论文部分内容阅读
摘要：管线是一种用于石油化工及建筑工程的传输气体或液体的工具，长期埋于地下或水中，受到酸、碱、盐等物质的腐蚀以及由于外界环境变化产生的应力破坏。本文综述了管线外防腐层破损的原因，包括管线外防腐层本身的质量问题、化学及电化学腐蚀和应力腐蚀，同时，综述了国内外管线外防腐层的修复技术，并对未来涂层修复技术进行了展望。
关键词：管线;外防腐层;破损;修復
管线是一种传送液体或气体的重要工具，通常情况下，管线多用于石油化工及建筑工程，运输天然气、石油、水等介质，长期埋于地下或海底[1]。由于长期受到土壤和水中腐蚀物质的侵蚀，加之施工质量、外力破坏等因素，管线外涂层极易受到损害，产生破损、开裂、老化、脱落等现象，这些现象的产生使管线外防腐层失去防腐蚀能力，甚至导致管线直接暴露在环境中[2]。管线是由钢制成的，暴露在环境中受到化学腐蚀和电化学腐蚀的作用会直接导致穿孔，造成漏油、漏水、漏气等不良现象，严重影响运输安全。管线的腐蚀控制是影响系统稳定安全运行的关键之一，这一问题急待于解决[3]。因此，本文总结前沿文献分析了管线外防腐层破损的原因，综述了管线外防腐层的修复技术，为管线外防腐层的腐蚀控制提供了依据。
1. 管线外防腐层结构
管线的外防腐层通常是由衬底、中间层和面漆三部分组成的[4]。衬底的材料通常是橡胶，如聚乙烯胶层、聚氯乙烯胶层等;中间层要起到承上启下的作用，既要与衬底有良好的相容性，也要与面漆有较好的相容性，同时，还要起到缓冲增强作用。因此，中间层通常以环氧树脂为胶料，内部衬上两到三层玻璃纤维布;面层要有良好的抵抗环境的能力，截止到目前为止，氟碳漆作为面漆效果最佳。
2. 防腐层破损原因
2.1 管线防腐层本身质量问题
管线防腐层在制造过程中存在厚度均匀的情况，或者喷漆后防腐层局部可能存在气泡，都会影响涂层的寿命，出现破损的可能。除此之外，由于管线施工周期较长，若是在冬季施工，在施工过程中冻土块容易将外防腐层砸伤，从而使涂层出现不均匀的情况，在长期的使用过程中，被砸伤的地方容易出现破损[5]。
2.2 化学及电化学腐蚀
管线作为一种传输工具长期被埋于地下或水中，大多数的土壤是酸性的，且土壤中含有大量的水分和微生物，长期的埋置会对涂层造成严重的损害;水中更是存在大量的腐蚀介质，如果管线长期在水中会在潮湿的土壤中，含有腐蚀介质的水会逐渐渗入涂层，发生化学或电化学腐蚀，从而使涂层膨胀、开裂、老化甚至脱落[6]。
2.3 应力腐蚀
管线的材质是钢，外防腐层的材质是聚合物，在外界环境作用下，尤其是冷热交替幅度较大时，管线与外防腐层的冷胀热缩程度不同，容易造成外防腐层开裂。另外，管线外防腐层是由衬底、中间层和面漆三部分组成的，为了达到不同的效果，每一部分的材料也是不同的，衬底通常是聚乙烯或聚氯乙烯材料，该材料在生产喷涂固化过程中需要经过粘流态、高弹态和玻璃态三种状态，涂层从高弹态向玻璃态转变的过程中，会有一部分分子链未来的及松弛就被冻结了，这种情况下涂层中就会存在较大的应力，使涂层容易与基材分离脱落，或者在应力的作用下开裂，造成涂层破损[7]。
3. 防腐层修复技术
管线在长期使用过程中，外防腐层会发生破损、开裂、剥离等现象，这些现象的出现表明管线外防腐层已经逐渐老化，此时，要对防腐层进行修复，否则随着腐蚀层的失效，管线将逐渐被外部环境腐蚀，可能会发生泄漏甚至爆炸等危险。管线外防腐层的修复根据实际情况可以分为局部修复和大修两种。
3.1 局部修复
对于局部修复，首先要对涂层鼓包处进行处理，将鼓包的涂层切开，清理干净，然后用砂纸或砂轮对内部管线的锈进行处理，最后选择与管线原有涂层相匹配的材料进行修复。选择的材料即要与管线外防腐层原有材料具有良好的相容性，又要具有施工简便、固化快速的特点[8]。目前，用于管线外防腐层修复的材料主要有无溶剂环氧树脂涂料、冷缠、热缩胶带和粘弹体等。其中，无溶剂环氧树脂涂料主要用于管线外部涂层穿孔、局部开裂的修复，对于有局部涂层脱落的管线，则要用冷缠、热缩胶带对脱落部分进行缠绕，然后再用环氧树脂涂料修复。粘弹体是一种防水防腐材料，具有较大的粘接性能和自修复特性，常用于接头、阀门、法兰处的修补[9]，该材料施工方便，对表面处理要求较低，但是这种材料必须在干燥的表面施工，否则会影响结合力，且机械强度较低。
3.2 大修
如果管线外防腐层大面积出现吸胀、脱落等现象，则需要大修。大修时，要对管线进行全面的清理，利用化学方法和机械方法对管线进行除锈，然后测试管线的完好程度，查看管线是否出现点蚀、穿孔等情况，如果出现了点蚀或穿孔，则应该对管线进行焊接或更换管线，如果没有这样的情况，则选择合适的衬底、中间层和面漆对管线进行涂装[10]。在这一方面，国内还没有较好的技术，还需要进一步探索发展。
4. 结论及展望
本文首先通过总结文献分析了管线外防腐层破损的原因，主要包括管线外防腐层本身的质量问题、发生化学及电化学腐蚀、发生应力腐蚀等。进而，综述了目前国内外管线外防腐层修复技术。并根据目前修复技术的缺点和问题，提出展望：（1）在修复材料方面，我们应该发展可以简便可施工、快速固化的材料，这样可以便于修补施工;（2）在修复技术方面，我们应该进一步探索如何能够更好、更快的对需要大修的管线进行修补。
参考文献
[1] 姜伟. 高含CO2输气管线腐蚀防护技术开发与应用分析[J]. 全面腐蚀控制，2018，32（12）：96-97.
