自愈合粘弹体管道涂层的评价

自愈合粘弹体管道涂层的评价

Evaluation of a Self-Healing Visco-Elastic Pipeline Coatings

for Onshore & Offshore Critical Objects

作者：荷兰Stopaq公司J F Doddema 翻译：王向农

（第5届国际管道技术会议，2010）

摘要：

为了延长管道使用寿命，确保管道长期的可靠运行，现代管道的

维护保养需要先进的防腐系统。腐蚀是影响管道安全高效运行的因素之一，因为腐蚀穿孔导致管道停止运行、管道输送介质的泄漏、造成环境污染，由此可能造成数百万欧元的巨大经济损失，同时客户也会失去对管道行业的信赖。

防腐涂层的老化导致管道使用寿命期间存在腐蚀风险，可能有如

下这些原因会造成防腐涂层的退化变质：

（1） 防腐涂料或者涂敷工艺不符合相应的技术标准； （2） 钢管表面预处理不当或者涂敷质量太差；

（3） 使用环境如湿度、盐分、风力、温度等各种因素的综合影响。 如果钢管表面预处理不当并且管道涂敷质量太差，就会导致防腐涂层过早失效，特别是使涂层失去附着力，造成防腐涂层的剥离。 传统的管道防腐涂层系统依靠化学交联反应确保防腐作用，除此之外，为了保护金属管道，人们还应考虑采取完全不同的方法阻止水分和空气的渗透。

最新的无定形粘弹体管道涂层技术没有特别的化学官能性，呈现

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新的独特的可持续防腐特性。这种新的防腐涂层系统是成本极低的创新方法，特别适用于现场补口和老管线返修。经过研发和专门试验，这项技术可以满足埋地油气管道特殊的现场涂敷要求。其性能特征与传统的现场涂敷管道防腐涂层有很大不同，在许多应用事例中，其性能大大优于传统的现场涂敷防腐涂层。本文叙述了在管道维护保养中带状粘弹体防腐涂层的现场施工技术和性能。

虽然了解防腐涂料的用途和适用范围并不难，但是，要使防腐涂

料真正达到预想的目的并非易事！

关键词：粘弹体涂料、老管线返修、海底管道、聚异丁烯、现场补口

一、引言

现代管道的维护保养和新管道的施工建设都需要先进的防腐系统

延长管道使用寿命，确保管道可靠的和可持续的运行。几十年来，人们已经建设了数千数万公里的管道，这些管道正在发挥有效的作用。然而，问题是：“现有的管道防腐系统是否合适，有无失效？”。这是个全球普遍存在的问题。正因为人们依然还有这样的疑问，就为防腐涂料的研发创新创造了一定的空间。

二、现有管道防腐涂层系统的局限性

如果仔细研究管道的维护保养项目，可以发现存在如下类型的失

效和事故： ? 机械损伤 ? 土壤蠕动和应力

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? 焊缝拱起的涂层（帐篷效应） ? 开裂 ? 涂敷质量太差 ? 阴极屏蔽

? 水分渗透与微生物问题

如果深入探究这些问题，不难发现许多管道防腐失效事故可能与选用的管道防腐涂层有关。对各种失效事故仔细分析了吗？同时人们会提出这样的问题：“为什么防腐系统会失效？”

本文以下述假设为前提，对这个课题进行了探讨。本文假设“任

何时候采用防腐系统，都会增加外在特性。”并且，这些外在特性“作为系统的一部分来满足技术标准规定的要求。”

许多防护涂料依靠交联功能。为了使“涂层系统”发挥作用，需

要进行化学交联反应。这个防腐系统增强了涂层的机械稳定性和刚度。这就是涂敷的管道涂层的外在特性。

例如，普通防腐胶粘带需要搭接50%并用机器缠绕包扎。为什么必须搭接呢？胶粘带自身确实可以防止腐蚀，但是，能否相信这样的防腐系统也能够长期发挥有效作用呢？ 胶粘带的搭接是个外在特性，目的是改善胶粘带边缘的防腐性能。

另一个事例是聚乙烯热缩套。为了使防腐层与钢管底材紧密粘合在一起，需要给热缩套加热，这肯定是个外在特性。增加这个外在特性的目的非常明确：热缩套构成的防腐层必须足够坚硬，不能断裂，

水分不能渗透，并且要持久耐用。

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通过分析这些外在特性的相关性，也许会提出另一个问题：为什

