油气管道防腐材料检测现状分析及建议

刘国豪 宋丽芸 赵一桦 张文明 乔延飞 李东阳

（1. 国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市运通政和管道工程有限公司，河北 廊坊 065000；3. 中国石油长庆油田第一采气厂，陕西 榆林719000；4. 廊坊市科发管道技术服务有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

在共建“一带一路”倡议框架下，“全国一张网”的油气管道建设正在迅猛进行。截至2022年底，油气管网总里程数已达到18万公里，成为我国经济高质量发展和造福民生的主动脉。但近年来，在役油气管道腐蚀和泄漏问题屡见不鲜，已引起社会普遍关注[1]。

防腐层作为油气管道防腐最重要的一道防线，其防腐材料的优劣直接关系到油气管道长期安全运行和使用寿命[2]。因此，为有效控制油气管道防腐材料的质量，进一步保障油气管道的输送安全，对油气管道防腐材料的检测现状进行分析具有重要意义。作为国内油气管道防腐领域主要的检测机构，本文以多年检测经验和材料物性指标为基础，总结了国内外油气管道防腐材料依据的主要产品标准，重点分析了六类油气管道防腐材料的检测现状，并给出了防腐材料质量提升的相关建议。

1 油气管道防腐材料检测标准

目前，钢质油气管道防腐层大体可以分为熔结环氧粉末防腐层、聚乙烯防腐层和液体涂料防腐层等，涉及的防腐材料主要有聚乙烯、胶粘剂、环氧粉末、热收缩带（套）、胶粘带及液体涂料等六大类。油气管道防腐材料主要产品标准如表1所示。

表1 油气管道防腐材料主要产品标准

2 油气管道防腐材料检测现状及建议

2.1 聚乙烯及防腐层

聚乙烯是一类热塑性树脂，由乙烯单体聚合而成[3]。聚乙烯防腐层主流为三层结构，通常为环氧粉末底层、胶粘剂中间层和聚乙烯外层[4]。目前，聚乙烯专用料和聚乙烯防腐层的主要检测项目如表2所示。

表2 聚乙烯专用料和聚乙烯防腐层的主要检测项目

随机统计了43家原材料生产厂家共81批次聚乙烯及防腐层的检测结果，不合格17批次，不合格率高达21.0%。其中，不合格率最高的三项依次为剥离强度（4批次）、拉伸强度/断裂伸长率（3批次）、氧化诱导期（3批次），单项不合格率分别为4.9%、3.7%、3.7%。

通过分析发现，聚乙烯防腐层剥离强度不合格时，主要剥离破坏形式为聚乙烯层断裂或聚乙烯层被拉伸后断裂，而非产品标准规定的内聚破坏，相应地拉伸强度/断裂伸长率数值也往往低于标准规定值，这说明聚乙烯原材料自身性能差。进一步分析同批次聚乙烯其他测试指标发现，炭黑含量往往在3.0%以上，尽管满足GB/T 23257-2017等产品标准规定≥2%要求，但灰分含量同时也多在2.5%以上，意味着炭黑含量测定值可能高于实际值。这说明生产企业为了节约成本，在原材料内可能添加了部分聚乙烯回收料，也可能是加入了过量的碳酸钙等无机填料，一定程度上损失了韧性和拉伸性能。建议产品标准中增加聚乙烯灰分含量的控制指标，避免厂家为降低生产成本，过量添加回收料及无机填料等。

氧化诱导期主要考察材料耐氧化分解的能力，传统意义上是指耗尽物料中抗氧剂所持续的时间[5]。氧化诱导期不合格说明聚乙烯极易在热、氧作用下发生热氧老化反应，直接影响使用寿命，建议对不同抗氧剂类型和用量进行研究，优化配方设计，进一步提升聚乙烯的热氧稳定性。

2.2 胶粘剂

胶粘剂主要用于二层聚乙烯防腐层的底层和三层聚乙烯防腐层的中间层。目前胶粘剂主要检测密度、熔体流动速率、维卡软化点、脆化温度、氧化诱导期、含水率和拉伸强度等项目。

随机统计了9家原材料生产厂家共37批次胶粘剂的检测结果，所有批次均合格，合格率达100%。近年来，胶粘剂的质量一直比较稳定，是防腐材料行业最让人放心的细分产品。这源于胶粘剂行业的高度集中，龙头企业质量稳定，带动了整个细分行业质量水平提升。

2.3 环氧粉末及防腐层

熔结环氧粉末主要由环氧树脂、固化剂、填料及助剂组成，通过加热熔融固化工艺粘附在金属基材表面上[6]。熔结环氧粉末防腐层以单层涂层和双层涂层为主，双层涂层由底层和面层熔结环氧粉末顺序喷涂、一次成膜，具有良好的耐腐蚀性能和机械性能[7]。目前，环氧粉末及防腐层的主要检测项目如表3所示。

