度要求致使其成本较高外，也可能出现如下问题：不适用于弯头等异型管件和管道补口，补伤处防腐层性能远低于管体防腐层；焊缝处防腐层较薄或与管体之间出现空隙，降低防腐效果；PE层粘结失效对阴极保护电流造成屏蔽。三、管道防腐基本原理众所周知，为控制土壤对管道的电化学腐蚀，公认的作法是采用外防腐绝缘涂层和阴极保护联台措施，其中外防腐涂层为主要防腐手段，即在钢

4、管和腐蚀介质之间建立一个绝缘隔离层，避免腐蚀介质和钢管接触，从根本上防止钢管的电化学腐蚀阴极保护作为涂层防腐的辅助手段，为涂层出现缺陷处的钢管外表面提供电化学防护，但在涂层质量不佳时，若采用阴极保护作为主要防腐手段，不单是阴极保护投资和维护费用剧增，而且在管理和维护、保护电流合理分布上都会出现许多难题，尤其是城市，阴极保护建设受很多限制。在选择外防腐涂层时，考虑因素不外乎以下几点：(1)有效的电绝缘性(2)有效的隔水屏障性(3)涂敷方法不会对管道性能产生不利影响(4)涂层缺陷最小(5)与管道表面有良好的附着力(6)能防止针孔随时间扩展(7)能抵抗装卸管道在储存和安装过程中的损伤(8)能有效地保

5、持绝缘电阻随时间恒定不变(9)优良的抗剥离性能(10)优良的抗化学介质性能(11)补伤容易(12)对环境无毒其次，人为条件也是应该足够重视的因素，所谓人为条件是指施工单位的质量意识和管道所经过地段、居民的素质等等。野蛮装卸野蛮施工的现象在我国还未杜绝，管线沿线居民对未下沟回填的管道防腐层的人为破坏现象也在一定程度上存在，PE防腐层较强的机械强度恰恰弥补了这一缺陷，特别是在市区内、人口稠密地段，施工时这一优势更加明显。四、三层PE的构造第一层环氧粉末FBE100um 第二层胶粘剂 AD 170250um 第三层聚乙烯 PE 2.53.7mm。 三种材料融为一体，并与钢管牢固结合形成优良的防腐层。

6、它的全称为熔结环氧/挤塑聚乙烯结构防护层。3PE防腐技术综合了环氧涂层与挤压聚乙烯两种防腐层的优良性能，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性与挤压聚烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。其特点:机械强度高、耐磨损、耐腐蚀、耐热、耐冷、可应用于150度介质中在寒冷地带均适应。因此3PE防腐层是理想的埋地管线外防护层。2PE防腐(二层聚乙烯)管道二层PE防腐结构：第一层胶粘剂AD第二层聚乙烯PE两种材料融为一体,各层厚度同三层PE相同。由此看出区别在于3PE防腐多了一个环氧粉末层，而环氧粉末耐腐蚀性能好、力学性能好、抗阴极剥离强，虽然它有表面处理严格、耐候性差、吸水率偏高等优

7、点，但它适用于埋地管道海底管道，包覆层厚度仅为0.30.5毫米，使用寿命可达40至50年。五、三层PE防腐层的优点(1)防腐性能好。石油沥青、玻璃布是我国6O年代一7O年代的主要产品，但由于其高温软化、低范围脆裂、机械性能低、耐水性能差、易受细菌侵蚀及深根植物穿透等缺点，防腐效果不佳，使用寿命短，而且施工时劳动强度大，对环境污染严重。煤焦油瓷漆在国外曾风行一时，但由于其机械强度低及低温韧性差，特别是对环境污染严重，施工时产生的烟气含有很强的致癌物质，澳大利亚和欧洲各国已明文禁止使用煤焦油瓷漆。环氧粉末涂层在我国得到较多的应用，它具备良好的物化性能，与钢管表面粘结性及耐温性能好，但由于其覆盖层薄

8、而脆，抗外界环境破坏能力差而很少在施工环境恶劣的长距离管道上单独使用。三层PE防腐层克服了上述各种防腐结构的缺点具有良好的物化性能、电绝缘性能、防止和耐化学侵蚀性能，以及较高的强度、抗冲击性能等，是当今埋地钢质管道外防腐层中最理想的防腐结构。(2)防腐产品质量稳定。整套设备自动化程度高，关键部位的技术参数均由微机控制和记录，包括管道涂敷速度、挤压温度、挤出速度、钢管温度等，材料利用率高且能在同一工艺参数下加工使用。(3)质量控制严格。由于机组从预热、抛丸除锈到涂敷、管端打磨均是自动控制，操作人员只需对各项设备、材料供应及质量控制进行监督。(4)造价日趋经济合理。国际3层PE防腐层每 造价接近2

