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    3PE防腐管道防腐層剝離因素及控制措施

    2019-07-05 20:30:18

    自3PE防腐層技術20世紀90年代引進到我國至今,在我國應用已有20余年的歷史。3PE防腐層把熔結環氧粉末的附著力和抗腐蝕性能與聚乙烯的抗機械損傷、防水滲透特性很好地結合在一起,是目前世界上發展較快、應用較廣泛的外防腐層之一,被廣泛應用在石油天然氣長距離輸送管道上。

    3PE防腐管道在延長管道使用壽命方面發揮了巨大的作用。然而,近年來,人們在已建的3PE管道上.發現不同程度的防腐層剝離問題.

    有輸氣管道、輸油管道;有運行溫度比較高的管道,也有運行溫度比較低的管道。報告的案例有的發生在國外,如印度、法國、敘利亞、挪威等,國內在管道改線時也發現了防腐層剝離現象。3PE防腐層剝離問題已經引起了人們對3PE防腐層應用的關注。

    13PE防腐管道防腐層剝離情況概述

    理想的3PE防腐層應當有效地防止管道的腐蝕,防腐層應至少在管道設計壽命內能達到防護鋼管腐蝕的作用。但近幾年來,頻頻報出使用年限僅十幾年甚至幾年的3PE防腐管發生剝離的案例。3PE防腐層發生剝離后的較大問題是產生陰極屏蔽,會使保護電流偏離他們原有的理想通道,結果陰極保護電流就無法充分保護鋼管,使陰極保護失去了對防腐層損傷部位的保護作用。

    伊朗天然氣公司對3PE防腐層管道進行過一次問題調研,大約45%的防腐層與鋼管完全失去了附著力,而大約55%呈現熔結環氧粉末層與鋼管表面之間的附著力已經失去75%以上,沒有發現聚乙烯層與膠粘劑層之間發生分層剝離問題,只有2%呈現膠粘劑層與熔結環氧粉末層之間已經失去了附著力,剝離情況。

    3PE防腐層各層之間的粘合力是很強的,熔結環氧粉末層、膠粘劑層和聚乙烯層形成了一個整體,各防腐層之間的粘結強度比第 一層熔結環氧粉末層與鋼管之間的粘結強度強。國內報道的3PE防腐管道發生剝離的案列也是主要發生在熔結環氧粉末層與鋼管表面之間,剝離情況。

    熔結環氧粉末層與鋼管表面之間的部位是3PE防腐層發生剝離的主要部位。但是,從多年3PE防腐管的生產經歷來看,在生產車間,幾乎沒有發現過熔結環氧粉末層與鋼管表面之間發生剝離的現象,而且粘結的很牢靠。在處理生產過程中的廢管時,從沒有發現在剝離掉外層聚乙烯過程中發生熔結環氧粉末層脫落的現象,并且通過拋砂丸除掉鋼管表面的熔結環氧粉末層很困難,要反復幾遍才能處理干凈,這一現象說明,熔結環氧粉末對鋼管的粘結力還是很強的。然而使用一段時間后,又很容易發生熔結環氧粉末層與鋼管表面的剝離,表明熔結環氧粉末層與鋼管表面之間的附著力隨著時間的推移,產生了失效,分析3PE防腐層剝離就是要分析出哪些因素會導致或影響附著力失效,并加以預防和控制,以減緩熔結環氧粉末層與鋼管表面之間的附著力失效速度。

    23PE防腐層剝離因素分析

    2.13PE防腐層的涂敷控制

    在3PE防腐層涂敷控制方面,可以從3PE防腐層涂敷工藝分析,影響熔結環氧粉末層與鋼管表面之間附著力的因素有:鋼管表面處理、環氧粉末性能、環氧粉末噴涂、膠粘劑和聚乙烯的纏繞及冷卻。

