管道防腐补口补伤讲义

油气管道防腐补口、补伤讲义

沈阳三全工程监理咨询有限公司

二〇一四年九月

目录

1、防腐补口的意义 (1)

1.1输油、气钢管腐蚀原理及影响因素 (1)

1.2 输油、输气钢管防腐技术 (3)

2、防腐补口的施工工艺和方法 (4)

2.1沥青热浇涂补口 (4)

2.2热烤沥青缠带补口 (4)

2.3聚乙烯胶粘带补口 (5)

2.4环氧煤沥青补口 (5)

2.5环氧粉末补口 (5)

2.6聚乙烯电热熔套补口 (5)

2.7幅射交联聚乙烯热收缩套(片)补口 (6)

2.8复合结构补口 (6)

3、西二线线路主要防腐补口施工工艺 (7)

3.1干膜施工和湿膜施工 (7)

3.2防腐补口流程 (8)

3.3西二线补口材料主要技术要求 (8)

3.4国内外热缩带差异 (11)

3.5特殊的补口 (13)

4、主管线补口失效的主要形式 (14)

5、补口主要环节及监督 (15)

5.1、补口前准备 (15)

5.2、补口准备 (16)

5.3、喷砂除锈 (16)

5.4、热收缩带施工 (18)

5.4、热收缩带常见问题 (21)

6、站场内防腐补口 (25)

7、补伤 (26)

7.1管道防腐层、补口处补伤 (26)

7.2补伤方法 (26)

7.3补伤主要环节 (27)

7.4补伤质量检查验收 (28)

1、防腐补口的意义

我国每年因腐蚀造成的经济损失高达2800亿元，比每年风灾，水灾、地震、火灾等自然灾害的总和还要多。腐蚀还会造成各种事故和重大灾害。我国石油化工、公共事业等行业中管道因腐蚀穿孔达2万次／年，其主要发生在钢管的接口处和管道自身的磕碰伤。管道的补口、补伤对于管道保护有着重要意义。

1.1输油、气钢管腐蚀原理及影响因素

1.1.1内壁腐蚀

埋地输油、气管道内含有油、气、水等介质，其内壁腐蚀是介质中的水在内壁生成一层亲水膜并形成原电池所发生的电化学腐蚀，或者是其他有害物质（硫化氢、硫化物、二氧化碳等）直接与金属作用引起的化学腐蚀。特别是在管道弯头，低洼积水处、气液交界面，电化学腐蚀异常强烈，管壁大面积腐蚀减薄或形成一系列腐蚀深坑及沟槽。

1.1.2外壁腐蚀

电化学腐蚀是金属和外部介质发生电化学作用而引起破坏，其特点是腐蚀过程伴随电流产生。这是埋地输油管道腐蚀的重要机理。对于外壁来说，电化学腐蚀是其主要原因:

（1）土壤腐蚀。因为土壤是多相物质的复杂混合物，颗粒间充满空气、水和各种盐类，使土壤具有电解质特性。因此，埋地管道裸露的金属在土壤中构成了腐蚀电池，它可分为:①微观腐蚀电池：因钢管表面状态的影响所形成的腐蚀电池。如制管缺陷、夹杂等，当这

些部位与土壤接触时，由于电极电位差而构成腐蚀电池。②宏观腐蚀电池：因土壤介质差异引起的腐蚀电池。如：土壤的含盐量、含氧量、透气性等，它们的浓度对管材/土壤的电极电位值影响很大。

（2）杂散电流腐蚀。这是散流于大地中电流对管道所产生的腐蚀，又名干扰腐蚀。是一种外界因素引起的电化学腐蚀，由外部电流极性和大小来决定，其腐蚀比一般土壤腐蚀激烈得多。对于绝缘不良的管道，杂散电流可能在绝缘破损的某一点流入管道，然后沿管道流动，在另一绝缘破损点流出，返回杂散电流源，从而引起腐蚀。这些杂散电流源主要由于电气化铁道、电解工厂直流电源、阴极保护设施、交直流高压输电系统接地极所产生。

