三层PE管道热收缩带失效原因
（内容选自：《三层PE管道热收缩带失效原因》。作者： 陈洪源，刘玲莉，赵君，侯宇，王德增，韩钟琴。这篇文章客观的分析了目前国内3PE管道补口失效的原因和解决办法，对未来管道补口工艺的发展具有非常积极的指导作用。）
中国石油新建管道从陕京线开始，大多采用三层ＰＥ防腐蚀结构，与其配套的现场防腐蚀层补口几乎全部采用环氧底漆加热收缩带结构（少量管道采用了液态环氧涂料）。相对主管线防腐蚀层在防腐蚀厂的自动化流水线生产方式，热收缩带补口安装的全过程基本为手工操作，受现场施工环境、工人安装熟练程度等因素影响非常大，是管道防腐蚀层中最薄弱的环节。在后期的运行中，三层PE管道热收缩带补口的失效情况时有发生。
国内外三层PE管道补口材料有PE热收缩带、PP热收缩带、聚氨酯、无溶剂液态环氧、聚乙烯冷缠带、聚丙烯冷缠带、粘弹体防腐胶带等，总体情况以热收缩带为主。
2005年、2007年及2008年，国内部分管道运营单位组织开展了三层PE管道热收缩带应用现状的调查工作。调查管径范围从239ｍｍ～1016ｍｍ，输送介质函盖了原油、天然气和成品油，调查点最长服役时间６年，最短服役时间２年。开挖调查发现，热收缩带补口失效主要表现为热收缩带与主体管道防腐蚀层搭接部位粘结不良及热收缩带与管体粘结不良两种情况。尤其应该引起重视的是在所有失效点，金属管体均存在程度不等的腐蚀。此外，调查也发现了热收缩带硌伤、破损、固定片脱落等问题。
热收缩带失效原因分析
1.施工质量方面
1.1表面处理
补口未按要求进行喷砂处理或表面处理不符合要求，是导致底漆剥离、热收缩带与管体金属粘结不良的主要原因。表面处理中，某些施工单位选用的石英砂清洁度不够，粒径不一。
1.1.1清洁度不够的石英砂一般含有可溶盐，表面处理后可溶盐会残留在管体表面。当钢表面存在有可溶性盐时，由于环氧底漆的内外渗透压不同，水气将透过环氧底漆渗入到钢的表面，与可溶性盐结合造成钢表面的腐蚀而剥离防腐层。
1.1.2石英砂在高压下与管体撞击后，石英砂粉末嵌入到表面锚纹中，很难清除，这将削弱底漆与管体的附着力，使得底漆不能与钢表面直接接触，造成涂料的附着力降低，影响底漆的使用寿命。
1.2热收缩带烘烤质量
热收缩带与管体涂层及带底漆管体的粘结主要依靠热熔胶的熔融粘结，烘烤的温度及时间都有严格的限制，部分人员责任心不强以及赶工期赶进度的结果，使得烘烤质量大打折扣，严重影响了粘结可靠性。
1.3底漆涂装质量
由于缺乏对底漆涂装质量的检验环节，加之湿膜安装热收缩带可能造成的底漆损伤，使得底漆的涂装质量难以保证。
2.材料方面
2.1国内早期热熔胶与ＰＥ层长期粘结效果不佳
2.1.1国内早期热熔胶与ＰＥ不能形成长期有效的粘结，有效粘结是指剥离破坏发生于胶层内部，即所谓内聚破坏。调查显示，几乎所有的粘结失效均呈现为胶层与ＰＥ之间的粘附性丧失。
2.1.2目前热熔胶的粘结主要依靠对ＰＥ表面的拉毛和拉毛时火焰加热对ＰＥ 层的激活作用，拉毛作用增大了粘结面积，其作用为物理嵌合，而火焰对ＰＥ的活化能够增加热熔胶与ＰＥ的粘结性，但是长期粘结效果尚待考察，而且火焰加热的不均匀性始终存在，因此局部的不粘结是不可避免的。
为考察国内早期热收缩带热熔胶与ＰＥ的长期粘结性，选择了国内部分厂家的产品进行了试验。试验在聚乙烯防腐管段上进行，对聚乙烯表面按照酒精擦洗未涂底漆、砂纸打磨未涂底漆、砂纸打磨且刷涂底漆、钢丝刷拉毛且刷涂底漆四种方式进行处理，剥离试验周期为24ｈ、30天。试验周期内，将管段自然曝露在环境当中。试验结果显示，国内早期热熔胶与PE层长期粘结效果不佳。
2.2底漆性能欠佳、底漆厚度薄
调查发现，在热收缩带与管体粘结不良的部位，底漆均表现出脱落、不完整等问题，除了施工因素外，还有以下两个因素：
2.2.1现有相关标准中对无溶剂液态环氧底漆的阴极剥离测试项目只要求了65℃、48ｈ的测试内容。而48ｈ的试验时间过短，不足以反映材料的长期粘结性能。同时，由于现有标准规定阴极剥离试片厚度不应小于200μｍ，而厂家送检的试片一般都在３００μｍ 以上，但在实际施工中的底漆厚度却只有１２０μｍ 左右，这就可能导致试片试验结果好，而材料现场实际性能差的情况。国内管道工程早期常用的热收缩带环氧底漆／钢（底漆平均厚度230～280μｍ）经28天65℃阴极剥离试验以后，在60ｍｍ最大可测直径范围内环氧底漆全部剥离。由此可见，目前国内管道工程早期常用的热收缩带环氧底漆耐阴极剥离性能不佳。
