趙　利，武占文，相政樂(lè)，賈　振，楊　彪，彭傳偉中海油能源發(fā)展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

海底管道節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)發(fā)展概況

趙利，武占文，相政樂(lè)，賈振，楊彪，彭傳偉
中海油能源發(fā)展管道股份有限公司管道涂敷分公司，天津 300452

結(jié)合國(guó)內(nèi)外海底管道節(jié)點(diǎn)防腐補(bǔ)口的技術(shù)發(fā)展，對(duì)目前國(guó)外最常用海底管道節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)及工程應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，主要包括三層聚烯烴熱收縮涂層、噴涂聚脲涂層及“FBE+改性/復(fù)合聚烯烴”防腐涂層結(jié)構(gòu)及其工程應(yīng)用。通過(guò)總結(jié)分析得出如下結(jié)論：在淺水海域和邊際油田開(kāi)發(fā)中，三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)得到了較好的發(fā)展與應(yīng)用；在深海、超深海領(lǐng)域，我國(guó)在管道節(jié)點(diǎn)防腐補(bǔ)口技術(shù)方面與國(guó)外還存在較大的差距，采用“FBE+改性/復(fù)合聚烯烴”涂層結(jié)構(gòu)將是我國(guó)未來(lái)深水海底管道節(jié)點(diǎn)防腐補(bǔ)口涂層的主要發(fā)展方向。

海底管道；節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口；防腐涂層；改性/復(fù)合聚烯烴

管道運(yùn)輸已成為油氣輸送最為經(jīng)濟(jì)和安全的運(yùn)輸方式［1］，管道的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障能源運(yùn)輸至關(guān)重要。腐蝕作為管道最主要的破壞形式之一，造成的管道破壞事故正逐年增多，因此近年來(lái)油氣管道的腐蝕防護(hù)得到了高度關(guān)注［2-5］。

在油氣管道防腐中，節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口作為油氣管道防腐最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，其補(bǔ)口涂層性能的優(yōu)劣顯著影響整條長(zhǎng)輸管道的使用壽命。尤其對(duì)于服役環(huán)境更為惡劣的海底管道，節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口涂層的腐蝕防護(hù)性更為重要，海底油氣管道節(jié)點(diǎn)防腐涂層的結(jié)構(gòu)與涂敷工藝被國(guó)內(nèi)外管道建設(shè)公司和專家廣泛研究［6-10］。

本文在綜合目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)和補(bǔ)口工藝兩個(gè)方面概述了國(guó)外海底管道節(jié)點(diǎn)防腐涂層的發(fā)展動(dòng)態(tài)。同時(shí)展望了今后我國(guó)深水節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)和補(bǔ)口工藝的發(fā)展方向及發(fā)展趨勢(shì)。

1“液態(tài)環(huán)氧底漆+熱收縮帶”三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)

“液態(tài)環(huán)氧底漆+熱收縮帶”三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)由底層的液態(tài)環(huán)氧底漆和外層帶有熱熔膠的聚烯烴熱收縮帶構(gòu)成。相對(duì)于早期“熱熔膠+熱收縮帶”的兩層節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)，液態(tài)環(huán)氧底漆的引入提高了三層聚烯烴熱縮涂層結(jié)構(gòu)的抗陰極剝離性能，增強(qiáng)了聚烯烴熱縮涂層與鋼管的附著力及其與3LPE涂層的兼容性，在整體上顯著提高了節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口的防腐性能。

三層聚烯烴熱縮節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)已成為國(guó)內(nèi)外3LPE防腐管道普遍采用的節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口涂層結(jié)構(gòu)，但該涂層結(jié)構(gòu)在實(shí)際海底管道節(jié)點(diǎn)應(yīng)用中仍存在一定程度的補(bǔ)口質(zhì)量問(wèn)題：第一，慢固化體系液態(tài)環(huán)氧底漆加熱固化后，快速固化產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力不利于其與鋼基材的長(zhǎng)期附著；第二，熱收縮帶的安裝仍普遍依賴人工火焰噴槍烘烤，施工效率較低，也無(wú)法避免操作人員素質(zhì)差異產(chǎn)生的質(zhì)量不確定性，對(duì)于目前使用最多的具有高軟化點(diǎn)和高剪切力熱熔膠熱收縮帶的施工尤其如此。

為了盡可能降低熱收縮帶補(bǔ)口施工的人為影響，海底管道節(jié)點(diǎn)自動(dòng)行走噴砂除銹機(jī)、節(jié)點(diǎn)鉗式中頻感應(yīng)線圈及熱收縮帶紅外加熱安裝設(shè)備得到了開(kāi)發(fā)和應(yīng)用［11-13］。同時(shí)伴隨著涂敷工藝日益成熟，三層聚烯烴熱收縮涂層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)海底管道補(bǔ)口，其補(bǔ)口質(zhì)量和施工效率有了顯著提高，促進(jìn)了該涂層結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)淺水海域和邊際油田開(kāi)發(fā)中的推廣應(yīng)用。目前，該節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)已在國(guó)內(nèi)錦州9-3、墾利10-1及渤中34-1等項(xiàng)目的3LPE和3LPP海底管道防腐補(bǔ)口中得到了成功的應(yīng)用。

