李振軍

西部管道公司管道部

 

摘要：結合現場(chǎng)檢測和實(shí)驗室表征分析對西氣東輸二線(xiàn)輪吐支干線(xiàn)上兩處采用液體聚氨酯涂層防腐的管道補口從土壤腐蝕性、管道陰極保護、交流干擾和防腐層服役狀況等方面進(jìn)行了綜合評價(jià)。結果顯示，兩處管道補口陰極保護狀況良好，無(wú)明顯交流干擾，周邊土壤腐蝕性強，其中一處補口防腐層出現鼓泡失效現象�；�于現場(chǎng)檢測和實(shí)驗室分析結果，對防腐層發(fā)生鼓泡失效的原因進(jìn)行了分析，表明聚氨酯防腐層施工過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡和陰極剝離是導致防腐層鼓泡失效的主要原因。

關(guān)鍵詞：埋地管道；聚氨酯涂層；管道補口；鼓泡失效

 

借助環(huán)焊縫開(kāi)挖機會(huì )，對西氣東輸二線(xiàn)輪南－吐魯番支干線(xiàn)聚氨酯防腐補口服役現狀進(jìn)行調查，發(fā)現少量補口存在黏結強度下降的情況，甚至還有大面積防腐層鼓泡失效及防腐層下方積液現象，對管道的安全穩定運行造成了威脅。國內外對埋地管道液體聚氨酯防腐補口失效行為的相關(guān)研究較少，防腐層鼓泡失效的機理尚無(wú)明確結論。本文選取其中兩處服役狀況較差的聚氨酯防腐補口，結合現場(chǎng)檢測和實(shí)驗室分析表征，從土壤腐蝕性、管道陰極保護、交流干擾和聚氨酯防腐層服役等方面綜合評價(jià)，初步揭示埋地管道聚氨酯防腐層發(fā)生鼓泡失效的主要原因。

1  實(shí)驗過(guò)程

1.1  現場(chǎng)檢測

兩處檢測點(diǎn)按“測試樁編號+偏移距離”分別命名為KP10－809.5 m和KP12＋281 m。首先對兩處液體聚氨酯管道補口進(jìn)行現場(chǎng)檢測及樣品采集。其中，土壤檢測主要為管道補口附近土壤電阻率測試及樣品采集，評估土壤腐蝕性；防腐層檢測主要包括防腐層外觀(guān)、厚度、漏點(diǎn)和附著(zhù)力等檢測及剝離防腐層采樣，評價(jià)管道補口防腐層質(zhì)量；電位測試包含管道通電電位（補口位置與上下游智能測試樁距離較遠，不具備采集管道斷電電位條件）、交流電壓和交流電流密度采集，評估管道陰極保護有效性和交流干擾狀況；防腐層下方管體壁厚測試以評估腐蝕類(lèi)型和程度。各項測試執行標準見(jiàn)表 1。

表 1 現場(chǎng)檢測執行標準

1.2  實(shí)驗室分析

參照GB/T 19285相關(guān)規定，采集的土壤樣品在實(shí)驗室內進(jìn)行pH值、質(zhì)地、含水率、含鹽量、Cl-含量等分析檢測，結合現場(chǎng)測得的電阻率數據，綜合評價(jià)管道各檢測點(diǎn)附近土壤腐蝕性。

聚氨酯防腐層樣品在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察防腐層內外表面顯微形貌。通過(guò)SEM-EDS采集防腐層內表面電子顯微形貌及化學(xué)元素組成。同時(shí)，借助接觸角儀表征防腐層外表面疏水性。綜合上述數據對聚氨酯防腐層鼓泡失效原因進(jìn)行分析。

2  結果與討論

2.1  聚氨酯防腐層質(zhì)量評價(jià)

圖 1為聚氨酯防腐層樣品外觀(guān)照片。KP10－809.5 m處防腐層外觀(guān)缺陷較多，表面有大面積鼓泡現象（圖 1 a），鼓泡下方存在積液（圖 1 b），管道6點(diǎn)鐘方向存在流掛現象（圖 1 c）。KP12＋281 m處防腐層表面則相對光滑平整，未見(jiàn)明顯外觀(guān)缺陷（圖 1 d）。

圖 1 聚氨酯防腐層樣品外觀(guān)