（3）细菌腐蚀（微生物腐蚀）。细菌在特定的条件下参与金属的腐蚀过程。埋藏在土壤中的钢铁管道表面，由于腐蚀，在阴极上有氢产生，如果附在金属表面不成为气体逸出，则它的存在就会造成阴极极化而减缓腐蚀进程，甚至停止进行腐蚀。如果有硫酸盐还原菌活动，恰好利用金属表面的氢把SO42-还原，促进了阴极反应，使腐蚀速度加快。特别的，有一些细菌是依靠管道防腐涂层的石油沥青作为养料，将沥青“吃掉”，从而造成防腐层被破坏而丧失防腐功能。

（4）大气腐蚀（微生物腐蚀）。管道表面金属臵于大气环境中时，其表面通常会形成一层极薄的不易看见的湿气膜（水膜），当这层水膜达到20－30个分子厚度时，它就变成电化学腐蚀所需要的电解液膜，大气环境下形成的水膜往往含有水溶性的盐类及溶入的腐蚀性气体（如二氧化碳），导致管道表面发生电化学腐蚀。

影响埋地输油管道腐蚀速度的因素是多方面的，主要决定于土壤的性质。而表征土壤性质指标的各种参数均会对管道金属的腐蚀产生影响，如土壤 PH 值、氧化还原电位、土壤电阻率、含盐种类和数量、含水率、孔隙度，有机质含量、温度、细菌、杂散电流等。而其中 PH 值、土壤电阻率、含盐种类和数量是主要因素，分析埋地输油管道腐蚀剩余寿命必须以此为依据。

1.2 输油、输气钢管防腐技术

1.2.1输油、输气钢管防腐要求

埋地输油、输气钢管防腐形式通常有管道内防腐、管道外防腐、管道阴极保护、地上管道防腐。对埋地管道外防腐蚀涂层的要求：具有良好的抗土壤、水、霉菌的腐蚀和施工性能，有良好的电绝缘性，阴极保护联合使用时防腐涂层应具有一定的耐阴极剥离强度的能力，有足够的机械强度，以确保涂层在搬运和土壤压力作用下无损伤。

1.2.2输油、输气钢管防腐技术简介

埋地钢管外防腐涂装技术有石油沥青防腐层，环氧煤沥青防腐涂层、煤焦油瓷漆防腐涂层、聚乙烯粘胶带、熔结环氧粉末防腐涂层、二层PE防腐涂层，三层PE防腐涂层、聚氨酯硬质泡沫塑料防腐保温复合结构。后三种方法是通常使用的方法。

1.2.3补口热缩带简介

补口热缩带系列产品是为埋地及架空钢质管道焊口的防腐和保温管道的保温补口而设计的，也可用于管道法兰连接部位、锁箍部位的密封防腐。它是由辐射交联聚烯烃基材和特种密封热熔胶复合而

成，特种密封热熔胶与聚烯烃基材、钢管表面及固体环氧涂层可形成良好的粘接。热收缩带在加热安装时，基材在径向收缩的同时，内部复合胶层熔化，紧紧地包覆在补口处，与基材一起在管道外形成了一个牢固的防腐体，具有优异的耐磨损、耐腐蚀、抗冲击及良好的抗紫外线和光老化性能。此外除了补口热缩带主体，还配有胶条和固定片，且补口热缩带便于规模化生产，施工也方便很多。

2、防腐补口的施工工艺和方法

2.1沥青热浇涂补口

原料可以为石油沥青(也可以是煤焦油瓷漆)加缠玻璃布，薄涂多层结构，厚度等同于管道防腐层，施工方法为现场热浇涂，适用于相同材料的管道防腐层。中洛线“管中管”施工时部分补口曾采用此方法，效果尚可，其优点是原材料广泛、价格低廉；缺点是现场热浇涂劳动条件差，质量难以保证，施工时对环境有污染等。在国内应用较广泛，在国外已处于被淘汰之列。

