摘要：当前石油、天然气管线外防腐涂层类型大致有石油沥青、环氧粉末、环氧煤焦瓷漆、聚乙烯胶粘带、聚乙烯（PE）等，其中PE防腐涂层为目前国际、大型长输管线选用较多的外防腐涂层。长输埋地天然气管道服役多年，防腐层极易出现缺陷，在所有缺陷中附着力缺陷危害最大。如果防腐层出现剥离，剥离的聚乙烯层对阴极保护电流有强烈的屏蔽作用。所谓阴极保护屏蔽就是当涂层与钢体间有空隙存在，或其粘接力不足以阻止腐蚀介质的渗入并且涂层的透气性又很弱，这时腐蚀介质就通过防腐层与钢管的粘接处渗入。而阴极保护电流却不能透过防腐层对钢体起保护作用。就可能产生屏蔽层下的加速腐蚀，严重影响管线的使用寿命。因此，为保证的运行安全，对埋地长输管线防腐层出现的缺陷进行监控分析非常必要。结合南京港华燃气高压管道出现的防腐层缺陷的调查，分析了管道防腐层缺陷产生的原因及应对措施探讨。
关键词：防腐层，3PE，附着力，高压管道
1 3PE防腐层的结构
3PE防腐层底层为环氧粉末，中间层为合成胶黏剂，外层为聚乙烯或聚丙烯。
聚乙烯材料性能稳定，对水、酸、碱、和盐等极性腐蚀介质隔绝能力强，但同时因没有极性，难以与钢材表面粘结从而达到防腐效果甚至会对保护电流产生屏蔽加速腐蚀。
环氧粉末层通过高温可以通过自生极性官能团可以与钢材的金属键进行化学结合和分子间作用力进行熔结.
而胶黏剂一般是通过马来酸酐与聚乙烯分子链接枝或共聚反应在聚乙烯材料中引入酸酐基团制得，可以与聚乙烯相似相容。同时，酸酐基团可以与环氧树脂分子中的环氧基、羟基反应产生牢固的化学交联结合。
3PE防腐层就是通过胶黏剂、环氧粉末的搭桥作用将聚乙烯与管材完美结合，形成管材的防腐防护涂层。
2 防腐层缺陷的发现及范围确定
南京港华天然气高压管道采用规格为Φ610*10.3的螺旋缝钢管（穿越采用Φ610*11.9的直缝钢管），螺旋缝钢管约34km，外防腐方式为3PE。在进行小新庄燃气管道改线以及马群交通枢纽工程燃气管道改线过程中发现燃气管道防腐层附着力非常小，为此我们对整条高压管线防腐层状况进行了调查与研究。
我们根据近年进行的各项改造工作分析以及实地开挖验证，确认仙林火车站到2#阀室以及3#阀室至五百户调压站段管线存在防腐层问题。我们在绕城公路加油站附近进行了开挖也发现了防腐层附着力较小的情况。
对出现问题的管道防腐层剥离强度进行了实测，测得数据为50N/cm，小于现行GB/T23257-2009标准要求的100N/cm（已废除的SY/T4013-95、SY/T0413-2002规范要求也为100N/cm）。
3 防腐层附着力下降情况及评估
目前资料表明，在燃气行业，存在防腐层附着力下降的案例较多，如西气东输某段管道Φ355.6*8.8，平均埋深2.1m，总长度7.58km，出现防腐层大面积脱落，阴极保护失效，管道锈迹斑斑，腐蚀速率达到每年0.3mm。
目前我们部分管道虽然存在防腐层附着力偏小的问题，但我们人为将防腐层剥开之后发现钢管表面光洁如新没有丝毫锈蚀现象，所以只要保证外层PE层不被破坏，地下水、氧及其他有害物质不接触到钢管表面，就不会发生腐蚀现象。因此，在保证防腐层没有损坏的前提下，不会由于防腐层附着力偏小而引发安全事故。
4 防腐层附着力下降原因分析
4.1防腐层厚度
南京港华现役管道钢管采购时间约为2002年，采购时防腐层相关规范执行的是SY/T4013-95，该标准对防腐层相关要求较低，环氧粉末层的厚度要求为80μm，胶黏剂层厚度要求170~250μm。而随着标准的完善，SY/T4013-95先被SY/T0413-2002替代，后作废，现在执行的是GB/T23257-2009标准。新标准则要求环氧粉末层厚度大于等于120μm，胶黏剂层厚度要求大于等于170μm，而美国对环氧层厚度要求则达到200μm。
