王俊琪1 王鳳江1 胡斌2 劉亞明3

1. 中國石油西南化工銷(xiāo)售公司；2. 中國石油獨山子石化公司；3. 中國石油寶雞鋼管有限公司

在鋼質(zhì)管道各種防腐技術(shù)中，三層結構聚乙烯防腐技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)3PE）因兼具環(huán)氧樹(shù)脂的防腐蝕和聚乙烯材料的機械性能，防腐效果好、壽命長(cháng)、施工方便，已成為目前世界上埋地鋼管中應用最為廣泛的防腐技術(shù)，我國在建或擬建的一系列大型油氣管道項目也都普遍采用3PE防腐技術(shù)。

1  聚乙烯防腐專(zhuān)用料的開(kāi)發(fā)

2012年以前，中石油還沒(méi)有自主品牌的聚乙烯防腐專(zhuān)用料投放市場(chǎng)，寶雞石油鋼管公司高峰時(shí)期每年需要從市場(chǎng)上采購聚乙烯防腐料近3萬(wàn)噸。2011～2014年，西南化工銷(xiāo)售分公司、獨山子石化分公司和寶雞石油鋼管有限責任公司三家產(chǎn)銷(xiāo)研單位聯(lián)合成立項目組，整合和利用自身的煉化資源和研發(fā)優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)了自主品牌的“埋地鋼質(zhì)道聚乙烯防腐專(zhuān)用料BSGPE-01”，并通過(guò)了專(zhuān)家鑒定，性能達到國內領(lǐng)先水平，質(zhì)量檢測結果見(jiàn)表1。

該防腐料已實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)和鋼管涂覆應用，累計生產(chǎn) 3000 余噸，成功應用于柴北緣項目等管徑457毫米油氣管線(xiàn)，效果良好。其中 BSG-PE01、BSG-PE02 兩個(gè)牌號的產(chǎn)品還通過(guò)了中石油集團公司新產(chǎn)品認定，并列入了自主創(chuàng )新重要產(chǎn)品目錄。

2  聚乙烯防腐專(zhuān)用料采購技術(shù)規范的制定

在中石油系統內全面推廣應用自主品牌防腐料過(guò)程中，項目組通過(guò)對市售防腐料樣品進(jìn)行性能剖析發(fā)現，市售防腐料灰分含量、炭黑含量、耐環(huán)境應力開(kāi)裂等指標遠不及自主品牌產(chǎn)品，個(gè)別批次甚至達不到GB/T 23257《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》技術(shù)指標要求。為進(jìn)一步提升和穩定聚乙烯防腐專(zhuān)用料的質(zhì)量，杜絕劣質(zhì)防腐料進(jìn)入市場(chǎng)，項目組于2014年度開(kāi)展了《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐專(zhuān)用料采購技術(shù)規范》的研究制定工作。該標準于2015年8月發(fā)布，11月正式施行。

《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐專(zhuān)用料采購技術(shù)規范》（Q/SY1846-2015）在國家標準GB/T 23257《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》的基礎上，增加了灰分含量指標，并對炭黑含量的范圍進(jìn)行了限定。

2.1炭黑含量確定依據

相關(guān)研究表明，炭黑是較好的紫外線(xiàn)穩定劑，能夠通過(guò)吸收紫外線(xiàn)達到防老化目的。一般而言，一定細度的炭黑，濃度達到2%時(shí)，即可起到很好的紫外屏蔽作用，考慮到一定的保險系數，用2.5%炭黑對聚烯烴可達到最佳防老化效果。而炭黑添加量在0.5%以下時(shí)，防護效果很差。當要求炭黑起穩定和防老化作用時(shí)，它的加入量約為2～3%；炭黑在各種塑料制品中的一般填充量見(jiàn)表2。

可以看出，炭黑含量與聚烯烴產(chǎn)品的用途類(lèi)別有關(guān)，并非含量越高越好。這是由于過(guò)高的炭黑含量除可能帶來(lái)相對較高的成本外，對產(chǎn)品的力學(xué)性能、流動(dòng)性能等亦有諸多不利影響。炭黑含量對聚烯烴樹(shù)脂熔體流動(dòng)速率（MFR）的影響規律研究趨勢如圖1所示。

圖1 炭黑含量對樹(shù)脂MFR的影響

由圖1可看出，隨著(zhù)炭黑含量的增加，基礎樹(shù)脂的MFR不斷下降，其流動(dòng)性隨之變差。此外，由于炭黑本身粒徑較小，分散比較困難，所以隨著(zhù)含量增加，均勻分散的難度就會(huì )不斷增大。而炭黑在聚烯烴樹(shù)脂（如聚乙烯）中的分散度直接影響防腐料的性能，分布不均勻將導致上述性能特別是耐候性的顯著(zhù)下降。因此，作為防老化用途的炭黑，其在聚乙烯樹(shù)脂中的含量為2.0%～2.5%時(shí)能夠達到較優(yōu)的綜合性能。本標準參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 0413-2002《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標準》中的規定，確定聚乙烯防腐專(zhuān)用料的炭黑含量為2.0%～2.4%。

2.2灰分含量確定依據

3PE防腐料用于埋地鋼質(zhì)油氣管道防腐時(shí)，由于地理環(huán)境復雜，材料的耐環(huán)境應力開(kāi)裂性能非常重要，關(guān)系到油氣管道的安全及使用壽命。研究發(fā)現，灰分含量對防腐料的耐環(huán)境開(kāi)裂性能有著(zhù)顯著(zhù)影響。項目組收集了兩種典型的市售3PE防腐專(zhuān)用料，并對照國家標準GB/T 23257《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》，對原料的相關(guān)性能指標進(jìn)行了測試，結果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，兩自主品牌產(chǎn)品的耐環(huán)境應力開(kāi)裂性能可達5000h以上，而市售樣品2的耐環(huán)境應力開(kāi)裂時(shí)間不足200h，未達到相關(guān)標準要求的下限（1000h），市售樣品1雖然達到標準要求，但也遠低于5000h。測試情況如圖2、圖3所示。

圖2 樣品應力開(kāi)裂性能對比（左側為正常樣品，右側為開(kāi)裂后樣品）

圖3市售樣品試驗后圖片（10個(gè)樣品全部開(kāi)裂）

對上述各樣品進(jìn)行了灰分含量測試，結果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，市售樣品的灰分含量遠高于自主品牌產(chǎn)品。市售防腐料灰分含量高可能與添加二次回收料帶來(lái)的無(wú)機填充物等雜質(zhì)有關(guān)，從而導致其耐環(huán)境應力開(kāi)裂性能急劇下降。

綜上所述，為避免灰分含量偏高影響對產(chǎn)品的耐環(huán)境應力開(kāi)裂性能，結合正常產(chǎn)品的灰分含量測試結果，本標準給出的灰分含量指標為≤1.0%，其他各主要技術(shù)指標見(jiàn)表5。

3  結論

《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐專(zhuān)用料采購技術(shù)規范》（Q/SY1846-2015）的制定，有助于進(jìn)一步提升和穩定聚乙烯防腐專(zhuān)用料的質(zhì)量，引領(lǐng)聚乙烯防腐專(zhuān)用料市場(chǎng)良性競爭和發(fā)展，實(shí)現油氣管道安全和長(cháng)周期運行，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。 

作者：王俊琪，男，碩士研究生，主要從事高分子材料改性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和推廣工作。

《管道保護》2016年第6期（總第31期）