2.2热烤沥青缠带补口

原料为浸涂过焦油瓷漆或石油沥青的玻璃纤维毡缠绕带，现场边加热边缠绕形成多层结构，厚度等同于管道防腐，适用于相同材料的管体防腐补口。优点为原材料广泛，与管体为同种材料时熔结较好；缺点是操作步骤较复杂，人为因素影响大，如烘烤温度的掌握、烘烤的均匀性等，都对粘结力有决定性的影响。在国外有一定数量的使用，国内尚未大量应用。

2.3聚乙烯胶粘带补口

结构为先涂刷与胶粘带配套的底漆，然后缠绕聚乙烯胶粘带作为防腐层，外保护层采用聚氯乙烯或聚乙烯外缠带，其厚度和层数根据防腐层等级确定。其优点是施工速度快，不需加热，操作简单;缺点为粘结力较差，防水性能低，受施工环境影响较大，强度低。该方法不仅可应用于聚乙烯胶粘带防腐的补口，还可用于聚乙烯包覆、融结环氧粉末、三层防腐层的补口。国内外有一定规模的应用。

2.4环氧煤沥青补口

原料为环氧煤沥青漆加玻璃布，薄涂多层结构，现场冷涂。适用于管体防腐为同种材料的管段。优点是现场操作简便，不需加热;缺点为涂层固化时间长，不适合野外作业，环境温度10…C以下就难以施工。国内在厂区、市区的管道上应用较多，野外长输管道很少使用。

2.5环氧粉末补口

原料为环氧粉末，施工方法和管体预制厂内涂敷相同，即现场喷砂除锈(sa2.5级)、静电加热喷涂。适用于管体防腐为环氧粉末的补口。优点是与管体防腐是同种材料时熔结好，与钢管粘结力强;缺点为对现场机具要求高，难度大，费用高。国内在河流定向钻穿越段和小规模管道中采用过，国外应用较多。另有一种使用液态环氧涂料现场涂刷补口的方法，施工操作简单，但涂层的技术性能比热喷涂环氧粉末降低很多，只宜用在因地形等原因不能进行热喷涂补口的场合。

2.6聚乙烯电热熔套补口

原料为与管体防腐相同的聚乙烯片材电阻丝，施工方法是电热熔

套用专用机具卡紧后，通上电流加热管体与补口材料搭接处的电阻丝，使搭接部分在熔融状态下粘合，达到密封防水、外防护层的作用。适用于聚乙烯包覆和“管中管”防腐保温层的补口。优点是与管体防腐是同种材料时熔融好，施工质量便于现场(充气)检验;缺点为现场施工需相应的机具，对操作人员经验有较高要求。国内在聚乙烯包覆和“管中管”结构上均有一定规模的采用，国外在“管中管”结构应用上居多。

2.7幅射交联聚乙烯热收缩套(片)补口

原料为经过幅射交联的聚乙烯片材，内敷热熔性胶粘剂。施工时将其套(包覆)在补口处，均匀加热产生径向收缩，内层胶熔化，使收缩套(片)紧密地与管体防腐层和补口钢管表面粘接在一起，达到密封防腐作用。优点是密封性强、粘结力好、施工较方便、适用性广、无环境污染等;缺点为施工受雨雪、风沙天气影响大，对操作工的责任感、熟练程度有较高要求。该方法适应各种管体防腐材料的补口。目前在国外应用最广泛，国内在“管中管”结构上应用较广。

2.8复合结构补口

主要应用于近年来国外兴起的三层复合结构(环氧粉末一胶粘剂一聚乙烯外包覆层)上。施工时先将钢管表面除锈至Sa2.5级，加热后喷涂环氧粉末(或涂刷液态环氧涂料)，在其胶化与固化过程中包覆幅射交联聚乙烯热收缩套(片)。优点是与管体防腐结构相近时的防腐、防护密封性能可靠;缺点为对施工机具要求高，工艺较复杂、费用高。国外在三层结构防腐层补口中的应用占有相当高的比例。另外

