燃氣管道3PE防腐涂層剝離方法的探討

摘 要

摘要：探討了3PE防腐涂層的機械式剝離方法及其操作流程。通過對埋地鋼管外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷的分析，提出了電化學防腐涂層剝離方法和已有大管徑管道外防腐層剝離機小型
摘要：探討了3PE防腐涂層的機械式剝離方法及其操作流程。通過對埋地鋼管外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷的分析，提出了電化學防腐涂層剝離方法和已有大管徑管道外防腐層剝離機小型化的建議。
關鍵詞：燃氣管道；3PE防腐涂層；涂層剝離
Discussion on Method of Stripping 3PE Anti-corrosion Coating of Gas Pipeline
XIE Yuxin，MA Zhaozhen
Abstract：The mechanical stripping method of 3PE anti-corrosion coating and its operational process are discussed.The reasons for external corrosion of buried steel pipeline and defects of 3PE anti-corrosion coating are analyzed，and suggestions on stripping method of electrochemical anti-corrosion coating and miniaturization of existing stripping machine of external anti-corrosion coating of large-diameter pipeline are proposed.
Key words：gas pipeline；3PE anti-corrosion coating；coating stripping
1 概述
   在城市燃氣管網中，燃氣管道一般采取地下敷設形式，金屬管道會產生腐蝕。為了保證燃氣管網安全穩(wěn)定供氣，做好管道的防腐工作至關重要，國內在這方面的研究很多[1～2]。從耐用年限、維護費用等因素考慮，3層PE復合結構防腐涂層(以下簡稱3PE防腐涂層)以其良好的電絕緣性能、防水和耐化學侵蝕性能、良好的強度和抗沖擊性，得到了越來越多的應用。
   在燃氣管道的維護中，經常需要剝離管道上的部分防腐層，以便焊接或堵漏。由于3PE防腐涂層有較好的性能，使防腐層的剝離工作比較困難，如何快速地剝離3PE防腐涂層成為提高燃氣搶修作業(yè)效率的重要問題。
2 3PE防腐涂層的機械式剝離方法
    目前在燃氣管道維護過程中，3PE防腐涂層的剝離方法是在對3PE防腐涂層結構和涂敷工藝[3～4]整理分析的基礎上提出來的。對鋼管3PE防腐涂層進行剝離采用的基本思想是制造外界條件(如高溫加熱)，破壞3PE防腐涂層各復合結構的粘結性，達到使其剝離鋼管的目的。
    在3PE防腐涂層的涂敷過程中，需要把鋼管加熱到200℃以上。但如果溫度過高，會出現下述問題：環(huán)氧粉末固化反應太快，粉末熔化不充分，成膜不良，會降低與鋼管表面的結合能力；在膠粘劑包覆前，環(huán)氧樹脂官能團過度消耗，部分甚至完全失去和膠粘劑的化學鍵結合能力；熔結環(huán)氧粉末層可能發(fā)生輕度焦化，表現為顏色變深、發(fā)黃，導致涂層剝離檢驗不合格。因此，當外界溫度高于200℃時，3PE防腐涂層比較容易剝離。
    燃氣管道埋地后，因市政工程需要，需要切改埋地管道；或發(fā)生燃氣泄漏需要進行搶修作業(yè)時，首先要將防腐層剝離，之后才能進行其他的管道作業(yè)。目前，燃氣鋼管3PE防腐涂層的剝離操作流程為：施工準備、管道預處理、加熱處理、3PE防腐涂層剝離、其他施工工作。
   ① 施工準備
   施工準備主要包括：施工人員與設施到位，搶修管道降壓處理，作業(yè)坑開挖等。3PE防腐涂層剝離的施工設備主要有乙炔氣割槍、扁鏟或手錘。
   ② 管道預處理
   管道預處理主要包括：確定管徑，管道外表面清理等。
   ③ 加熱處理
   使用乙炔氣割槍高溫加熱已經預處理過的管道。氣割的火焰溫度可達3000℃，而燃氣管道外敷的3PE防腐涂層在200℃以上即可熔化，因此通過氣割槍可以迅速地將槍口對準部位的3PE防腐涂層熔化成膠狀，使涂層的粘結性遭到破壞。
   ④ 3PE防腐涂層的剝離
   由于經過加熱處理的涂層粘結性已經遭到破壞，所以使用扁鏟或手錘等機械工具就能將涂層從管道上剝離。3PE防腐涂層得到徹底剝離后的效果見圖1。
 

