伊朗三层聚乙烯管道防腐层剥离的调查

1、伊朗三层聚乙烯管道防腐层剥离的调查Three-Layer Polyethylene Coating Performance in IranAli Ehsan Nazarbeygi和Ali Reza Moeini（伊朗国家石油公司石油工业研究院）摘要：三层聚乙烯管道防腐层已经被广泛采用防止埋地管道的腐蚀。但是，已经有一些防腐层剥离或者分层剥离的报告。本文探讨了造成这些剥离问题的直接因素和间接因素，剥离的原因和可能的解决方案。伊朗的三层聚乙烯（3LPE）管道防腐层发生了剥离和分层剥离事故。管道上的3LPE的附着力严重减少，不费多大的力就能够把防腐层从管道上剥下来。根据发表的报告，在世界上不同地区的

2、一些采用3LPE防腐层的管道也发生了类似问题，尽管问题发生的范围不像伊朗那么广。为研究此问题，在伊朗国家天然气公司的主要输气管网上执行了一项综合性的调查和检查计划。沿管道135处开挖后取样（图1），分析结果表明：45%的取样点完全失去附着力，30%的取样点只有很少的附着力，仅有9.4%的取样点显示良好的附着力（图2和图3）。问题在于“为什么在使用寿命内这样的防腐层却在管道上发生分层剥离了呢？”尽管在剥离的防腐层下面没有发现明显的腐蚀，这样的问题依然引起伊朗天然气管道公司的很大担忧。在我们的调查中发现，仅仅那些埋地使用的管道防腐层才发生这样的剥离问题，甚至在管道放在地上储存两年时间后，相同供应商

3、提供的类似防腐层的管道并没有失去任何附着力。剥离的直接因素防腐层之所以能够附着在钢管表面，是因为它与金属的黏结强度。在3LPE防腐层中，主要是第一层熔结环氧粉末（FBE）的黏结强度。假如作用在防腐层上的应力超过了它的黏结强度，就会发生剥离。因此，土壤应力与防腐层的热胀冷缩是引起剥离的主要影响因素。聚乙烯的热胀冷缩大约是钢材的十倍。当防腐层受到土壤的应力作用以及温度和压力发生波动时，预期防腐层中会有一定程度的热诱导应力。当非常热的防腐层非常迅速冷却到环境温度时，防腐层会受到一定的应力影响。在管道安装和试运行过程中，静水压力试验会产生应力，在伊朗静水试验压力通常是屈服值的110%。这些应力最终作用

4、到钢材与熔结环氧粉末（FBE）的界面上，也会加剧防腐层的剥离问题。调查了这样一个事例，两条相似的管道涂敷后都处于实际的使用条件下，但是，采用200 300微米厚的单纯熔结环氧粉末（FBE）的管道上，防腐层一点也没有失去附着力；而另一条采用3LPE防腐层体系（相同厚度的熔结环氧粉末FBE底漆以及粘接剂层和聚乙烯层）的管道上的防腐层却失去了附着力。我们检索了有关文献资料，发现世界上没有人报告单纯熔结环氧粉末（FBE）的管道发生过完全剥离的事故。剥离的间接因素许多专家认为造成3LPE剥离的大多数因素并不直接造成分离，而是为发生剥离创造了条件。因此最好更准确地把它们纳入间接因素这一大类。间接因素包括：

5、l 表面预处理不当打磨成圆滑的或成碟片状的磨料喷砂形状底材没有用磨料喷砂彻底清理，在表面留下残余的轧制铁鳞底材被灰尘、可溶盐和残余磨料污染没有先用磷酸（H3PO4）处理清洁底材，再用去离子水清洗l 没有使用铬酸盐预处理来调整钢底材，包括美国在内许多国家的卫生和环境保护法规是禁止采用铬酸盐处理的。l 使用不适当类型的熔结环氧粉末（FBE）。l 熔结环氧粉末（FBE）涂敷温度不合适，导致底材不能被完全润湿，使熔融的环氧粉末不能恰当流淌和润湿底材。l 使用不适当类型的聚乙烯。l 吸水。在管端防腐层预留部位往往观察到这种影响因素。如果能够避免这些影响因素，肯定就能使第一层熔结环氧粉末（FBE）更好地附

6、着在钢管表面，从而改善3LPE防腐层的附着力。然而要注意，这些因素中没有一个会直接造成防腐层剥离事故，在已经报告的防腐层剥离事故中，许多事例中并不存在这些影响因素。并且，在这些事例中，熔结环氧粉末（FBE）的涂敷温度、表面处理形状、钢材与熔结环氧粉末（FBE）之间的界面上的孔隙度均符合标准要求，却也发生了分层剥离问题。在防腐层剥离中，间接因素的作用按照它们的强度大小也是不一样的。如果存在大量间接因素，就会促成防腐层的剥离，因为它们的存在使直接因素显得更加重要，甚至在较低的应力条件下。剥离的原因3LPE防腐层体系各层之间的相容性和层间强力的粘合使之形成一个单层的整体防腐层。调查结果表明主要是在钢

7、管表面与第一层熔结环氧粉末（FBE）之间的界面上失去了附着力，而在其他层之间很少发生这样的问题。在伊朗国家天然气公司采用3LPE防腐层的管道剥离问题调查中，大约45%的防腐层与钢管完全失去了附着力，而大约55%显示熔结环氧粉末（FBE）底漆与钢管表面之间的附着力已经失去75%以上。没有发现聚乙烯层与黏接剂层之间发生分层剥离问题，只有2%显示黏接剂层之间与熔结环氧粉末（FBE）底漆之间已经失去了附着力。这些观察结果表面在各层防腐层之间的（黏合）黏接强度比第一层熔结环氧粉末（FBE）与金属之间的（附着）黏接强度更强。3LPE防腐层的厚度大于2.5 mm，而单纯熔结环氧粉末（FBE）防腐层的厚度只要

8、200 300微米。当采用3LPE防腐层的管道进行静水压试验、涂敷（快速冷却）、试运行和正常运行（土壤和热应力）时，因为防腐层比较厚，所以在熔结环氧粉末（FBE）与钢管之间的界面上产生的应力更大，从而导致熔结环氧粉末（FBE）底漆层发生剪切/附着力失效事故。由于黏接剂层及聚乙烯层与熔结环氧粉末（FBE）底漆层牢牢地黏接成一体（强力黏合），因此发生了整个防腐层体系的剥离。需要注意的是，只有像3LPE这样的刚性防腐层才发生防腐层与钢材之间界面的应力传递，而沥青类热塑性防腐层能够容忍这样的应力。结论和建议3LPE的涂敷工艺是非常重要的，需要严格实施质量控制。需要密切关注项目的技术规范要求，经过审批的原料和工艺，称职的人员和经过认证的工艺程序，所有这些都对增强3LPE防腐层的附着力起到重要的作用。但是，假如存在足够多的直接因素，剥离将是不可避免的。我