[2] 谢飞，王月，王兴发，等. 辽河油田土壤中溶解氧对X70管线钢腐蚀的影响[J]. 表面技术，2018，47（10）：186-192.
[3] 窦伟. 油气长输管线外防腐层的选择与应用探讨[J]. 全面腐蚀控制，2017，31（8）：48-49.
[4] 李振军. 西部地区高强钢管道三层聚乙烯防腐蚀层的剥离性能[J]. 腐蚀与防护，2018，39（7）：544-548.
[5] 刘元福. 海水铜镍管线腐蚀失效分析[J]. 化学工程与装备，2018（12）：127-132.
[6] 孟繁亮. 管道防腐层破损原因及检测技术探讨[J]. 化学工程与装备，2011（5）：107-111.
[7] 殷伟，俞兴平. 湿法脱硫吸收塔防腐层破损原因分析及修复[J]. 甘肃科技，2015，31（2）：70-71.
[8] 卢福海，杜善丰. 钢管桩防腐层破损修补技术[J]. 公路，2006（9）：161-164.
[9] T. P. Venhrynyuk. Fatigue crack retardation by the application of repair coatings to gas pipelines under pressure[J]. Materials Science，2013，48（6）：739-742.
[10] 张彦军，韩文礼，张贻刚，等. 海洋平台桩腿防腐层修复三层包覆防护结构研究与应用[J]. 表面技术，2016，45（11）：123-128.
（作者单位：中石油煤层气有限公司临汾分公司）
关键词：管线;外防腐层;破损;修復
管线是一种传送液体或气体的重要工具，通常情况下，管线多用于石油化工及建筑工程，运输天然气、石油、水等介质，长期埋于地下或海底[1]。由于长期受到土壤和水中腐蚀物质的侵蚀，加之施工质量、外力破坏等因素，管线外涂层极易受到损害，产生破损、开裂、老化、脱落等现象，这些现象的产生使管线外防腐层失去防腐蚀能力，甚至导致管线直接暴露在环境中[2]。管线是由钢制成的，暴露在环境中受到化学腐蚀和电化学腐蚀的作用会直接导致穿孔，造成漏油、漏水、漏气等不良现象，严重影响运输安全。管线的腐蚀控制是影响系统稳定安全运行的关键之一，这一问题急待于解决[3]。因此，本文总结前沿文献分析了管线外防腐层破损的原因，综述了管线外防腐层的修复技术，为管线外防腐层的腐蚀控制提供了依据。
1. 管线外防腐层结构
管线的外防腐层通常是由衬底、中间层和面漆三部分组成的[4]。衬底的材料通常是橡胶，如聚乙烯胶层、聚氯乙烯胶层等;中间层要起到承上启下的作用，既要与衬底有良好的相容性，也要与面漆有较好的相容性，同时，还要起到缓冲增强作用。因此，中间层通常以环氧树脂为胶料，内部衬上两到三层玻璃纤维布;面层要有良好的抵抗环境的能力，截止到目前为止，氟碳漆作为面漆效果最佳。
2. 防腐层破损原因
2.1 管线防腐层本身质量问题
管线防腐层在制造过程中存在厚度均匀的情况，或者喷漆后防腐层局部可能存在气泡，都会影响涂层的寿命，出现破损的可能。除此之外，由于管线施工周期较长，若是在冬季施工，在施工过程中冻土块容易将外防腐层砸伤，从而使涂层出现不均匀的情况，在长期的使用过程中，被砸伤的地方容易出现破损[5]。
2.2 化学及电化学腐蚀
管线作为一种传输工具长期被埋于地下或水中，大多数的土壤是酸性的，且土壤中含有大量的水分和微生物，长期的埋置会对涂层造成严重的损害;水中更是存在大量的腐蚀介质，如果管线长期在水中会在潮湿的土壤中，含有腐蚀介质的水会逐渐渗入涂层，发生化学或电化学腐蚀，从而使涂层膨胀、开裂、老化甚至脱落[6]。
2.3 应力腐蚀
管线的材质是钢，外防腐层的材质是聚合物，在外界环境作用下，尤其是冷热交替幅度较大时，管线与外防腐层的冷胀热缩程度不同，容易造成外防腐层开裂。另外，管线外防腐层是由衬底、中间层和面漆三部分组成的，为了达到不同的效果，每一部分的材料也是不同的，衬底通常是聚乙烯或聚氯乙烯材料，该材料在生产喷涂固化过程中需要经过粘流态、高弹态和玻璃态三种状态，涂层从高弹态向玻璃态转变的过程中，会有一部分分子链未来的及松弛就被冻结了，这种情况下涂层中就会存在较大的应力，使涂层容易与基材分离脱落，或者在应力的作用下开裂，造成涂层破损[7]。
