長距離礦漿管道工程埋地鋼管的外防腐層設計

周積果（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

長距離礦漿管道工程埋地鋼管的外防腐層設計

周積果（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

介紹了防腐層設計對長距離礦漿管道工程埋地鋼管的重要性，闡述了3PE、環(huán)氧粉末（FBE）和聚乙烯膠粘帶三種防腐層在長距離礦漿管道工程埋地鋼管上的應用情況，并在對3PE、環(huán)氧粉末（FBE）和聚乙烯膠粘帶防腐層技術性能進行分析的基礎上，結合國內(nèi)兩個重要的長距離礦漿管道工程埋地鋼管的外防腐層設計情況，簡要提出了長距離礦漿管道工程埋地鋼管防腐層的選擇原則，為長距離礦漿管道工程埋地鋼管防腐層的選擇提供參考依據(jù)和建議。

長距離礦漿管道；3PE；環(huán)氧粉末；聚乙烯膠粘帶；外防腐層

1 前言

近些年來，國際上出現(xiàn)了“管道熱”現(xiàn)象?！肮艿垒斔汀本哂袑碗s地形適應性強、投資與經(jīng)營費用較低等特點，已發(fā)展成一種經(jīng)濟性好、技術可靠的運輸方式，目前已在一些行業(yè)得到了廣泛應用。長距離礦漿管道工程紛紛上馬，中國貴州甕福磷精礦管道工程（長約45.6km）、山西太鋼尖山鐵精礦管道工程（長約102km）和云南昆鋼大紅山鐵精礦管道工程（長約171km）是國內(nèi)長距離礦漿管道工程的典型實例。

防腐層在很大程度上對保證長距離礦漿管道工程埋地鋼管的使用壽命和整個工程起到重要作用，選擇一種優(yōu)質(zhì)、安全可靠、具有成熟生產(chǎn)工藝、適合工程特點并具有成功應用實例的防腐層可以使管道使用壽命達到幾十年或更長，對整個長距離礦漿管道工程尤為重要。

長距離礦漿管道工程埋地鋼管的外防腐層應具有在土壤中長期穩(wěn)定的性能，具備良好的電絕緣性、與管道基體牢固的粘結力、透氣性低、優(yōu)越的抗水滲透性、耐各種環(huán)境土壤腐蝕性能優(yōu)良、機械強度高、耐土壤應力作用能力強、與陰極保護的匹配性好等特性。

2 外防腐層的應用概況

近年來，國內(nèi)外在埋地鋼管防腐層材料和技術方面都獲得了快速的發(fā)展，新材料、新工藝和新設備不斷出現(xiàn)。根據(jù)管道外防腐層的類型及其發(fā)展，目前用于長距離礦漿管道工程埋地鋼管的外防腐層主要包括：3PE、環(huán)氧粉末（FBE）和聚乙烯膠粘帶，其中3PE防腐工程應用實例較多，F(xiàn)BE防腐工程應用實例次之，但近年來發(fā)展較快，聚乙烯膠粘帶防腐工程應用實例相對較少。

3PE、FBE和聚乙烯膠粘帶防腐層在長距離礦漿管道工程埋地鋼管中的應用實例如圖1。

圖1 長輸?shù)V漿管道工程3PE、FBE和聚乙烯膠粘帶防腐層管道

3 外防腐層的技術性能

3.1 3PE防腐層

3PE防腐層由環(huán)氧粉末、膠粘劑、聚乙烯組成，是采用環(huán)氧粉末涂敷打底、膠粘劑及聚乙烯PE熱纏繞或熱包敷形成的。3PE防腐層被稱為“完美涂層”，綜合了環(huán)氧粉末和聚乙烯的優(yōu)點，其環(huán)氧粉末底層和管體結合牢固，中間膠粘劑層能夠為底層和外層提供理想的粘結力，PE外層完好[1]。

3PE防腐層是目前國內(nèi)外普遍采用的鋼質(zhì)管道外防腐層，具有耐腐蝕、抗陰極剝離、機械強度高、抗水滲透性好、耐紫外線防老化性能好、絕緣電阻高、耐酸堿性能好、不怕植物根刺，不污染環(huán)境、粘結強度高、高柔性、適用溫度范圍寬、補口補傷簡便、使用壽命長、生產(chǎn)自動化程度高等一系列優(yōu)點，在各種環(huán)境下都獲得了優(yōu)異的防腐效果，獲得了很高的評價。3PE防腐層在我國應用以來，表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合防腐性能，越來越受到關注，并在大部分長距離礦漿管道工程中得以應用。

