鋼管
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地下管網中 鋼管的使用越來越多 其外表 面防腐覆蓋材料 從早期的瀝青材料正逐漸發展到 聚乙烯樹脂 環氧樹脂材料 國外 上世紀 80 年 代就開始使用的聚乙烯涂襯 其成分和工藝也在逐 步改進，這些性能的重要性由其使用環境 施工方法 的不同而有所差別 同時 必須注意材料性能上的 差異 保持其在持久性能上的均衡 最近在國外 對超低溫 超高溫性能的要求逐漸增加 展開了對 防腐層材料性能的廣泛探討。
由于輸送管道使用時間長 要求具有耐水 性 耐藥性等長期耐腐蝕性能 用于土壤中埋設的 管道 其外涂防腐層在成品出廠 運輸 儲存以及 埋設的過程中 應滿足圖 1 所示的各種性能
鋼管外涂防腐層材料種類及發展過程如表 1 所
1、石油瀝青涂層是一種傳統的防腐層 具有悠 久的歷史 它由石油瀝青層 加強玻璃布和外保護 的聚氯乙烯膜組成 具有優良的防水性能 價格便 宜 耐候性及對多種物體的粘結性較好 施工簡 單 技術成熟 所以至今仍大量用于金屬防腐 但其溫度依賴性極大 高溫軟化 易熔融 低溫下變脆 沖擊時易產生龜裂 易老化 埋在有 巖石的土壤里 要有機械保護層或在溝內填充砂 土 增加了費用 易受細菌侵蝕 勞動條件差 損 耗大 特別是生產和埋設時的環境污染問題 使之 在人口密集地區的使用受到限制 值得一提的是 50 年來美國普雷斯公司一直 在生產擠出石油瀝青瑪蹄脂涂層 將石油瀝青拌以 填料后 類似擠出黃夾克一樣 在鋼管上直接擠出 連續的涂層 厚度約 13~19 mm 使用溫度 49~100 該涂層防腐 防滲性能好 不易產生針孔 陰 極保護電流低 耐陰極剝離性能好 容易修補 比 石油瀝青玻璃布涂層性能要好得多 使用溫度也 高 缺點是涂層厚 運輸費增加 涂層較軟 在吊 裝下管時需要特別保護 不宜用于地面 低溫下 柔性小 不耐有機物腐蝕 用于大口徑管子較便 宜 對小口徑管子成本相對較高。
2、環氧煤瀝青是以環氧樹脂和煤焦油瀝青為基 料 加熱混溶 添加適量溶劑 防銹顏料 填料和 固化劑混合研磨制成 具有優良的耐水性 耐藥 性 防腐性及良好的粘接力 機械強度和絕緣性等 優點 可以帶溫冷涂 因而較石油瀝青 煤焦油瀝 青便于生產。環氧煤瀝青涂料的缺點是涂后需要較長的固 化時間 才能達到可供運輸的起碼強度要求 即使 在夏季 也要 1~2 d 在固化期間 風沙 雨水 霜雪都對防腐層表面有不良影響 氣溫低時無法施 工 另外所使用的底漆 面漆 固化劑 稀釋劑要 分類存放 防曬 防火的成本較高 因此 環氧煤 瀝青主要用于下列場合 1) 管徑較小或工程規模較小 運輸條件較好 的管道施工 2) 管道防腐層大修 3) 保溫管道的底層防腐層 4) 原油儲罐防腐。
3、環氧樹脂粉末防腐層 環氧粉末防腐層是上世紀 60 年代出現的防腐 材料 通過靜電噴涂的方法 將粉末噴涂到經預處 理并已預熱的管體表面 在管體表面發生固化反 應 形成一層致密的防腐層 該防腐層耐腐蝕性 好 對環境污染小 具有如下優點 1) 使用溫度范圍為 60~100 比 PE寬 2) 與管體粘著力大 耐陰極剝落性好 3) 抗沖擊性 韌性與耐溫性好 焊接損傷小 4) 防水性 電絕緣性好 5) 損傷易發現 易修補 主要缺點是膜較薄 易受外傷 易出現砂 眼 生產技術要求高 設備也較復雜 野外施工管 理難度大 不同生產廠家 甚至不同批次的產品性 能差異較大 選擇時應著眼于其機械性能和密合性 等 除了耐熱性外 無論是作為防腐材料還是防腐 系統都劣于聚乙烯 目前環氧粉末防腐層在低溫下 的耐沖擊性 耐彎曲性和電氣絕緣性 高溫下耐水 性 密合性和耐陰極剝落性 及其保護材料的成本 高 施工難度大等問題都被列為研究。
