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3PE防腐管道防腐层剥离因素及控制措施

2019-07-05 20:30:18

自3PE防腐层技术20世纪90年代引进到我国至今,在我国应用已有20余年的历史。3PE防腐层把熔结环氧粉末的附着力和抗腐蚀性能与聚乙烯的抗机械损伤、防水渗透特性很好地结合在一起,是目前世界上发展较快、应用较广泛的外防腐层之一,被广泛应用在石油天然气长距离输送管道上。

3PE防腐管道在延长管道使用寿命方面发挥了巨大的作用。然而,近年来,人们在已建的3PE管道上.发现不同程度的防腐层剥离问题.

有输气管道、输油管道;有运行温度比较高的管道,也有运行温度比较低的管道。报告的案例有的发生在国外,如印度、法国、叙利亚、挪威等,国内在管道改线时也发现了防腐层剥离现象。3PE防腐层剥离问题已经引起了人们对3PE防腐层应用的关注。

13PE防腐管道防腐层剥离情况概述

理想的3PE防腐层应当有效地防止管道的腐蚀,防腐层应至少在管道设计寿命内能达到防护钢管腐蚀的作用。但近几年来,频频报出使用年限仅十几年甚至几年的3PE防腐管发生剥离的案例。3PE防腐层发生剥离后的较大问题是产生阴极屏蔽,会使保护电流偏离他们原有的理想通道,结果阴极保护电流就无法充分保护钢管,使阴极保护失去了对防腐层损伤部位的保护作用。

伊朗天然气公司对3PE防腐层管道进行过一次问题调研,大约45%的防腐层与钢管完全失去了附着力,而大约55%呈现熔结环氧粉末层与钢管表面之间的附着力已经失去75%以上,没有发现聚乙烯层与胶粘剂层之间发生分层剥离问题,只有2%呈现胶粘剂层与熔结环氧粉末层之间已经失去了附着力,剥离情况。

3PE防腐层各层之间的粘合力是很强的,熔结环氧粉末层、胶粘剂层和聚乙烯层形成了一个整体,各防腐层之间的粘结强度比第 一层熔结环氧粉末层与钢管之间的粘结强度强。国内报道的3PE防腐管道发生剥离的案列也是主要发生在熔结环氧粉末层与钢管表面之间,剥离情况。

熔结环氧粉末层与钢管表面之间的部位是3PE防腐层发生剥离的主要部位。但是,从多年3PE防腐管的生产经历来看,在生产车间,几乎没有发现过熔结环氧粉末层与钢管表面之间发生剥离的现象,而且粘结的很牢靠。在处理生产过程中的废管时,从没有发现在剥离掉外层聚乙烯过程中发生熔结环氧粉末层脱落的现象,并且通过抛砂丸除掉钢管表面的熔结环氧粉末层很困难,要反复几遍才能处理干净,这一现象说明,熔结环氧粉末对钢管的粘结力还是很强的。然而使用一段时间后,又很容易发生熔结环氧粉末层与钢管表面的剥离,表明熔结环氧粉末层与钢管表面之间的附着力随着时间的推移,产生了失效,分析3PE防腐层剥离就是要分析出哪些因素会导致或影响附着力失效,并加以预防和控制,以减缓熔结环氧粉末层与钢管表面之间的附着力失效速度。

23PE防腐层剥离因素分析

2.13PE防腐层的涂敷控制

在3PE防腐层涂敷控制方面,可以从3PE防腐层涂敷工艺分析,影响熔结环氧粉末层与钢管表面之间附着力的因素有:钢管表面处理、环氧粉末性能、环氧粉末喷涂、胶粘剂和聚乙烯的缠绕及冷却。

2.1.1钢管表面处理

在涂敷3PE防腐层前,要对钢管表面进行处理,处理的目的是为了清除钢管表面的氧 化皮、铁锈和焊渣等,获得清洁和有一定粗糙度的表面,从而提高熔结环氧粉末层对钢管表面的附着力。钢管表面要求除锈等级达到Sa2.5级,锚纹深度达到50~90μm,灰尘度不低于2级,盐分含量不超过2μg/cm2。从钢管表面处理的经验来看.除锈等级和锚纹深度一般不会存在问题.在内地,盐分含量也不超标,只有灰尘度是一个较难控制的因素。灰尘度等级的评价是以含有灰尘的数量多少和大小来确定,共分为5个等级。而且,灰尘颗粒的成分也很复杂,有可能含有油分、水分等,当钢管表面附着较多的灰尘颗粒时,就会对熔结环氧粉末层与钢管表面的附着力产生影响。

2.1.2环氧粉末性能

在影响熔结环氧粉末层与钢管表面附着力的因素中,环氧粉末的性能是较主要的。环氧粉末之所以能与钢管表面有很强的附着力,是因为其结构中含有高极性和活性的环氧基,能与钢材中的铁离子形成很强的化学键;环氧粉末是由环氧树脂、固化剂、颜料和添加剂等成分组成,所以这些成分的性能,比如含有环氧基的多少、位置、固化剂的类型等都能影响熔结环氧粉末与钢管表面形成化学键的强度和密度。

2.1.3环氧粉末喷涂

(1)钢管温度。在3PE防腐层体系中,环氧粉末一般采用静电喷涂法,喷涂环氧粉末之前,需要将钢管加热到适宜的温度范围,使粉末一接触即熔化,余热使涂膜继续流动,进一步流平覆盖整个钢管表面,特别是锚纹凹陷处以及焊缝两侧,使涂层与钢管紧密结合,较大限度地减少孔隙。在这一环节,钢管的加热温度范围控制很重要,温度过高,环氧粉末的流平不好,涂膜不能充分与钢管表面接触,形成的涂层与钢管表面的附着力就不强;温度过低,环氧粉末固化不完全,形成的涂层致密度不够。

(2)压缩空气质量。环氧粉末喷涂是采用压缩空气传送的,压缩空气的质量直接影响涂层的附着力。2006年我公司生产的印度管线,要求压缩空气的常压露 点温度为-40℃,压缩空气的露 点温度越低,说明空气越干燥。国内的3PE防腐没有对压缩空气的露 点温度做出要求,若压缩空气中含有水分,在高温下汽化,就会在环氧粉末涂层上产生孔隙,降低涂层的附着力,涂层的孔隙率。

2.1.4胶粘剂和聚乙烯的缠绕及冷却

目前,尚无报道在单纯采用熔结环氧粉末涂层的管道上发生涂层剥离的案例,但曾有这样一个试验,有两条相似的管道都处于相同的使用环境条件下,采用200~300μm厚单环氧涂层,涂层附着力都没失效,而在环氧粉末厚度相同的3PE管道上熔结环氧粉末层却失去了附着力。从这一试验结果来看,在3PE防腐层中,胶粘剂和聚乙烯的缠绕及冷却也会对熔结环氧粉末层的附着力产生影响。推测原因可能是熔结环氧粉末层、胶粘剂层、聚乙烯层及钢材的热膨胀系数不同,由加热和冷却过程中产生的残余应力引起的。

2.23PE防腐管的使用环境

埋地3PE防腐管所处的地理环境、环境温度、运行介质温度、承受的压力、运行情况以及钢管规格等因素也是3PE防腐层剥离不可忽视的因素。这些因素主要是3PE防腐管受到温度变化、压力变化时所受到的应力和热胀冷缩造成的。3PE防腐层之所以能够附着在钢管表面,主要是第 一层熔结环氧粉末的粘结强度,假如作用在防腐层的引力超过了其粘结强度,就会发生剥离。