防腐層厚度、漏點(diǎn)、附著(zhù)力等級測試結果見(jiàn)表 2，采用撬剝法進(jìn)行附著(zhù)力測試后的聚氨酯防腐層見(jiàn)圖 2。KP10－809.5 m處防腐層附著(zhù)力為5級，測試過(guò)程中無(wú)明顯抗撬離性能，呈整片剝離；KP12＋281 m處防腐層附著(zhù)力為4級，表現出一定抗撬離性能，呈大塊碎屑剝離。

圖 2 防腐層樣品附著(zhù)力測試

由表 2數據可知，兩處防腐層厚度均滿(mǎn)足GB/T 51241對厚度要求（≥1.0 mm）。如前所述，盡管KP10－809.5 m存在大面積鼓泡、積液現象，電火花檢漏卻無(wú)漏點(diǎn)檢出。這表明土壤中的水并非通過(guò)防腐層表面宏觀(guān)破損進(jìn)入內部，防腐層內部可能存在微觀(guān)缺陷，為水分穿過(guò)防腐層向管道本體滲透提供了通道。

表 2 聚氨酯防腐層檢測結果

兩處聚氨酯防腐補口均存在黏結力降低問(wèn)題，其中，KP10－809.5 m存在鼓泡、流掛和積液現象，已基本喪失對管道本體的保護作用。由于液體聚氨酯補口施工對管道表面狀態(tài)、施工環(huán)境及操作均有較高要求[1]，且聚氨酯涂層對陰極剝離較弱的抵抗能力[2]，防腐層施工前對管體表面處理不達標、防腐層內部微觀(guān)缺陷的存在及過(guò)負的陰極保護電位引發(fā)的陰極剝離都可能導致鼓泡失效，因此需進(jìn)一步分析確定。

2.2  陰極保護及交流干擾評價(jià)結果

由表 3可知，兩處管道交流電壓低于4 V，交流電流密度均在30 A/m2以?xún)�，表明管道未受明顯的交流干擾。兩處管道的通電電位均在﹣1.4 V（CSE）左右，考慮到兩處土壤電阻率均較低（見(jiàn)表 5，分別為2.26 Ω·m和3.39 Ω·m），其對應的斷電電位應仍處于較負的水平，管道的陰極保護狀況良好。然而，在環(huán)境中的水滲入防腐層內部后，也無(wú)法排除較負的陰極保護電位導致防腐層發(fā)生陰極剝離的可能。

表 3 現場(chǎng)檢測執行標準

2.3  管體腐蝕狀況調查結果

由圖 3可知，兩處管道補口聚氨酯防腐層下方管道表面均未觀(guān)察到呈散點(diǎn)分布的坑穴狀腐蝕，其中，KP10－809.5 m表面較為粗糙，可能發(fā)生了一定程度的均勻腐蝕，而KP12＋281 m表面相對光滑，目測其腐蝕程度較輕。

圖 3 防腐層下管體表面腐蝕形貌

分析管道壁厚損失率數據可知，KP10－809.5 m處管道在服役期間管壁減薄約5.68%，可能與其表面聚氨酯防腐層較差的屏蔽性能有關(guān)；而KP12＋281 m處管道幾乎未見(jiàn)減�。�0%），說(shuō)明該處管道的防腐層+陰極保護體系仍有較好的防護效果。

2.4  土壤腐蝕性評價(jià)結果

由表 4數據可知，兩處管道補口位置附近土壤理化性質(zhì)相近，呈弱堿性，具有較高的含水率、含鹽量、Cl-含量和較低的土壤電阻率。綜合現場(chǎng)和實(shí)驗室檢測數據，根據GB/T 19285判定土壤腐蝕性為強，管道暴露其中腐蝕風(fēng)險較高。盡管土壤理化性質(zhì)相近，但KP12＋281 m處防腐層并未發(fā)生鼓泡積液，外界環(huán)境因素可能不是導致KP10－809.5 m處防腐層發(fā)生鼓泡失效的主要原因。

表 4 土壤腐蝕性測試結果

2.5  聚氨酯防腐層失效原因分析

綜上所述，兩處檢測點(diǎn)管道補口所處土壤環(huán)境大致相同，陰極保護和交流干擾狀況基本一致。由此可推斷，管道補口聚氨酯防腐層在施工過(guò)程中產(chǎn)生的結構差異可能是導致兩者在相同服役環(huán)境下產(chǎn)生不同劣化現象的主要原因。為此，繼續對聚氨酯防腐層樣品進(jìn)行光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡掃描和接觸角分析，以揭示其發(fā)生鼓泡失效的原因。