2　聚脲涂層

針對(duì)低溫等惡劣條件下補(bǔ)口材料與3LPE涂層出現(xiàn)難于粘接的問(wèn)題，國(guó)外公司開(kāi)發(fā)出海底管道節(jié)點(diǎn)噴涂聚脲防腐工藝［14-16］。聚脲涂層是通過(guò)異氰酸酯與氨基化合物（端氨基聚醚、胺類擴(kuò)鏈劑）以高壓噴涂形式進(jìn)行快速反應(yīng)而形成的彈性體材料。聚脲涂層具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕性和良好的防水性，同時(shí)聚脲材料也具有較高自催化活性，聚脲噴涂施工對(duì)環(huán)境溫度、濕度影響不敏感，可在低溫條件下快速反應(yīng)成形。在3LPE防腐管道補(bǔ)口施工中，只需對(duì)搭接PE涂層進(jìn)行極化處理（電暈、火焰極化等）即可進(jìn)行噴涂補(bǔ)口，顯著提高了補(bǔ)口質(zhì)量和效率。

盡管聚脲有很好的理化性能，但由于聚脲與鋼基材間的鍵合易受強(qiáng)堿環(huán)境破壞，因此聚脲涂層的抗陰極剝離性能較弱。為提高聚脲涂層的抗陰極剝離性能，聚脲材料的改性研究在國(guó)內(nèi)得到了大量關(guān)注。孫晶［17］等人對(duì)改性聚脲進(jìn)行了大量的研究，通過(guò)調(diào)整聚脲原料配方、配比及添加改性助劑等手段制備出改性聚脲材料，有效地提高了聚脲涂層的耐陰極剝離性能，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)低溫極寒地區(qū)補(bǔ)口的技術(shù)空白。

目前，聚脲涂層已在印度尼西亞能源公司海底輸氣管道節(jié)點(diǎn)防腐中得到了成功的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，隨著節(jié)點(diǎn)聚脲噴涂補(bǔ)口自動(dòng)化設(shè)備的開(kāi)發(fā)，聚脲涂層在蘭銀線3LPE陸地管道節(jié)點(diǎn)防腐中得到了應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)海底管道節(jié)點(diǎn)防腐中聚脲涂層還未見(jiàn)應(yīng)用。噴涂聚脲涂層在3LPE海底管道節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口中展現(xiàn)出了巨大的潛在優(yōu)勢(shì)，其必將成為低溫環(huán)境3LPE海底管道現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口涂層的首選涂層結(jié)構(gòu)。

3“FBE+改性/復(fù)合聚烯烴”涂層結(jié)構(gòu)

隨著深水油氣田的不斷開(kāi)發(fā)，深水管道面臨著更為苛刻的服役環(huán)境，這給管道節(jié)點(diǎn)的腐蝕防護(hù)提出了更高的要求。針對(duì)3LPE/3LPP海底管道節(jié)點(diǎn)防腐特點(diǎn)，國(guó)外公司開(kāi)發(fā)出海底管道現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)FBE噴涂技術(shù)，顯著提高了節(jié)點(diǎn)防腐層與主體管道FBE底涂層的兼容性和一致性，使節(jié)點(diǎn)防腐性能和補(bǔ)口效率得到了極大提高，同時(shí)也促進(jìn)了與節(jié)點(diǎn)FBE底涂層相配套的節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)及涂敷工藝的不斷發(fā)展。

3.1“FBE+改性PE”涂層結(jié)構(gòu)

“FBE+改性PE”涂層是一種與3LPE防腐管相配套的新型節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)底層為噴涂FBE涂層，外層擠塑涂敷化學(xué)改性PE涂層。

PE材料進(jìn)行化學(xué)接枝改性后，材料的化學(xué)極性不但得到了顯著提高，同時(shí)該材料仍保留較高的機(jī)械強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口時(shí)，擠塑的化學(xué)改性PE涂層無(wú)需膠黏劑即可與預(yù)熱后的FBE涂層產(chǎn)生極強(qiáng)的化學(xué)粘接，而且其與預(yù)熱后的主體PE涂層也展現(xiàn)出良好的搭接效果。

因此，“FBE+改性PE”節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了與主體3LPE防腐層較高的一致性和兼容性。Borealis公司和KWH公司已聯(lián)合開(kāi)發(fā)出改性PE涂層材料及與其相配套的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)擠塑涂敷設(shè)備，并在中東水下油氣管道補(bǔ)口中得到了成功應(yīng)用。

