管道外防腐层性能比较

埋地钢质管道外防腐层性能分析和发展展望

作者：肖峰

摘要分析了国内外埋地钢质管道外防腐层的应用及其在管道运行中的性能情况，指名了目前应用的防腐层的优缺点和今后管道防腐层的发展方向。

关键词埋地管道外防腐层性能

钢质管道埋地后会受到来自环境的腐蚀和破坏，通常采用覆盖层和阴极保护的方法对管道进行防护。阴极保护是通过降低腐蚀电位，即当埋地钢质管道裸露遭到腐蚀时，腐蚀电子首先由阴极保护电流提供而不是钢管的铁提供，这样就达到了电化学保护的目的。但是，当埋地钢质管道外防腐层千疮百孔时，阴极保护将不再发挥作用，甚至还会起到负作用，所以如何做好管道外防腐层成为需要解决的重要问题。

1 埋地管道外防腐层的应用

目前，常用的外防腐结构主要有以下几种：

1.1 石油沥青防腐层沥青防腐屋是由沥青浸渍玻璃纤维布经缠绕而成的埋地管道外防腐层，是我国使用最多的管道覆盖层材料。

1.2 煤焦油瓷漆防腐层煤焦油瓷漆是由高温煤焦油分馏得到的重质馏分和煤沥青，添加煤粉和填料，经加热熬制而成的制品。我国塔中轮南原油和天然气管道、靖边西安天然气管道等均采用煤焦油瓷漆防腐层。

1.3 熔结环氧粉末防腐层熔结环氧粉末（FBE）是由环氧树脂、固化剂、填料和颜料等组成的单组分涂料。近年来，我国在库鄯线、新疆、黄河穿越段应用也很多。

1.4 挤压聚乙烯防腐层挤压聚乙烯防腐层分为二层结构和三层结构。二层结构的底层为胶粘剂，外层为聚乙烯；三层结构的底层为环氧涂料，中间层为胶粘剂，面层为聚乙烯。这类涂层是欧洲一些国家首选的埋地钢质管道外防腐涂层。

2 管道外防腐层的性能分析

对埋地钢质管道外防腐性能要求较多，但目前最重要的要求有如下几

点：

2.1 吸水率防腐层不能完全阻止水的渗透，总有一定量的吸水率，所以钢管的锈蚀也是必然的。吸水率低者防腐蚀性能较好，吸水率高会影响防腐层的附着力。水是通过涂层间的自由体积空穴和微观上的小孔穿行，所以防腐层厚度的大小，防腐结构的紧密与疏松决定了吸水率的大小。以上五种外防腐层中沥青防腐的吸水率最高，但由于其涂层较厚，透水率相对降低，延长了它的使用寿命；挤压聚乙烯防腐层的吸水率最低，

2.2 透氧性通常在自然环境中，氧是金属腐蚀阴极去极化剂。为了维持防腐层下金属腐蚀的进行，阴极部位必须有足够的氧透过。因此防腐层的透氧率在特定场合控制着钢管的腐蚀速度，尤其是在氧浓度高的埋地管线区，腐蚀最为厉害。从目前了解的数值显示，熔结环氧粉末防腐层的透氧性明显低于聚乙烯防腐层。

2.3 与基材的附着力它主要代表了防腐层与钢铁的粘结能力。防腐层要保护好底材，必须在使用期间与底材有着牢固的粘结能力。高粘着力是环氧粉末防腐层的一大优点, 其粘着力可达25Kg/cm2,即2.5MPa。对于沥青基防腐层, 很难得到可比较的粘着力数值。在一定假设条件下,利用其基本数据进行简单计算,可估算出它对钢材的粘着力数值约为20 Kg/cm2，即2MPa。在可比条件下,一般认为,煤焦油防腐层对钢材的粘着力稍大于沥青防腐层。较高的估计值一般大于2MPa。这可能是因为在煤焦油防腐层中,含极性羟基较高的缘故。对聚乙烯防腐层, 是以其抗撕扯能力表示粘着力大小。其单位是N/cm (单位长度的力)。该数值可以0.1N/cm变化到400N/cm。(依据试验时间和粘接剂类型)，当以熔化型聚乙烯聚合物为粘接剂时,其抗撕扯性能最好, 而以沥青或异丁橡胶为粘接剂时,其抗撕扯性能最差。

2.4 抗机械损伤能力通过对管道失效事故的风险评估，发现机械损伤占第一位，腐蚀占第二位。因此，外防腐层能抵抗外来机械损伤是防腐层一项重要指标，这主要取决于防腐层的厚度和力学性能。厚度大，受机械撞击可以有部分缓冲，所以损伤较小，比方说沥青防腐层就比熔结环氧粉末防腐层的抗机械损伤能力大。力学性能也决定其抗机械损伤能力，这

里主要是指防腐层的伸长率和拉伸强度。低的伸长率和拉伸强度说明防腐层硬而脆，使用中不耐久，尤其不抗磕碰；高的伸长率和低的拉伸强度说明防腐层柔软具有弹性，抗机械损伤能力稍强；低的伸长率和高的拉伸强度说明硬而韧，说明抗磨损，耐损伤；而两值均高则为强韧的强性防腐层。

2.5 环境稳定性它是指防腐层对生物侵蚀、温度等的适应性。就生物侵蚀而言，由于煤焦油防腐层含有毒的酚醛成份，在这方面是一个优点。埋地管线的沥青防腐层会被植物根损伤或穿透，而煤焦油防腐层却不会遭受这种破坏。土壤中微生物对沥青基防腐层的侵蚀似乎更严重。对厚膜防腐层, 生物侵蚀似乎是主要问题，而在管线长期运营时，微生物可能会损坏薄的熔结环氧粉末防腐层。在运营温度界限方面，一般认为，最高运营温度与防腐层软化点相差30℃。厂家标明的环氧粉末防腐层的上限运营温度约100～120℃。沥青和煤焦油基防腐层管线的上限运营温度在50～90℃之间。聚乙烯防腐层的上限运营温度约65℃。通常, 没有严格规定运营温度下限。厂家一般标明环氧粉末和聚乙烯防腐层管线运营温度下限是-40℃，煤焦油防腐层-30℃，沥青防腐层-25℃。

3 结论

在选择防腐结构时，只有根据具体工程条件，结合管道的设计寿命、环境条件、运行参数、施工工艺和费用等进行综合设计，才能选出适合的防腐材料。对于地上管线, 熔结环氧粉末防腐层是较佳的选择(尤其是工作温度较高时)。聚乙烯防腐层适于作埋地管线防腐层, 尽管它易于剥离且上限温度低，但在管线下沟和运营期间不易损坏。如果表面处理适当，且装卸、下沟时注意防护，那么沥青防腐层、煤焦油防腐层也是适用的。但综合而言，单一防腐材料（涂层）的缺陷性是明显的，而采用复合防腐涂层，可以发挥不同材料的作用，互相补充，与管道达到完美的结合，延长防腐层和管道的使用寿命是今后管道防腐的发展方向。