么防腐涂层会失效，即使失效的百分率非常低？简化研究的结果表明，在许多事例中，防腐系统的外在特性失效了！换言之，坚硬的材料未必总是足够的坚韧。

三、创新的聚异丁烯全无定形粘弹体防腐涂料

这真是打算采用粘弹体作为一种创新的防腐系统的出发点。选择

依据的事实是：聚合物应当已经保护足够的内在特性。业已证明，聚异丁烯是可选择的材料。选择的聚合物在聚合物链中包含180-650个异丁烯单位。只有共价键，并且，此聚合物仅仅含有元素氢和碳。此聚合物链不能被交联，并且在整个寿命期内将保持单个聚合物链。这种结构造成令人感兴趣的效应：冷流。即使在非常低的温度下，聚异丁烯将始终会充填底材上的所有孔洞和结构，这样的底材包括钢材、聚乙烯、聚丙烯、涂敷树脂的钢材和除锈的钢材等。

四、聚异丁烯防腐涂料的宏观特性

这种聚异丁烯材料永远保持柔软粘稠的特性，始终保持耐气候、

耐化学特性，并且，水分、空气和细菌都永远也无法渗透这种材料。这种特性使聚异丁烯防腐涂料在-45℃至120℃的管道温度范围内可以持续使用。

聚异丁烯防腐涂料的粘结强度与内聚力处于相同的范围内。无论什么时候你尝试撕剥去聚异丁烯防腐涂料包扎带时，底材上总会留下一部分这种防腐涂料，并在钢管表面上形成一层完整的保护膜。

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这种新型粘弹体防腐涂料可以满足最终用户老管线返修和新管线

施工建设的需要，因为它具有更强的物理特性，最终用户可以在长期投资中降低管道的维护保养成本。这种粘弹体防腐涂料特有的自愈合功能，减少了使用中防腐涂层的损坏几率，这也是一种理想的现场补口材料。这种粘弹体防腐涂料耐腐蚀特性极强，耐化学性能优越，适用的温度范围很宽，施工简便又快又好，甚至可以在结冰的条件下施工，无需专门施工机具设备，对施工人员的技术素质要求也比较低，对钢管表面预处理要求很低，所以，可以显著降低现场施工成本。

五、聚异丁烯涂层是如何在现场施工的

聚异丁烯粘弹体防腐涂料具有良好的现场施工性能。金属管道表

面仅需要非常简单的预处理，保持钢管底材清洁干燥。钢管要求达到最起码的表面清洁度（St 2/3 钢丝刷除锈清洁和干燥），而钢管表面粗糙度没有什么要求，不像其他防腐涂层特别要求达到Sa 2-1/2近白金属光泽和至少75微米的锚纹粗糙度要求。钢管表面也不需要涂刷双组分环氧树脂那样的底漆。可以在低达-30℃至高达+50℃的温度范围内施工。实际上，施工温度不是受这种防腐涂料的限制，而是受施工人员工作条件的限制。由于事实上这种粘弹体防腐涂料始终是柔软的，并且与金属有非常强的粘结强度，所以，具有独特的“自愈合”效应。这种粘弹体防腐涂料本身是没有毒性的。非常高的粘结强度确保管道涂层不会发生阴极剥离，即使受到土壤蠕动的影响，防腐涂层也不可能发生剥离。这种粘结特性是永久存在的，并且，无需发生任何化学反应，防腐涂料从施工一开始就立即具有粘结特性。

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这种粘弹体防腐涂料完成施工后，防腐管段无需等待便可立刻下

沟回填。相比之下，液体防腐涂料至少要等待一天使之充分固化后防腐管段才可下沟回填。在寒冷的季节里，液体防腐涂料可能需要等待更长的时间才能充分固化。显然，采用粘弹体防腐涂料可以缩短施工周期，降低施工成本，包括人工费、施工设备费和水电费等。老管线返修期间，通常需要将管沟或者检查坑里的水排出，液体涂料的返修工期很长，因此，排水费用很高。由于粘弹体防腐涂料无需等待涂料固化，所以，可以大大缩短老管线返修工期，从而可以大幅度减少排水费用。粘弹体防腐带往往采用手工包扎，所以，现场施工不需要专门的施工机具设备。相比之下，无论是液体环氧涂料还是胶粘带和热缩套，通常现场需要配备空气压缩机、喷涂设备、空气过滤设备、缠带机、丙烷加热气炬等。这些设备都需要定期维修保养和熟练的操作工，这方面的开支费用叠加起来也是相当惊人的。

粘弹体防腐涂料的施工非常简便，工人仅需要在现场接受简短的

培训，对工人的技术素质要求比较低，因此，劳动力成本比较低。粘弹体防腐涂料的施工完成后，通常不需要实施漏涂点检测。预制成型的粘弹体防腐带有2 mm厚，施工非常简便，几乎不存在施工缺陷，因此，不需要修补。施工期间，也不需要测试相对湿度、露点和环境温度。只要保证钢管表面清洁干燥即可。

