（石油与天然气工程专业论文）管道防腐层修复技术研究.pdf

摘要 文章针对目前国内输油管道服役年限长 防腐层老化严重的问题 调研了国 内外在役不停输管道防腐层修复技术的现状 根据国内管道实际工况 分析了国 外修复技术的适用性 通过对防腐层大修质量现场检查 掌握了所选用两类防腐 材料的优缺点及涂敷施工中存在的问题 并给出了建议 通过对新型防腐涂层 无 溶剂环氧玻璃钢防腐层和带锈底漆重防腐涂料 的现场试用及跟踪调查 结果表 明无溶剂环氧玻璃钢防腐层长期性能较为稳定 能适用于管道防腐层大修 而带 锈底漆重防腐涂料在不采用喷砂表面处理工艺的条件下 其综合性能较差 不能 适用于管道防腐层大修 通过对防腐材料的研究及现场施工工艺的调查 编制了 在役管道防腐层大修技术规程 以指导管道防腐层修复 关键词 管道防腐层修复跟踪调查技术规程 a b s t r a c t m a n yo i lp i p e l i n e sw i t ha g i n gc o a t i n g sa r ei nl o n gs e r v i c el i f ei nc h i n a s ot h e i n l i n eo v e r h a u lt e c h n o l o g yo fp i p e l i n ec o a t i n gi si n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r a n di t s a p p l i c a b i l i t yi sa l s oa n a l y z e d b yi n s p e c t i o ni nc o a t i n gr e p a i rf i e l d t h em e r i t sa n d d e m e r i t so ft w ok i n d sc o a t i n g sa r ef o u n d a n ds o m es u g g e s t i o n si sg i v e n t h et w o n e w c o a t i n g s n o s o l v e n te p o x yf r pc o a t i n ga n dr u s tp r i m e rc o a t i n g w e r ea p p l i e di n f i e l d t h ef o r m e rc a nk e e pr e l a t i v e l ys t a b l ep e r f o r m a n c ef o rl o n g t e r m y e tt h el a t t e r h a v es h o w np o o rp e r f o r m a n c ei ft h et r e a t m e n tp r o c e s so fs a n db l a s t i n gw a sn o tu s e d i nt h es u r f a c e s ot h el a t t e rs h o u l dn o tb ea p p l i e dt op i p e l i n ec o a t i n gr e p a i r t h e g u i d e l i n eo fi n l i n ec o a t i n go v e r h a u lo fp i p e l i n ei sm a d ea f t e rt h er e s e a r c ho fc o a t i n g m a t e r i a la n dt h ei n v e s t i g a t i o no ft h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s t h ed o c u m e mw i l lg u i d et h e p i p e l i n ec o a t i n gr e p a i r k e yw o r d s p i p e l i n ec o a t i n g r e p a i r t r a c e r e s e a r c h g u i d e l i n e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国石油大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名 矽夕年中月汐日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留送交论文的复印件及电子版 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的 全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密论文在解密后应遵守此规定 学生躲盔丝 翩摊一 莎夕 丁往 年年 7尹 j 川冲 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 绪言 东部管网建于2 0 世纪7 0 年代初期 受当时技术水平的限制 存在一定的缺 陷 经过3 0 余年的运行 管道已出现不同程度的老化 近年来腐蚀及开裂事故 逐渐增多 