表3 环氧粉末及防腐层的主要检测项目

随机统计了67家原材料生产厂家共258批次环氧粉末及防腐层的检测结果，不合格77批次，不合格率高达29.8%。其中，不合格率最高的三项依次为粉末热特性（23批次）、密度（19批次）、粒径分布（15批次），单项不合格率分别为8.9%、7.4%、5.8%。

粉末热特性指标是环氧粉末涂料最重要的技术指标，主要包括反应放热量（ΔH）和玻璃化转变温度（Tg2）[8]。其中，放热量ΔH代表涂层的反应活性和交联程度，玻璃化转变温度（Tg2）代表环氧粉末涂层的耐热程度，即涂层适用的最高温度[9]。热特性参数对确保粉末涂料及最终涂层性能至关重要，建议尽量选择玻璃化转变温度高的环氧树脂、适当降低颜基比来改进粉末涂料热特性。另外分析发现，环氧粉末的反应放热量（ΔH）受贮存时间影响较大，随贮存时间的延长而衰减，生产企业应尽可能缩短贮存期。

环氧粉末的密度和粒径分布都对粉末的涂装施工性能极其重要，直接影响上粉性能、流平性、稳定性和回收利用率，进而影响环氧粉末涂层厚度和涂层防腐效果。环氧粉末的密度主要取决于环氧树脂的含量，建议厂家适当调整平衡环氧树脂的含量。粒径分布控制的关键是超大粒径要尽量小，超小粒径同时也要控制在适宜范围内，粉末过粗或过细都不可取，建议生产厂家通过涂料配方和研磨参数调整来控制粒径分布。

2.4 热收缩带（套）

三层聚乙烯防腐层的补口防腐蚀层材料一般为聚乙烯热收缩带（套），每一牌号的热收缩带（套）有与其配套的环氧底漆。防腐补口是管道腐蚀防护系统的薄弱环节，直接影响管道平稳安全运行和服役年限。目前，聚乙烯热收缩带（套）的主要检测项目如表4所示。

表4 聚乙烯热收缩带（套）的主要检测项目

随机统计了18家原材料生产厂家共43批次补口热收缩带（套）的检测结果，不合格4批次，不合格率为9.3%。补口热收缩带（套）的不合格项目主要为拉伸屈服强度（2批次）、氧化诱导期（2批次），单项不合格率均为4.7%。

拉伸屈服强度与相对分子质量、密度、结晶度等指标相关，主要表征材料抵抗塑性变形的能力。建议通过聚乙烯改性提高其力学性能，并严格控制回填料的使用。氧化诱导期不合格反映了材料热氧稳定性差，可以通过增加抗氧剂含量提高该性能。

2.5 胶粘带

聚乙烯胶粘带常作为聚乙烯胶粘带防腐层管道的补口材料，底漆由胶粘带供货商配套提供。目前，聚乙烯胶粘带主要检测基膜拉伸强度、剥离强度、体积电阻率、吸水率、水蒸气渗透率、耐热老化等项目。

随机统计了32家原材料生产厂家共60批次补口胶带的检测结果，不合格6批次，不合格率为10.0%。不合格项目主要为吸水率（3批次）、剥离强度（3批次），单项不合格率均为5.0%。

吸水率和剥离强度对胶粘带产品的质量控制至关重要，直接影响补口胶带的粘接和防腐效果。吸水率高会导致补口材料在一定程度上变形，进而粘结失效；剥离强度低，说明补口胶粘带的粘接性不好，后期极易防腐失效。建议生产厂家进行材料改性，另外施工时着重关注补口胶带跟背材之间的粘结。

2.6 液体涂料及防腐层

单（双）层熔结环氧粉末防腐层管道补口最常用的液体涂料为液体环氧涂料，这是由于其分子结构中含有的羟基较多，对金属的亲和力强，附着力好。目前，液体涂料及防腐层的主要检测项目如表5所示。

表5 液体涂料及防腐层的主要检测项目

随机统计了29家原材料生产厂家共57批次液体环氧涂料及防腐层的检测结果，不合格5批次，不合格率为8.8%。不合格项目主要为附着力（3批次）、耐冲击性（2批次），单项不合格率分别为5.3%、3.5%。

可以看出，液体环氧涂料本身的物性指标都合格，不合格项目主要集中在成膜后的涂层性能。液体环氧涂料涂装时，对底材、施工环境要求较高，施工条件会直接影响防腐涂层质量[10]。建议对底材预处理时，严格达到底材表面的清洁度要求；另外，液体环氧涂料涂敷时，环境温度及湿度条件也要满足施工规范要求，避免在底材表面形成肉眼不可见的薄水膜，从而影响涂层的附着力和耐冲击性。

3 结语

油气管道的防腐质量受很多因素影响，如防腐材料性能、施工工艺、施工环境等，任何环节的控制和对接出现问题，都会直接影响管道后期的安全运行。而优质防腐材料的筛选是管道建设的首要环节，也是保障管道防腐质量重要的基石。作为管道防腐材料的检测部门，要进一步挖掘检测大数据价值，进一步研究防腐材料成分、加工工艺等与关键性能参数之间的关系，当好行业的监督员和吹哨人，努力提升行业质量水平。