9、O美元。我国在初期引进吸收这种防腐结构时，每平方米造价约108元l12元人民币。随着设备的国产化、生产人员素质的提高，最近每平方米造价已降至9O元96元人民币。由于造价逐步的降低，使该防腐层的优势更加明显大面积应用于陆上、海洋石油天然气管道将是必然的趋势。再者，一条长输管线的投资费用为管线建设费用与管线运行费用和维修费用之和，保证长输管道在预期的使用寿命内不产生由于外腐蚀而引起的功能损失是对涂层的基本要求。涂层性能不良会导致在管道预期使用寿命内由于涂层失效而带来的维修费用的增加。这个费用肯定超过采用较高级性能涂层增加的初始费用。一条长寿命管线建设中8 至10为防腐费用，采用较低级防腐橡层如沥青

10、防腐其防腐费用约占工程总造价的8 ，而采用较高级防腐涂层如PE防腐其防腐费约占工程总造价的10 ，而采用PE防腐同等现场状况下石油沥青防腐相比，补伤率约为石油沥青的10 ，阴极保护控制范围为石油沥青的4倍，阴极保护建设费为石油沥青51O ，阴极保护长期运行费用为石油沥青的10 ，而管线防腐层寿命至少是石油沥青的2倍由于它的性能可靠，使长输管道的阴极保护站大大减少，保护距离大大加长 陕西一北京线860km，只设了4座阴极保护站，阴极保护效果良好。从阴极保护系统的调试及投产后的运行情况看，整个阴极保护系统的设计和施工是成功的库鄯线全线只需开通3个站即首站阴极保护站、中间站阴极保护站和末站阴极保护站

11、，管线就可以达到阴极保护电位的要求，最低保护电位为(相对于铜 硫酸铜参比电极)101V，而最高保护电位是148V。这说明防腐层质量良好，并且在朴口、阴极保护施工等过程中的施工技术得到了很好的控制成都煤气公司先后在三环路，德阳至成都二期工程中，全线采用了三层PE防腐，经维护单位采用PDL(多频高中电流法)对这两条管线在不加阴极保护装置、无支方连结情况下进行防腐层的单位体积防腐电阻率进行测定，3层PE的数值为2万至3万个单位，而同期的环氧煤防腐的管线、沥青防腐的方式数值分别为500至400个单位，2 000至6 000个单位，就3层PE良好的防腐性能，设计与技术经济计算认为将PE防腐的管线牺牲阳极

12、保护安置减少30 完全可以保证管线的防腐性能与管线寿命。六、三层PE防腐层的常见缺陷三层PE防腐层的缺陷类型总结为三种:1、三层PE防腐层翘边缺陷; 2、焊缝区三层PE防腐层应力开裂缺陷; 3、三层PE 防腐层表面鼓包与缩孔缺陷。其中三层PE 防腐层翘边缺陷是最常见的缺陷类型, 同时也是最重要的缺陷。主要表现在以下几个方面:1、整体防腐层翘边。环氧粉末、中间粘结剂与聚乙烯层粘结完整, 但环氧粉末与钢管基体表面脱粘, 形成翘边;2、中间粘结剂与环氧粉末表面脱粘, 形成翘边;3、聚乙烯层与中间粘结剂表面脱粘, 形成翘边,也属于防腐层间分层引起的;4、缠绕工艺成型时, 聚乙烯与聚乙烯层之间的分层;5

13、、三层防腐层的中间粘结剂或环氧粉末层缺失引起的, 缺失层造成防腐层间粘结缺陷形成翘边;6、堆放( 过程) 环境引起防腐层翘边。七、结论管线建设外防腐涂层选择从包括预期寿命在内的综台经济评价看，适用性能高、寿命短、但一次费用高的涂层如3层PE防腐与性能低、寿命长、一次性投资费用低的涂层如石油沥青、环氧煤防腐涂层相比，长寿命的工程更为经济安全。特别是在人口稠密的城市地区，三层PE的高机械强度和良好的防腐绝缘性能及与阴极保护良好的匹配性。更成为城市煤气管网建设的首选外防腐涂层。综上所述，从技术上、经济上分析，采用3层防腐是先进的。【参考文献】【1】陈文戟，钢质管道3层PE外防腐涂层的整体经济评价及3

14、层PE的优势【2】陈群尧, 曹晓燕, 陈群武, 等. 中国管道腐蚀与防护技术综述【3】乔军平. 全面分析管道三层PE 防腐层缺陷( 一) : 翘边缺陷【4】谢涛, 李建忠, 韩钟琴, 等. 3PE 防腐管管端涂层翘边缺陷分析【5】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【6】王砚江 张玉环 陈芳等，小口径管道三层PE 包覆技术研究与应用【7】Niu L, Cheng Y F. Development of innovative coating technologyfor pipeline operation crossing the permafrost terrainJ.

15、Constructionand Building Materials【8】BS EN ISO 9080-2003 Plastics piping and ducting systems determinationof the long-term hydrostatic strength of thermoplastics materialsin pipe form by extrapolation【9】Singh P，Cox J. Development of a cost effective powder coatedmulti-component coating for underground pipelinesR.Technicalreport of Shaw Pipe Protection Limite