六、新技术的适用范围和应用前景

粘弹体防腐涂料已经在世界各地被广泛采用，主要用于老管线返

修和现场补口。许多大型石油天然气公司已经编制了粘弹体防腐涂料

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相应的施工技术规程。然而，任何一项新技术的推广应用都需要时间。从新技术研发成功到推广应用所需要的时间是任何工业不可逾越的障碍。当然，那些传统防腐涂料生产企业通常也会阻碍这项新技术的推广。但是，目前这项新技术推广应用的主要障碍是缺乏对粘弹体防腐涂料进行比较的标准以及与其他传统防腐涂料进行成本效益的比较。这种经济成本的比较对于最终用户是最有吸引力的。相信粘弹体防腐涂料的竞争优势必定促进这项新技术的蓬勃发展。

以往现场补口技术的国际标准仅仅包括热缩套和胶粘带。现在，

令人欣喜的是ISO 21809-3标准也已经把这种无定形粘弹体防腐涂料包括在适用的现场补口材料范围中，即该项标准“18.0 Coatings based on non-crystalline low-viscosity polyolefin tapes（非结晶低粘度聚烯烃复合带补口）”。（ISO-21809-3标准已经在2012年4月正式颁布——译者）

七、理想的现场补口防腐涂料

现场补口防腐涂层已经成为管道防腐系统非常重要的薄弱环节。

热缩套虽然已经被广泛采用并成为一项工业技术标准，但是在实际应用中也存在不少问题。热缩套补口技术的成功取决于许多因素，诸如钢管表面预处理的质量、钢管和热缩套的温度、热缩套与工厂预制防腐涂层之间的粘结强度等。而这些影响因素在很大程度上与施工人员的技术素质和敬业精神密切相关。虽然采用环氧树脂底漆有了很大改进，但是，在有些情况下，例如在寒冷的冬季，依然很难保证优良的施工质量。

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如果热缩套无法达到100%的粘结附着，或者由于受到土壤应力的

影响而在使用过程中逐渐失去附着力，那么，热缩套下面就存在水分渗透的风险，最终就会导致钢管腐蚀穿孔。即使渗透的水分量非常小，但是日积月累，最终会有足够的水分造成钢管腐蚀穿孔。因此，通常实施阴极保护防止脱粘的热缩套下面的钢管腐蚀。然而，目前已有的检测技术，如密间距电位测量（CIPS）和直流电压梯度（DCVG），还无法查出对管道严重威胁的任何异常现象。

现在已经开发出一种新的管道防腐系统，把热缩套的机械强度特

性与粘弹体的防腐特性结合在一起。在此新的防腐系统中，防腐功能与补口的机械稳定性是分开的，并且，可以分别检测每种补口材料的质量。首先，在现场焊缝处包扎2 mm厚的粘弹体防腐材料，缠绕包扎粘弹体防腐带时无需用力拉紧，因为粘弹体特有的冷流技术可以使涂料自行流入最小的空隙，即使环境温度非常低。粘弹体防腐带包扎完成后，它会保持弹性，不会与钢管剥离。之后可以用15 kV电压进行100%的漏涂点检测，确保粘弹体防腐涂层没有任何瑕疵，这样的防腐管道可以放心使用30年。

粘弹体防腐层达到令人满意的质量后，再包扎一层2 mm厚的热

缩套，增强补口涂层的稳定性。虽然热缩技术是相同的，但是，在粘弹体涂层外面包扎热缩套更容易，风险更小。管道不需要预热，并且，第一层粘弹体涂层像保温层那样，使热缩套的热缩过程更加均匀，始终如一。在寒冷的天气里，略微加热就可以增强粘弹体的微观流动。

为了确保整个防腐系统的稳定性，热缩套与工厂预制防腐涂层的

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粘结是非常重要的，并且，假如不能保证达到100%的密封，那么，水分可能从热缩套下面渗透。即便如此，粘弹体涂层依然使钢管得到充分的保护。所以，补口热缩套下面不需要实施阴极保护，因为粘弹体防腐层是不可渗透的。在热缩套下面可能生存的任何微生物或者硫酸盐还原菌（SRB）对管道或者防腐涂层都不会构成威胁。

无论如何，采用粘弹体涂层和热缩套防腐系统的单位面积成本肯

定比较高，但是，包括人工费、喷砂除锈设备和感应加热设备的费用在内所节省的施工总成本确实是相当可观的。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u272.html