管道内检测发现东部管网已出现严重腐蚀 已经完成和正在进行的管 道防腐层大修证实了这些缺陷的存在 种种迹象表明 东部管网已出现功能退化 为确保东部管网的安全运行 根据股份公司安排 2 0 0 5 年管道公司已正式 启动东部管网改造项目 本次改造以安全性 恢复性改造为原则 目标是三年内 完成重点安全隐患改造 实现东部管网再安全运行二十年 恢复到4 0 0 0 万吨 年的输油能力 国外管道防腐层修复通常根据管道的目前状况 未来老化和修复的可行性确 定是否修复 一般要经过详细的评估 从旧涂层清除 表面处理到新防腐层涂装 多采用连续性机械化作业 由于旧涂层清除彻底 表面处理质量高 机械涂装可 实现涂层快速成型 再涂材料可选范围较大 多采用液态涂料 但修复费用极高 约为国内费用的1 0 倍 国内管道防腐层修复一般根据内 外检测结果 修复经费 修复能力以及征 地情况等制定修复计划 一般未经过详细评估 目前的施工基本上限于人工和手 工机具 再涂材料主要为冷缠胶带 无溶剂环氧 常温刷涂 效率低且存在现 场局限性 热油管道不停输沟下作业 无论从技术角度还是经济角度 引进国外材料和 技术不太现实 而国内现有技术相对落后 为满足东部管道防腐层修复的工程需 要 本项目开展了防腐层修复的技术研究工作 加强管道防腐层大修选段的准确 性和修复材料 修复技术选择的可靠性 确保大修资金的合理 有效利用以及防 腐层大修的质量 第1 页共5 0 页 第 章概述 第一章 概述 管道公司东部管网运行3 0 余年 管道旧防腐涂层 主要采用的是石油沥青 玻璃布 已出现不同程度的老化 与管体发生剥离的现象严重 进而影响常规阴 极保护的有效性 管道得不到保护而发生腐蚀 为确保管网继续正常运行 管道 公司自2 0 0 5 年大规模开展了管道防腐层大修 同时启动了 东部管网安全性改 造配套技术研究 项目 以提供技术支持 目前 国内管道防腐层修复技术落后 施工基本上限于人工和手工机具 再 涂材料主要为冷缠胶带和无溶剂环氧 常温刷涂 国外虽有管道修复案例 但 其修复方式均采取停输后的大开挖修复 不适合国内在役修复的要求 鉴于国内 现有防腐层大修技术相对落后 而国外修复技术不适用的现状 项目开展了 管 道防腐层修复技术研究 专题的研究工作 旨在研究出适合于国内管道实际情况 及修复需求的技术 加强管道防腐层修复材料 修复技术选择的可靠性 确保防 腐层大修工程的质量 本专题经过两年的研究 不仅针对国内管道防腐层修复现状制定了两套管理 办法 中国石油管道公司管道防腐层大修选段及核查管理办法 中国石油管 道公司管道防腐层大修飞行检查管理办法 和一套技术规程 在役管道防腐层 大修技术规程 同时 课题组通过飞行检查和跟踪调查 发现了管道大修工程 中施工 材料及工程管理方面存在的问题 并进行深入分析 提出了整改意见和 建议 使管道防腐层大修质量不断提高 2 0 0 6 年度管道公司开展的防腐层大修工程量为1 2 0 k m 主要采用的防腐大 修材料为冷缠胶带类 聚乙烯胶带和聚丙烯胶带 和液态环氧类 1 0 0 固含量 液态环氧 课题组对防腐层大修工程进行了5 次飞行检查 涉及9 个分公司 主要考查两种大修材料 胶带类和环氧类 的综合性能 如绝缘性能 抗冲击性 能和粘结性能等 对检查中出现的问题进行总结 分析其出现的原因 飞行检查 结果表明 本年度所采用的材料以及施工机具得到了很大的改进 施工单位更加 重视 工程管理也更为严格 防腐大修质量较去年有很大的提高 抽检合格率由 7 3 2 0 0 5 年度 上升到8 5 2 0 0 6 年度 在新型防腐材料研究方面 课题组开展了两种液态防腐涂料 无溶剂环氧玻 璃钢和带锈重防腐涂料 的试用研究 现场试验及跟踪测试结果表明 无溶剂环 第2 页共5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 氧玻璃钢综合性能较好 防腐和补强性能优异 可应用于东部管道的防腐层大修 而带锈重防腐涂料的长期性能不够稳定 主要表现在抗冲击性能和粘结性能较 差 在不采取喷砂表面处理的情况下不适合于东部管网的防腐层大修 同时课题 组还进行了碳纤维复合修复材料的适用研究 经过现场开挖和测试的结果表明 碳纤维复合修复材料性能测试结果均符合相关标准规定及工程要求 可以推广使 用 课题组通过防腐层大修飞行检查掌握了大量的现场资料 并广泛征求专家及 各分公司意见 修订并完善了 在役管道防腐层大修技术规程 本规程完全针 对国内管道修复技术现状及国内管道实际工况 解决相应问题 保证管道防腐大 修质量 与 埋地钢质管道外防腐层修复技术规范 相比 具有较强的可操作性 第3 页共5 0 页 第 章埋地管道防腐层大修现状及问题分析 第二章埋地管道防腐层大修现状及问题分析 2 1 管道防腐层大修现状 2 1 1 管道开挖方式 管道防腐层大修采用不停输沟下作业方式 要求间断开挖 采用机械开挖与 人工开挖相结合 在役管道防腐层大修技术规程 中给出了相关的规定作法 如机械开挖量 人工开挖量 不同管径开挖尺寸 特殊地段的开挖长度及开挖时 需要注意的问题 管沟尺寸和边坡坡度 2 1 2 旧涂层清除和表面处理 旧涂层仍然采取人工清除的方式 而表面处理则根据重涂涂层的需要进行 对于胶带类防腐层 表面旧防腐层清除后采用电动钢丝刷除锈和角磨机进行打 磨 表面处理等级达到s t 3 级 对于液态环氧类涂料 则需要采用喷砂处理 表 面处理等级达到s a 2 5 级 