4、聚乙烯防腐涂層 聚乙烯具有良好的耐沖擊 硬度高等物理和 機械性能及化學穩定性 并且它的溫度適用范圍也 比較廣(粘合型 40~60 密合型 45~80 ) 特別是在低溫條件下比其他材料有更優良的 彎曲性和耐沖擊性 所以在寒冷地區的管道上廣泛應用 包覆聚乙烯涂層是擠塑機將熱融聚乙烯擠涂 到鋼管表面上 形成一個塑料外殼 以防止腐蝕 也稱聚乙烯熱塑涂層或夾克 這是國外上世紀 50 年代開發的新產品 發展很快 在各種防腐層使用 中曾獨占鰲頭 目前德國幾乎所有的油氣管道都使 用這樣的防腐涂層 我國從上世紀 80 年代開始使 用 在小口徑管道上取得了成功的經驗 但在大口 徑管道上存在夾克層應力開裂問題 當夾克進水 后 夾克層下的鋼管會發生腐蝕 所以 聚乙烯的 材料和涂敷工藝還有待于研究和改進
5、在擠出聚乙烯包覆層前 應先在管子表面涂 一層密封性膠層 底膠的性能指標是根據目前所用 的瀝青型熱熔膠而定的 國標中對底膠的軟化點 加熱損失 針入度 熱分解溫度 自修復性 剪切 強度 剝離強度等都有規定 但從生產實踐中證實 該膠還存在著不少缺點 如耐溫等級低 粘結性能 差 國外大部分采用丁基膠和最新的樹脂膠 而國 內在 1987 年時還不能生產丁基樹脂橡膠 因此 底膠是重點研究的課題之一
6、聚乙烯的密度可以為 0.91~0.96 g/cm3 由于密 度不同 所以性能就不同 高密度聚乙烯的結晶 度 拉伸強度 斷裂伸長率 抗撕強度 耐藥性比 低密度聚乙烯好得多 可以根據用戶的需要來生產 不同性能和不同價格的防腐層 高密度聚乙烯包覆 管(黃夾克)的適用溫度在 80 以下 低密度聚乙 烯包覆管(綠夾克)的適用溫度在 60 以下。
7、聚乙烯三層結構防腐層 聚乙烯三層結構防護層又稱三層 PE 是近幾 年從國外引進的先進的防腐技術 它的全稱為熔結 環氧/擠塑聚乙烯結構防護層 結構由以下三層組 成 底層為熔結環氧(60~80 ìm) 中間層為膠粘劑 (170~250 ìm) 面層為擠塑聚乙烯(約 2 mm) 防腐 層總厚度大于 2.2~2.9 mm 在三層結構中 環氧底漆的主要作用是 形 成連續的涂膜 與鋼管表面直接粘結 具有很好的 耐化學腐蝕性和抗陰極剝離性能 與中間層膠粘劑 的活性基團反應形成化學粘結 保證整體防腐層在 較高溫度下具有良好的粘結性 中間層通常為共聚 物粘結劑 其主要成分是聚烯烴 目前廣泛采用的 是乙烯基共聚物膠粘劑 共聚物膠粘劑的極性部分 官能團與環氧底漆的環氧基團可以反應生成氫鍵或 化學鍵 使中間層與底層形成良好的粘結 而非極 性的乙烯部分與面層聚乙烯具有很好的親合作用 所以中間層與面層也具有很好的粘結性能聚乙烯。面層的主要作用是起機械保護與防腐作用 與傳統 的二層結構聚乙烯防腐層具有同樣的作用 三層結 構聚乙烯防腐層綜合了環氧涂層和擠壓聚乙烯兩種 防腐層的優良性質 將環氧涂層的界面特性和耐化 學特性 與擠壓聚乙烯防腐層的機械保護特性等優 點結合起來 從而顯著改善了各自的性能 因此作 為埋地管線的外防護層是非常優越的 據資料介 紹 三層 PE 可使埋地管道的壽命達到 50 年 目 前 在國際上被認為是最先進的管道外防腐技術 在我國 三層 PE 已率先在石油天然氣系統得 到應用 我國已建成的陜京天然氣管道及庫鄯輸油 管道 最近國家重點工程西氣東輸近 4 000 km 管 道均采用了三層 PE 外防腐涂層 在天津市 陜氣 進津 67 km 高壓管道 外環線 30 公里高壓天然氣 管道 陜京線地下儲氣庫 122 km 鋼管的防腐也是 采用的三層 PE 它已成為今后管道外防腐層的發 展方向。
8、防腐層對于埋地管道的壽命來說是至關重要 的 同樣材質的管道 有的埋在地下幾十年而不腐 蝕 有的幾年就發生泄漏 就是因為它們采用了不 同的外防腐層 從防腐效果來看 聚乙烯的化學穩 定性 機械性 耐損傷性 補口及補傷的方便性等 綜合性能比其他防腐材料包括環氧樹脂粉末好得 多 而且具備各個性能比較均衡的優點 其涂層電 阻的長期穩定也是可以滿足需求的 將環氧涂層的 界面特性和耐化學特性 與擠壓聚乙烯防腐層的機 械保護特性等優點結合起來 從而顯著改善了各自 性能的三層 PE 防腐涂層在國際上被認為是最先進 的管道外防腐技術 再有 考慮到不明電流 土壤 腐蝕性等問題 在三層聚乙烯包覆的基礎上并使用 電氣防蝕的系統是最有效 經濟的方法。
