钢管
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地下管网中 钢管的使用越来越多 其外表 面防腐覆盖材料 从早期的沥青材料正逐渐发展到 聚乙烯树脂 环氧树脂材料 国外 上世纪 80 年 代就开始使用的聚乙烯涂衬 其成分和工艺也在逐 步改进，这些性能的重要性由其使用环境 施工方法 的不同而有所差别 同时 必须注意材料性能上的 差异 保持其在持久性能上的均衡 最近在国外 对超低温 超高温性能的要求逐渐增加 展开了对 防腐层材料性能的广泛探讨。
由于输送管道使用时间长 要求具有耐水 性 耐药性等长期耐腐蚀性能 用于土壤中埋设的 管道 其外涂防腐层在成品出厂 运输 储存以及 埋设的过程中 应满足图 1 所示的各种性能
钢管外涂防腐层材料种类及发展过程如表 1 所
1、石油沥青涂层是一种传统的防腐层 具有悠 久的历史 它由石油沥青层 加强玻璃布和外保护 的聚氯乙烯膜组成 具有优良的防水性能 价格便 宜 耐候性及对多种物体的粘结性较好 施工简 单 技术成熟 所以至今仍大量用于金属防腐 但其温度依赖性极大 高温软化 易熔融 低温下变脆 冲击时易产生龟裂 易老化 埋在有 岩石的土壤里 要有机械保护层或在沟内填充砂 土 增加了费用 易受细菌侵蚀 劳动条件差 损 耗大 特别是生产和埋设时的环境污染问题 使之 在人口密集地区的使用受到限制 值得一提的是 50 年来美国普雷斯公司一直 在生产挤出石油沥青玛蹄脂涂层 将石油沥青拌以 填料后 类似挤出黄夹克一样 在钢管上直接挤出 连续的涂层 厚度约 13~19 mm 使用温度 49~100 该涂层防腐 防渗性能好 不易产生针孔 阴 极保护电流低 耐阴极剥离性能好 容易修补 比 石油沥青玻璃布涂层性能要好得多 使用温度也 高 缺点是涂层厚 运输费增加 涂层较软 在吊 装下管时需要特别保护 不宜用于地面 低温下 柔性小 不耐有机物腐蚀 用于大口径管子较便 宜 对小口径管子成本相对较高。
2、环氧煤沥青是以环氧树脂和煤焦油沥青为基 料 加热混溶 添加适量溶剂 防锈颜料 填料和 固化剂混合研磨制成 具有优良的耐水性 耐药 性 防腐性及良好的粘接力 机械强度和绝缘性等 优点 可以带温冷涂 因而较石油沥青 煤焦油沥 青便于生产。环氧煤沥青涂料的缺点是涂后需要较长的固 化时间 才能达到可供运输的起码强度要求 即使 在夏季 也要 1~2 d 在固化期间 风沙 雨水 霜雪都对防腐层表面有不良影响 气温低时无法施 工 另外所使用的底漆 面漆 固化剂 稀释剂要 分类存放 防晒 防火的成本较高 因此 环氧煤 沥青主要用于下列场合 1) 管径较小或工程规模较小 运输条件较好 的管道施工 2) 管道防腐层大修 3) 保温管道的底层防腐层 4) 原油储罐防腐。
3、环氧树脂粉末防腐层 环氧粉末防腐层是上世纪 60 年代出现的防腐 材料 通过静电喷涂的方法 将粉末喷涂到经预处 理并已预热的管体表面 在管体表面发生固化反 应 形成一层致密的防腐层 该防腐层耐腐蚀性 好 对环境污染小 具有如下优点 1) 使用温度范围为 60~100 比 PE宽 2) 与管体粘着力大 耐阴极剥落性好 3) 抗冲击性 韧性与耐温性好 焊接损伤小 4) 防水性 电绝缘性好 5) 损伤易发现 易修补 主要缺点是膜较薄 易受外伤 易出现砂 眼 生产技术要求高 设备也较复杂 野外施工管 理难度大 不同生产厂家 甚至不同批次的产品性 能差异较大 选择时应着眼于其机械性能和密合性 等 除了耐热性外 无论是作为防腐材料还是防腐 系统都劣于聚乙烯 目前环氧粉末防腐层在低温下 的耐冲击性 耐弯曲性和电气绝缘性 高温下耐水 性 密合性和耐阴极剥落性 及其保护材料的成本 高 施工难度大等问题都被列为研究。