由圖 4可知，KP10－809.5 m（圖 4 a）處防腐層外表面更為粗糙；光學(xué)顯微形貌發(fā)現其內表面相對平整（圖 4 e），表明該處防腐層與管體已整體剝離；如圖 4 c和4 e所示，該處防腐層內外表面均可觀(guān)察到大量直徑10 μm~50 μm的圓孔，可能與防腐層施工過(guò)程中液體聚氨酯涂料內產(chǎn)生的氣泡有關(guān)。相較而言，KP12＋281 m處防腐層外表面（圖 4 d）則較為光滑，未見(jiàn)孔洞；此處防腐層內表面則呈破碎狀（圖 4 f），表明防腐層與管體間仍有一定黏結強度，取樣過(guò)程中主要在防腐層內部發(fā)生內聚破壞。防腐層樣品內表面電子顯微形貌結果（圖 5）同樣顯示，KP10－809.5 m處防腐層內表面相較于KP12＋281 m具有更多的內部孔洞。

圖 4 防腐層樣品表面形貌

圖 5 防腐層樣品內表面電子顯微形貌

防腐層樣品外表面接觸角測試結果見(jiàn)圖 6。KP10－809.5 m處防腐層外表面對水的接觸角僅為23°，明顯低于KP12＋281 m處防腐層（71°）。表明KP10－809.5 m處聚氨酯防腐層的防水性能較差。

圖 6 防腐層樣品外表面接觸角測試結果

綜合現場(chǎng)及實(shí)驗室檢測分析結果，分析 KP10－809.5 m處管道補口聚氨酯防腐層發(fā)生鼓泡失效的原因。首先，在液體聚氨酯涂料涂敷階段對氣泡的控制不到位，導致防腐層固化后內部及表面均留下大量微孔，因其尺寸較�。ㄖ睆�10 μm ～50 μm）且未在防腐層內部互連貫通，無(wú)法被電火花檢漏儀檢出。正常服役條件下，KP10－809.5 m處防腐層厚度（約2.6 mm）比KP12＋281 m（約1.5 mm）整體厚，環(huán)境中的水分穿過(guò)防腐層向管道本體滲透所需的時(shí)間也應較長(cháng)。然而，KP10－809.5 m處防腐層卻更早發(fā)生了鼓泡和積液現象。由此推斷，防腐層內部及表面微孔的存在一方面增大了防腐層表面粗糙度，使防腐層防水性能下降，另一方面也為土壤中的水分向防腐層內部的滲透提供了通道，所需時(shí)間大大縮短。同時(shí)管道附近土壤含水率較高，補口下溝回填后，土壤中水分將通過(guò)微孔向防腐層內部滲透并逐漸在防腐層下積聚。在較負的陰極保護電位（﹣1.43 V（vs.CSE））下，聚氨酯防腐層可能發(fā)生陰極剝離從管體表面局部脫離，并最終形成鼓泡。

3  結論

（1）兩處管道補口所處土壤環(huán)境相近，土壤腐蝕性較強。

（2）兩處管道補口陰極保護良好，交流干擾程度低，無(wú)須采取交流干擾防護措施。

（3）兩處管道補口聚氨酯防腐層黏結強度均有下降，其中一處出現防腐層鼓泡、積液、流掛現象，防腐層服役現狀較差。推斷防腐層施工過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡和陰極剝離是導致其鼓泡失效的主要原因。

 

參考文獻：

[1]溫志新.關(guān)于提升液體聚氨酯噴涂防腐補口質(zhì)量的探討[J].中國科技投資，2016(5)：253，154.

[2]陳洪源，李英義，羅鵬，趙君，劉玲莉，韓鐘琴，謝濤，韓文禮.在役3PE管道補口修復技術(shù)研究[J].管道技術(shù)與設備，2012(04)：24-26.

作者簡(jiǎn)介：李振軍，1984年生，工程碩士，高級工程師。主要從事管道防腐管理工作。聯(lián)系方式：0991-7561380，lizj01@pipechina.com.cn。