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摘要：随着埋地管道大量的使用3PE防腐层，其缺陷也开始逐步地暴露出来。文章通过对某高强钢管道沿线管体3PE防腐蚀层性能检测，从管道的运行环境、原材料质量以及防腐厂预制环节出发，分析了失效机理，最终确定了防腐层的失效原因。
关键词：管道；3PE防腐蚀层；性能检测
由于长输管道向极地、海洋、冻土、沼泽、沙漠等严酷环境延伸，对防腐层性能提出了更严格的要求。钢质管道3PE防腐结构集中了熔结环氧粉末（FBE）和挤压聚烯烃涂层的性能优势，克服了两种涂层单独使用时性能上的不足，以其优越的防腐性能和良好的加工工艺性，成为国内外长输管道应用较多的管道外防腐涂层，是管道外防腐的首选方案。然而，3PE生产工艺和生产控制相对复杂一些，管道的3PE防腐蚀层会受多种因素的影响而失效，主要表现为3PE防腐层与管道体的剥离、焊缝区3PE防腐层受力裂开等现象。为掌握3PE防腐蚀层运行现状，有必要对管道管体3PE防腐蚀层进行检测，对失效原因进行探究。
1 检测内容
3PE防腐蚀层性能检测方法见表1。3PE防腐蚀层剥离的粉末涂层的实验室分析如下：热特性试验分析、宏观、微观形貌分析等。
表1 3PE防腐蚀层性能指标要求
2 检测结果
2.1 现场开挖检测结果
对某高强钢管道3PE防腐蚀层进行检测，主要检测对象为外检测发现防腐蚀层破损处和内检测发现有缺陷处防腐蚀层，共抽检15道口。主要检测3PE防腐蚀层外观、漏点、剥离强度、厚度、附着力和管体腐蚀情况，结果见图1。
图1 整体状况良好的检测照片
发现11处3PE防腐蚀层整体状况良好，外观无撬剥、破损现象；采用25kV电火花检漏，未发现漏点；聚乙烯层剥离时，剥离强度满足标准要求，粉末涂层与钢管粘结性优良。发现2处（X2-GZ01和X2-WS-2）管道壁上的环氧粉末层与管道体表面完全分离无粘结力，管体表面上没有环氧粉末并且管体无腐蚀、光亮。发现2处（X3-GZCM和X3-JH-1）3PE防腐蚀层与管体粘结力降低，管体表面有部分环氧粉末；环氧粉末涂层剥离处管体无腐蚀、光亮。
2.2 实验室检测结果
从现场取回4道出现剥离的检测口（X2-GZO1.X2-WS-2，X3-GZG-1，X3-JH-1）3PE材料进行室内分析，包括环氧粉末涂层外观形貌分析和环氧粉末涂层热变特性测试，从而分析3PE防腐蚀层剥离的原因。
（1）外观形貌分析
取回的4道出现剥离现象的三层聚乙烯防腐蚀层，环氧粉末涂层完全粘附在聚乙烯上。将4道取样防腐蚀层进行宏观形貌观察，然后利用奥林巴斯LEXT4000全自动三维激光形貌仪放大观察环氧粉末涂层的三维微观形貌，见图2。
图2 X2-GZ01取样宏观照片
从三维激光形貌仪放大的三维照片看，4道检测口的环氧粉末涂层上均已出现微小的点状锈蚀痕迹。从宏观照片来看，X2-WS-2和X3-JH-1两道检测口环氧粉末涂层颜色较深、发黄，出现轻度焦化现象，将3PE弯曲时环氧粉末涂层出现裂纹。
（2）环氧粉末涂层热变特性测试
将取回的4道出现剥离现象的环氧粉末涂层利用DSC差示扫描量热仪进行热特性实验分析，分析环氧粉末涂层的固化情况。分别得出4道检测口环氧粉末涂层的热扫描曲线，并得出了△Tg在值。
3 3PE剥离原因分析
