燃气管道3PE防腐涂层剥离方法的探讨

摘 要

摘要：探讨了3PE防腐涂层的机械式剥离方法及其操作流程。通过对埋地钢管外腐蚀成因和3PE防腐涂层缺陷的分析，提出了电化学防腐涂层剥离方法和已有大管径管道外防腐层剥离机小型
摘要：探讨了3PE防腐涂层的机械式剥离方法及其操作流程。通过对埋地钢管外腐蚀成因和3PE防腐涂层缺陷的分析，提出了电化学防腐涂层剥离方法和已有大管径管道外防腐层剥离机小型化的建议。
关键词：燃气管道；3PE防腐涂层；涂层剥离
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
   在城市燃气管网中，燃气管道一般采取地下敷设形式，金属管道会产生腐蚀。为了保证燃气管网安全稳定供气，做好管道的防腐工作至关重要，国内在这方面的研究很多[1～2]。从耐用年限、维护费用等因素考虑，3层PE复合结构防腐涂层(以下简称3PE防腐涂层)以其良好的电绝缘性能、防水和耐化学侵蚀性能、良好的强度和抗冲击性，得到了越来越多的应用。
   在燃气管道的维护中，经常需要剥离管道上的部分防腐层，以便焊接或堵漏。由于3PE防腐涂层有较好的性能，使防腐层的剥离工作比较困难，如何快速地剥离3PE防腐涂层成为提高燃气抢修作业效率的重要问题。
2 3PE防腐涂层的机械式剥离方法
    目前在燃气管道维护过程中，3PE防腐涂层的剥离方法是在对3PE防腐涂层结构和涂敷工艺[3～4]整理分析的基础上提出来的。对钢管3PE防腐涂层进行剥离采用的基本思想是制造外界条件(如高温加热)，破坏3PE防腐涂层各复合结构的粘结性，达到使其剥离钢管的目的。
    在3PE防腐涂层的涂敷过程中，需要把钢管加热到200℃以上。但如果温度过高，会出现下述问题：环氧粉末固化反应太快，粉末熔化不充分，成膜不良，会降低与钢管表面的结合能力；在胶粘剂包覆前，环氧树脂官能团过度消耗，部分甚至完全失去和胶粘剂的化学键结合能力；熔结环氧粉末层可能发生轻度焦化，表现为颜色变深、发黄，导致涂层剥离检验不合格。因此，当外界温度高于200℃时，3PE防腐涂层比较容易剥离。
    燃气管道埋地后，因市政工程需要，需要切改埋地管道；或发生燃气泄漏需要进行抢修作业时，首先要将防腐层剥离，之后才能进行其他的管道作业。目前，燃气钢管3PE防腐涂层的剥离操作流程为：施工准备、管道预处理、加热处理、3PE防腐涂层剥离、其他施工工作。
   ① 施工准备
   施工准备主要包括：施工人员与设施到位，抢修管道降压处理，作业坑开挖等。3PE防腐涂层剥离的施工设备主要有乙炔气割枪、扁铲或手锤。
   ② 管道预处理
   管道预处理主要包括：确定管径，管道外表面清理等。
   ③ 加热处理
   使用乙炔气割枪高温加热已经预处理过的管道。气割的火焰温度可达3000℃，而燃气管道外敷的3PE防腐涂层在200℃以上即可熔化，因此通过气割枪可以迅速地将枪口对准部位的3PE防腐涂层熔化成胶状，使涂层的粘结性遭到破坏。
   ④ 3PE防腐涂层的剥离
   由于经过加热处理的涂层粘结性已经遭到破坏，所以使用扁铲或手锤等机械工具就能将涂层从管道上剥离。3PE防腐涂层得到彻底剥离后的效果见图1。
 

