油氣管道防腐材料檢測現狀分析及建議

劉國豪 宋麗蕓 趙一樺 張文明 喬延飛 李東陽

（1. 國家石油天然氣管網集團有限公司科學技術研究總院分公司，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市運通政和管道工程有限公司，河北 廊坊 065000；3. 中國石油長慶油田第一采氣廠，陜西 榆林719000；4. 廊坊市科發管道技術服務有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

在共建“一帶一路”倡議框架下，“全國一張網”的油氣管道建設正在迅猛進行。截至2022年底，油氣管網總里程數已達到18萬公里，成為我國經濟高質量發展和造福民生的主動脈。但近年來，在役油氣管道腐蝕和泄漏問題屢見不鮮，已引起社會普遍關注[1]。

防腐層作為油氣管道防腐最重要的一道防線，其防腐材料的優劣直接關系到油氣管道長期安全運行和使用壽命[2]。因此，為有效控制油氣管道防腐材料的質量，進一步保障油氣管道的輸送安全，對油氣管道防腐材料的檢測現狀進行分析具有重要意義。作為國內油氣管道防腐領域主要的檢測機構，本文以多年檢測經驗和材料物性指標為基礎，總結了國內外油氣管道防腐材料依據的主要產品標準，重點分析了六類油氣管道防腐材料的檢測現狀，并給出了防腐材料質量提升的相關建議。

1 油氣管道防腐材料檢測標準

目前，鋼質油氣管道防腐層大體可以分為熔結環氧粉末防腐層、聚乙烯防腐層和液體涂料防腐層等，涉及的防腐材料主要有聚乙烯、膠粘劑、環氧粉末、熱收縮帶（套）、膠粘帶及液體涂料等六大類。油氣管道防腐材料主要產品標準如表1所示。

表1 油氣管道防腐材料主要產品標準

2 油氣管道防腐材料檢測現狀及建議

2.1 聚乙烯及防腐層

聚乙烯是一類熱塑性樹脂，由乙烯單體聚合而成[3]。聚乙烯防腐層主流為三層結構，通常為環氧粉末底層、膠粘劑中間層和聚乙烯外層[4]。目前，聚乙烯專用料和聚乙烯防腐層的主要檢測項目如表2所示。

表2 聚乙烯專用料和聚乙烯防腐層的主要檢測項目

隨機統計了43家原材料生產廠家共81批次聚乙烯及防腐層的檢測結果，不合格17批次，不合格率高達21.0%。其中，不合格率最高的三項依次為剝離強度（4批次）、拉伸強度/斷裂伸長率（3批次）、氧化誘導期（3批次），單項不合格率分別為4.9%、3.7%、3.7%。

通過分析發現，聚乙烯防腐層剝離強度不合格時，主要剝離破壞形式為聚乙烯層斷裂或聚乙烯層被拉伸后斷裂，而非產品標準規定的內聚破壞，相應地拉伸強度/斷裂伸長率數值也往往低于標準規定值，這說明聚乙烯原材料自身性能差。進一步分析同批次聚乙烯其他測試指標發現，炭黑含量往往在3.0%以上，盡管滿足GB/T 23257-2017等產品標準規定≥2%要求，但灰分含量同時也多在2.5%以上，意味著炭黑含量測定值可能高于實際值。這說明生產企業為了節約成本，在原材料內可能添加了部分聚乙烯回收料，也可能是加入了過量的碳酸鈣等無機填料，一定程度上損失了韌性和拉伸性能。建議產品標準中增加聚乙烯灰分含量的控制指標，避免廠家為降低生產成本，過量添加回收料及無機填料等。

氧化誘導期主要考察材料耐氧化分解的能力，傳統意義上是指耗盡物料中抗氧劑所持續的時間[5]。氧化誘導期不合格說明聚乙烯極易在熱、氧作用下發生熱氧老化反應，直接影響使用壽命，建議對不同抗氧劑類型和用量進行研究，優化配方設計，進一步提升聚乙烯的熱氧穩定性。

2.2 膠粘劑

膠粘劑主要用于二層聚乙烯防腐層的底層和三層聚乙烯防腐層的中間層。目前膠粘劑主要檢測密度、熔體流動速率、維卡軟化點、脆化溫度、氧化誘導期、含水率和拉伸強度等項目。

隨機統計了9家原材料生產廠家共37批次膠粘劑的檢測結果，所有批次均合格，合格率達100%。近年來，膠粘劑的質量一直比較穩定，是防腐材料行業最讓人放心的細分產品。這源于膠粘劑行業的高度集中，龍頭企業質量穩定，帶動了整個細分行業質量水平提升。

2.3 環氧粉末及防腐層

熔結環氧粉末主要由環氧樹脂、固化劑、填料及助劑組成，通過加熱熔融固化工藝粘附在金屬基材表面上[6]。熔結環氧粉末防腐層以單層涂層和雙層涂層為主，雙層涂層由底層和面層熔結環氧粉末順序噴涂、一次成膜，具有良好的耐腐蝕性能和機械性能[7]。目前，環氧粉末及防腐層的主要檢測項目如表3所示。