环氧粉末涂层与管体粘结不佳是造成3PE防腐蚀层失效的主要原因。管道运行环境、环氧粉末原材料品质及工厂预制这些环节都可能造成环氧粉末涂层粘结力不佳。
3.1 运行环境
（1）过高的阴极保护电位
过高的阴极保护电位增加了涂层阴极剥离的可能性。涂层产生阴极剥离的条件是涂层表面必须有破损、漏点或具有强渗透性，水和氧能到达金属表面，且阴极保护电位足够负。电位足够小时，水在金属表面发生阴极反应生成0H-离子：2H20+2e=H2+20H-（水还原），过量的H2释放和OH-的聚集导致涂层剥离。从现场检测的情况来看，现场检测的点未发现3PE有破损及漏点，剥离后管体表面光亮，无水、无腐蚀及屏蔽产物。因此，此次检测的3PE防腐蚀层的剥离与高阴极保护电位没有直接的联系。
（2）运行温度
由于管体金属与3PE涂层随温度变化有不同的热胀冷缩比，长期冷热交替运行后，涂层会与管体发生剥离。所调査管道属正常运行，但有剥离现象，本次检测的3PE防腐蚀层的剥离与输送介质温度的变化也没有直接的联系。
3.2 原材料的质量
环氧粉末的正确配方非常重要，直接影响3PE底层与管道金属的粘结性能。对环氧粉末原材料及成品涂层的检测，国外限制含水量，国内是限制挥发分含量，对3PE用环氧粉末涂装试片，国内只要求附着力和阴极剥离两项指标，国外还要求断面孔隙率、界面孔隙率、抗2.5°弯曲，而且国内外阴极剥离实验条件与指标要求各不相同，基本不具备可比性。由于缺乏严格的检测要求及指标，加人过多填料的环氧粉末进人涂敷车间，可能使得成品管道涂层性能降低。
由于无法得知原始环氧粉末的基础资料，本次检测的环氧粉末涂层剥离现象是否与环氧粉末原材料的品质有关无法判断。
3.3 防腐厂预制环节
防腐厂涂层预制的过程中，涂装工艺的控制影响环氧粉末涂层的质量。
（1）表面處理
涂装前管道表面处理是提高涂层性能的关键，除表面喷砂处理等级、锚纹深度等方面影响涂层性能外，表面可溶盐含量、表面灰尘级别也会极大地影响涂层质量，目前国内基本缺乏这两方面的技术要求及测试方法。
（2）涂装温度
3PE在涂装前，需要把钢管的温度加热到200℃以上，但温度过高，环氧粉末固化反应太快，粉末熔化不充分，成膜流平不良，和钢表面的结合能力降低，在胶粘剂包覆前，环氧树脂官能团过度消耗，部分、甚至完全失去和胶粘剂的化学键结合能力。温度太高，熔结环氧层甚至可能发生轻度焦化，表现为粉末层颜色变深、发黄。这将导致涂层剥离检验或弯曲检验不合格。此次X2-WS-2和X3-JH-1检测口环氧粉末层颜色较深、发黄，弯曲时涂层开裂，伴有轻度焦化现象。涂装预制时温度过高，可能是造成这两道口剥离失效的原因。
4 结束语
总之，3PE防腐层作为管道外防腐的首选方案，保障其防腐效果尤为重要。在本工程中，对管道3PE防腐层失效分析结果表明：3PE防腐蚀层的剥离与高阴极保护电位没有直接的联系；无法判断与环氧粉末原材料的品质是否有关；涂装预制时涂覆温度过高或过低都会造成粉末涂层与钢管发生剥离，而涂装预制时温度偏低，可能是造成这两道口剥离失效的原因。因此，环氧粉末涂层在预制厂制备时，应注意生产线温度的控制。相信随着环氧粉末及聚乙烯质量的改善，制备工艺的提高，检测技术的完善，通过不断的探究与反思，钢管防腐涂层的质量会得到更好的保障。
参考文献
[1]张爱民，张丽丽.3PE防腐层失效现象分析[J].辽宁化工，2011， 40（11）：1199-1200
