3PE防腐

一种管线涂层体系

20世纪80年代初，德国曼内斯曼公司推出了该公司研究所与巴斯夫化学工业公司共同研制的3层结构聚烯烃涂层（MAPEC）和挤压聚烯烃涂层的性能优势，克服了两种涂层单独使用时性能上的不足。

发展简史

它首先在欧洲广泛应用，深受用户好评，是使用最多的管线涂层体系。在北美，有关学者指出，熔结环氧涂层在近期内将继续占有主导地位，但是会举荐与改进的挤压聚烯烃涂层体系和多涂层体系（环氧粉末-挤压聚烯烃体系）分享管线防腐市场。

中国石油天然气集团公司于1994年夏决定引进3PE涂敷作业和涂敷技术，用于即将开工的陕京输气管道和库鄯输油管道的外防腐涂层。同年12月，由中石油基建局、管道局、四川石油设计院、西北管道指挥部专家联合组团赴美国、意大利、土耳其等国考察3PE涂敷作业线。1995年5月，由辽河油建一公司负责招标从加拿大根劳公司引进了我国第一条3PE涂敷作业线。1996年初投入正常生产。1996年意大利索克萨姆公司与哈尔滨塑料六厂合资建设的朔州防腐厂竟改造于5月投入正常生产。西北管道指挥部与港商合资从荷兰引进的3PE涂敷作业线，于1996年在宝鸡亚东防腐公司建成投产，至此，3PE防腐在中国得到关注和应用。从涩宁兰管道建设开始，通过招标，加之3PE防腐材料全部国产化，3PE防腐的预制价格大幅下降，从此开始了国内3PE防腐广泛应用的时代，迄今已有20000KM埋地钢管外防腐采用3PE防腐涂层。

目前国内已有数十条3PE涂敷作业线，具有加工Φ25-2800mm钢管3PE涂层的能力，加工方式既有缠绕式，也有圆模包覆式。缠绕式分上缠绕和下缠绕；圆模包覆式中，负压包覆已在一些作业线上使用，较好地解决了焊缝两侧的空洞问题。

随着3PE涂层在国内大规模的推广使用，与之配套的补口材料也迅速发展。从采用3PE防腐初期的陕京管道、库鄯管道进口国外辐射教练聚乙烯热缩带，发展到西气东输工程和陕京二线工程以及国产辐射交联三层结构、辐射交联热缩套、热缩带为主，国外进口为辅局面。知名国内热缩材料厂家生产的反应型热熔胶的3层结构补口带，除热性能不如3PE外，其它性能已接近3PE。且已解决热缩带固定片滑移问题，一经粘上，热缩带完全可以与热缩套一样周向均匀烘烤，不用担心固定片下发生滑移，彻底解决了热缩套发生的被割盗、内层热熔胶被污染的问题。

标准制定

中油工程技术研究院在引进3PE涂敷技术初期，于1995年4月参照DIN30670-1991和NFA49-710（1988年3月版）编制了中国第一个3PE涂敷施工验收规范，用于陕京管道、库鄯管道建设。同年升级为行业标准SY/T4013-1995，经过几年工程建设的总结和实践，2001年改版为SY/T0413-2002，并于2002年8月1号起实施。

标准制定之初，根据中国的实际情况，聚乙烯以高密度聚乙烯为主，维卡软化点定为不小于110℃；外防腐层的厚度按以低、中密度聚乙烯为主的德国标准DIN30670-1991来确定。极大地提高了3PE防腐层的抗冲击强度，保证了陕京管道和库鄯管道的施工质量，SY/T0413-2002又将3PE防腐层的剥离强度、抗冲击的指标大幅提高，并明确规定了据一些专用料炭黑含量，保证了3PE防腐层的机械强度和耐候性能，并加大了补口剥离强度（即热缩套、热缩带的对底漆钢的剥离强度）抽测频次，为保证管道外防腐涂层的质量做出了贡献。

可靠研究

针对采用3PE涂层在国内发生的争论，中油工程技术研究院受北京华油天然气有限公司委托，完成了《陕京输气管道外防腐3层结构系统聚乙烯涂层安全评价研究》。该项研究包括从国外文献收集到北京华油天然气有限公司2001-2003年进行的管线外防腐层开挖检查和不开挖检查的结果分析，以及陕京管道未用完露天堆放在华北石油钢管厂2年和6年的3PE防腐性能检测，得出如下结论：

