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三PE管道热收缩带失效原理〔节选〕
2013/3/9  

   (以下内容节选自:《三PE管道热收缩带失效原理》,作者: 陈洪源,刘玲莉,赵君,侯宇,王德增,韩钟琴,感谢以上专家做出的少量调研、剖析工作和付出辛勤的思考,这篇作品,为我国石油天然气管线安全,做出了非常有意义的引导意见!)

    中国石油新建管道从陕京线开展,大多采用三层PE防腐蚀框架,与其配套的现场防腐蚀层补口几乎所有采用环氧底漆加热收缩带框架(少量管道采用了液态环氧涂料)。对应主管线防腐蚀层在防腐蚀厂的智能化系统出产办法,热收缩带补口组装的全流程基本为手工操作,受现场施工环境、工人组装熟练程度等条件影响非常大,是汇盛国际平台防腐蚀层中最薄弱的环节。在后期的运行中,三层P管道热收缩带补口的失效现状时有引发。

    2005年、2007年及2008年,国内部分管道运行部门组织开展了三层PE管道热收缩带使用现状的调查工作。调查管径领域从239mm~1016mm,运送介质函盖了原油、天然气和产品油,调查点最长服役时间6年,最短服役时间2年。开挖调查发现,热收缩带补口失效主要表现为热收缩带与主体汇盛国际平台防腐蚀层搭接部位粘结不良及热收缩带与管体粘结不良两种现状。尤其应该引发看好的是在所有失效点,金属管体均存在程度不等的腐蚀。此外,调查也发现了热收缩带硌伤、破损、固定片脱落等疑问。

热收缩带失效原理剖析

  1 施工品质料方

1.1表面处置

补口未按需求进行喷砂处置或表面处置不符合需求,是导致底漆剥离、热收缩带与管体金属粘结不良的主要原理。表面处置中,某些施工部门选用的石英砂清洁度不够,粒径不一。 

1.1.1清洁度不够的石英砂一般包含可溶盐,表面处置后可溶盐会残留在管体表面。当钢表面存在有可溶性盐时,由于环氧底漆的表里渗透压差不多,水气将透过环氧底漆渗入到钢的表面,与可溶性盐结合造成钢表面的腐蚀而剥离防腐层。

1.1.2石英砂在高压下与管体撞击后,石英砂粉末嵌入到表面锚纹中,很难清除,这将削弱底漆与管体的附着力,使得底漆不准与钢表面直观触碰,造成涂料的附着力降低,影响底漆的使用寿命。

1.2热收缩带烘烤品质

热收缩带与管体涂层及带底漆管体的粘结主要依靠热熔胶的熔融粘结,烘烤的温度及时间都有严格的限定,部分员工责任心不强以及赶工期赶进度的效果,使得烘烤品质大打折扣,严重影响了粘结靠得住性。

1.3底漆涂装品质

由于缺乏对底漆涂装品质的检验环节,加之湿膜组装热收缩带可能造成的底漆挫伤,使得底漆的涂装品质难以保证。

2 材料地方

2.1国内早期热熔胶与PE层长时间粘结效果不好

2.1.1国内早期热熔胶与PE不准形成长时间有用的粘结,有用粘结是指剥离破坏引发于胶层内部,即所谓内聚破坏。调查显示,几乎所有的粘结失效均呈现为胶层与PE之间的粘附性丧失。

2.1.2目前热熔胶的粘结主要依靠对PE表面的拉毛和拉毛时火焰加热对PE 层的激活效果,拉毛效果增大了粘结领域,其效果为物理嵌合,而火焰对PE的活化能够增加热熔胶与PE的粘结性,但是长时间粘结效果尚待考察,何况火焰加热的不均匀性一贯存在,于是局部的不粘结是不行防范的。

为考察国内早期热收缩带热熔胶与PE的长时间粘结性,抉择了国内部分厂家的产品进行了试验。试验在聚乙烯防腐管段上进行,对聚乙烯表面依次酒精擦洗未涂底漆、砂纸打磨未涂底漆、砂纸打磨且刷涂底漆、钢丝刷拉毛且刷涂底漆四种办法进行处置,剥离试验周期为24h、30天。试验周期内,将管段自然曝露在环境当中。试验效果显示,国内早期热熔胶与PE层长时间粘结效果不好。

2.2底漆特点欠佳、底漆厚度薄

调查发现,在热收缩带与管体粘结不良的部位,底漆均表现出脱落、不圆满等疑问,除了施工条件外,应有以下两个条件:

2.2.1现有相关规范中对无溶剂液态环氧底漆的阴极剥离测试项目只需求了65℃、48h的测试内容。而48h的试验时间过短,不足以反映材料的长时间粘结特点。同步,由于现有规范制度阴极剥离试片厚度不该小于200μm,而厂家送检的试片一般都在300μm 以上,但在实际施工中的底漆厚度却只有120μm 左右,这就可能导致试片试验效果好,而材料现场实际特点差的现状。国内管道工程早期常用的热收缩带环氧底漆/钢(底漆平均厚度230~280μm)经28天65℃阴极剥离试验从今往后,在60mm非常大可测直径领域内环氧底漆所有剥离。由此可见,目前国内管道工程早期常用的热收缩带环氧底漆耐阴极剥离特点不好。