在役管道防腐层大修技术规程 中对动力工具清理 需要注意的问题 喷砂处理时环境条件的要求 磨料的选择以及表面粗糙度的检 验都提出了具体要求 2 1 3 防腐材料涂装 近几年 管道公司防腐大修材料主要采用了两类 冷缠胶带类和液态环氧类 冷缠胶带主要是聚乙烯胶带 宁波慈溪安达 和聚丙烯胶带 天津中央制塑 和天津森特瑞 冷缠胶带均采用机械缠绕方式 待表面处理完毕 涂装的底漆 表干后进行缠绕 双层一次成型 单层搭接5 5 缠绕 液态环氧主要为液态无溶剂环氧 北京航天特发和北京北科双元 以手工 刷涂的方式进行涂装 两次成型 厚度5 0 0 i m 在役管道防腐层大修技术规程 中详细介绍了两类防腐层的涂装要求 涂 装过程中以及涂装完之后的质量检验程序和方法 2 1 4 管道回填 管沟回填是防腐大修的最后一步 如不注意则会对重涂的防腐层造成损伤 而且需要考虑回填后有利于耕作地段的再使用 在役管道防腐层大修技术规程 中给出了回填的步骤以及夯实的要求 2 1 5 管道大修速度 目前管道防腐层大修速度统计见表2 1 第4 页共5 0 页 十目i 女 华东 i 程目 学 z 表2 i目前管道防腐层大修速度统计 冷缠带无溶剂环氧 防腐村料 聚乙烯胶带 聚丙烯编制带常温撩装 表面处理 钢丝刷 s t 3 喷砂除锈s a 25 底漆 两层 内 1 0 0 固体含嗣 底漳 单次缠绕 外带或两层内 防腐层结构底面漆多层涂装成膜环氧涂料 5 5 搭接 带 缠绕 般层涂装成膜 热油管道 2 3 天 回填时间 无 无 2 4 小时 常温管道 5 7 天 作业坑开控至回热油管道 5 7 天 填时间 2 3 天2 3 天3 4 天 常温管道 7 l o 天 硐2 t 人工开拧管沟 图2 2 人 清除旧涂屡 图2 3 钢丝刷表面处理图2 4 人工机具缠绕带旋工 第5 页共5 0 章4 地管道 腐目 修目n 目月h 析 嘲融 图2 5 喷砂处理表面囤2 6 人工刷涂无溶剂环氧 22 存在的问题及分析建议 22 1 冷缠胶带类 本年度所采用的冷缠胶带的类型与上年度相同 分别是聚乙烯胶带 宁被安 选 和聚丙烯编织网胶带 天津森特瑞和天津中央制塑 飞行检查结果较去年 有了根大的提高 特别是抗冲击和绝缘性能 采用5 j 能量冲击防腐层 在1 0 k v 检漏电压下无漏点 在粘结力方面 聚丙烯胶带较聚乙烯胶带好 而在抗挤压 方面 聚乙烯胶带较聚丙烯胶带好 两种胶带都存在需要改进的地方 1 聚乙烯冷缠胶带 宁波安达 带 带间粘结力有待提高 测量值在6 n c m 1 2 n c r a 之问 带 带间 粘结力较低也是导致防腐层在土壤沉降应力下出现褶皱的原因之一 现场施工人员反映部分单卷胶带量减少 缠绕后的管体表面出现鼓包 2 聚丙烯编织网冷缠胶带 天津中央制塑 底层胶带的纤维层与胶层存在脱胶现象 在热油管道上 胶带硬度下降 回填后即出现挤压坑 1 0 k v 电火花 检漏有漏点 施工方面存在的问题 1 个别地方剥离测试后 发现管体表面有锈迹 2 粘土地段的防腐层表面普遍出现硌压坑 原因分析 1 个别作业组对焊缝附近残留的焊渣 原始性 未作处理 管体表面蚀 坑内的腐蚀产物未采用角向磨光机作进一步清理 影响了胶带粘结 第6 页 5 0 页 十目i 油大学 东 i 程硕 学位论z 2 经过改进 聚乙烯胶带对钢管粘结力有所提高 褶皱现象得到改善 但仍未得到彻底解决 尤其是层问粘结性能还有待于进一步增强 3 聚丙烯胶带在高温环境下软化 使得抗挤压性能下降 4 剥离测试后管体表面的锈迹 可能是由于表面处理不够彻底或者表面 处理完后放置的时间过长 表面有闪锈生成 5 回填后 粘士地段的防腐层表面出现硌压坑主要是由于回填过程不够 仔细造成的 针对检查结果 向厂家及施工单位提出了以下建议和要求 1 对于聚乙烯冷缠胶带 应进一步提高粘结力 特别是带 带之间的粘 结力 增加带间隔离膜 以避免使用过程中出现解卷困难的问题 同 时 厂家应控制胶带的出厂质量 保证单卷胶带的量 2 对于聚丙烯编织网冷缠腔带 首先应解决纤维层与胶层脱胶的问题 同时 改进产品 增加胶带的硬度 保证在高温管道上的适用性 3 表面处理是影响防腐层长期性能的主要原因 固此 在施工过程中必 须严格把关表面处理工艺 确保表面处理的质量达到s t 3 级 若是汽 油清洗后的管体表面产生了浮锈 则应在涂刷底漆前 采用手持式角 向除锈机将管体表而再次清理一遍 4 回填过程应按照技术指导方案上的做法进行 先采用过筛的细土小删 填 夯实过程分四步进行 沟底向上2 0 0 r a m 进行第一次回填并夯 实 至管体底部 进行第二次回填并夯实 至管体中心线下2 0 0 r a m 进行第三次回填并夯实 管体中心线毗下 进行第p q 次回填并夯实 5 各施工单位要求按照 在役管道防腐层大修技术规程 严格管理 遵 照规程中的操作步骤进行施工 质量检测以及管沟回填 图2 7 硌压坑图2 8 防腐层褶皱 第7 5 0 4 地管道防腐屠 修现状 目月 析 图2 9 脏带表面的鼓包图2 1 0 未处理的焊渣 与2 0 d 5 年度对比总结 1 本年度未出现胶带搭接严重不够的现象 2 聚乙烯胶带与管体之间的粘结力有一定的提高 主要是由于缠绕机具 改进胶带厂商对质量改进的结果 但是带与带之间粘结力仍然没有明显提高 3 本年度个别分公司大修过程巾 表面处理的质量较差 处理后的表面 有锈迹或未处理的焊渣 4 个别地方回填处理也不够仔细 未严格按照 在役管道防腐层大修技 术规程 操作 