3PE防腐材料

20世紀80年代初，德國曼內斯曼公司推出了該公司研究所與巴斯夫化學工業公司共同研製的3層結構聚烯烴塗層（MAPEC）和擠壓聚烯烴塗層的性能優勢，克服了兩種塗層單獨使用時性能上的不足。

基本介紹

• 中文名：3PE防腐材料
• 時間：20世紀80年代初
• 公司：德國曼內斯曼公司
• 套用領域：管線塗層體系

發展簡史

它在歐洲廣泛套用，深受用戶好評，是使用最多的管線塗層體系。在北美，有關學者指出，熔結環氧塗層在近期內將繼續占有主導地位，但是會舉薦與改進的擠壓聚烯烴塗層體系和多塗層體系（環氧粉末-擠壓聚烯烴體系）分享管線防腐市場。

中國石油天然氣集團公司於1994年決定引進3PE塗敷作業和塗敷技術，用於即將開工的陝京輸氣管道和庫鄯輸油管道的外防腐塗層。1994年12月，由中石油基建局、管道局、四川石油設計院、西北管到指揮部專家聯合組團赴美國、義大利、土耳其等國考察3PE塗敷作業線。1995年5月，由遼河油建一公司負責招標從加拿大根勞公司引進了我國第一條3PE塗敷作業線。1996年投入正常生產。1996年義大利索克薩姆公司與哈爾濱塑膠六廠合資建設的朔州防腐廠經改造於1996年5月投入正常生產。西北管道指揮部與港商合資從荷蘭引進的3PE塗敷作業線，於1996年在寶雞亞東防腐公司建成投產，3PE防腐在中國得到關注和套用。從澀寧蘭管道建設開始，通過招標，加之3PE防腐材料全部國產化，3PE防腐的預製價格大幅下降，從此開始了國內3PE防腐廣泛套用的時代，迄今已有20000KM埋地鋼管外防腐採用3PE防腐塗層。

目前國內已有數十條3PE塗敷作業線，具有加工Φ25-2800mm鋼管3PE塗層的能力，加工方式既有纏繞式，也有圓模包覆式。纏繞式分上纏繞和下纏繞；圓模包覆式中，負壓包覆已在一些作業線上使用，較好地解決了焊縫兩側的空洞問題。

隨著3PE塗層在國內大規模的推廣使用，與之配套的補口材料也迅速發展。從採用3PE防腐初期的陝京管道、庫鄯管道進口國外輻射教練聚乙烯熱縮帶，發展到西氣東輸工程和陝京二線工程以及國產輻射交聯三層結構、輻射交聯熱縮套、熱縮帶為主，國外進口為輔局面。知名國內熱縮材料廠家生產的反應型熱熔膠的3層結構補口帶，除熱性能不如3PE外，其它性能已接近3PE。且以解決熱縮帶固定片滑移問題，一經粘上，熱縮帶完全可以與熱縮套一樣周向均勻烘烤，不用擔心固定片下發生滑移，徹底解決了熱縮套發生的被割盜、內層熱熔膠被污染的問題。

標準制定

中有工程技術研究院在引進3PE塗敷技術初期，於1995年4月參照DIN30670-1991和NFA49-710（1988年3月版）編制了中國第一個3PE塗敷施工驗收規範用於陝京管道、庫鄯管道建設。同年升級為行業標準SY/T4013-1995，經過紀念工程建設的總結和實踐，2001年改版為SY/T0413-2002,並於2002年8月1號起實施。

標準制定之處，根據中國的實際情況，聚乙烯主要以高密度聚乙烯為主，維卡軟化點定為不小於110℃；外防腐層的厚度按以低、中密度聚乙烯為主的德國標準DIN30670-1991來確定。極大地提高了3PE防腐層的抗衝擊強度，保證了陝京管道和庫鄯管道的施工質量，將3PE防腐層的剝離強度、抗衝擊的指標大幅提高，並明確規定了據一些專用料炭黑含量，保證了3PE防腐層的機械強度和耐候性能，並加大了補口剝離強度（即熱縮套、熱縮帶的對底漆鋼的剝離強度）抽測頻次，為保證管道外防腐塗層的質量做出了貢獻。