   ⑤ 其他施工工作
   剥离3PE防腐涂层后，要进行管道的切改、焊接以及新防腐涂层的涂敷等工作。
    当前采用的机械式手工剥离方法速度慢，剥离效果一般。由于施工设备的局限性，剥离工作效率不高，直接影响到燃气管道的抢修效率。施工设备的局限性主要体现在：a.气割枪喷射火焰面积的局限性导致气割加热处理熔化的涂层面积小；b.扁铲或手锤等工具与圆形管道外表面配合度的局限性导致涂层剥离效率不高。
    通过施工现场统计，得到不同管径和待剥离部位尺寸情况下3PE防腐涂层的剥离时间，见表1。
表1 不同管径和待剥离部位尺寸情况下3PE防腐涂层的剥离时间
公称直径/mm
待剥离部位尺寸
剥离时间/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 关于3PE防腐涂层剥离方法的建议
3.1 3PE防腐涂层机械式剥离方法的改进
    ① 寻找或研发更好的加热设备以代替气割枪。加热设备应能保证喷射火焰面积足够大，以便一次性加热处理需要剥离的整个涂层部位，同时保证火焰温度高于200℃。
    ② 寻找或制造更好的剥离工具以代替扁铲或手锤。剥离工具应能与管道外表面达到很好的配合，尽量一次性刮除管道外表面上经加热的防腐涂层，且应保证粘结在剥离工具上的防腐涂层易清理。
3.2 电化学方法剥离3PE防腐涂层
    工程设计和施工人员可以对燃气埋地管道外腐蚀成因和3PE防腐涂层缺陷进行分析，寻找破坏和剥离防腐涂层的新方法。
3.2.1管道外腐蚀成因和3PE防腐涂层缺陷分析
    ① 埋地管道杂散电流腐蚀
    杂散电流是一种因外界条件影响而产生的电流，其电位测量一般通过极化探头法[1]。杂散电流的腐蚀强度和危害性大、范围广、随机性强，尤其是交流电的存在可引起电极表面的去极化作用，加剧管道腐蚀。交流干扰可加速防腐层老化，引起防腐层剥离，干扰阴极保护系统的正常运行，降低牺牲阳极的电流效率，致使管道得不到有效的防腐保护。
   ② 埋地管道土壤环境腐蚀
   周围土壤对埋地燃气管道腐蚀的主要影响有：a.原电池的影响。金属和介质的电化学不均匀性形成的原电池是埋地管道发生腐蚀的一个重要原因。b.含水量的影响。含水量对燃气管道的腐蚀影响很大，土壤中的水分是土壤电解质离子化和溶解的必要条件。c.电阻率的影响。土壤电阻率越小，对金属管道的腐蚀性越强。d.酸度的影响。管道在酸性较强的土壤中易被腐蚀。当土壤中含有大量的有机酸时，即使pH值接近中性，腐蚀性也很强。e.盐分的影响。土壤中的盐分除对土壤腐蚀的导电过程起作用外，还参与化学反应。燃气管道与不同盐浓度的土壤接触构成的盐浓度差电池，使盐浓度高的位置的管道发生腐蚀，加剧局部腐蚀。f.孔隙率的影响。较大的土壤孔隙率有利于土壤中氧的渗透和水的保存，促进腐蚀的发生。
   ③ 3PE防腐涂层粘结力的缺陷分析[5]
   影响3PE防腐涂层与钢管粘结力的一个重要因素是钢管表面处理质量与表面沾污。a.表面潮湿。除锈后的钢管表面受含水和粉尘沾污，容易产生浮锈，这将影响熔结环氧粉末与钢管表面的粘结力。b.粉尘沾污。空气中的干燥灰尘直接落到经过除锈的钢管表面上，或落到传送设备上再间接沾污钢管表面，也可引起粘结力下降。c.孔隙和气泡。潮湿导致的孔隙广泛存在于高密度聚乙烯层的表面和内部，大小及分布都比较均匀，影响粘结力。
3.2.2电化学方法剥离3PE防腐涂层的建议
   通过对燃气埋地管道外腐蚀成因及3PE防腐涂层粘结力缺陷的分析，研制一种基于电化学方法的设备是快速解决当前问题的好方法，目前市场上还没有这种设备。
   在充分考虑3PE防腐涂层物理性质的基础上，通过研究土壤的腐蚀机理，经过实验，研究出一种腐蚀速度远大于土壤腐蚀速度的腐蚀方法。利用适度的化学反应，创造一定的外界条件，使3PE防腐涂层与化学试剂发生电化学反应，从而破坏其与管道的粘结力或者直接将防腐涂层溶蚀掉。
3.3 当前的大型剥离机小型化
    中国石油西气东输管道公司研制出了一种用于石油天然气长输管道应急抢修的重要机械设备——大管径管道外防腐层剥离机。该设备解决了大管径油气管道抢修中防腐层难以剥离、影响抢修效率的难题。履带式大管径管道外防腐层剥离机，采用电动机作为剥离动力，带动滚刷旋转清除外壁包裹的防腐层，并在管道的防腐层表面沿圆周移动，完成管道防腐层的剥离，为切割或焊接作业提供有利条件。如果将此大型设备小型化，使其适用于室外小管径管道并加以推广，对城镇燃气抢修施工都具有较好的经济和社会效益。如何小型化履带式大管径管道外防腐层剥离机是一个很好的研究方向。
参考文献：
[1] 杨义军，李文玉，王芷芳，等.极化探头在埋地钢质管道阴极保护的应用[J].煤气与热力，2010，30(4)：A26-A27.
[2] 张秀莲，李季，余冬良.土壤对埋地管道腐蚀性的调查与分析[J].煤气与热力，2010，30(3)：A38-A42.
[3] 李秋萍.燃气钢管三层结构PE防腐涂层的质量控制[J].煤气与热力，2005，25(8)：24-28.
[4] 龙志斌，龙云正，汪颐，等.钢管3PE外防腐多层聚烯烃涂敷新工艺介绍[J].焊管，2009，32(10)：40-42.
[5] 廖宇平，程书旗，郑玉海，等.管道3PE防护层的结构特点与缺陷分析及防范[J].腐蚀与防护，2006，27(6)：311-314.
 
(本文作者：谢彧馨 马肇臻 天津市燃气集团 输配分公司河北管线所 天津 300250)