2.2.2现有标准和技术规格书要求底漆最小湿膜厚度≥120μｍ。在此规定下，现场开挖点的底漆不完整的情况比较常见，有的开挖点甚至几乎看不见底漆。过薄的底漆无法提供有效的粘结，而当有腐蚀介质进入时，也很难提供有效的防腐，管体腐蚀在所难免。
3.施工工艺方面
3.1湿膜安装热收缩带
目前国内的热收缩带均采取湿膜安装，即环氧底漆未固化时安装热收缩外带，这样将无法检测涂层的实际厚度和防腐性能，且热收缩带安装过程有可能导致底漆损伤或脱落。随着热收缩带从中间往两边收缩会使补口区域底漆中间薄两边厚，导致底漆不能均匀附着在钢管表面，安装热收缩带后底漆是否真正完全固化不得而知，防腐质量无法保证。对某在建３ＰＥ管道湿膜安装热收缩带补口的质量抽查显示，底漆最终厚度不均，厚度从30～260μｍ不等。
3.2手工加热的施工方式
由于热收缩带均是现场安装，不能像干线防腐涂层一样在工厂预制，其性能很大程度受现场作业条件和操作工人作业质量的限制。烘烤温度的控制是施工中的难点，目前手工烘烤方式无法保证收缩带在最佳温度下收缩成型。温度过低导致热熔胶不能很好地熔融粘结，温度过高则会出现烤焦现象。
对于大口径管道的热收缩带防腐补口，容易产生管体加热温度不均、不充分的情况，人工烘烤难度的加大使得热收缩带的补口质量控制问题更加突出，特别是设计选用高温型三层ＰＥ防腐层管道的防腐补口，由于配套的热收缩带补口同样选用高温型，胶层的软化点高，烘烤融化将更为困难。
3.3补口搭接区直接涂刷环氧底漆
三层结构热收缩带的环氧底漆层大大提高了热收缩带对管体的粘结性能。但是各工程技术规格书均未明确要求环氧底漆的涂刷范围，施工人员将环氧涂敷在整个补口的管体金属区以及与三层ＰＥ主防腐层的搭接区。环氧和ＰＥ极性不同，如果不对聚乙烯表面进行活化处理，搭接区域很难达到良好粘结。中科院长春应用化学研究所试验研究了热收缩带环氧底漆与主管线ＰＥ层的粘结性。通过实验分析证明，选取的热收缩带环氧底漆与未做改性处理的主管线ＰＥ之间不具备长久的粘接性。
3.4管体未涂刷底漆
在早期的热收缩带补口中，补口位置大多未涂刷底漆，当热收缩带与ＰＥ层剥离后，腐蚀介质进入热收缩带下，往往导致严重的管体腐蚀。由于现有工艺已全部涂刷底漆，热收缩带失效后的管体腐蚀情况大大减弱。这说明，底漆的作用除了提供与管体的良好粘结性能外，其还应有良好的防腐作用。
4.标准及技术规范方面
热收缩带补口出现的质量问题除了材料和施工方面的原因外，也与国内现有三层ＰＥ 补口相关标准存在漏项和部分项目要求不高有关，主要有以下几个方面。
4.1对表面处理的要求不够全面
国内现有三层ＰＥ补口相关标准未对表面处理中的锚纹深度、磨料及压缩空气质量等提出具体指标，现场表面处理质量控制缺乏控制指标。
4.2底漆方面
4.2.1对底漆的涂覆范围未作明确要求。底漆的涂覆范围是补口施工中广受关注的焦点问题之一，国内相关标准和技术规格书未明确要求，国外标准一般仅限于补口处的裸钢或裸露的ＦＢＥ涂层位置。这就导致现场施工中，底漆有时涂刷于补口处的ＰＥ上，而未经活化处理的ＰＥ层与环氧底漆是不能长期粘结的。
4.2.2对环氧底漆的阴极剥离实验时间要求过短。现有的补口相关标准和技术规格书对底漆的阴极剥离测试只要求了48ｈ，65℃的测试指标，48ｈ试验时间过短，不足以反映材料的长期粘结性能。
对策及建议：
为确保补口安装后的性能及管线的长期安全运行，针对大口径三层ＰＥ管道热收缩带补口因材料性能、施工因素等原因导致的密封性、防腐蚀性不佳的问题，综合分析认为应从以下几个方面开展工作。
（１）加强现场补口质量监控，强化现场施工人员、监理人员补口作业相关知识培训。
（２）搭接部位不刷底漆，逐步推行热收缩带干膜安装工艺，将现有底漆厚度从≥120μｍ 提高到≥200μｍ。
（３）细化表面处理要求。禁止使用不清洁的磨料，表面处理用磨料、压缩空气、表面清洁度、锚纹深度等应达到SY/T0407《涂装前钢材表面预处理规范》的要求。
（４）开展热熔胶改性研究。从材料结构出发，进行主体聚合物的改性、接枝、复合研究，同时进行增粘剂、粘度调节剂，颜、填料及抗氧剂的筛选，使热熔胶与无溶剂底漆有化学键作用，又与ＰＥ具有良好的亲和性。在热熔胶改性研究完成后再进一步对热熔胶的性能进行检测确认。
（５）开展热收缩带在运行工况下的长效性评价研究。
（６）开展新型补口工艺、新材料现场应用试验评价。
（７）推广使用补口加热机具。