4、聚乙烯防腐涂层 聚乙烯具有良好的耐冲击 硬度高等物理和 机械性能及化学稳定性 并且它的温度适用范围也 比较广(粘合型 40~60 密合型 45~80 ) 特别是在低温条件下比其他材料有更优良的 弯曲性和耐冲击性 所以在寒冷地区的管道上广泛应用 包覆聚乙烯涂层是挤塑机将热融聚乙烯挤涂 到钢管表面上 形成一个塑料外壳 以防止腐蚀 也称聚乙烯热塑涂层或夹克 这是国外上世纪 50 年代开发的新产品 发展很快 在各种防腐层使用 中曾独占鳌头 目前德国几乎所有的油气管道都使 用这样的防腐涂层 我国从上世纪 80 年代开始使 用 在小口径管道上取得了成功的经验 但在大口 径管道上存在夹克层应力开裂问题 当夹克进水 后 夹克层下的钢管会发生腐蚀 所以 聚乙烯的 材料和涂敷工艺还有待于研究和改进
5、在挤出聚乙烯包覆层前 应先在管子表面涂 一层密封性胶层 底胶的性能指标是根据目前所用 的沥青型热熔胶而定的 国标中对底胶的软化点 加热损失 针入度 热分解温度 自修复性 剪切 强度 剥离强度等都有规定 但从生产实践中证实 该胶还存在着不少缺点 如耐温等级低 粘结性能 差 国外大部分采用丁基胶和最新的树脂胶 而国 内在 1987 年时还不能生产丁基树脂橡胶 因此 底胶是重点研究的课题之一
6、聚乙烯的密度可以为 0.91~0.96 g/cm3 由于密 度不同 所以性能就不同 高密度聚乙烯的结晶 度 拉伸强度 断裂伸长率 抗撕强度 耐药性比 低密度聚乙烯好得多 可以根据用户的需要来生产 不同性能和不同价格的防腐层 高密度聚乙烯包覆 管(黄夹克)的适用温度在 80 以下 低密度聚乙 烯包覆管(绿夹克)的适用温度在 60 以下。
7、聚乙烯三层结构防腐层 聚乙烯三层结构防护层又称三层 PE 是近几 年从国外引进的先进的防腐技术 它的全称为熔结 环氧/挤塑聚乙烯结构防护层 结构由以下三层组 成 底层为熔结环氧(60~80 ìm) 中间层为胶粘剂 (170~250 ìm) 面层为挤塑聚乙烯(约 2 mm) 防腐 层总厚度大于 2.2~2.9 mm 在三层结构中 环氧底漆的主要作用是 形 成连续的涂膜 与钢管表面直接粘结 具有很好的 耐化学腐蚀性和抗阴极剥离性能 与中间层胶粘剂 的活性基团反应形成化学粘结 保证整体防腐层在 较高温度下具有良好的粘结性 中间层通常为共聚 物粘结剂 其主要成分是聚烯烃 目前广泛采用的 是乙烯基共聚物胶粘剂 共聚物胶粘剂的极性部分 官能团与环氧底漆的环氧基团可以反应生成氢键或 化学键 使中间层与底层形成良好的粘结 而非极 性的乙烯部分与面层聚乙烯具有很好的亲合作用 所以中间层与面层也具有很好的粘结性能聚乙烯。面层的主要作用是起机械保护与防腐作用 与传统 的二层结构聚乙烯防腐层具有同样的作用 三层结 构聚乙烯防腐层综合了环氧涂层和挤压聚乙烯两种 防腐层的优良性质 将环氧涂层的界面特性和耐化 学特性 与挤压聚乙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 因此作 为埋地管线的外防护层是非常优越的 据资料介 绍 三层 PE 可使埋地管道的寿命达到 50 年 目 前 在国际上被认为是最先进的管道外防腐技术 在我国 三层 PE 已率先在石油天然气系统得 到应用 我国已建成的陕京天然气管道及库鄯输油 管道 最近国家重点工程西气东输近 4 000 km 管 道均采用了三层 PE 外防腐涂层 在天津市 陕气 进津 67 km 高压管道 外环线 30 公里高压天然气 管道 陕京线地下储气库 122 km 钢管的防腐也是 采用的三层 PE 它已成为今后管道外防腐层的发 展方向。
8、防腐层对于埋地管道的寿命来说是至关重要 的 同样材质的管道 有的埋在地下几十年而不腐 蚀 有的几年就发生泄漏 就是因为它们采用了不 同的外防腐层 从防腐效果来看 聚乙烯的化学稳 定性 机械性 耐损伤性 补口及补伤的方便性等 综合性能比其他防腐材料包括环氧树脂粉末好得 多 而且具备各个性能比较均衡的优点 其涂层电 阻的长期稳定也是可以满足需求的 将环氧涂层的 界面特性和耐化学特性 与挤压聚乙烯防腐层的机 械保护特性等优点结合起来 从而显著改善了各自 性能的三层 PE 防腐涂层在国际上被认为是最先进 的管道外防腐技术 再有 考虑到不明电流 土壤 腐蚀性等问题 在三层聚乙烯包覆的基础上并使用 电气防蚀的系统是最有效 经济的方法。