另外，3PE防腐層也有一些缺點，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是3PE防腐層的整體性控制和補口防腐層質(zhì)量控制難度較大。3PE防腐層涂裝工藝復雜，如果控制不嚴格，就會出現(xiàn)各種缺陷，包括粘結力小、氣泡、空鼓、厚度不均勻等缺陷。目前，3PE防腐鋼管的各種補口技術都不能達到管體3PE防腐層的質(zhì)量水平，也沒有一種補口技術能夠保證3PE防腐層的完整性，國內(nèi)主要采用熱縮套/帶補口，手工作業(yè)難度大，質(zhì)量控制困難，尤其是大口徑管道的補口[1]。

3.2 FBE防腐層

FBE防腐層主要有環(huán)氧樹脂、固化劑、填料、顏料和各種功能性助劑等材料組成，粉末顆粒均勻的包含所有組成成分，在與鋼管涂裝結合過程中，熔融或溶解狀態(tài)的環(huán)氧樹脂流平覆蓋整個鋼管表面，環(huán)氧樹脂發(fā)熱固化交聯(lián)而形成連續(xù)的熱固性聚合物結構[3]。

FBE防腐層為100%固體，無溶劑，是一種熱固性、無毒涂料，無污染，熔融黏度低、涂膜堅固、流平性好，不需要底漆涂膜，具有優(yōu)良的耐化學防腐性能和較高的機械性能，耐候性、韌性、致密性、力學性能好，耐磨性佳，抗陰極剝離、耐老化性能強，有優(yōu)異的反應活性和貯藏穩(wěn)定性，抗土壤應力的作用好，涂料的配色好，固化劑選擇范圍寬，能與陰極保護系統(tǒng)完全兼容而無屏障的多層防腐系統(tǒng)，具有失效安全性，應用范圍廣。

FBE防腐層主要缺點是：防腐層薄且相對較脆、耐沖擊性較差，在運輸、施工過程中很難保證涂層不被破壞，水汽滲透率高、防水性較差，防腐層的修補和環(huán)焊縫補口相對難度較大，且涂敷工藝嚴格[2]。

3.3 聚乙烯膠粘帶防腐層

聚乙烯膠粘帶防腐層由底漆和防腐膠粘帶或者由底漆、防腐膠粘帶（內(nèi)帶）和保護膠粘帶（外帶）組成，是采用底漆打底、膠粘帶冷纏形成的。聚乙烯膠粘帶防腐層具有良好的化學、物理穩(wěn)定性、延展性和柔韌性，具有良好的抗陰極剝離性能，具有較高的絕緣性、抗氧化性和較低的吸濕率，與管道的粘接力較強，機械強度較高，無污染，質(zhì)量控制直觀，適于現(xiàn)場施工。

聚乙烯膠粘帶防腐層主要缺點是：當鋼管表面處理和纏繞質(zhì)量不好時，易造成粘結力差，使得防腐層容易剝離；當防腐層發(fā)生剝離時，對陰極保護電流產(chǎn)生屏蔽，造成防腐層過早失效。由于膠粘劑是橡膠類的物質(zhì)，軟化點低，當溫度較高時，膠粘帶的粘結力變的很低，不足以抵抗土壤應力。因此，該防腐層常出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，此外還易發(fā)生外來的人為損壞、陰極剝離和應力腐蝕開裂[2]。

4 工程應用實例簡析

中國兩個重要的、影響力大的長距離礦漿管道工程——山西太鋼尖山鐵精礦管道工程（長約102km）和云南昆鋼大紅山鐵精礦管道工程（長約171km）埋地鋼管均選擇了3PE防腐層。云南昆鋼大紅山鐵精礦管道工程3PE防腐埋地鋼管參見圖2。

圖2 云南昆鋼大紅山鐵精礦管道工程3PE防腐埋地鋼管

云南昆鋼大紅山鐵精礦管道工程管道沿線地形復雜，管道在崇山峻嶺間蜿蜒敷設，施工條件較差，施工難度較大，在這種較為苛刻的地形及施工等工況下，3PE防腐管道仍然具有較強的適應性，充分發(fā)揮了其優(yōu)越的防腐性能。該工程的管道運輸、施工及運行實踐證明,3PE作為長距離礦漿管道工程埋地鋼管的外防護層，其防腐性能優(yōu)越，能較好地適合于地形復雜等各種苛刻工況。