表3 環氧粉末及防腐層的主要檢測項目

隨機統計了67家原材料生產廠家共258批次環氧粉末及防腐層的檢測結果，不合格77批次，不合格率高達29.8%。其中，不合格率最高的三項依次為粉末熱特性（23批次）、密度（19批次）、粒徑分布（15批次），單項不合格率分別為8.9%、7.4%、5.8%。

粉末熱特性指標是環氧粉末涂料最重要的技術指標，主要包括反應放熱量（ΔH）和玻璃化轉變溫度（Tg2）[8]。其中，放熱量ΔH代表涂層的反應活性和交聯程度，玻璃化轉變溫度（Tg2）代表環氧粉末涂層的耐熱程度，即涂層適用的最高溫度[9]。熱特性參數對確保粉末涂料及最終涂層性能至關重要，建議盡量選擇玻璃化轉變溫度高的環氧樹脂、適當降低顏基比來改進粉末涂料熱特性。另外分析發現，環氧粉末的反應放熱量（ΔH）受貯存時間影響較大，隨貯存時間的延長而衰減，生產企業應盡可能縮短貯存期。

環氧粉末的密度和粒徑分布都對粉末的涂裝施工性能極其重要，直接影響上粉性能、流平性、穩定性和回收利用率，進而影響環氧粉末涂層厚度和涂層防腐效果。環氧粉末的密度主要取決于環氧樹脂的含量，建議廠家適當調整平衡環氧樹脂的含量。粒徑分布控制的關鍵是超大粒徑要盡量小，超小粒徑同時也要控制在適宜范圍內，粉末過粗或過細都不可取，建議生產廠家通過涂料配方和研磨參數調整來控制粒徑分布。

2.4 熱收縮帶（套）

三層聚乙烯防腐層的補口防腐蝕層材料一般為聚乙烯熱收縮帶（套），每一牌號的熱收縮帶（套）有與其配套的環氧底漆。防腐補口是管道腐蝕防護系統的薄弱環節，直接影響管道平穩安全運行和服役年限。目前，聚乙烯熱收縮帶（套）的主要檢測項目如表4所示。

表4 聚乙烯熱收縮帶（套）的主要檢測項目

隨機統計了18家原材料生產廠家共43批次補口熱收縮帶（套）的檢測結果，不合格4批次，不合格率為9.3%。補口熱收縮帶（套）的不合格項目主要為拉伸屈服強度（2批次）、氧化誘導期（2批次），單項不合格率均為4.7%。

拉伸屈服強度與相對分子質量、密度、結晶度等指標相關，主要表征材料抵抗塑性變形的能力。建議通過聚乙烯改性提高其力學性能，并嚴格控制回填料的使用。氧化誘導期不合格反映了材料熱氧穩定性差，可以通過增加抗氧劑含量提高該性能。

2.5 膠粘帶

聚乙烯膠粘帶常作為聚乙烯膠粘帶防腐層管道的補口材料，底漆由膠粘帶供貨商配套提供。目前，聚乙烯膠粘帶主要檢測基膜拉伸強度、剝離強度、體積電阻率、吸水率、水蒸氣滲透率、耐熱老化等項目。

隨機統計了32家原材料生產廠家共60批次補口膠帶的檢測結果，不合格6批次，不合格率為10.0%。不合格項目主要為吸水率（3批次）、剝離強度（3批次），單項不合格率均為5.0%。

吸水率和剝離強度對膠粘帶產品的質量控制至關重要，直接影響補口膠帶的粘接和防腐效果。吸水率高會導致補口材料在一定程度上變形，進而粘結失效；剝離強度低，說明補口膠粘帶的粘接性不好，后期極易防腐失效。建議生產廠家進行材料改性，另外施工時著重關注補口膠帶跟背材之間的粘結。

2.6 液體涂料及防腐層

單（雙）層熔結環氧粉末防腐層管道補口最常用的液體涂料為液體環氧涂料，這是由于其分子結構中含有的羥基較多，對金屬的親和力強，附著力好。目前，液體涂料及防腐層的主要檢測項目如表5所示。

表5 液體涂料及防腐層的主要檢測項目

隨機統計了29家原材料生產廠家共57批次液體環氧涂料及防腐層的檢測結果，不合格5批次，不合格率為8.8%。不合格項目主要為附著力（3批次）、耐沖擊性（2批次），單項不合格率分別為5.3%、3.5%。

可以看出，液體環氧涂料本身的物性指標都合格，不合格項目主要集中在成膜后的涂層性能。液體環氧涂料涂裝時，對底材、施工環境要求較高，施工條件會直接影響防腐涂層質量[10]。建議對底材預處理時，嚴格達到底材表面的清潔度要求；另外，液體環氧涂料涂敷時，環境溫度及濕度條件也要滿足施工規范要求，避免在底材表面形成肉眼不可見的薄水膜，從而影響涂層的附著力和耐沖擊性。

3 結語

油氣管道的防腐質量受很多因素影響，如防腐材料性能、施工工藝、施工環境等，任何環節的控制和對接出現問題，都會直接影響管道后期的安全運行。而優質防腐材料的篩選是管道建設的首要環節，也是保障管道防腐質量重要的基石。作為管道防腐材料的檢測部門，要進一步挖掘檢測大數據價值，進一步研究防腐材料成分、加工工藝等與關鍵性能參數之間的關系，當好行業的監督員和吹哨人，努力提升行業質量水平。