222 液态环氧类 本年度管道公司防腐大修只有任京线采用丫无溶剂液态环氧 生产j 商为北 京航天和山东济宁 e 检组在检查过程中发现北京航天特发涂料性能的测试结果 较去年飞行检查结果有所下降 主要表现在抗冲击方面 同时其适用期太短 有 待进一步改进 山东济宁迅达涂料性能测试结果较好 长期稳定性有待于继续跟 踪 存在的河题 1 材料方面 北京航天特发 涂料粘度较大 流平性欠佳 人工涂装情况下难以保证涂层厚度的均匀 性 同时也导致了涂层表面麻点的涂装缺陷 涂料的适用期太短 涂装前调配时 两组份不能充分混合均匀 管段局部涂料固化不完全 并且周化后的涂层不能满足抗冲击要求 2 施工方面 喷砂采用普通河沙作为磨料 颗粒太细 处理完的管体表面锚纹深度难以达 第8 5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 到要求 同时还有可能在管体表面残留可溶性盐 影响涂层与管体的附着力 原因分析 1 从现场调查得知 两种涂料均为快固型 适用期较短 约为5 m i n 但是北京航天特发涂料的粘度较大 两道刮涂成膜 而济宁迅达涂料粘度相对较 低 三道刮涂成膜 由于粘度大 适用期又较短 北京航天涂料在涂装前调配时 可能来不及充分搅拌均匀与熟化 2 管道表面涂层出现麻点主要是由于涂料的粘度较大 表面处理又未达 到所要求的粗糙度 在使用前没有经过充分的熟化就直接进行涂装 在漆膜干燥 的过程中 表面出现局部收缩而形成凹入的孤点 3 厚度不够均匀则是因为管道的涂覆完全采取人工刮涂 操作工的熟练 程度不一致也导致涂装质量的不同 4 对于北京航天的涂料 涂覆并回填2 0 天后仍然存在局部未完全固化的 现象 且在测试过程中 发现涂层较软 其主要原因可能是双组分中树脂与固化 剂未充分混合 搅拌不均匀导致局部配比不当 固化不完全 或者涂料配方不 当 5 管体表面处理的喷砂材料均采用河沙 由于颗粒太细 喷砂完的管体 表面粗糙度低 不能达到要求的锚纹深度 对涂层附着力有所影响 处理措施 1 要求北京航天特发涂料供应商对涂料的粘度 适用期以及固化等方面 做出一定的调整 以确保涂料适用于现场施工和涂层技术要求 在必要的情况下 应该提供现场服务 2 表面处理质量很大程度上决定了涂层的性能 因此 在表面处理过程 中应按照 在役管道防腐层大修技术规程 的要求进行 喷砂所用磨料应采用石 英砂 或者石英砂掺河沙 表面处理锚纹深度应达到5 0 pm 7 5 l jm 采用复制 胶带测量 3 不能实现机械喷涂的情况下 建议该类涂料采用刮涂的施工工艺 刮 涂施工工艺相对于刷涂和辊涂具有明显的优势 一方面 刮涂不会像刷涂和辊涂 施工过程中那样容易掉毛而影响涂层质量 另一方面 刮涂采用的刮板价格低廉 且可以多次使用 也降低了施工单位的成本 第9 页共5 0 页 第 章4 管道 腐目大恬m 状厦目月分析 i 5 目釉嗲 誉雾 口 匕 鬣 j 善鋈j 簇 图2 1 1 附着力3 级 北京航天 图2 12 附着力1 级 山东济宁 黑烹喁f 函幽 图2 1 3 抗冲击测试结果 北京航天 图2 1 4 抗冲击测试结果 山东济宁 与2 0 0 5 年度对比总结 1 2 0 0 5 年度出现的涂层粉化问题 本年度未出现 2 本年度发现有涂层固化不充分的问题存在 且部分标段完工后的涂层 表面出现凹入的孤点 主要是由于涂料的粘度较大 适用期较短的原困 3 液态环氧涂科采取刮涂的施工工艺较刷涂和滚涂有明显优势 在没有 条件采用机械喷涂的情况下 建议采取刮涂的施工方式进行液态涂料的涂敷施 工 第l o 页批5 0 页 十目g 油太 g i m 学 文 第三章新型防腐涂料和缺陷修复复合材料现场试验及检测 为r 考察新型防腐材料和缺陷修复复合材料在埋地管道上的适用性 课题组 对无溶剂改性环氧玻璃钢 无溶荆带锈底滚重防腐涂料和碳纤维缺陷修复复台材 料分别组织了防腐大修现场试验 本课题组为试验编制了试验方案 检测与评价 方法 出具了相应的捡测报告 为防腐大修和昔体缺陷修复选材提供了依据 31 无溶剂改性环氧玻璃钢 无溶剂改性环氧玻璃钢是由无碱 无蜡的玻璃丝布和改性无溶剂环氧 河南 四方防腐公训研制 组成 防腐层结构分为普通级 即一布三油 底漆一胶粘剂 一玻璃布胶粘剂 和加强级 即两布四油 底壤一胶粘剂一玻璃布一胶牯剂一 玻璃布一胶粘剂 现场试验在庆铁新线2 4 6 2 4 6 1 2 m 处同时对l 述两种结构 的防腐层施工进行了演示 各6 m 长 施工工艺 清除管体表面旧防腐层一 表面喷砂处理达到s a 25 级 涂刷底漆 丁焊缝处及蚀坑处刮高强度腻子一一 涂环氧涂料一一 贴玻璃 布 表面修整后涂面漆 常温干燥 想剜泠 图3 1 刮腻子刷底漆图3 2 贴玻璃布 试验完成后 对完工的防腐层做了现场干性测试 后来分别于两周后和五个 月后 对防腐层的性能进行了两次测试 测试主要考察以下几个方面 外观 目测检查防腐层表面平整 颜色是否均匀一致 有无开裂 皱折 空鼓 脱层 发白以及玻璃纤维外露 压边和搭边粘结是否紧密 玻璃 布网孔是否为漆料所灌满 是否有流挂 气泡 针孔 桔皮 刷痕 边 界不清等病态现象 2 厚度 用攫4 厚仅进行无损检测 对管道圆周按时钟位置0 0 0 3 0 0 6 0 0 1 i 页 e 涂抖自 陷悖复复 村料现 r 桂月 9 0 0 进行测试 每个部位至少读取3 个厚度数据 以防腐层等级所规定 的厚度为标准 千膜厚度采用两个9 0 控制 即9 0 