长输埋地管道聚脲防腐涂层的应用研究

王军

摘 要：本文阐述了目前钢质埋地管道防腐涂层的种类和应用现状，分析了各自的优劣性。介绍了新型埋地管道防腐和补口材料用聚脲涂料，针对管道防腐涂层的技术要求，研究了聚脲涂层的力学性能、耐腐蚀性能以及耐老化性能。研究结果表明，聚脲具有优异的施工性能和防腐性能，适用于管道防腐和补口涂装。

关键词：喷涂聚脲弹性体；管道防腐；耐腐蚀性；阴极剥离

0  引言

随着我国经济的快速发展和城镇一体化建设的不断提搞，输油、输气、输水和热力等埋地管道在日常生活和经济建设中发挥着重要作用，埋地管道已经成为现代社会非常重要的基础设施之一。钢质埋地管道长期受到土壤、雨水、矿物质、微生物等因素腐蚀，加上管道输送介质越来越复杂，均会引起管壁腐蚀穿孔和开裂而造成破坏。另外，埋地管道的腐蚀情况不能直接观察到, 发生管壁穿孔、泄漏等情况时不容易及时发现且不便维修也是加速管道腐蚀的重要原因。由于腐蚀引起的管道穿孔或开裂不仅会造成资源泄露和环境污染等问题，更可能会引发火灾、爆炸等重大事故，造成人员伤亡等严重后果。据相关资料统计，世界各国每年仅管道腐蚀造成的损失，美国约为20亿美元，英国约17亿美元，德国和日本各约33亿美元。美国国家输送安全局统计有74%是管道腐蚀造成的，其中45%是由外壁腐蚀引起。因此，腐蚀是导致埋地管道破坏和失效的主要原因之一。随着我国长输石油、天然气管道和市政管网的大规模建设, 实现埋地管线安全高效运行显得极为重要。最大程度地降低腐蚀造成的危害, 不仅是经济问题, 而且是社会安全、环境保护问题。 腐蚀防护技术是关系到埋地管道可靠性和使用寿命的关键因素, 腐蚀已成为管道工程中亟待解决的问题，因此加强管道防腐蚀技术的研究具有重大意义。本文主要针对管道防腐涂层的技术要求，研究了刚性聚脲材料的力学性能、耐水解性、耐腐蚀性能以及耐老化性能,并对喷涂聚脲技术在管道防腐领域的应用进行了阐述。

1  管道防腐涂层应用现状

目前各国对埋地输油、输气管线普遍采用的防腐技术是外涂防护涂层并辅加阴极保护。埋地管道常用防腐涂层主要有石油沥青（AE）、煤焦油瓷漆（CTE）、熔结环氧粉末（FBE）、二层/三层聚乙烯（2PE/3PE）、三层聚丙烯（3PP）等。其中FBE(包括单层FBE和双层FBE)、3PE是目前管道防腐的主流产品。

石油沥青作为传统管道防腐涂层具有较好的粘结性、不透水性和绝缘性。但存在吸水率高，在耐高温、耐植物根茎穿刺和耐土壤腐蚀性方面性能较差。煤焦油瓷漆虽然粘结力强、吸水率低，但在管道运行温度上升的情况下会发生氧化反应，挥发一部分馏分，导致脆变和剥离。因此这两种管道防腐材料市场用量近年来呈下降趋势，市场份额占6%～7%，其应用主要集中在中东和非洲一些地区。

FBE具有附着力强、耐磨蚀性好、抗阴极剥离等优异性能，在北美地区广泛应用，FBE在管道防腐的市场份额占20%～25%。由于FEB耐冲击性有限、耐湿热性差，不耐尖锐硬物的冲击碰撞,  很难保证施工运输过程中涂层不被破坏,而且现场修补操作困难， 因此不适合在碎石土、石方段、地下水位较高的地区使用。

3PE是 20 世纪 80年代在欧洲研制成功并开始使用的。它将 FBE良好的防腐蚀性能、粘结性、抗阴极剥离性和聚烯烃材料的抗渗透性、良好的力学性能和抗土壤应力等性能结合起来的防腐蚀结构, 在许多工程上得到了应用, 尤其是欧洲国家, 其应用呈不断上升的趋势。从发展趋势看，3PE在管道防腐市场中占据绝对优势，其市场份额从2004年61.5%上升至2009年66.03%。3PE的主要缺点是不适合用于弯头等异型管件和管道的补口，补口处防腐性能低于主体管件防腐层，焊缝位置防腐层较薄或与管体之间出现空隙，降低防腐效果，聚乙烯层粘结失效会对阴极保护电流造成屏蔽等问题。

2  管道防腐聚脲弹性体

喷涂聚脲弹性体技术（SPUA）在我国已有近20年发展历程，是近年来发展较快的一种无污染、高性能、快速固化的新型涂料和涂装技术。聚脲是由异氰酸酯组分（简称 A 组分）与氨基化合物组分（简称 R 组分）反应生成的一种弹性体材料。聚脲具有100%固含，不含任何挥发性有机物（VOC），对环境无污染。聚脲涂层与管道基材具有较高的粘....