（1）目前国内外防腐层应用效果评价很好，对其使用中产生的缺陷报道的很少。报道的主要缺点有露点、剥离、阴极剥离、阴极保护屏蔽、剥离防腐层膜下腐蚀等，而且大部分有关缺陷的报道还停留在理论推测阶段，如资料中提到阴极保护屏蔽的问题，到目前还没有关于防腐层实际运作中出现阴极保护屏蔽的实例报道。经过多年的实践表明，随着使用年限的增加，出现缺陷最少的涂层系统是FBE/挤压聚乙烯3层结构防腐系统。

（2）通过对欧洲聚乙烯防腐层30年应用史的回顾，虽然理论上剥离防腐层下会发生腐蚀或应力腐蚀开裂，但目前还没有发生剥离防腐层下出现膜下腐蚀或应力开裂的案例。在德国曼内斯曼研究所，曾经进行了长期的腐蚀实验室实验，以模拟防腐层应用效果。腐蚀实验环境有土壤、水、试验主要检查应力腐蚀开裂问题，其实验防腐是把有缺陷的聚乙烯防腐层钢管置于腐蚀条件和应力条件下，腐蚀环境为含有NaHCO3的沙土环境，温度70℃，管地电位-430~-460mV，钢管表面以不同方式预处理，所有钢管均带压循环。实验结束，防腐层缺陷周围或多或少都有剥离，但剥离区为发现腐蚀。表面无氧气化皮的钢管为出现应力开裂，有氧化皮的钢管出现了开裂，裂纹最大深度0.2mm，可能是由应力腐蚀造成。由此得出结论，彻底的表面处理是防止应力开裂的有效手段。

（3）陕京管道2003年开挖763m长管段，3PE防腐层共有破损点四个。由破损点的缺陷形式可以看出，防腐层的破损均是由硬物划伤所致。对3PE直管和冷弯管3个探坑检查，共检测17处剥离强度，其中5处剥离强度值低于70N/ cm，最小剥离强度120N/cm,最大剥离强度200 N/cm。产生原因为陕京管道是国内首次采用3PE涂敷技术，涂敷商的涂敷水平有限，对工艺工程的控制能立相对较差，可能导致个别管道的涂敷工艺设置不当造成防腐层的粘接力差。防腐层剥离强度低只是个别部位，而且只要防腐层无破损，也不会造成管道腐蚀。

（4） 1999年和2003年对华北石油钢管厂露天存放的陕京管道剩余防腐管进行了抽测，其防腐的性能基本没有下降，尤其是华龙公司采用齐鲁聚乙烯生产的防腐管，存放6年后各项指标仍符合现行标准SY/T0413-2002规定，说明3PE防腐层确实具有优良的耐久和抗衰老性能。

综合调研情况和陕京管道的检测结果，3PE防腐层的主要缺陷是施工过程中的机械损伤。

尚待解决

1热煨弯管防腐

第一批采用3PE外防腐层的陕京管道和库鄯管道，热煨弯管的外防腐涂层分别采用进口TEK-RAP冷缠带和进口3M公司液体环氧外缠中央制塑聚丙烯增强纤维胶带保护两种方式，以后的工程有采用热缩套虾米搭接、单层FBE外缠胶带保护等多种形式的外防腐方式，但综合性能都达不到3PE防腐水平，造价却高了很多。热煨弯管究竟用何种方式防腐，以成为设计、施工、运行管理者急需解决的问题，如果这个问题解决不彻底解决，热煨弯管将成为3PE防腐涂层系统的瓶颈。目前弯管常用热缩缠绕带防腐，而且性能也得到大家的肯定，北京正在用热缩缠绕带全面替代原来的冷缠带防腐方式。

2环氧粉末质量

自2001年起，因招标引发的价格站导致环氧粉末售价偏离正常水平，其直接反映结果是：1.3PE涂敷声场线上的上粉率下降到85%以下；2.单层FBE涂层的上分率下降，涂层露点多、易受损伤，此问题已出现在国内某重点工程上。对于3PE防腐，目前尚未发现问题，几年后是否会出现粘结力不足的问题，还很难预料，但牺牲质量来换取价格有事是不可取的。环氧粉末涂层是中间连接层，直接决定了3PE涂层和钢管的粘结情况，如果粘结力有问题，那么防腐效果是大打折扣，甚至导致防腐措施失效，所以环氧粉末的质量问题一定要注意。就是补口用热缩带、热缩套在收缩前涂敷的环氧粉末底漆也需要加强，用户在选择时最好用配套厂家的，因为胶层各个厂家配方有区别，在测试时也是和自己所选用环氧粉末的底漆来做的，如果冒然选用其他底漆，就有可能出现问题。