还有自粘接油毡、玻璃钢补口等方法，它们的适用范围较小，应用很少。

3、主要防腐补口施工工艺

管道主要采用复合结构补口，分干膜施工和湿膜施工两种，采用干膜施工的品牌有CANUSA，采用湿膜施工的品牌有西普、长圆和双流热收缩带。

3.1干膜施工和湿膜施工

干膜（Dry film）在涂状中是相对湿膜（Wet film）而言的。底漆在未完全干燥前称为湿膜，完全干燥后贴附在被涂物质表面的油漆就成干膜。干膜实际上是真正涂在被涂表面干燥固化的成膜,其他物质如溶剂和稀释剂则挥发在大气中了。

干膜施工在进行下道工序前底漆已成膜，易于检查其成膜完整性、厚度等，但是干膜安装是否会影响热缩带的粘接性能，目前业界尚未形成统一认识。湿膜施工无法检查成膜厚度和缺陷，且在施工过程中容易导致底漆损伤和脱落。

2003年以后，几乎所有的管线补口国际规范都明确规定了环氧底漆必须采用干膜施工，同时对环氧底漆的检查提出要求。

3.2防腐补口流程

图1防腐补口流程图

3.3补口材料主要技术要求

表1热收缩带的厚度单位：mm

表2热收缩带基层的性能指标

表3热收缩带胶层的性能指标

表4热收缩带底漆的性能指标

表5热收缩带安装系统的性能指标

维卡软化点：工程塑料、通用塑料等聚合物的试样于液体传热介质中，在一定的载荷、一定的等速升温条件下，被1m㎡的压针压入1mm深度时的温度。热缩带胶黏剂的维卡软化点，在50℃运行条件下，其维卡软化点为90℃。维卡软化点对于确保在运行温度条件下聚乙烯层的温度强度具有重要意义。

3.4国内外热缩带差异

一、补口热缩带厚度的差异

迄今为止，除了中国外，世界上所有热缩带的厚度结构采用的是基材厚度为1mm，胶粘剂厚度为1.5mm的标准结构，这个厚度结构不仅仅在各个项目中得到应用，而且在世界通用的设计手册和国际标准化手册中予以明确的规定。

目前国内的技术标准采用的是基材大于 1.5mm，胶粘剂大于1.0mm的结构，这种结构正好与国际标准相反。

这种差异导致在安装中出现如下问题：

A、基材厚度变厚之后热缩带胶粘剂烘烤融化就会变得困难，也无法控制和掌握，特别是在冬季施工的项目。

B、基材厚度变厚之后导致搭接处空隙变大，容易出现空鼓现象，国内部分厂家为了弥补这一缺陷，采用加热熔胶条的方法补救，但是效果不好。

导致这一情况产生的主要原因：1、国内目前的设计规范还未与国际接轨。2、基材聚乙烯材料的价格便宜，成本容易控制。

二、补口热缩带材料的差异

迄今为止，国内补口材料全部采用的是低密度聚乙烯材料（0.91-0.92g／cm3），这种材料的强度低、易破损。根据目前的技术标准，特别是1219mm直径的大口径、高温运行的管线，全部明确规定必须采用高密度聚乙烯材料。为了确保管线的补口防腐蚀质量，国际上已经开始放弃使用聚乙烯材料（包括高密度聚乙烯材料），更高等级的聚丙烯热缩带已经在全球得到了应用。