    2.1.1鋼管表面處理

    在涂敷3PE防腐層前,要對鋼管表面進行處理,處理的目的是為了清除鋼管表面的氧 化皮、鐵銹和焊渣等,獲得清潔和有一定粗糙度的表面,從而提高熔結環氧粉末層對鋼管表面的附著力。鋼管表面要求除銹等級達到Sa2.5級,錨紋深度達到50~90μm,灰塵度不低于2級,鹽分含量不超過2μg/cm2。從鋼管表面處理的經驗來看.除銹等級和錨紋深度一般不會存在問題.在內地,鹽分含量也不超標,只有灰塵度是一個較難控制的因素?;覊m度等級的評價是以含有灰塵的數量多少和大小來確定,共分為5個等級。而且,灰塵顆粒的成分也很復雜,有可能含有油分、水分等,當鋼管表面附著較多的灰塵顆粒時,就會對熔結環氧粉末層與鋼管表面的附著力產生影響。

    2.1.2環氧粉末性能

    在影響熔結環氧粉末層與鋼管表面附著力的因素中,環氧粉末的性能是較主要的。環氧粉末之所以能與鋼管表面有很強的附著力,是因為其結構中含有高極性和活性的環氧基,能與鋼材中的鐵離子形成很強的化學鍵;環氧粉末是由環氧樹脂、固化劑、顏料和添加劑等成分組成,所以這些成分的性能,比如含有環氧基的多少、位置、固化劑的類型等都能影響熔結環氧粉末與鋼管表面形成化學鍵的強度和密度。

    2.1.3環氧粉末噴涂

    (1)鋼管溫度。在3PE防腐層體系中,環氧粉末一般采用靜電噴涂法,噴涂環氧粉末之前,需要將鋼管加熱到適宜的溫度范圍,使粉末一接觸即熔化,余熱使涂膜繼續流動,進一步流平覆蓋整個鋼管表面,特別是錨紋凹陷處以及焊縫兩側,使涂層與鋼管緊密結合,較大限度地減少孔隙。在這一環節,鋼管的加熱溫度范圍控制很重要,溫度過高,環氧粉末的流平不好,涂膜不能充分與鋼管表面接觸,形成的涂層與鋼管表面的附著力就不強;溫度過低,環氧粉末固化不完全,形成的涂層致密度不夠。

    (2)壓縮空氣質量。環氧粉末噴涂是采用壓縮空氣傳送的,壓縮空氣的質量直接影響涂層的附著力。2006年我公司生產的印度管線,要求壓縮空氣的常壓露 點溫度為-40℃,壓縮空氣的露 點溫度越低,說明空氣越干燥。國內的3PE防腐沒有對壓縮空氣的露 點溫度做出要求,若壓縮空氣中含有水分,在高溫下汽化,就會在環氧粉末涂層上產生孔隙,降低涂層的附著力,涂層的孔隙率。

    2.1.4膠粘劑和聚乙烯的纏繞及冷卻

    目前,尚無報道在單純采用熔結環氧粉末涂層的管道上發生涂層剝離的案例,但曾有這樣一個試驗,有兩條相似的管道都處于相同的使用環境條件下,采用200~300μm厚單環氧涂層,涂層附著力都沒失效,而在環氧粉末厚度相同的3PE管道上熔結環氧粉末層卻失去了附著力。從這一試驗結果來看,在3PE防腐層中,膠粘劑和聚乙烯的纏繞及冷卻也會對熔結環氧粉末層的附著力產生影響。推測原因可能是熔結環氧粉末層、膠粘劑層、聚乙烯層及鋼材的熱膨脹系數不同,由加熱和冷卻過程中產生的殘余應力引起的。

    2.23PE防腐管的使用環境

    埋地3PE防腐管所處的地理環境、環境溫度、運行介質溫度、承受的壓力、運行情況以及鋼管規格等因素也是3PE防腐層剝離不可忽視的因素。這些因素主要是3PE防腐管受到溫度變化、壓力變化時所受到的應力和熱脹冷縮造成的。3PE防腐層之所以能夠附著在鋼管表面,主要是第 一層熔結環氧粉末的粘結強度,假如作用在防腐層的引力超過了其粘結強度,就會發生剝離。


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