1.结构设计

国内已有许多管线采用了防腐层-保温层-外防护层组成的复合结构。防腐保温层端面要求密封防水。由于增加了管体表面防腐蚀层和管端防水, 可以大大提高防腐蚀可靠性,即使防护层和保温层透水,不至于造成管道很快腐蚀穿孔。

2.材料的选择

(1) 防腐蚀涂层。长输管道上目前常用的防腐蚀涂层主要有:煤焦油瓷漆、聚乙烯三层结构(3PE) 以及环氧粉末等,前二种属厚型防腐涂层,环氧粉末属薄型防腐涂层。下面对这几种防腐涂层加以比较。

煤焦油瓷漆防腐涂层可使用于工作温度在-30～95℃之间的管道, 具有良好的化学稳定性,粘接性好,吸水率低,耐土壤细菌和海洋生物的侵蚀, 抗植物根系穿透,抗阴极剥离,对钢管表面处理要求不高,现场易于补口补伤,特别适用于多菌土壤环境、芦苇丛生地带、低洼、潮湿及海洋条件。煤焦油瓷漆防腐涂层价格较低。但其力学性能相对较低, 搬运温度- 15 ℃,涂敷作业过程中对环境和劳动保护要求较高。

3PE结构利用环氧粉末与钢管表面很强的粘结力而提高粘结性,利用挤出聚乙烯优良的机械性能、化学稳定性、绝缘性、抗植物根茎穿透性、抗水浸透性等来提高其整体性能。目前我国已具备大规模生产3PE 防腐涂层的能力。不足之处是聚乙烯外层随着温度的变化而发生收缩和膨胀,易与钢管表面脱离,由于其较高的电绝缘性,对阴极保护有一定的屏蔽;而且价格较高。

环氧粉末涂层比较薄,一般在400～500 μm 之间,其强度很高,与钢管表面粘结力强,耐化学介质侵蚀性能、耐温、抗阴极剥离性能等都比较好。环氧粉末涂层耐水、耐光性能较差,与其它防腐蚀涂层相比,需要更严格的钢管表面预处理和涂敷工艺,如果出现针孔等缺陷,高温将使涂层从缺陷处吸水更快并造成剥离;需要用相同材料进行补口,费用较高;涂层薄且较脆,抗冲击力较差,搬运中易受损伤, 适合在靠近施工现场处涂敷,减少运输环节。国内近几年所建的一些重点管道工程也选用环氧粉末涂层,如忠武线、忠武支线等,其价格较高。

可以根据不同的腐蚀环境选择防腐涂层。

在潮湿干湿交替段,地下水是对管道腐蚀的主要威胁。要求防腐涂层具有良好的粘结性、耐湿热性、耐盐碱性、耐霉菌性以及低的吸水率, 土壤中含有较多的盐份,溶于水呈强腐蚀性。建议此种地段采用煤焦油瓷漆加强级防腐结构。

在常年干燥段,管道有可能接触的水主要来自降雨,时间较短,外防护层破损后进水腐蚀的风险相对较低。对防腐层的技术要求主要为对管体强粘结性、耐温性能(管道运行温度) ,建议此种地段采用薄膜环氧类,如环氧粉末涂层。

(2) 保温层。聚氨酯硬脂泡沫具有很低的导热系数,是其他大部分隔热材料所不能比拟的。导热系数< 0. 03 W/ m·k。其次,它还具有轻质高强的性能,其容重为40～70 kg/ m³ 、抗压强度> 0. 2MPa 、吸水率低< 0. 03 g/ cm³ 。可现场发泡,既可浇注又可喷涂。广泛地应用于石油化工管道,贮罐油罐及飞机船舶等领域。

(3) 外防护层。根据对泡沫夹克防腐保温管道的泄漏事故分析,管道腐蚀失控的主要原因如下:补口失效、外防护层开裂破损;地下水进入保温层,构成管体外腐蚀环境;聚乙烯外防护层的高度绝缘对阴极保护电流产生屏蔽作用,阴极保护系统起不到应有的保护作用。因此外防护层除机械性能要满足运输条件、施工环境及运行工况的要求外,防水性、与阴极保护系统的匹配性对于管道的有效腐蚀控制起着至关重要的作用。外防护层主要有高密度聚乙烯夹克,煤焦油瓷漆外涂层、玻璃钢等材料。