5 埋地鋼管外防腐層選擇

單從防腐層自身技術特性角度來講，3PE、FBE和聚乙烯膠粘帶防腐層均能夠滿足長距離礦漿管道工程埋地鋼管外防腐層的技術要求，但從整個工程的角度來看，針對不同的工程條件（包括氣象、地形、運輸、施工技術水平及管道的重要性等條件），3PE、FBE和聚乙烯膠粘帶防腐層的選擇方法也有所不同，筆者根據(jù)一些工程實例，結合工作經(jīng)驗，對目前長距離礦漿管道工程埋地鋼管外防腐層設計總結如下。

（1）3PE和FBE防腐層比聚乙烯膠粘帶防腐層的整體技術性能優(yōu)越。

（2）3PE和FBE防腐層比聚乙烯膠粘帶防腐層的粘結性能強，抵抗外界損傷的能力大，更適應于管道運輸和管道施工等條件。

（3）干線埋地鋼管建議使用3PE或FBE防腐層，支線埋地鋼管及廠區(qū)埋地鋼管可以使用聚乙烯膠粘帶防腐層。

（4）3PE和FBE防腐層比聚乙烯膠粘帶防腐層對苛刻工況下工程的適應性強。

（5）FBE和聚乙烯膠粘帶防腐層比3PE防腐層更適合于彎管尤其是彎制角度大的彎管的防腐。

（6）聚乙烯膠粘帶防腐層相對3PE和FBE防腐層來說，其補口工序簡單、靈活，補口效率較高。

6 結論和建議

雖然3PE、FBE和聚乙烯膠粘帶防腐層均能夠滿足長距離礦漿管道工程埋地鋼管外防腐層的技術要求，但為了保障長距離礦漿管道工程埋地鋼管防腐層的有效性、可靠性及經(jīng)濟性，在進行長距離礦漿管道工程埋地鋼管外防腐層設計時應綜合考慮管道工藝類型和規(guī)格、鋼管廠的情況、防腐層涂裝作業(yè)條件、管道運輸條件、管道敷設施工條件、防腐層的技術性能、配套補傷補口技術、防腐層的合理壽命、一次投資與二次投資、防腐層的應用歷史、工程現(xiàn)場各類條件以及各環(huán)節(jié)人員技術水平等各方面的因素。

無論選用何種防腐層，除了綜合考慮上述各方面因素選擇管道外防腐層，還應加強各環(huán)節(jié)的檢驗、審查、監(jiān)督、培訓等工作；嚴格按照相關標準進行防腐層加工，加強防腐工藝的質(zhì)量控制；重視防腐管道的運輸、保存等環(huán)節(jié)，加強管理，以盡量減少管道防腐層的損壞；加強礦漿管道工程的施工規(guī)范化管理，以降低管道施工過程中對防腐層的損壞程度；嚴格控制防腐層的補傷補口質(zhì)量。

[1] 廖宇平，李志勇.外防腐層（長輸管道）的應用與存在的問題[J].油氣儲運，2005，24（4）:36-39.

[2] 田建軍.埋地鋼質(zhì)管道防腐層的發(fā)展簡史及性能分析[M].上海：上海海隆賽能新材料有限公司研發(fā)中心，2009.

[3] 關 錚，沈 路.雙層環(huán)氧粉末在漿體輸送管道上的應用[J].礦冶工程，2007，（12）：27.

External anti-corrosive coating design of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project

This paper introduced the importance of external anti-corrosive coating to buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project,and presented the application situation of 3PE,fusion-bond epoxy(FBE)and polyethylene adhesive tape in the long-distance pulp pipeline project.On the basis of analyzing the technical performance of 3PE,FBE and polyethylene adhesive tape,and combining with two important domestic external anti-corrosive coating design of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project,the selection principle of anti-corrosive coating of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project was put forward,and it provided reference for the selection of anti-corrosive coating of buried steel pipe in long-distance pulp pipeline project.

long-distance pulp pipeline;3PE;FBE powder;polyethylene adhesive tape;external coating

1672-609X（2010）06-0041-03

U177

B

2010-06-01

周積果（1980-），男，黑龍江克山人，碩士，工程師，主要從事尾礦庫及固體物料管道輸送的設計工作。