[2]龚敏；张婷；张国虎；曾祥梅；影响埋地管道3PE防腐层剥离的因素探讨[J]；全面腐蚀控制；2011年02期
关键词：管道；3PE防腐蚀层；性能检测
由于长输管道向极地、海洋、冻土、沼泽、沙漠等严酷环境延伸，对防腐层性能提出了更严格的要求。钢质管道3PE防腐结构集中了熔结环氧粉末（FBE）和挤压聚烯烃涂层的性能优势，克服了两种涂层单独使用时性能上的不足，以其优越的防腐性能和良好的加工工艺性，成为国内外长输管道应用较多的管道外防腐涂层，是管道外防腐的首选方案。然而，3PE生产工艺和生产控制相对复杂一些，管道的3PE防腐蚀层会受多种因素的影响而失效，主要表现为3PE防腐层与管道体的剥离、焊缝区3PE防腐层受力裂开等现象。为掌握3PE防腐蚀层运行现状，有必要对管道管体3PE防腐蚀层进行检测，对失效原因进行探究。
1 检测内容
3PE防腐蚀层性能检测方法见表1。3PE防腐蚀层剥离的粉末涂层的实验室分析如下：热特性试验分析、宏观、微观形貌分析等。
表1 3PE防腐蚀层性能指标要求
2 检测结果
2.1 现场开挖检测结果
对某高强钢管道3PE防腐蚀层进行检测，主要检测对象为外检测发现防腐蚀层破损处和内检测发现有缺陷处防腐蚀层，共抽检15道口。主要检测3PE防腐蚀层外观、漏点、剥离强度、厚度、附着力和管体腐蚀情况，结果见图1。
图1 整体状况良好的检测照片
发现11处3PE防腐蚀层整体状况良好，外观无撬剥、破损现象；采用25kV电火花检漏，未发现漏点；聚乙烯层剥离时，剥离强度满足标准要求，粉末涂层与钢管粘结性优良。发现2处（X2-GZ01和X2-WS-2）管道壁上的环氧粉末层与管道体表面完全分离无粘结力，管体表面上没有环氧粉末并且管体无腐蚀、光亮。发现2处（X3-GZCM和X3-JH-1）3PE防腐蚀层与管体粘结力降低，管体表面有部分环氧粉末；环氧粉末涂层剥离处管体无腐蚀、光亮。
2.2 实验室检测结果
从现场取回4道出现剥离的检测口（X2-GZO1.X2-WS-2，X3-GZG-1，X3-JH-1）3PE材料进行室内分析，包括环氧粉末涂层外观形貌分析和环氧粉末涂层热变特性测试，从而分析3PE防腐蚀层剥离的原因。
（1）外观形貌分析
取回的4道出现剥离现象的三层聚乙烯防腐蚀层，环氧粉末涂层完全粘附在聚乙烯上。将4道取样防腐蚀层进行宏观形貌观察，然后利用奥林巴斯LEXT4000全自动三维激光形貌仪放大观察环氧粉末涂层的三维微观形貌，见图2。
图2 X2-GZ01取样宏观照片
从三维激光形貌仪放大的三维照片看，4道检测口的环氧粉末涂层上均已出现微小的点状锈蚀痕迹。从宏观照片来看，X2-WS-2和X3-JH-1两道检测口环氧粉末涂层颜色较深、发黄，出现轻度焦化现象，将3PE弯曲时环氧粉末涂层出现裂纹。
（2）环氧粉末涂层热变特性测试
将取回的4道出现剥离现象的环氧粉末涂层利用DSC差示扫描量热仪进行热特性实验分析，分析环氧粉末涂层的固化情况。分别得出4道检测口环氧粉末涂层的热扫描曲线，并得出了△Tg在值。
3 3PE剥离原因分析
环氧粉末涂层与管体粘结不佳是造成3PE防腐蚀层失效的主要原因。管道运行环境、环氧粉末原材料品质及工厂预制这些环节都可能造成环氧粉末涂层粘结力不佳。
3.1 运行环境
（1）过高的阴极保护电位