以上检测点干膜厚 度不小于规定膜厚 其余检测点的干膜厚度不低于规定膜厚的9 0 3 漏点检查 用电火花检漏仪检测 检漏电压按防腐层厚度5 w l t m 计算 检查时 探头应接触防腐层表面 以大约02 m s 的速度移动 平均每1 0 m 2 漏点不超过1 个 即为合格 f 4 1 附着力 防腐层完全固化后 测试防腐层与管体之间的牯结力 r 5 1 贴紧程度 用小锤轻轻地敲打涂衬层 听有无空鼓声 有声为浮起 检 查面积不小于2 0 f 6 抗冲击强度 采用冲击试验器 以一定能量冲击防腐层后 检查防腐层 是否出现破损 开裂或漏点 冲击能量及检测电压按防腐层结构计算 图3 3 抗冲击测试 图3 4 附着力测试 干性检测结果表明无溶荆改性环氧玻璃钢防腐层表十时间约1 h 实干时间 约3 5 h 4 h 之后就具备回填条件 与材料要求一致而且能够满足正常涂装进度 的需要 千性检测数据表见表3l 回填两周后第一次开挖检测结果及埋地5 个月后的开挖结果 检测数据见表 3 2 表3 3 均较好 抗冲击性能 绝缘性能 附着力及贴紧程度表现优异 在厚度的均匀性方面欠佳 从涂料的防腐性能和补强性能两方面综合考虑 该涂 料较同类产品 施工相对简单 性能稳定可靠 可以考虑扩大试用范围 但是需 要提请厂家进一步改进涂敷工艺 以减少流挂现象产生 同时 针对补强性能 委托国家认证单位进行相关测试 并提供相关证明 并蛤出高温条件下涂料的阴 极剥离值以及所适用的阴极保护范围值 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 表3 i环氧玻璃钢防腐层干性检测 时间检测结果 1 3 2 4 涂刷底漆 1 3 3 4 结束 1 4 4 0 刮腻子 1 5 0 0 结束 1 5 0 5 贴布 1 5 4 5 结束 1 6 0 4 阵雨加冰雹 现场有防护棚 1 7 0 5 表干 不粘手 1 8 0 5 检查未实干 1 9 0 5未完全实干 轻微推动 1 9 3 5 已实干 手推涂层不动 2 l 0 5 已固化 具备回填条件 2 2 3 0已固化 并有一定强度 表3 2 防腐层现场涂装试验检测记录 防腐层涂装质量检 查 涂层类型及结构 两布四油 施工方法 辊涂 厂商 河南四方防腐有限公司 项目实测结果结论备注 检测位置2 4 6 1 2 m 表面平整 无漏涂 开裂等现象4 0 0 8 0 0 处有少 外观基本合格 量环氧涂料流挂 0 点1 1 9 01 1 2 0 1 1 2 0 1 0 3 0 3 点 8 7 1 9 2 89 3 99 5 9 9 0 3 防腐层厚 双层环氧 厚度度均匀性 玻璃钢 6 点 1 2 4 01 2 3 01 1 6 09 8 89 5 0 稍差 9 点 1 0 4 09 0 48 4 88 0 27 7 4 电火花检漏 5 k v 无漏点合格 粘附力防腐层表现明显的耐刻划性和抗剥离性合格 贴紧程度 无空鼓声 合格 抗冲击9 7 0 加 4 j 能量冲击 5 k v 电火花检漏无漏点合格 备注检测时管道防腐层表面温度3 2 c 开挖点回填1 2 天 第1 3 页共5 0 页 第三章新型防腐涂料和缺陷修复复合材料现场试验及检测 表3 3 防腐层现场涂装试验检测记录 防腐层涂装质量检查 涂层类型及结构 一布三油施工方法 滚涂厂商 河南四方防腐有限公司 项目实测结果结论备注 检测位置 2 4 6 1 2 m 外观 上表面平整 底部存在少量流挂现象 0 点 8 0 78 8 88 4 58 0 48 4 1 3 点9 6 79 6 09 7 11 0 0 09 9 7 厚度 6 点1 1 6 09 6 21 0 8 01 2 6 01 3 3 0 9 点9 3 08 5 09 7 78 8 49 4 9 电火花检漏5 k v l o k v 检漏无漏点 粘附力防腐层表现出优异的抗剥离性能 达到一级 贴紧程度无空鼓声 5 9 5 6 5 j 能量冲击 l o k v 电火花检漏通过 检测时温度为 抗冲击5 8 0 9 m l o j 能量冲击 6 k v 通过 l o k v 击穿 1 5 6 1 2 5 m m 1 0j 能量冲击 3 0 k v 通过 搭接处 备注第二次开挖检测 3 2 无溶剂带锈底漆重防腐涂料 在常规的涂装施工中 为保证涂装质量 涂料对被涂敷面的表面处理结果往 往要求较高 但在实际操作过程中 由于受施工环境及设备等条件的限制 表面 处理结果很难达到标准规定的要求 北京航天特发高新技术发展有限公司生产的 t f 无溶剂带锈底漆重防腐涂料设计的表面处理等级低 为考察其在管道防腐大 修中的适用性 管道公司管道处联合秦京输油气分公司于2 0 0 6 年6 月9 日在秦 京线1 1 9 8 3 m 及1 1 9 2 7 2 m 两处大修现场进行了涂装试验 课题组人员参加了 现场涂装试验 并在回填1 5 天后进行了跟踪调查 秦京线为原油加热输送管线 试验段周围土壤类型为粘土 现场试验时管体 表面温度为4 2 大气温度为3 2 表面处理等级为s t 3 级 该涂料设计的表 面处理等级 现场涂装试验情况如图3 5 图3 6 第1 4 页共5 0 页 中国i 油太 华东 i a 学r i l 气r 璺嘲 妒警澍 隧 l 图3 5 溶剂擦洗图3 6 面漆刮涂 跟踪测试按照 中国石油管道公司管道防腐层大修飞行检查管理办法 要求 丰要从以下几个方面考察涂层的性能 1 外观检测 检查涂层表观是否平整 