环氧粉末是由环氧树脂或酚醛环氧等作为成膜物质，熔结环氧粉末分子栅含有环氧键、极性羟基、羰基、醚键等活性官能团，可以和金属键产生化学键结合和强有力的范德华结合，环氧粉末与钢管之间的附着力是由这些活性官能团与其相邻的界面之间产生的较强吸引力决定的。如果防腐层厚度太薄这些附着力必然较小，在使用过程中容易产生防腐层剥离现象。
管道的使用环境对防腐层附着力也产生较大的影响。燃气管道埋在地下水丰富的地方，水中的H+和OH-转移到金属与防腐层界面处，又由于燃气管道上有阴极保护，在原电池产生的电流作用下这会使H+更多的聚集在金属表面，可能导致金属产生析氢反应：
负极（铁）：铁被氧化Fe-2e- =Fe2+；
正极（碳）：溶液中的H+被还原2H++2e- =H2↑
防腐层与金属交界面在金属溶蚀和产生氢气体积膨胀作用下，导致防腐层与钢管产生剥离。
4.3阴极保护过保护
阴极保护过保护也有一定的影响。阴极保护过保护的后果之一是有缺陷处的涂层，由于阴极反应覆盖了高聚物的金属表面可以变为阴极区，并可催化涂层下的阴极反应。阴极反应，或更确切地说阴极反应产物会对涂层和基体之间的键有不利的影响，使涂层失去附着力从基体上分离，即我们所称的阴极剥离。阴极剥离或叫阴极去黏合是涂装金属遭到破坏的一种常见形式
但这种形式的阴极剥离前提是有缺陷处的涂层，如果防腐层完好无缺，即使阴极保护过保护对是否产生阴极剥离没有太大影响。而我们的防腐层状况，无论是绝缘度还是破损点都是较好地，所以阴极保护的影响很小。
4.4杂散电流干扰
杂散电流进入金属管道的地方带负电，这一区域称为阴极区，处于阴极区的管道一般不会受影响，若阴极区的电位值过大时，管道表面会析出氢，而造成防腐层脱落。
研究资料表明，不同防腐方式，防腐层剥离电位：石油沥青防腐为-1.5V，环氧粉末、3PE为-2V。我们的高压管道只有在马群上下游5km范围内由于杂散电流干扰，偶尔出现-3V，所以杂散电流干扰对防腐层剥离有一定的作用。
5 应对措施
5.1、因为我们的部分管线虽然防腐层附着力偏小，但是没有发生腐蚀现象，管道外表面光泽发亮，所以我们应尽量找出防腐层破损点并进行修复。
5.2、加强管道完整性管理，对管道内检测严格按规范要求定期5年一次进行检测并且每期检测进行数据对比，严格控制腐蚀速率。对于防腐层存在缺陷的地段应缩短检测周期，由3年缩短到2年，并对发现的防腐层破损现象及时修补。
5.3、加强高压管道的巡检与维护，严防第三方破坏。如果第三方破坏导致防腐层损坏应及时修复，最好采用粘弹体修复。尽量避免采用加热的方式进行修复，因为二次加热会造成原环氧粉末层的破坏造成附着力下降。
5.4、保证阴极保护的完好性，尽量避免过保护现象。
5.5、加强对管道杂散电流的检测。发现管道上杂散电流造成管道正向偏移100mV时，应立即进行排流处理。
6 结论
埋地钢制管道服役日久，防腐层缺陷问题不可避免，轻视和放任将会带来严重的经济损失和安全问题。了解管道防腐层产生缺陷的原因和应对措施，加强对管线防腐的管理、监控、检测并及时修补对于管道运行安全具有重要的的意义。
论文作者:房冠华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
标签：阴极论文; 管道论文; 附着力论文; 环氧论文; 涂层论文; 粉末论文; 缺陷论文; 《基层建设》2019年第20期论文;