伊朗三層聚乙烯管道防腐層剝離的調查

1、伊朗三層聚乙烯管道防腐層剝離的調查Three-Layer Polyethylene Coating Performance in IranAli Ehsan Nazarbeygi和Ali Reza Moeini（伊朗國家石油公司石油工業(yè)研究院）摘要：三層聚乙烯管道防腐層已經(jīng)被廣泛采用防止埋地管道的腐蝕。但是，已經(jīng)有一些防腐層剝離或者分層剝離的報告。本文探討了造成這些剝離問題的直接因素和間接因素，剝離的原因和可能的解決方案。伊朗的三層聚乙烯（3LPE）管道防腐層發(fā)生了剝離和分層剝離事故。管道上的3LPE的附著力嚴重減少，不費多大的力就能夠把防腐層從管道上剝下來。根據(jù)發(fā)表的報告，在世界上不同地區(qū)的

2、一些采用3LPE防腐層的管道也發(fā)生了類似問題，盡管問題發(fā)生的范圍不像伊朗那么廣。為研究此問題，在伊朗國家天然氣公司的主要輸氣管網(wǎng)上執(zhí)行了一項綜合性的調查和檢查計劃。沿管道135處開挖后取樣（圖1），分析結果表明：45%的取樣點完全失去附著力，30%的取樣點只有很少的附著力，僅有9.4%的取樣點顯示良好的附著力（圖2和圖3）。問題在于“為什么在使用壽命內這樣的防腐層卻在管道上發(fā)生分層剝離了呢？”盡管在剝離的防腐層下面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕，這樣的問題依然引起伊朗天然氣管道公司的很大擔憂。在我們的調查中發(fā)現(xiàn)，僅僅那些埋地使用的管道防腐層才發(fā)生這樣的剝離問題，甚至在管道放在地上儲存兩年時間后，相同供應商

3、提供的類似防腐層的管道并沒有失去任何附著力。剝離的直接因素防腐層之所以能夠附著在鋼管表面，是因為它與金屬的黏結強度。在3LPE防腐層中，主要是第一層熔結環(huán)氧粉末（FBE）的黏結強度。假如作用在防腐層上的應力超過了它的黏結強度，就會發(fā)生剝離。因此，土壤應力與防腐層的熱脹冷縮是引起剝離的主要影響因素。聚乙烯的熱脹冷縮大約是鋼材的十倍。當防腐層受到土壤的應力作用以及溫度和壓力發(fā)生波動時，預期防腐層中會有一定程度的熱誘導應力。當非常熱的防腐層非常迅速冷卻到環(huán)境溫度時，防腐層會受到一定的應力影響。在管道安裝和試運行過程中，靜水壓力試驗會產(chǎn)生應力，在伊朗靜水試驗壓力通常是屈服值的110%。這些應力最終作用

4、到鋼材與熔結環(huán)氧粉末（FBE）的界面上，也會加劇防腐層的剝離問題。調查了這樣一個事例，兩條相似的管道涂敷后都處于實際的使用條件下，但是，采用200 300微米厚的單純熔結環(huán)氧粉末（FBE）的管道上，防腐層一點也沒有失去附著力；而另一條采用3LPE防腐層體系（相同厚度的熔結環(huán)氧粉末FBE底漆以及粘接劑層和聚乙烯層）的管道上的防腐層卻失去了附著力。我們檢索了有關文獻資料，發(fā)現(xiàn)世界上沒有人報告單純熔結環(huán)氧粉末（FBE）的管道發(fā)生過完全剝離的事故。剝離的間接因素許多專家認為造成3LPE剝離的大多數(shù)因素并不直接造成分離，而是為發(fā)生剝離創(chuàng)造了條件。因此最好更準確地把它們納入間接因素這一大類。間接因素包括：