有无明显漏涂 流挂及起泡等现象 2 厚度检测 测量管体四周0 0 0 3 0 0 6 0 0 及9 0 0 处涂层厚度 3 电火花检漏 以5 v pm 检测防腐层是否存在漏点 4 抗冲击强度 以3 j 能量对橡层进行冲击 并采用3 k v 电压进行漏点检测 测试能否通过 5 附着力测试 测试涂层与管体之间的跗着力等级 1 2 级为合格 测试结果表明 外观 厚度及绝缘性能表现良好 但是粘结力及抗冲击性能 较差 以3 j 的能量对两个试验段的涂层进行冲击 冲击后即可看见涂层开裂 采用3 k v 的电火花榆漏 两处均被击穿 两个开挖点的附着力测试结果分别为5 级和4 级 其中一点在做附着力测试过程中 发现环氧涂层与管体整体剥离 从 涂层的剥离情况可以看到 面镰 灰色 与底漆 红色 粘结蟊好 而底漳与管 体发生了剥离 检澜i 结果见图3 7 一图3 一l 0 图3 7 抗冲击强度测试结果图3 8 抗冲击强度测试结果 镕1 5 j o 目 防腐辣 自 恪 女 目 r 自 曩誓 图3 9 涂层剥离图3 1 0 附着力测试结果 测试结果见表3 4 表3 4 带锈重防腐涂料开挖检测数据表 防腐层现场涂装质量检置 涂层类型 无溶剂环氧施工方法 辊涂 刮涂厂商 北京航天特发 检 4 项目技术要求实测结果结论 检测位置随机抽查 土壤类型黄粘土黄粘土 平整无潞 表面基本平整 无流挂 漏表面基本平整 无流挂 漏 外观描述涂 流挂 合格 起泡等 涂等缺陷涂等缺陷 厚度 5 0 0 5 0 涂层厚度 u 均匀性不 m um 好 基体温度 3 83 附着力l 2 级 5 经4 级不舍格 抗冲击垛层开裂 有漏点涂层开裂 有漏点不合格 电火花捡5 v om 无 通过通过台格 漏 漏点 钢丝目0 除锈后 采用溶剂清 备注仅采用钢丝刷除锈 诜 十目i j 田 球 i 栏目 学位论文 3 3 缺陷修复复合材料 缺陷修复复合材料由高强度碳纤维 高强度填平树脂阻及高性能环氧粘结剂 三个部分组成 在缺陷修复时 首先利用填平树脂对缺陷进行填平处理 然后在 管道外缠绕碳纤维与环氧粘结剂所组成的碳纤维复合材料 填平树脂固化后具有 优异的抗压强度 碳纤维复合材料固化后具有极高的抗拉强度和弹性模量 它将 通过填平树脂限制缺陷处的径向膨胀变形 降低缺陷处的拉伸应力与应变 实现 对管道缺陷的补强修复 2 0 0 5 年7 月 在秦京管线沙河驿管段长6 0 m 的严重腐 蚀段进行了碳纤维复合材料补强的现场试验 33 1 施工工艺 现场开挖一一 剥离防腐层一一 管道表面处理一一 缺陷填平处理 涂刷粘浸胶 铺设碳纤维材料 防腐防护一一 作业区域固化 回 填复原 图3 1 1 蚨陷填平处理囤3 1 2 铺设碳纤维材料 332 考寨性能指标 测试主要考察以下几个方面 332 1 朴强层外观观察 观察补强层外观是否存在失效痕迹 具体包括 补强层表面颜色是否均匀一 致 是否存在开裂 空鼓 脱层现象 压边和搭边粘结是否紧密 是否存在鼓泡 等现象 3322 补强层厚度检测 利用测厚仪进行厚度无损检测 对管道圆周按时钟位置 2 0 0 3 0 0 6 0 0 9 0 0 进行测试 每个部位至少读取3 个厚度数据 以提供材料单位标准所规定的 厚度为标准 厚度采用两个9 0 控制 即9 0 咀上检测点厚度不小于规定厚度 镕t 7 5 0 第三章新型防腐涂料和缺陷修复复合材料现场试验及检测 其余检测点的厚度不低于规定厚度的9 0 3 3 2 3 补强层空鼓观察和有效粘接面积分数定量检测 利用小锤敲击复合材料表面 仔细辨别发出的声音 判断是否含有空鼓 并 测量空洞的面积a v 有效粘接面积分数的计算方法为 s 垒垒二垒 a a 其中 从一一检测面积 m m 2 a v 空鼓面积 m m 2 s 一一有效粘接面积分数 复合材料层的有效粘结面积s 应不低于9 5 3 3 2 4 补强层抗冲击性能检测 参考石油行业标准s v t0 4 1 3 埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准 对聚 乙烯防腐层冲击强度的技术要求 补强层抗冲击能力应大于8 j 因此 补强层抗 冲击性能的技术指标为 当锤头从一定高度下落砸在补强层上 对冲击点位置进 行外观检测 如落锤处补强层出现松动 碳纤维严重断裂 补强层从表面脱落 落锤点露铁等破坏现象时 则补强层该项指标不合格 如果没有所述破坏现象 该项指标合格 3 3 2 5 补强层 钢界面结合力测定 补强层 钢界面结合力的测定分为定性观测和定量观测两种方法 本试验方 法参照s y t0 4 4 7 埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准 用锋利的刀刃或 利用钢锯垂直划透复合材料补强层 形成边长约为4 0 m m 夹角在4 5 6 0 度的v 形切口 用刀尖从切割线交点挑剥切口内的补强层 如果补强层达到下面条件的 其中之一 可以认为补强层粘接力合格 1 补强层只能在刀尖作用处被局部挑起 其他部位的补强层仍然和钢管粘 接良好 不出现成片挑起或层间剥离的情况 2 补强层很难将补强层挑起 挑起处的补强层呈脆性点状断裂 不出现成 片挑起或者层间剥离的现象 第1 8 页共5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 3 3 2 6 补强层 钢界面剥离强度定量测试 本试验方法参照s y t0 