2.2.2现有规范和技术规格书需求底漆最小湿膜厚度≥120μm。在此制度下,现场开挖点的底漆不圆满的现状对比日常,有的开挖点甚至几乎看不见底漆。过薄的底漆无法提供有用的粘结,而当有腐蚀介质进入时,也很难提供有用的防腐,管体腐蚀在所不免。

3 施工方法地方

 

3.1湿膜组装热收缩带

目前国内的热收缩带均采用湿膜组装,即环氧底漆未固化时组装热收缩外带,这样将无法检测涂层的实际厚度和防腐特点,且热收缩带组装流程有可能导致底漆挫伤或脱落。随着热收缩带从中央往两边收缩会使补口区域底漆中央薄两边厚,导致底漆不准均匀附着在钢管表面,组装热收缩带后底漆是否真正全部固化不得而知,防腐品质无法保证。

对某在建3PE管道湿膜组装热收缩带补口的品质抽查显示,底漆终极厚度不均,厚度从30~260μm不等。

3.2手工加热的施工办法

由于热收缩带均是现场组装,不准像干线防腐涂层一样在厂家预制,其特点很大程度受现场工作条件和操作工人工作品质的限定。烘烤温度的管制是施工中的难点,目前手工烘烤办法无法保证收缩带在最佳温度下收缩成型。温度过低导致热熔胶不准很好地熔融粘结,温度过高则会出现烤焦迹象。

对于大口径管道的热收缩带防腐补口,容易产生管体加热温度不均、不充分的现状,人工烘烤难度的加大使得热收缩带的补口品质管制疑问越发突出,独特是设定选用高温型三层PE防腐层管道的防腐补口,由于配套的热收缩带补口同样选用高温型,胶层的软化点高,烘烤融化将更为困难。

3.3补口搭接区直观涂刷环氧底漆

三层框架热收缩带的环氧底漆层大大提高了热收缩带对管体的粘结特点。但是各工程技术规格书均未明确需求环氧底漆的涂刷领域,施工员工将环氧涂敷在整个补口的管体金属区以及与三层PE主防腐层的搭接区。环氧和PE极性差不多,如果不对聚乙烯表面进行活化处置,搭接区域很难达到不错粘结。中科院长春使用化学研究所试验研究了热收缩带环氧底漆与主管线PE层的粘结性。通过实验剖析证明,拔取的热收缩带环氧底漆与未做改性处置的主管线PE之间不具备长久的粘接性。

3.4管体未涂刷底漆

在早期的热收缩带补口中,补口位置大多未涂刷底漆,当热收缩带与PE层剥离后,腐蚀介质进入热收缩带下,往往导致严重的管体腐蚀。由于现有方法已所有涂刷底漆,热收缩带失效后的管体腐蚀现状大大减弱。这声明,底漆的效果除了提供与管体的不错粘结特点外,其还应有不错的防腐效果。

4 规范及技术典型地方

 

热收缩带补口出现的品质疑问除了材料和施工地方的原理外,也与国内现有三层PE 补口相关规范存在漏项和部分项目需求不高有关,主要有以下几个地方。

4.1对表面处置的需求不够全面

国内现有三层PE补口相关规范未对表面处置中的锚纹深度、磨料及压缩空气品质等提出具体指标,现场表面处置品质管制缺乏管制指标。

4.2底漆地方

4.2.1对底漆的涂覆领域未作明确需求。底漆的涂覆领域是补口施工中广受关切的焦点疑问之一,国内相关规范和技术规格书未明确需求,国内规范一般仅限于补口处的裸钢或裸露的FBE涂层位置。这就导致现场施工中,底漆有时涂刷于补口处的PE上,而未经活化处置的PE层与环氧底漆是不准长时间粘结的。

4.2.2对环氧底漆的阴极剥离实验时间需求过短。现有的补口相关规范和技术规格书对底漆的阴极剥离测试只需求了48h,65℃的测试指标,48h试验时间过短,不足以反映材料的长时间粘结特点。


对策及建议

为保证补口组装后的特点及管线的长时间安全运行,针对大口径三层PE管道热收缩带补口因材料特点、施工条件等原理导致的封闭性、防腐蚀性不好的疑问,综合剖析认为应从以下几个地方开展工作。

(1)强化现场补口品质监控,强化现场施工员工、监理员工补口工作相关知识训练。

(2)搭接部位不刷底漆,逐渐推行热收缩带干膜组装方法,将现有底漆厚度从≥120μm 提高到≥200μm。

(3)细化表面处置需求。禁止使用不清洁的磨料,表面处置用磨料、压缩空气、表面清洁度、锚纹深度等应达到SY/T0407《涂装前钢材表面预处置典型》的需求。

(4)开展热熔胶改性研究。从材料框架出发,进行主体聚合物的改性、接枝、复合研究,同步进行增粘剂、粘度调试剂,颜、填料及抗氧剂的筛选,使热熔胶与无溶剂底漆有化学键效果,又与PE拥有不错的亲和性。在热熔胶改性研究完成后再进一步对热熔胶的特点进行检测确认。

(5)开展热收缩带在运行工况下的长效性评价研究。

(6)开展最新款补口方法、新材料现场使用试验评价。

(7)推广使用补口加热机具。

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