可靠性研究

針對採用3PE塗層在國內發生的爭論，中油工程技術研究院受北京華油天然氣有限公司委託，完成了《陝京輸氣管道外防腐3層結構系統聚乙烯塗層安全評價研究》。該項研究包括從國外文獻收集到北京華油天然氣有限公司2001-2003年進行的管線外防腐層開挖檢查和不開挖檢查的結果分析，以及陝京管道未用完露天堆放在華北石油鋼管廠2年和6年的3PE防腐性能檢測，得出如下結論：

（1） 目前國內外防腐層套用效果評價很好，對其使用中產生的缺陷報導的很少。報導的主要缺點有露點、剝離、陰極剝離、陰極保護禁止、剝離防腐層膜下腐蝕等，而且大部分有關缺陷的報導還停留在理論推測階段，如資料中提到陰極保護禁止的問題，到目前還沒有關於防腐層實際運作中出現陰極保護禁止的實例報導。經過實踐表明，隨著使用年限的增加，出現缺陷最少的塗層系統是FBE/擠壓聚乙烯3層結構防腐系統。

（2） 同過對歐洲聚乙烯防腐層30年套用史的回顧，雖然理論上剝離防腐層下會發生腐蝕或應力腐蝕開裂，但還沒有發生剝離防腐層下出現膜下腐蝕或應力開裂的案例。在德國曼內斯曼研究所，曾經進行了腐蝕實驗室實驗，以模擬防腐層套用效果。腐蝕實驗環境有土壤、水、試驗主要檢查應力腐蝕開裂問題，其實驗防腐是把有缺陷的聚乙烯防腐層鋼管置於腐蝕條件和應力條件下，腐蝕環境為含有NaHCO3的沙土環境，溫度70℃，管地電位-430~-460mV，鋼管表面以不同方式預處理，所有鋼管均帶壓循環。實驗結束，防腐層缺陷周圍或多或少都有剝離，但剝離區為發現腐蝕。表面無氧氣化皮的鋼管為出現應力開裂，有氧化皮的鋼管出現了開裂，裂紋最大深度0.2mm，可能是由應力腐蝕造成。由此得出結論，徹底的表面處理是防止應力開裂的有效手段。

（3） 陝京管道2003年開挖763m長管段，3PE防腐層共有破損點四個。油破損點的缺陷形式可以看出，防腐層的破損均是由硬物劃傷所致。對3PE直管和冷彎管3個探坑檢查，共檢測17出剝離強度，其中5處剝離強度值低於70N/ cm，最小剝離強度120N/cm,最大剝離強度200 N/cm。產生原因為陝京管道是國內首次採用3PE塗敷技術，塗敷商的塗敷水平有限，對工藝工程的控制能立相對較差，可能導致個別管道的塗敷工藝設定不當造成防腐層的粘接力差。防腐層剝離強度低只是個別部位，而且只要防腐層無破損，也不會造成管道腐蝕。

（4） 1999年和2003年對華北石油鋼管廠露天存放的陝京管道剩餘防腐管進行了抽測，其防腐的性能基本沒有下降，尤其是華龍公司採用齊魯聚乙烯生產的防腐管，存放6年後各項指標仍符合現行標準SY/T0413-2002規定，說明3PE防腐層確實具有優良的耐久和抗衰老性能。

綜合調研情況和陝京管道的檢測結果，3PE防腐層的主要缺陷是施工過程中的機械損傷。

尚待解的問題

1 熱煨彎管防腐

第一批採用3PE外防腐層的陝京管道和庫鄯管道，熱煨彎管的外防腐塗層分別採用進口TEK-RAP冷纏帶和進口3M公司液體環氧外纏中央制塑聚丙烯增強纖維膠帶保護兩種方式，以後的工程有採用熱縮套蝦米搭接、單層FBE外纏膠帶保護等多種形式的外防腐方式，但綜合性能都達不到3PE防腐水平，造價卻高了很多。熱煨彎管究竟用何種方式防腐，以成為設計、施工、運行管理者急需解決的問題，如過這個問題解決不徹底解決，熱煨彎管將成為3PE防腐塗層系統的瓶頸。目前彎管常用熱縮纏繞帶防腐，而且性能也得到大家的肯定，北京正在用熱縮纏繞帶全面替代原來的冷纏帶防腐方式。