过高的阴极保护电位增加了涂层阴极剥离的可能性。涂层产生阴极剥离的条件是涂层表面必须有破损、漏点或具有强渗透性，水和氧能到达金属表面，且阴极保护电位足够负。电位足够小时，水在金属表面发生阴极反应生成0H-离子：2H20+2e=H2+20H-（水还原），过量的H2释放和OH-的聚集导致涂层剥离。从现场检测的情况来看，现场检测的点未发现3PE有破损及漏点，剥离后管体表面光亮，无水、无腐蚀及屏蔽产物。因此，此次检测的3PE防腐蚀层的剥离与高阴极保护电位没有直接的联系。
（2）运行温度
由于管体金属与3PE涂层随温度变化有不同的热胀冷缩比，长期冷热交替运行后，涂层会与管体发生剥离。所调査管道属正常运行，但有剥离现象，本次检测的3PE防腐蚀层的剥离与输送介质温度的变化也没有直接的联系。
3.2 原材料的质量
环氧粉末的正确配方非常重要，直接影响3PE底层与管道金属的粘结性能。对环氧粉末原材料及成品涂层的检测，国外限制含水量，国内是限制挥发分含量，对3PE用环氧粉末涂装试片，国内只要求附着力和阴极剥离两项指标，国外还要求断面孔隙率、界面孔隙率、抗2.5°弯曲，而且国内外阴极剥离实验条件与指标要求各不相同，基本不具备可比性。由于缺乏严格的检测要求及指标，加人过多填料的环氧粉末进人涂敷车间，可能使得成品管道涂层性能降低。
由于无法得知原始环氧粉末的基础资料，本次检测的环氧粉末涂层剥离现象是否与环氧粉末原材料的品质有关无法判断。
3.3 防腐厂预制环节
防腐厂涂层预制的过程中，涂装工艺的控制影响环氧粉末涂层的质量。
（1）表面處理
涂装前管道表面处理是提高涂层性能的关键，除表面喷砂处理等级、锚纹深度等方面影响涂层性能外，表面可溶盐含量、表面灰尘级别也会极大地影响涂层质量，目前国内基本缺乏这两方面的技术要求及测试方法。
（2）涂装温度
3PE在涂装前，需要把钢管的温度加热到200℃以上，但温度过高，环氧粉末固化反应太快，粉末熔化不充分，成膜流平不良，和钢表面的结合能力降低，在胶粘剂包覆前，环氧树脂官能团过度消耗，部分、甚至完全失去和胶粘剂的化学键结合能力。温度太高，熔结环氧层甚至可能发生轻度焦化，表现为粉末层颜色变深、发黄。这将导致涂层剥离检验或弯曲检验不合格。此次X2-WS-2和X3-JH-1检测口环氧粉末层颜色较深、发黄，弯曲时涂层开裂，伴有轻度焦化现象。涂装预制时温度过高，可能是造成这两道口剥离失效的原因。
4 结束语
总之，3PE防腐层作为管道外防腐的首选方案，保障其防腐效果尤为重要。在本工程中，对管道3PE防腐层失效分析结果表明：3PE防腐蚀层的剥离与高阴极保护电位没有直接的联系；无法判断与环氧粉末原材料的品质是否有关；涂装预制时涂覆温度过高或过低都会造成粉末涂层与钢管发生剥离，而涂装预制时温度偏低，可能是造成这两道口剥离失效的原因。因此，环氧粉末涂层在预制厂制备时，应注意生产线温度的控制。相信随着环氧粉末及聚乙烯质量的改善，制备工艺的提高，检测技术的完善，通过不断的探究与反思，钢管防腐涂层的质量会得到更好的保障。
参考文献
[1]张爱民，张丽丽.3PE防腐层失效现象分析[J].辽宁化工，2011， 40（11）：1199-1200
[2]龚敏；张婷；张国虎；曾祥梅；影响埋地管道3PE防腐层剥离的因素探讨[J]；全面腐蚀控制；2011年02期