由于采用低等级聚乙烯材料可能导致在工程应用中出现问题：

1、采用低密度或低等级聚乙烯材料导致在安装过程中安装工人不敢长时间的烘烤（容易烤裂），这样更加导致热缩带烘烤不透，安装后的质量不可控。

2、在太阳直射的白天，热缩带下面的气泡膨胀，安装后的热缩带表面有鼓起来的气泡。（热缩带变软后，气泡容易鼓出）

3、在70度的温度下，热缩带变软，周围的沙石等容易将热缩带顶破，管线补口防腐蚀出现严重问题。

导致采用低密度聚乙烯的原因：1、目前国标没有规定。目前国内管线的主防腐层不仅仅规定了必须采用高密度聚乙烯材料（>0.94

g／cm3），而且在实际设计的时候还要求将主管线防腐层采用加强级的设计，因为普通的高密度聚乙烯在管线运行温度条件下，还不足以抵抗周围环境的破坏，但设计补口材料时没有相关要求。2、采用高密度聚乙烯的热缩带，在生产过程中。回收料、低等级聚乙烯等无法添加，必须采用纯正的高密度聚乙烯材料。

3.5特殊的补口

在管线补口中，会存在一些特殊补口的补口。

1、热煨弯管与3层PE管之间的补口

这种部位的补口特殊性在于：热煨弯管的外防腐层为双层熔结环氧粉末结构，其材料与补口材料并不匹配。

2、短接、碰头处的补口

由于这种地方的裸露钢管宽度往往超过正常宽度，为了保证搭接宽度，往往采用两个收缩带，但是由于两个收缩带施工先后顺序不同，其质量难以保证。

3定向钻穿越段的补口、补伤

对于定向钻穿越段管道补口，应采用带配套环氧底漆的定向钻穿越专用补口带，其基材厚度：收缩前≥1.6mm；胶层厚度：收缩前≥1.2mm。补口系统材料由补口带、牺牲带和配套的环氧底漆构成，前面的牺牲带具有牺牲功能，保护后面正常补口带在回拖过程中的安全。定向钻穿越段专用热收缩套不用铁箍，在穿越过程中铁箍容易脱落，并滑伤管道防腐层。定向钻穿越段补伤片处加装牺牲带。

4、主管线补口失效的主要形式

目前管线补口失效主要表现为三种形式：

A、密封失效：表现为热缩带与主管线防腐3PE涂层脱开。

B、防腐蚀涂层失效：在钢管表面的环氧底漆涂层没有形成有效的防腐蚀作用；环氧底漆与热缩带完整从钢管表面脱落。

C、热缩带主体破损严重：表现为热缩带折皱、穿透。

密封失效的主要原因：在3层聚乙烯PE涂层的防腐设计中有一条关键的要求，即：3层聚乙烯补口材料必须与主管线防腐涂层相互匹配的原则。但是目前的补口材料与主管线防腐涂层还不能很好匹配。

防腐蚀涂层失效的主要原因：环氧底漆的防腐性能不仅仅与材料本身的性能有关，更与其施工的厚度和均匀度有关，环氧底漆中有一种叫流平剂的材料，就是为了保证环氧底漆的均匀性，采用湿膜安装时其厚度和均匀性完全没有保证。除此之外环氧底漆与钢管表面的附着力缺乏技术要求。

热缩带胶黏剂的抗剪切强度，埋地管线在实际的运行过程中所受到的环境应力和土壤应力比较集中表现在对热缩带的剪切作用。根据欧洲实验室报告，在埋深1米，运行温度为50℃条件下：

而目前国内采用的技术要求中，统一将运行温度在50℃情况下的剪切强度设定为0.05MPa，由此可见目前的技术规范存在技术漏洞。

当然现场施工人员不按规范要求施工，不按规定程序施工也是导致补口失效的重要原因。

5、补口主要环节及监督

5.1、补口前准备

5.1.1材料要求

防腐材料应存放在阴凉、干燥处，严禁受潮和日光直接照射，并隔绝火源，远离热源，存放场所的温度和湿度应符合生产厂商提出的要求。热收缩带使用前应认真检查，基材边缘应平直、表面平整、清洁、无气泡和裂口及分解变色现象。防腐补口、补伤材料必须由经业主批准的生产厂商提供，并由业主指定检测部门出具复检报告，同时具有出厂合格证和使用说明书；