   ⑤ 其他施工工作
   剝離3PE防腐涂層后，要進行管道的切改、焊接以及新防腐涂層的涂敷等工作。
    當前采用的機械式手工剝離方法速度慢，剝離效果一般。由于施工設備的局限性，剝離工作效率不高，直接影響到燃氣管道的搶修效率。施工設備的局限性主要體現在：a.氣割槍噴射火焰面積的局限性導致氣割加熱處理熔化的涂層面積??；b.扁鏟或手錘等工具與圓形管道外表面配合度的局限性導致涂層剝離效率不高。
    通過施工現場統(tǒng)計，得到不同管徑和待剝離部位尺寸情況下3PE防腐涂層的剝離時間，見表1。
表1 不同管徑和待剝離部位尺寸情況下3PE防腐涂層的剝離時間
公稱直徑/mm
待剝離部位尺寸
剝離時間/min
100
15cm×8cm
15
150
15cm×10cm
20
200
20cm×15cm
30
250
20cm×15cm
30
300
25cm×15cm
35
400
25cm×15cm
35
500
30cm×25cm
40
600
30cm×25cm
40
3 關于3PE防腐涂層剝離方法的建議
3.1 3PE防腐涂層機械式剝離方法的改進
    ① 尋找或研發(fā)更好的加熱設備以代替氣割槍。加熱設備應能保證噴射火焰面積足夠大，以便一次性加熱處理需要剝離的整個涂層部位，同時保證火焰溫度高于200℃。
    ② 尋找或制造更好的剝離工具以代替扁鏟或手錘。剝離工具應能與管道外表面達到很好的配合，盡量一次性刮除管道外表面上經加熱的防腐涂層，且應保證粘結在剝離工具上的防腐涂層易清理。
3.2 電化學方法剝離3PE防腐涂層
    工程設計和施工人員可以對燃氣埋地管道外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷進行分析，尋找破壞和剝離防腐涂層的新方法。
3.2.1管道外腐蝕成因和3PE防腐涂層缺陷分析
    ① 埋地管道雜散電流腐蝕
    雜散電流是一種因外界條件影響而產生的電流，其電位測量一般通過極化探頭法[1]。雜散電流的腐蝕強度和危害性大、范圍廣、隨機性強，尤其是交流電的存在可引起電極表面的去極化作用，加劇管道腐蝕。交流干擾可加速防腐層老化，引起防腐層剝離，干擾陰極保護系統(tǒng)的正常運行，降低犧牲陽極的電流效率，致使管道得不到有效的防腐保護。
   ② 埋地管道土壤環(huán)境腐蝕
   周圍土壤對埋地燃氣管道腐蝕的主要影響有：a.原電池的影響。金屬和介質的電化學不均勻性形成的原電池是埋地管道發(fā)生腐蝕的一個重要原因。b.含水量的影響。含水量對燃氣管道的腐蝕影響很大，土壤中的水分是土壤電解質離子化和溶解的必要條件。c.電阻率的影響。土壤電阻率越小，對金屬管道的腐蝕性越強。d.酸度的影響。管道在酸性較強的土壤中易被腐蝕。當土壤中含有大量的有機酸時，即使pH值接近中性，腐蝕性也很強。e.鹽分的影響。土壤中的鹽分除對土壤腐蝕的導電過程起作用外，還參與化學反應。燃氣管道與不同鹽濃度的土壤接觸構成的鹽濃度差電池，使鹽濃度高的位置的管道發(fā)生腐蝕，加劇局部腐蝕。f.孔隙率的影響。較大的土壤孔隙率有利于土壤中氧的滲透和水的保存，促進腐蝕的發(fā)生。
   ③ 3PE防腐涂層粘結力的缺陷分析[5]
   影響3PE防腐涂層與鋼管粘結力的一個重要因素是鋼管表面處理質量與表面沾污。a.表面潮濕。除銹后的鋼管表面受含水和粉塵沾污，容易產生浮銹，這將影響熔結環(huán)氧粉末與鋼管表面的粘結力。b.粉塵沾污。空氣中的干燥灰塵直接落到經過除銹的鋼管表面上，或落到傳送設備上再間接沾污鋼管表面，也可引起粘結力下降。c.孔隙和氣泡。潮濕導致的孔隙廣泛存在于高密度聚乙烯層的表面和內部，大小及分布都比較均勻，影響粘結力。
3.2.2電化學方法剝離3PE防腐涂層的建議
   通過對燃氣埋地管道外腐蝕成因及3PE防腐涂層粘結力缺陷的分析，研制一種基于電化學方法的設備是快速解決當前問題的好方法，目前市場上還沒有這種設備。
   在充分考慮3PE防腐涂層物理性質的基礎上，通過研究土壤的腐蝕機理，經過實驗，研究出一種腐蝕速度遠大于土壤腐蝕速度的腐蝕方法。利用適度的化學反應，創(chuàng)造一定的外界條件，使3PE防腐涂層與化學試劑發(fā)生電化學反應，從而破壞其與管道的粘結力或者直接將防腐涂層溶蝕掉。
3.3 當前的大型剝離機小型化
    中國石油西氣東輸管道公司研制出了一種用于石油天然氣長輸管道應急搶修的重要機械設備——大管徑管道外防腐層剝離機。該設備解決了大管徑油氣管道搶修中防腐層難以剝離、影響搶修效率的難題。履帶式大管徑管道外防腐層剝離機，采用電動機作為剝離動力，帶動滾刷旋轉清除外壁包裹的防腐層，并在管道的防腐層表面沿圓周移動，完成管道防腐層的剝離，為切割或焊接作業(yè)提供有利條件。如果將此大型設備小型化，使其適用于室外小管徑管道并加以推廣，對城鎮(zhèn)燃氣搶修施工都具有較好的經濟和社會效益。如何小型化履帶式大管徑管道外防腐層剝離機是一個很好的研究方向。
參考文獻：
[1] 楊義軍，李文玉，王芷芳，等.極化探頭在埋地鋼質管道陰極保護的應用[J].煤氣與熱力，2010，30(4)：A26-A27.
[2] 張秀蓮，李季，余冬良.土壤對埋地管道腐蝕性的調查與分析[J].煤氣與熱力，2010，30(3)：A38-A42.
[3] 李秋萍.燃氣鋼管三層結構PE防腐涂層的質量控制[J].煤氣與熱力，2005，25(8)：24-28.
[4] 龍志斌，龍云正，汪頤，等.鋼管3PE外防腐多層聚烯烴涂敷新工藝介紹[J].焊管，2009，32(10)：40-42.
[5] 廖宇平，程書旗，鄭玉海，等.管道3PE防護層的結構特點與缺陷分析及防范[J].腐蝕與防護，2006，27(6)：311-314.
 
(本文作者：謝彧馨 馬肇臻 天津市燃氣集團 輸配分公司河北管線所 天津 300250)