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国内管道应用3PP防腐涂层的可行性分析
国内管道应用3PP防腐涂层的可行性分析
引言
自上世纪90年代中期以来，我国多数大型管道防腐采用的是3PE涂层，3PE涂层无疑己成为我国管道防腐的首选。但是近几年来由于我国承建的苏丹管道工程，使人们逐渐认识了3PP涂层。3PP与3PE涂层同属于多层涂层体系，由底层环氧粉末、中间层粘接剂和外层pP(聚丙烯)夹克构成。PP与PE加工性能近似，使用3PE作业线完全能够生产出3PP涂层，不需要另建专门的3PP涂层作业线。但PP与PE材料本身性能的差异，又使3PP与3PE涂层表现出不尽相同的性能，从而适用于不同的环境。3PP涂层在某些性能上的优势，使它能够在3PE涂层不可作为的领域发挥作用，因此国外已有许多管道工程使用3PP防腐涂层。本文就我国管道应用3PP涂层的可行性进行了研究探讨，供同行参考。
1. 3PP涂层与3PE涂层主要性能比较我国目前尚未制定3PP涂层行业标准，所加工的3PP防腐管道一般采用德国DIN30678《钢质管道聚丙烯涂层》标准。从DIN30678标准要求的性能指标看，有些性能是3PE涂层无法比拟的。
1.1高温下3PP涂层的寿命
DIN30678标准称3PP涂层在80℃环境下运行寿命为30年，90℃时寿命为15年，100℃时寿命为8年。而3PE涂层在温度大于80℃时就会软化，在土壤应力的作用下一些砂砾必然会陷人涂层甚至穿透涂层凹，从而破坏防腐层，因此很难保证管道的运行寿命。
1.2高温下3PP涂层的剥离强度和压痕硬度
DIN30678标准规定90℃士5℃时3PP涂层的剥离强度≥80N/cm、压痕硬度≤0·3mm，这两项指标是3PE涂层达不到的。就3PE涂层而言，90℃时已达到有关标准规定的3PE粘接剂的维卡软化点，即粘接剂已软化，其剥离强度非常小，几乎为零; PE属结晶性热塑性树脂，随着温度的上升而软化，接近熔点时软化现象更加显著，90℃已接近其熔点，涂层的压痕硬度必然很小。
1.3 3PP涂层的耐冲击强度
DIN30678标准规定3PP涂层的冲击强度≥5J/mm，我国SY/T0413-2002《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》规定3PE的冲击强度≥8J/mm。但DIN30678标准要求冲击条件为0℃±2℃的环境温度，而SY/T0413-2002标准尚未对环境温度作出要求，一般是在常温下进行。两者的冲击条件不同，无法单从数值上比较，但可以肯定的是环境温度对冲击强度有较大的影响，温度越低冲击强度越小。可见3PP涂层的耐冲击性能在一定的温度条件下并不比3PE涂层差。
1.4 3PP涂层的&性能
DIN30678标准规定3PP涂层的电阻率≥108欧姆·m，尚未规定电气强度。但PP材料压制片实测体积电阻率≥l×lO15欧姆·m、电气强度≥25MV/m,体积电阻率比SY/T0413-2002标准规定的PE压制片的体积电阻率≥l×1013欧姆·m的指标大，电气强度与SY/T0413-2002标准规定的PE压制片≥25MV/m的指标相当。PP与PE同为聚烯烃材料，电绝缘机理相同，所以3PP涂层的电性能与3PE涂层相似，不会因为涂层电性能而影响防护性能和阴极保护的配置等。
1.5 3PP涂层的拉伸性能
DlN30678标准规定3PP涂层的断裂伸长率妄300，尚未对拉伸强度作出规定。SY/TI0413-2002标准规定3PE涂层的拉伸强度享2OMPa、断裂伸长率=@600。从标准规定的技术指标看，3PP涂层要求的断裂伸长率比3PE涂层低，但对PP材料进行拉伸性能检测可知，PP的拉伸强度享3OMPa、断裂伸长率享600oDIN30678标准要求3PP涂层的断裂伸长率Ss300，说明涂层材料具备300的断裂伸长率就可满足防腐管道经历有关条件时的要求。
1.6 3PP涂层的热老化性能
DIN30678标准规定3PP涂层在经受10O记X1OOd的热历程后，不脆化。SY/T0413-2002标准规定PE颗粒在经受10O记XlOOd的热历程后，熔体流动速率的变化率乓35。两者用于描述老化的性能项虽然不同，但需经历的热历程相同，也就说明PP与旺在经受上述相同热历程后，都仍具有使用价值，从而可以说明在10O记xlOOd的条件下，PP和PE的热老化性能均能满足要求。
2. 3PP防腐管的应用领域3PP涂层的技术特征决定了它的适用范围，确定了3PP防腐管的应用领域。除可应用于一般3PE防腐管的领域外(在-20记以下的温度时慎用)，下列环境比3PE涂层会更具可使用性。
(1)用作输送较高温度介质的防腐管道。3PP涂层在80记温度下可运行30年，甚至可承受110咒的高冈，而3PE涂层最高使用温度是84记口，可见在温度超过84记时应选用3PP涂层。