2 環氧粉末質量

自2001年起，因招標引發的價格站導致環氧粉末售價偏離正常水平，其直接反映結果是：1.3PE塗敷聲場線上的上粉率下降到85%以下；2.單層FBE塗層的上分率下降，塗層露點多、易受損傷，次問題已出現在國內某重點工程上。對於3PE防腐，尚未發現問題，之後是否會出現粘結力不足的問題，還很難預料，但犧牲質量來換取價格有事是不可取的。環氧粉末塗層是中間連線層，直接決定了3PE塗層和鋼管的粘結情況，如果粘結力有問題，那么防腐效果是大打折扣，甚至導致防腐措施失效，所以環氧粉末的質量問題一定要注意。就是補口用熱縮帶、熱縮套在收縮前塗敷的環氧粉末底漆也需要加強，用戶在選擇時最好用配套廠家的，因為膠層各個廠家配方有區別，在測試時也是和自己所選用環氧粉末的底漆來做的，如果冒然選用其他底漆，就有可能出現問題。

3 塗敷工藝的問題

國內各防腐廠拋丸處理後只注意除銹效果和卯紋深度，對清潔後的鋼管粉塵僅滿足於吹掃，對鋼管表面殘存的微塵既不重視又不檢驗，粉塵附著過多，將嚴重影響環氧粉末對鋼管的長期附著力。引進3PE塗敷技術初期，由於塗敷經驗不足，陝京管道翹邊主要原後經摸索，找出翹邊主要原因是內接頭耗熱量大，導致管端溫度太低造成的。陝京二線發生的34根翹邊管中，有幾根就是因塗敷廠取消內接頭，兩根管端頭相互錯位，壓輥沒有實現周向全壓實所致；為便於端頭處理，管端包紙無可非議，但陝京二線出現的34根翹邊管中多數為包紙不當造成的缺陷，有的是操作工的手汗造成管面局部污染所致。從全長850KM的陝京二線看，3PE防腐管的塗敷質量是很好的，但34根防腐管出現翹邊現象引起了業主的高度重視，兩次組織專家到現場逐根對翹邊防腐管進行鑑別，花去了大量人力物力，對此各防腐廠必須引進高度重視。還有就是補口用熱縮套、熱縮帶的施工工藝對質量影響很大，還有施工人員水平也是很重要的一個因素，以後本站將有相應文章專門討論。

標準完善

SY/T0413-2002標準的基本框架來源於德國標準DIN3067-1991,國外標準對原材料的性能基本上不做詳細要求，但對於轉型期的中國來講，信譽問題還沒有取得根本好轉，對原材料提出更詳細又便於檢查的項目顯得什麼重要，建議標準中應調整以下幾項指標：

膠層厚度上下限

按照SY/T0413-2002標準中表2.0.2的規定為170-250μm，對於圓模包覆作業線，這一厚度值沒有問題；對纏繞作業線，這一厚度範圍就無法保證了。纏繞作業線擠出的是伯母片材，其厚度若大於170μm, 則搭邊部分肯定超過250μm。如果要求滿足目前行業標準要求，膠層擠出時，片材的厚度不應大於60μm，採用多層搭接才能滿足行標要求，否則膠層厚度就不能保證為170-250μm。因此，膠層厚度的上下限值至少應相差一倍。

共聚膠的名稱和指標

目前我國3PE防腐用膠實際為接枝膠，共聚膠實際上是3PE防腐第一帶膠粘劑，踏實聚乙烯與聚丙烯酸酐接枝的產物，所以應該稱為接枝膠更為恰當；目前行業標準SY/T0413-2002 中，共聚膠的指標只有四項，不能全面反映膠的工藝性能，至少應該增加拉伸強度和斷裂伸長率兩項指標，以確保膠的加工性能。

聚乙烯熱老化性能指標

SY/T0413-2002中聚乙烯耐熱老化性能需做100天或200天試驗。在生產過程中需要抽樣檢查聚乙烯行性能時，這項實驗周期太長，無操作性可言，能否用熱氧化誘導期值代替值得研究。如果能改用氧化誘導期代替傳統的熱老化性能測試，將極大地縮短抽樣的時間。同樣耐環境應力開裂F50改為F0是否可以縮短檢驗周期也應探索

中國的3PE防腐要取得突破，首先還是標準的完善，希望有關部門重視起來