4 1 3 埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准 将管 道补强层划开宽度为2 0 3 0 m m 长度在l o c m 以上的长条 划开过程中要保证划 透补强层但又不能损伤管体 如图3 1 3 和图3 1 4 所示 利用强力粘结剂将粘块 粘结在剥离条的一端 使用弹簧称用力拉粘接块 拉力方向为粘结处管道表面的 法线方向 当粘接块顶端脱离管体或拉力达到规定的值时 停止拉伸 记录拉伸 力的最大值 粘 复合材料 强层钢管 孺 2虫7 7 二 二 7 f 1 广一一 ll i 图3 1 3 剥离强度测试示意图 轴向 图3 1 4 剥离强度测试示意图 环向 复合材料剥离强度的计算方法为 f 缈 i 其中 y 复合材料剥离强度 n c m 第1 9 页共5 0 页 第三章新型防腐涂料和缺陷修复复合材料现场试验及检测 f 一一拉伸力 n l 一一复合材料剥离带的宽度 c n l 补强层剥离强度用石油行业标准对三层聚乙烯结构或两层聚乙烯结构剥离 强度的规定作为参考 s y t 0 4 1 3 规定两层结构聚乙烯剥离强度7 0 n c m 三层聚 乙烯结构l o o n c m 因此 对于复合材料补强层 我们规定剥离强度在7 0 1 0 0n c m 之间为良 好 大于l o o n c m 为优秀 3 3 2 7 补强层 钢界面处管体腐蚀情况检测 将小面积的补强层剥离管体 观察补强层下是否存在铁锈 是否有新的腐蚀 点产生 由于管体在补强前存在大面积的严重腐蚀 必须严格辨别腐蚀点是否在 补强以后产生 1 管体未发生腐蚀的判断依据 如果补强层满足以下条件中的一种 则可 以断定补强层 界面处管体没有腐蚀情况发生 管体和复合材料中的碳纤维没有 发生任何电偶腐蚀 a 补强材料与钢管结合力很强 很难将复合材料从管体表面剥离 b 补强材料与管体剥离后 管体的钢表面明亮 呈现金属光泽 c 补强材料与管体剥离后 管体表面没有金属光泽 但表面覆盖有补强材 料的粘浸剂或缺陷修补剂 d 补强材料与管体剥离后 发现管体存在蚀坑或麻点 根据麻坑和腐蚀点 周围有无铁锈等情况以及原始补强记录判断腐蚀点不是新产生腐蚀点 2 如果补强材料与管体剥离后 发现管体存在腐蚀 则详细记录腐蚀形貌 并根据腐蚀形貌判断腐蚀程度和水平 最后收集腐蚀产物 分析腐蚀产生的原因 3 3 2 8 补强复合材料试验室测试 根据采样情况 如果现场能够将碳纤维复合材料剥离下来 剥离下来的复合 材料大小可以满足以下实验对材料试样尺寸大小的要求 则附加以下测试内容 1 测量剥离下来碳纤维复合材料的拉伸强度 弹性模量 与实验室测量产 品性能对比给出结论 2 测量补强层间结合力 3 剥离防腐层后测量碳纤维复合材料电绝缘性能 第2 0 页共5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 检测所用设备如下 开挖器具 刨刃 锤 拉力计 小锤 切割器具 厚度 测量仪等 3 3 3 检测步骤 i 剥离补强层外部的聚乙烯冷缠带 2 如有必要 清洗剥离冷缠带的补强层 使补强层完全暴露 对补强层进 行拍照 3 观察补强层外观是否有失效痕迹 4 补强层厚度检测 5 补强层空鼓观察和有效粘接面积分数测量 6 补强层抗冲击性能检测 7 补强层 钢界面结合力测定 8 补强层破坏区域的修补 9 补强层复合材料性能试验室测试 根据采样情况进行 3 3 4 检测项目及结果 2 0 0 6 年9 月5 日 对碳纤维复合材料修复管段进行了补强层开挖验证 选 取了两个点进行开挖抽查 秦京管线1 1 5 2 7 4 m 和1 1 5 7 0 m 具体开挖结 果见表3 5 和表3 6 注 i 本次开挖检测发现外层防腐胶带很难与碳纤维补强层剥离 因此未进行外 防腐层全面清除 1 1 5 2 7 4 m 未进行9 0 0 位置的补强层厚度测试 1 1 5 7 0 m 未进行6 0 0 和9 0 0 位置补强层厚度测试 2 因碳纤维复合材料补强层难以剥下 且剥下的补强层不满足复合材料实验 室测试的试样要求 因此未进行补强层的实验室测试项目的测试 第2 l 页共5 0 页 第三章新型防腐涂料和缺陷修复复合材料现场试验及检测 表3 5 缺陷修复材料开挖检测数据表 秦京115 2 7 4 m 检测位置 1 1 5 2 7 4 m 检测项目技术要求实测结果 补强层外观 补强层无开裂 脱 补强层表明颜色均匀一致 无开裂 空鼓 脱层现 状况描述层等老化失效痕迹象 压边 搭边粘结紧密 无鼓泡 时钟位置 1 2 0 03 0 06 0 09 0 0 补强层厚度 检测 栅 大于参考值厚度值 m m 2 7 32 8 l3 2 5 未测 此处补强层为6 层 大于参考值 有无空鼓 空鼓面积有效粘接 空鼓测量 s 9 5 咖2 面积 无01 0 0 落锤高度落锤重量冲击能 表面情况 补强层 补强层抗冲击能力 c m k g j 大于8 j 落锤冲击 5 021 0 无开裂无抗冲击性能 后无破裂现象 5 021 0 破损 剥离强度 良好 l o o n c m a 剥离带宽度 有无剥离 拉力最大剥离强度 7 0 n c m c 值 k g n c m 定量测试 优秀 o l o o n c m2 0 无 3 3 1 6 5 补强层只能在刀尖 作用处被局部或很 难将补强层挑起 粘接力 挑起处的补强层呈 脆性点状断裂 其 很难挑起 定性检测 他部位的补强层和 