3涂敷工艺的问题

国内各防腐厂抛丸处理后只注意除锈效果和卯纹深度，对清洁后的钢管粉尘仅满足于吹扫，对钢管表面残存的微尘既不重视又不检验，粉尘附着过多，将严重影响环氧粉末对钢管的长期附着力。引进3PE涂敷技术初期，由于涂敷经验不足，当年陕京管道翘边主要原后经摸索，找出翘边主要原因是内接头耗热量大，导致管端温度太低造成的。陕京二线发生的34根翘边管中，有几根就是因涂敷厂取消内接头，两根管端头相互错位，压辊没有实现周向全压实所致；为便于端头处理，管端包纸无可非议，但陕京二线出现的34根翘边管中多数为包纸不当造成的缺陷，有的是操作工的手汗造成管面局部污染所致。从全长850KM的陕京二线看，3PE防腐管的涂敷质量是很好的，但34根防腐管出现翘边现象引起了业主的高度重视，两次组织专家到现场逐根对翘边防腐管进行鉴别，花去了大量人力物力，对此各防腐厂必须引进高度重视。还有就是补口用热缩套、热缩带的施工工艺对质量影响很大，还有施工人员水平也是很重要的一个因素，以后本站将有相应文章专门讨论。

3标准完善

SY/T0413-2002标准的基本框架来源于德国标准DIN3067-1991,国外标准对原材料的性能基本上不做详细要求，但对于转型期的中国来讲，信誉问题还没有取得根本好转，对原材料提出更详细又便于检查的项目显得什么重要，建议标准中应调整以下几项指标：

（1）胶层厚度上下限。按照SY/T0413-2002标准中表2.0.2的规定为170-250μm，对于圆模包覆作业线，这一厚度值没有问题；对缠绕作业线，这一厚度范围就无法保证了。缠绕作业线挤出的是伯母片材，其厚度若大于170μm, 则搭边部分肯定超过250μm。如果要求满足目前行业标准要求，胶层挤出时，片材的厚度不应大于60μm，采用多层搭接才能满足行标要求，否则胶层厚度就不能保证为170-250μm。因此，胶层厚度的上下限值至少应相差一倍。

（2）共聚胶的名称和指标。目前我国3PE防腐用胶实际为接枝胶，共聚胶实际上是3PE防腐第一带胶粘剂，踏实聚乙烯与聚丙烯酸酐接枝的产物，所以应该称为接枝胶更为恰当；目前行业标准SY/T0413-2002 中，共聚胶的指标只有四项，不能全面反映胶的工艺性能，至少应该增加拉伸强度和断裂伸长率两项指标，以确保胶的加工性能。

（3）聚乙烯热老化性能指标。SY/T0413-2002中聚乙烯耐热老化性能需做100天或200天试验。在生产过程中需要抽样检查聚乙烯行性能时，这项实验周期太长，无操作性可言，能否用热氧化诱导期值代替值得研究。如果能改用氧化诱导期代替传统的热老化性能测试，将极大地缩短抽样的时间。同样耐环境应力开裂F50改为F0是否可以缩短检验周期也应探索

中国的3PE防腐要取得突破，首先还是标准的完善，希望有关部门重视起来。

项目应用

当前，3PE防腐成功解决了钢管外壁耐腐蚀，耐磕碰的的问题，但是内壁防腐目前国内通常采用液体环氧涂料IPN8710，该液体环氧常温下需要很长一段时间才能固化，而且内壁采用液体环氧涂料，只能起到减阻的能力，不能达到耐腐蚀和耐冲刷，若采用输水管道中，内壁必须采用热熔结环氧树脂粉末形式可以更好的提高内壁的耐蚀性和耐摩擦能力。其中，南水北调中线河南段采用的外3PE内熔结环氧复合钢管成功应用到南水北调配套中。解决了内壁不易结垢，光滑，耐磨耐蚀的特点。

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