刚性聚脲防腐钢管在地埋管道上的应用

地埋钢制管道外壁防腐先后经历了石油沥青、煤焦油瓷漆、溶剂型环氧煤沥青、熔结环氧粉末（FBE）和三层聚乙烯复合结构（3PE）这几个主要阶段，目前刚性聚脲以其优异的物理化学性能和***便捷的施工工艺在管道外壁防腐应用中的优点已经凸显出来，和3PE相比，刚性聚脲在地埋钢制管道外壁防腐中已占有越来越多的市场份额。

上世纪80年代，德国***的MANNESMANN钢管公司推出了三层结构聚乙烯防腐涂层（3PE），是将欧洲的2PE防腐涂层和北美的环氧粉末涂层（FBE）有机结合起来的一种新型防腐钢管涂层，层是环氧粉末（FBE），***层是粘结剂（AD），第三层是聚乙烯（PE）。3PE因其优异的物理化学性能而被广泛应用。但与此同时，3PE涂层自身所存在的问题也逐步显现出来，主要表现为涂层与钢管的脱落和剥离。粘结剂与环氧粉末脱开而造成翘边，焊缝处的应力缺陷，弯头、三通等连接处的处理与主干管道不一致等成为涂层脱离的隐患。所以，针对3PE材料本身和成型工艺的弊端之处，刚性聚脲这一新材料和新工艺***程度地解决了3PE所存在的问题，从而很大程度上减少了原有涂层与钢管的脱离现象，延长了地埋钢管的使用寿命。

本文将着重对刚性聚脲和3PE本身的物化性能和施工工艺方面进行简要对比介绍。

一、涂层物化性能

美***腐蚀工程师协会在1993年的年会论文中曾提出：正确涂覆的防腐蚀层应该为地埋构件提供***的保护需求，而剩余的1%由阴极保护提供。这说明了地埋钢制管道外壁防腐蚀涂层的重要性，更进一步地强调了外防腐涂层自身需要具备优良的物理化学性能指标。由于地埋管道所处环境复杂，土壤的酸碱度、潮湿度、温度、疏松程度均不相同，所以对地埋钢制管道的外壁防腐涂层的要求很高。从表1的测试项目和结果来看，刚性聚脲具有优异的综合物化性能和防腐蚀性能，并且与钢制管道外壁有着优异的附着力，所以刚性聚脲的综合性能与3PE相当，甚至有的指标如阴极剥离还优于3PE。

表1　 涂层物化性能比较

测试项目刚性聚脲3PE测试依据

拉伸强度/MPa2820ASTM D412

断裂伸长率/%25500ASTM D412

撕裂强度/(kN/m)9095ASTM D624

阴极剥离(1.5V，65±5℃,48h)/mm58ASTM G8

吸水率/%1.92ASTM D570

抗冲击性/（J?mm-1）258ASTM D2794

与底材附着力（MPa）1514ASTM D4514

耐化学介质（10%NaOH，10%HCl，10%NaOH浸泡7天）涂层完好涂层完好ASTM D543

盐雾试验（1400h）涂层完好涂层完好ASTM B117

耐紫外线老化（336h）涂层完好涂层完好ASTM G53

防腐涂层必须具有良好的抗渗透性，这一指标可以使用盐雾试验结果表征，当防腐涂层完整性良好无缺陷时，介质依靠渗透通过防腐涂层达到金属表面，是非常困难的，是不会引起阴极剥离的。渗透可以通过吸水率和耐化学介质进行表征。涂层阴极剥离产生的原因之一是防腐涂层有缺陷或者被破损；原因之二是环境中存在的氧气和水。从测试数据看，刚性聚脲的阴极剥离优于3PE。当然阴极剥离与涂层和钢制底材表面的附着有着密切的联系，另外还与涂层本身的结构有关系。从以上指标分析来看，刚性聚脲的综合物化性能优良，完全能够作为地埋钢制管道外壁防腐涂层长期使用。

二、施工工艺

刚性聚脲和3PE在地埋钢制管道外壁上的防腐施工工艺有明显不同。总体来讲，两者相互比较，刚性聚脲的施工成型工艺有着明显的优势，特别是对于接口处、三通处的处理。下面对两者的施工工艺进行简要介绍。

3PE的制作工艺首先是在处理好的钢管外壁表面喷涂一层环氧粉末底漆，之后将钢管按照一定的旋转速度送入涂覆区，此时台挤出机按照一定的温度和厚度挤出粘结剂薄膜并缠绕在钢管上，当粘结剂处于熔融状态时，***台挤出机挤出聚乙烯薄膜粘覆在熔融状态的粘结剂上面，接着进行冷却从而形成完整合格的3PE涂层。以上工艺适用规则管件如直管外壁的防腐。但是在整体施工时对于接口、弯头、三通等特殊且关键的钢管外壁部位，需要另行处理。整个施工工艺对施工条件要求***严格苛刻，需要的挤出设备庞大、三层成型时的处理温度要求严格。

刚性聚脲的制作工艺是将两种组份溶液通过一台专门的高温高压喷涂设备喷涂而成。两种组份通过喷涂设备的输料管道加热至65±5℃，两种组份溶液在喷枪内撞击混合后，在2000±200psi的压力下瞬间喷涂在处理好的钢管外壁。涂层按照***厚度一次成型，低温可以固化，喷涂时对环境要求不高，温度高于露点3℃、环境湿度低于80%即可。在整体施工时对接口、弯头等部位的施工便捷，且与主管道的防腐材料一致，整体管道外壁防腐材料浑然一体。施工时所需要的喷砂设备、喷涂设备、两种组份桶装可以全部装载在一台中型卡车上，方便施工。

通过刚性聚脲和3PE施工工艺的简要描述，刚性喷涂聚脲的施工工艺较3PE大为简化，并在管道现场接口、焊口等的防腐处理上表现的尤为突出，刚性聚脲喷涂***了整个管道外壁防腐涂层的连续性和一致性，***延长了地埋钢制管道的防腐寿命。

结语

运用地埋管道对油、气等资源进行长距离输送在国民经济中起着举足轻重的作用。而地埋管道尤其是钢制管道的外壁防腐涂层直接影响着管道的使用寿命。因为管道所处地质环境复杂，另外管道的运输、安装、现场补口等，这些因素对管道外壁防腐涂层的要求很高。喷涂聚脲涂层现已在防水、防腐、耐磨、高铁、地坪等领域取得了广泛的应用，使用效果良好，加之喷涂聚脲涂层本身优异的物理化学性能和便捷快速的施工工艺，相信喷涂刚性聚脲在地埋管道外壁防腐领域也会得到越来越广泛的应用。