(2)用作地表温度较高、日照时间较长的沙漠地区的管道防腐层。炎热的夏季，沙漠地区的地表温度较高，一般可达60-70冗，这对3PE涂层的耐高温性提出了挑战，因此地表温度高的沙漠地区一般采用3PP防腐管道。
(3)用作加压站附近的防腐管道。目前为提高管道输送效率而普遍采用加压输送的方法，致使管道内流体的温度升高，从而需要能耐80记以上高温条件的管道防腐层皿，因此需要在加压站附近甚至整条高压输送管道上采用3PP防腐。
(4)用于地下穿越管道的防腐层。PP材料本身的高硬度，增加了3PP涂层的抗划痕能力。西欧国家在定向钻穿越的管道上来用PP防护层取得了显著的成效1。1。当穿越段管道位于河流、铁路以及其他不能开挖的地段时，防腐层的损坏很难得到修复，使用3PP涂层无疑能够减少穿越过程中的防腐层损伤。
3. 3PP防腐管的生产状况3PP涂层在我国尚未有大量采用的工程实例，但国外在使用3PP涂层方面己有很多成功的工程业绩。Hi，nont意大利分公司自上个世纪80年代中期开始在一些工程上采用3PP防腐，至今已铺设了多条3PP防腐管道121，另据法国ATO公司介绍，该公司的PP材料也已多次在3PP防腐方面获得应用。我国目前虽然还没有采用3PP防腐管道的大型工程，但我国的管道防腐厂却具有生产3PP涂层的工作业绩，已为国外生产了大批量的3PP防腐管。据不完全统计，自1998年亚东防腐公司为苏丹生产3PP防腐管开始，我国己累计为国外生产3PP防腐管近百万米，其中仅2004年就为苏丹生产了约5OOkm的3PP防腐管。而且鉴于3PP涂层在某些方面的优异性能，我国也正在逐步接受3PP涂层，现已在新疆克拉-2气田天然气外输管道上少部分采用了3PP涂层。另外，西部成品袖输送管道上也有个别管段采用了3PP涂层。
4. 我国3PP防腐材料的进展
4.1 PP材料性能的改进
PP是一种综合性能优异的热塑性材料，与其他通用塑料相比，具有密度低、易加 1、耐高温等优点，因此在日常用品、包装材料、家用电器、汽车工业、建筑装演等行业得到广泛应用。但PP也有一些缺点，针对在管道防腐上的应用来说，与PE相比主要表现在低温脆性。PP因其本身结晶度高、晶核大，所以它的韧性差。尤其低温韧性更差，在0记以下时韧性损失严重，有些品种几乎失去使用价值。但随着技术的进步，共聚工艺、共聚单体的发展，共聚PP的冲击性能得到了很大的提高，我国生产的PP材料已接近国外产品常温冲击强度享5J/mm、-2OoC冲击强度5s0.5J/mm的指标，进行适当改进完全可作出符合3PP涂层标准要求的材料。
另外，PP材料的热老化性能虽然因为分子结构本身含有较多的叔碳原子而不及PE材料，但可通过添加有关助剂进行改进，不会影响埋地管道防腐层的使用性能。国内外选用较多的PP防腐材料的抗老化体系是受阻酚类主抗氧剂配合硫代类或亚磷酸酷类助抗氧剂，再加上金红石型氧化钦的配合技术。采用上述抗老化配合体系，PP防腐材料完全能够满足DIN30678标准关于3PP涂层抗老化性能的要求。
4.2 PP材料的生产状况
早在1998年亚东防腐公司为苏丹生产3PP防腐管道时，国内有些防腐材料厂家就开始了3PP防腐材料的研究，但由于当时PP材料性能的限制，需要改性的内容较多，一直末取得理想效果。然而，近年来随着PP技术的发展，一些适用于管道的PP材料不断出现，其性能更接近3PP涂层所要求的性能，因此通过对适当品种的PP材料进行改性，完全可制作出3PP防腐所用材料，制作的3PP涂层足以满足德国DlN30678等标准的要求。国内现已有儿家公司研制出了可用于3PP防腐的PP材料，包括3PP用粘接剂和3PP用夹克料，其性能指标与国外石化公司产品相近。经现场试验和性能检测完全可以满足3PP涂层的需要。
5. 3PP与3PE涂层材料成本比较
对涂层的选用主要考虑涂层性能、涂层可操作性、涂层材料成本及制作成本等。3PP与3PE涂层相比，涂层的制作成本基本相同，但材料的成本却低于3PE涂层。PP是常见塑料中重量最轻的一种，密度低于PE，在相同的涂层厚度下，材料的用量比t3PE涂层少，成本比3PE涂层低。根据国外1程实例，相同直径管道的防腐层，PP涂层的厚度一般比PE涂层小。前苏联研究表明PP胶带比皿胶带的拉仲强度高，其厚度可减少301。1。这样选用3PP涂层会比3PE涂层成本更低。对于D6OOmm以上管道防腐来说，采用3PP防腐，涂层厚度2·5mm即可满足防护要求，而来用3PE防腐，因涂层硬度、机械强度比3PP涂层低，考虑到管子自重等对涂层的损伤，常选用加强级，涂层厚度大于3mnm，可见达到同样的防护目的3PP涂层的用料少于3PE涂层。
6. 结论
(1)在有些运行条件下，3PP管道防腐涂层的性能优于3PE涂层。如3PE涂层不适用的高温环境，可用3PP涂层替代;3PP涂层的抗划痕性，使它在管道穿越方面具有优越性，可替代其他涂层结构进行穿越。
(2)国内具有3PP防腐管的生产经验，3PP用防腐材料己经能够满足3PP涂层的需要。
(3)3PP涂层的成本比3PE涂层低。
发布日期：2008-6-14 【返回】