5、l 表面預處理不當打磨成圓滑的或成碟片狀的磨料噴砂形狀底材沒有用磨料噴砂徹底清理，在表面留下殘余的軋制鐵鱗底材被灰塵、可溶鹽和殘余磨料污染沒有先用磷酸（H3PO4）處理清潔底材，再用去離子水清洗l 沒有使用鉻酸鹽預處理來調整鋼底材，包括美國在內許多國家的衛(wèi)生和環(huán)境保護法規(guī)是禁止采用鉻酸鹽處理的。l 使用不適當類型的熔結環(huán)氧粉末（FBE）。l 熔結環(huán)氧粉末（FBE）涂敷溫度不合適，導致底材不能被完全潤濕，使熔融的環(huán)氧粉末不能恰當流淌和潤濕底材。l 使用不適當類型的聚乙烯。l 吸水。在管端防腐層預留部位往往觀察到這種影響因素。如果能夠避免這些影響因素，肯定就能使第一層熔結環(huán)氧粉末（FBE）更好地附

6、著在鋼管表面，從而改善3LPE防腐層的附著力。然而要注意，這些因素中沒有一個會直接造成防腐層剝離事故，在已經(jīng)報告的防腐層剝離事故中，許多事例中并不存在這些影響因素。并且，在這些事例中，熔結環(huán)氧粉末（FBE）的涂敷溫度、表面處理形狀、鋼材與熔結環(huán)氧粉末（FBE）之間的界面上的孔隙度均符合標準要求，卻也發(fā)生了分層剝離問題。在防腐層剝離中，間接因素的作用按照它們的強度大小也是不一樣的。如果存在大量間接因素，就會促成防腐層的剝離，因為它們的存在使直接因素顯得更加重要，甚至在較低的應力條件下。剝離的原因3LPE防腐層體系各層之間的相容性和層間強力的粘合使之形成一個單層的整體防腐層。調查結果表明主要是在鋼

7、管表面與第一層熔結環(huán)氧粉末（FBE）之間的界面上失去了附著力，而在其他層之間很少發(fā)生這樣的問題。在伊朗國家天然氣公司采用3LPE防腐層的管道剝離問題調查中，大約45%的防腐層與鋼管完全失去了附著力，而大約55%顯示熔結環(huán)氧粉末（FBE）底漆與鋼管表面之間的附著力已經(jīng)失去75%以上。沒有發(fā)現(xiàn)聚乙烯層與黏接劑層之間發(fā)生分層剝離問題，只有2%顯示黏接劑層之間與熔結環(huán)氧粉末（FBE）底漆之間已經(jīng)失去了附著力。這些觀察結果表面在各層防腐層之間的（黏合）黏接強度比第一層熔結環(huán)氧粉末（FBE）與金屬之間的（附著）黏接強度更強。3LPE防腐層的厚度大于2.5 mm，而單純熔結環(huán)氧粉末（FBE）防腐層的厚度只要

8、200 300微米。當采用3LPE防腐層的管道進行靜水壓試驗、涂敷（快速冷卻）、試運行和正常運行（土壤和熱應力）時，因為防腐層比較厚，所以在熔結環(huán)氧粉末（FBE）與鋼管之間的界面上產(chǎn)生的應力更大，從而導致熔結環(huán)氧粉末（FBE）底漆層發(fā)生剪切/附著力失效事故。由于黏接劑層及聚乙烯層與熔結環(huán)氧粉末（FBE）底漆層牢牢地黏接成一體（強力黏合），因此發(fā)生了整個防腐層體系的剝離。需要注意的是，只有像3LPE這樣的剛性防腐層才發(fā)生防腐層與鋼材之間界面的應力傳遞，而瀝青類熱塑性防腐層能夠容忍這樣的應力。結論和建議3LPE的涂敷工藝是非常重要的，需要嚴格實施質量控制。需要密切關注項目的技術規(guī)范要求，經(jīng)過審批的原料和工藝，稱職的人員和經(jīng)過認證的工藝程序，所有這些都對增強3LPE防腐層的附著力起到重要的作用。但是，假如存在足夠多的直接因素，剝離將是不可避免的。我