3. 防腐层修复技术
管线在长期使用过程中，外防腐层会发生破损、开裂、剥离等现象，这些现象的出现表明管线外防腐层已经逐渐老化，此时，要对防腐层进行修复，否则随着腐蚀层的失效，管线将逐渐被外部环境腐蚀，可能会发生泄漏甚至爆炸等危险。管线外防腐层的修复根据实际情况可以分为局部修复和大修两种。
3.1 局部修复
对于局部修复，首先要对涂层鼓包处进行处理，将鼓包的涂层切开，清理干净，然后用砂纸或砂轮对内部管线的锈进行处理，最后选择与管线原有涂层相匹配的材料进行修复。选择的材料即要与管线外防腐层原有材料具有良好的相容性，又要具有施工简便、固化快速的特点[8]。目前，用于管线外防腐层修复的材料主要有无溶剂环氧树脂涂料、冷缠、热缩胶带和粘弹体等。其中，无溶剂环氧树脂涂料主要用于管线外部涂层穿孔、局部开裂的修复，对于有局部涂层脱落的管线，则要用冷缠、热缩胶带对脱落部分进行缠绕，然后再用环氧树脂涂料修复。粘弹体是一种防水防腐材料，具有较大的粘接性能和自修复特性，常用于接头、阀门、法兰处的修补[9]，该材料施工方便，对表面处理要求较低，但是这种材料必须在干燥的表面施工，否则会影响结合力，且机械强度较低。
3.2 大修
如果管线外防腐层大面积出现吸胀、脱落等现象，则需要大修。大修时，要对管线进行全面的清理，利用化学方法和机械方法对管线进行除锈，然后测试管线的完好程度，查看管线是否出现点蚀、穿孔等情况，如果出现了点蚀或穿孔，则应该对管线进行焊接或更换管线，如果没有这样的情况，则选择合适的衬底、中间层和面漆对管线进行涂装[10]。在这一方面，国内还没有较好的技术，还需要进一步探索发展。
4. 结论及展望
本文首先通过总结文献分析了管线外防腐层破损的原因，主要包括管线外防腐层本身的质量问题、发生化学及电化学腐蚀、发生应力腐蚀等。进而，综述了目前国内外管线外防腐层修复技术。并根据目前修复技术的缺点和问题，提出展望：（1）在修复材料方面，我们应该发展可以简便可施工、快速固化的材料，这样可以便于修补施工;（2）在修复技术方面，我们应该进一步探索如何能够更好、更快的对需要大修的管线进行修补。
参考文献
[1] 姜伟. 高含CO2输气管线腐蚀防护技术开发与应用分析[J]. 全面腐蚀控制，2018，32（12）：96-97.
[2] 谢飞，王月，王兴发，等. 辽河油田土壤中溶解氧对X70管线钢腐蚀的影响[J]. 表面技术，2018，47（10）：186-192.
[3] 窦伟. 油气长输管线外防腐层的选择与应用探讨[J]. 全面腐蚀控制，2017，31（8）：48-49.
[4] 李振军. 西部地区高强钢管道三层聚乙烯防腐蚀层的剥离性能[J]. 腐蚀与防护，2018，39（7）：544-548.
[5] 刘元福. 海水铜镍管线腐蚀失效分析[J]. 化学工程与装备，2018（12）：127-132.
[6] 孟繁亮. 管道防腐层破损原因及检测技术探讨[J]. 化学工程与装备，2011（5）：107-111.
[7] 殷伟，俞兴平. 湿法脱硫吸收塔防腐层破损原因分析及修复[J]. 甘肃科技，2015，31（2）：70-71.
[8] 卢福海，杜善丰. 钢管桩防腐层破损修补技术[J]. 公路，2006（9）：161-164.
[9] T. P. Venhrynyuk. Fatigue crack retardation by the application of repair coatings to gas pipelines under pressure[J]. Materials Science，2013，48（6）：739-742.
[10] 张彦军，韩文礼，张贻刚，等. 海洋平台桩腿防腐层修复三层包覆防护结构研究与应用[J]. 表面技术，2016，45（11）：123-128.
（作者单位：中石油煤层气有限公司临汾分公司）