钢管粘接良好 不 出现成片挑起或层 问剥离的情况 补强层 界 剥离后管体表面有 面是否存在 金属光泽或表面被 有金属光泽 无腐蚀 修补胶合粘浸剂覆 腐蚀 盖 第2 2 页共5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 表3 5 缺陷修复材料开挖检测数据表 秦京115 7 0 m 检测位置 1 1 5 7 0 m 检测项目技术要求 实测结果 补强层外补强层无开裂 补强层表明颜色均匀致 无开裂 空鼓 脱层现象 压 观状况描脱层等老化失 边 搭边粘结紧密 无鼓泡 述 效痕迹 聚乙烯防 腐层与补 强层间结 2 0 n c m3 0 n c m 合力 补强层厚 时钟位置1 2 0 03 0 06 0 09 0 0 度检测大于参考值厚度值 3 0 53 o 未测未测 咖 此处补强层为6 层 大于参考值 有无空鼓 空鼓面积 空鼓测量 s 9 5 g l m 2 有效粘接面积 无o1 0 0 补强层抗冲击 落锤高度落锤萤量冲击能 表面情况 补强层抗能力大于8 j 落 c m k g j 冲击性能锤冲击后无破 4 028 无开裂无破损 裂现象 5 021 0 良好 l o o n c m剥离带宽度有无剥拉力最大值 剥离强度 n c m 剥离强度 a 7 0 n c m c i n 离 k g 定量测试优秀 o l o o n c m 2 0无 3 8 1 9 0 补强层只能在 刀尖作用处被 局部或很难将 补强层挑起 挑 起处的补强层 粘接力呈脆性点状断 很难挑起 定性检测裂 其他部位的 补强层和钢管 粘接良好 不出 现成片挑起或 层间剥离的情 况 补强层 界 剥离后管体表面 面是否存 有金属光泽或表 面被修补胶合粘 有金属光泽 无腐蚀 在腐蚀 浸剂覆盖 第2 3 页共5 0 页 第三章新型防腐涂料和缺陷修复复合材料现场试验及检测 3 3 5 补强破坏区的修补 补强层的修补区域是以补强层划开部分为中心 左右2 0 c m 的环状区域 首 先将修补区域的环氧表面清洗干净 用砂轮机或砂纸将环氧表面打毛 按照油气 管道碳纤维补强技术施工相关作业规范对修补区域进行修补 修补的复合材料层 数要大于或者等于原补强层的层数 缠绕复合材料以后的修补区域 缠绕聚乙烯 冷缠带对复合修复材料起保护作用 结论 在试验段施工工艺条件下涂装的t f 无溶剂带锈底漆重防腐涂料其抗冲 击性能及附着力均不合格 这可能与材料本身的性能及管体表面处理等 级较低 未达s a 2 5 级 有关 在管体表面处理等级较低 未达s a 2 5 级 的情况下t f 无溶剂带锈底漆 重防腐涂料不适用于东部管网防腐层大修 表面处理不当会直接影响到涂层对管体的附着力 进而影响涂层的品质 对管体的保护性能以及涂层的使用寿命等 因此应重视表面处理的质量 当选用的防腐材料为液态涂料时 应严格按照喷砂处理的要求对表面进 行喷砂处理 同时应严格控制喷砂处理所用的磨料的清洁度与干燥度 碳纤维复合修复材料补强层在热油管道上使用一年后 补强层完好无损 检测的性能测试结果均符合相关标准规定及工程要求 补强层下管体有 金属光泽 无腐蚀痕迹 可以推广试用 应对碳纤维复合材料补强层性 能的长期稳定性进行跟踪检测 建议 表面处理对防腐层与钢管的粘结以及防腐层的寿命起着至关重要的作 用 洁净并具有一定粗糙度的表面 是防腐涂层获得理想性能和寿命的 关键 因此无论何种涂层 防腐层的性能都是与表面处理质量成正比的 对于已经发生腐蚀的管道 由于腐蚀过程的发生会产生许多可溶无机盐 有些经过喷砂处理的管体表面看起来很干净 但可能仍会有许多 不可 见 的污染物 如硫酸盐 氯化物等 因此 要求对表面的可溶性铁离 子或者氯离子 硫酸根离子进行测量 以确保其含量在可接受的范围之 内 第2 4 页共5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 第四章管道防腐层修复选段及防腐材料选择 4 1 管道防腐层大修选段 4 1 1 管道防腐层大修选段的一般原则 管道防腐层大修选段必须根据近五年内管道内 外检测报告 结合近三年内 的地面检漏结果及 或日常管理资料进行 原则上 如果有管道内检测数据 应 首先依据内检测结果进行选段 如果没有内检测数据 则应根据管道外检测数据 土壤条件并结合防腐层地面检漏数据与日常管理资料综合考虑 4 1 2 根据内检测结果进行选段 a 管道内检测显示管体金属腐蚀较密集 连续5 0 0 m 内存在沿管道轴向分 布较均匀的腐蚀3 处及以上且主要位于管道3 0 0 9 0 0 时钟位置区内的 管段 应全部优先安排防腐层大修 b 如不能同时安排 则应以单元管段 i k m 腐蚀轻重程度作为防腐层大修 先后的依据 具体划分标准如表4 1 表4 i 长输管道单元腐蚀程度等级划分标准 l 4 5l 2 0 4 0l 1 0 1 9l i 9 l 0 腐蚀点数m 1 5m 1 0 1 4m 5 9m 1 4 m o s 5s 2 4s ls 0s o 腐蚀等级极重 5 重 4 中 3 轻 2 无 1 注 表中所示l 表示腐蚀深度 2 0 n c m 2 3 第2 6 页共5 0 页 中国石油大学 华东 工程硕士学位论文 d 对于高温管段 应使用耐高温的防腐材料 可在7 0 c 温度下长期工作 采用耐高温防腐材料的距离与出站温度关系见表4 2 e 抗生物破坏 对人员及环境无毒害 表4 2 不同出站温度下采用耐高温