5.1.2设备要求

空气压缩机出口处应有油水过滤器，空气压缩机排气量不小于6.3m3/min；液化气罐应符合安全要求，且减压阀输出压力不小于0.15MPa，数字式温湿仪、风速仪量程满足要求，且稳定显示，电火花检漏仪的输出电压应满足15kV检漏电压的要求。红外测温仪应每天用接触式测温仪校正。

5.1.3人员要求

防腐补口补伤作业机组最少配备8人：喷砂除锈2人，火焰加热3人，辅助施工3人；现场防腐补口、补伤操作人员必须经过防腐施工培训和考核，并取得监理或EPC下发的上岗证。施工前，防腐补口带厂家专业人员和施工单位技术人员向参加防腐补口、补伤防腐操作

人员进行技术交底，使每个操作人员都能熟知防腐材料的使用要求和各工序的操作要领。同时应检查管材防腐层质量，达到要求，才可以施工。此外，有时防腐补口补伤材料供应商应派技术人员对现场防腐作业进行监督和指导。

5.2、补口准备

5.2.1作业天气条件

如下情况如无有效防护措施，不应进行露天施工。

a) 雨天、雪天、风沙天。

b) 风力达到五级（8.0～10.7米/秒）以上。

c) 相对湿度大于85%。

5.2.2补口处处理

环向焊缝及其附近的毛刺、焊渣、飞溅物、焊瘤、补口处污物、油污和杂物等必须清理干净。检查管材防腐层端部是否有翘边、生锈、开裂等缺陷，如有缺陷应进行修口处理，切除到防腐层与钢管完全粘附处为止，切口边缘要作坡角处理。为防止喷砂过程中PE层损伤，管口应做适当的保护。

5.2.3其他条件

确保合适的作业空间，粤桂项目部规定管底对地净距小于500mm 时不得施工，如作业空间不足，需进行土方开挖，以保证足够的空间。管口清理前应记录补口处未防腐的宽度。

5.3、喷砂除锈

5.3.1预热

喷砂除锈使用的石英砂粒径应在2-4mm之间，必须干燥，无油、无污染，严禁使用粉砂。石英砂应存放在清洁干燥处。喷砂前要监测露点，对管口表面加热：将管口预热至40-50℃（冬季，适当提高预热温度至70-80℃），确保钢管预热温度高于露点3 ℃以上。粤桂地区空气潮湿，预热时间要延长，保证管口潮气驱除干净，避免二次返锈。管口加热完毕，应采用接触式测温仪或经接触式测温仪对比校准的红外线测温仪测温，测量管口周向均匀分布至少4个点温度，各点温差不大于±5℃，方可进行喷砂除锈。

5.3.2喷砂

喷砂应在补口下风方向进行，喷砂工作压力宜为0.4-0.6MPa。喷砂应连续进行，喷枪与管道表面应保持垂直，以匀速沿管轴线往复移动，从管顶到管底逐步进行。管口表面处理质量应达到Sa2.5级，锚纹深度35-70微米，清除表面灰尘。

5.3.3打毛

喷砂除锈完成后应及时进行防腐补口。将环向焊缝两侧防腐层与补口材料搭接范围内的PE层表面作打毛处理。打毛宽度应与热收缩带覆盖宽度基本一致。

将热收缩带与管体涂层搭接处清理干净并加热，用钢丝刷将其打毛，完毕后，应清除浮渣；PE层打毛深度及密度约为1mm，沿竖向及斜向打毛，所有打毛区域都必须打毛到位，特别要注重检查12点位和6点位的打毛质量。对PE层需打毛的区域，建议分段适度加热，打毛时，PE层的加热温度不宜过高，更不得将PE层烤流化。