工程風采
Engineering Style
高強度鋼管道防腐
發布時間:
2018-11-15
西氣東輸二線包含“一干五支”，總長超過7300km。其中干線長度約4700km，采用φ1219mm、X80高強度鋼，設計壓力12MPa，設計年輸送能力300億方。
與西氣東輸工程相比，西氣東輸二線采用了X80高強度鋼，因此，就防腐而言，X80高強度鋼級管線具有與其它鋼級管線所不具有的特殊的防腐技術和防腐施工問題。根據當時國內外的現狀和發展趨勢，針對國內已建管道工程防腐中存在的技術和質量問題，結合西氣東輸二線采用X80高強度鋼和φ1219mm大口徑管道對防腐提出的技術要求，中國石油組織力量開展了攻關研究。
通過兩年時間攻克一系列難題，形成了高強度鋼管道的防腐技術整體方案，有效解決了西氣東輸二線建設面臨的防腐關鍵技術難題，為提高西氣東輸二線工程的防腐質量提供了強有力的技術支持和保障。
面臨的難題
高強度鋼管3PE防腐涂層技術
3PE防腐是我國長輸管道shou選的防腐技術，但由于西氣東輸二線采用了X80高強度鋼管，常規3PE防腐層的涂敷預熱溫度（200～250℃）對X80鋼的力學性能有一定的影響。
相關研究表明，200℃以上的加熱溫度會對鋼管的屈服強度和屈強比產生明顯的影響，使原本平滑的應力一應變曲線出現明顯的屈服平臺，導致屈強比顯著上升，在宏觀上表現為應力的增加，同時應變時效對X80鋼的沖擊功、韌性、延性都有不良的影響。因此，工程施工前迫切需要適合X80鋼管道的3PE防腐層材料和涂敷工藝新技術。
管道現場防腐補口技術
美國輸送安全局管道事故調查結果表明，45%的管道事故是由管道外腐蝕引起的，而80%以上的外腐蝕發生在管道補口處，補口是管道防腐的薄弱環節。
近年來，管道補口多采用環氧底漆+熱收縮帶的方法。底漆的主要作用是提高熱收縮帶的抗陰極剝離，其防腐蝕功能并不突出；而且底漆和熱收縮帶配套施工要求苛刻，烘烤粘結質量難以穩定，而收縮帶一旦滲漏進水，鋼管就沒有任何屏障。
當時，國內補口工藝要求環氧底漆在表干狀態下包覆熱收縮帶，主要的理念是表干狀態的環氧底漆與熔融狀態下的熱熔膠發生反應，達到融合粘結的效果；而環氧底漆在實干后就不能與熱熔膠產生有效的融合粘結。如果在φ1219mm的管道上同樣采取這種工藝則很難達到質量要求。
因此，具有良好防腐蝕性能、適應現場施工要求的補口底漆和與之配套的現場補口作業工法成為西氣東輸二線工程的急需。
3PE防腐層大變形鋼管適用技術
西氣東輸二線管道經過強震區、地震斷裂帶和其他特殊地段時（見圖1），將采用具有抗大變形性能的管道。管道在大變形條件下無疑會影響到外防腐涂層的性能，技術上要求抗大變形管段選用的防腐涂層必須能夠承受設計允許的最大變形量帶來的影響，并保持長期完整性和對管道的良好粘結。
在國內現有的管道涂層技術的標準中，SY/T 0413《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》中的一項防腐層的抗彎曲性能是涂層和基材同時發生變形的性能要求，該指標規定：抗彎曲（－30℃，2.5）聚乙烯無開裂，其彎曲變形達到了2%；SY/T 0315《鋼質管道單層熔結環氧粉末外涂層技術規范》中規定：抗彎曲（－3℃，2.5）涂層無裂紋。
從兩個規定可以看出，標準只是對3PE防腐層的低溫塑性進行了要求，對于變形后的防腐層的其他性能并無相應的要求。因此，通過實驗研究出管道發生大變形時對防腐涂層性能的影響，進而提出抗大變形管道涂層的性能和施工工藝要求，是鋪設大變形管道前必須完成的工作。
防腐新技術
針對西氣東輸二線建設面臨的防腐關鍵技術難題，通過開展試驗研究，取得一系列研究成果，形成了高強度鋼管防腐技術整體方案，并應用于西氣東輸二線X80鋼管的3PE防腐層涂敷生產和防腐補口施工，取得了良好的效果。
3PE防腐層低溫涂敷技術
通過試驗研究，開發出一整套的X80鋼管道3PE防腐層低溫涂敷技術，既保證了防腐層質量，又確保對X80鋼管力學性能影響不大。X80鋼管道3PE防腐層低溫涂敷技術主要包括以下幾方面：
（1）確定了X80鋼管防腐層涂敷要低于200℃，在此溫度下，對X80鋼管力學性能影響不大。
（2）從國內外不同生產廠家的環氧粉末中，篩選確定了滿足低溫固化要求的環氧粉末產品。
（3）對現有涂敷工藝參數進行了優化，確定了3PE防腐層低溫涂敷工藝參數，實現了X80鋼管道3PE防腐層的低溫涂敷。
（4）以課題研究成果為依據，編寫了西氣東輸二線X80鋼管道3PE防腐層技術條件。
X80鋼管道3PE防腐層低溫涂敷技術開發成功后，立即得到了應用。2008～2011年底，該技術已應用于西氣東輸二線、中衛貴陽聯絡線等國家重點建設工程，并分別被寶雞石油鋼管公司防腐廠、北京瑞晨防腐公司、渤海石油裝備制造公司防腐分公司等管道涂敷施工單位采用，累計完成管道低溫涂敷近2000km，創造了巨大的經濟效益。
補口配套新產品、新工藝
通過研究，開發出了補口配套新產品、新工藝，為西氣東輸二線工程現場補口質量的提升提供了技術支撐。
（1）研制出具有優異防腐蝕性能的無溶劑環氧補口底漆，并確定了生產工藝和施工工藝，該底漆可在干膜、濕膜兩種狀態下進行熱收縮帶安裝，粘結效果優于其他常用材料。
（2）通過試驗研究，明確了熱收縮帶（含補口底漆）現場補口施工的質量控制要點及控制措施，編寫完成了三層結構熱收縮帶現場補口施工方法。
（3）根據課題研究成果，編制了西氣東輸二線管道工程管道防腐層補口補傷技術規范。
適用于大變形鋼管的防腐新技術
西氣東輸二線途經多個強震區和地震斷裂帶，以及山區、河谷、黃土等特殊地段，通過研究制定的大變形鋼管防腐層性能指標及檢測方法，為上述特殊地段的管道設計和施工提供了重要的技術支撐。大變形鋼管防腐新技術主要包括以下幾方面：
（1）明確了影響3PE防腐層抗變形能力的關鍵性能，取得了3PE防腐層和FBE涂層在鋼基材變形條件下的性能變化規律。
（2）通過將研究確定的彎曲變形方法與3PE防腐層性能試驗方法結合起來，形成了3PE防腐層彎曲后剝離強度、陰極剝離和抗沖擊試驗方法，確定了抗大變形能，還是防護性能，都完全滿足城市供水的要求。其固化速度快、一次成膜厚、施工便捷、具有長效的防護性能等優點，非常適合于大規模的飲用水管道施工。
結束語
食品容器內壁環氧涂料具有良好的機械性能和防腐性能，理化檢驗及衛生檢驗符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全性評價規范》的規定，涂料在生產和施工過程中對環境均無污染，屬于綠色環保產品。
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2019-01-09
2019-02-18
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