3.2“FBE+復(fù)合PP”涂層結(jié)構(gòu)

“FBE+復(fù)合PP”涂層是一種為3LPP海底管道節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口開(kāi)發(fā)的新型節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)，底層噴涂FBE涂層，外層纏繞半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合PP涂層。

半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合PP是由線性聚丙烯和環(huán)氧交聯(lián)單體構(gòu)成的熱固性復(fù)合材料［18-19］，該材料不但具有與PP材料相同的機(jī)械強(qiáng)度，而且可與環(huán)氧類材料產(chǎn)生極高的反應(yīng)活性。復(fù)合PP材料預(yù)制成的帶狀涂層材料經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)涂裝預(yù)熱后，在無(wú)需涂敷膠黏劑的條件下可與預(yù)熱的FBE層實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的化學(xué)粘接，同時(shí)其與預(yù)熱后的主體PP涂層也可實(shí)現(xiàn)良好熔接。因此，“FBE+復(fù)合PP”節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)與3LPP防腐層展現(xiàn)出較高的兼容性。針對(duì)該節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)，3M公司聯(lián)合OJS公司開(kāi)發(fā)出帶有伴熱功能的現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)涂敷設(shè)備，極大地推動(dòng)了該節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)在3LPP海底管道補(bǔ)口施工中的應(yīng)用。

目前，在西歐北海Nuggets深水天然氣項(xiàng)目中，PIH公司已成功將“FBE+復(fù)合PP”節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)應(yīng)用到管徑為12 in（1 in=25.4 mm）3LPP海底管道的防腐補(bǔ)口中。

3.3“FBE+噴涂粉末膠黏劑+火焰噴涂PP”涂層結(jié)構(gòu)

伴隨火焰噴涂塑料工藝及設(shè)備的日趨成熟，噴涂聚烯烴在海底管道防腐補(bǔ)口中的應(yīng)用得到了推廣［20-23］。利用高壓氣流將加熱熔融的聚烯烴顆粒噴射到節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行補(bǔ)口，不但有效改善了聚烯烴涂層與底涂層的附著力，而且明顯提高了補(bǔ)口施工效率。針對(duì)3LPP海底管道現(xiàn)場(chǎng)防腐補(bǔ)口，CCSI、Tecno Supply等國(guó)外管道建設(shè)公司已開(kāi)發(fā)出“FBE+噴涂膠黏劑粉末+火焰噴涂PP”節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)，即底層為FBE，中間層為噴涂PP膠黏劑，外層為火焰噴涂PP涂層。該涂層結(jié)構(gòu)使節(jié)點(diǎn)防腐性能得到極大提高，又實(shí)現(xiàn)了與3LPP涂層的完美兼容。雖然該節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)在海底管道補(bǔ)口中還未得到大量推廣，但隨著噴涂膠黏劑粉末自動(dòng)噴涂機(jī)、大口徑火焰噴涂槍系統(tǒng)等海上現(xiàn)場(chǎng)噴涂補(bǔ)口設(shè)備的不斷研發(fā)，該節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)已在3LPP深水管道補(bǔ)口中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)海底管道節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r的總結(jié)，不難看出，在淺水海域和邊際油田開(kāi)發(fā)中，傳統(tǒng)的三層聚烯烴熱縮節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)得到了較好的發(fā)展應(yīng)用。隨著海洋油氣勘探從淺海走向深海，甚至超深海，傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)防腐涂層已不能滿足深水防腐要求。我國(guó)深水海底管道涂敷技術(shù)與世界先進(jìn)水平間還存在著較大差距，以FBE為底涂層的節(jié)點(diǎn)涂層結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了更為優(yōu)異的防腐性能和良好的現(xiàn)場(chǎng)施工性，采用與主體涂層兼容性更佳的“FBE+改性/復(fù)合聚烯烴”節(jié)點(diǎn)防腐涂層結(jié)構(gòu)將是我國(guó)深水油氣管道補(bǔ)口的發(fā)展方向。

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Review on Development ofField Joint Coating Structure for Offshore Pipelines

ZHAO Li，WU Zhanwen，XIANG Zhengle，JIAZhen，YANG Biao，PENG Chuanwei
CNOOC Energy Technology and Services-Pipe Engineering Co.，Tianjin 300452，China

The current filed joint coating for offshore pipelines which covers the three-layer heat shrinkable coating of polyolefin，spraying polyurea coating and“FBE+modified/composite polyolefin”coating structure as well as the corresponding project application are introduced combined with the technological development of joint coating.The following conclusions are obtained by summarizing and analyzing：In development of the oilfield which is located in shallow waters and marginal region，the three-layer heat shrinkable sleeve of polyolefin with liquid epoxy primer is applied successfully in the field joint coating for offshore pipelines；With the gradual exploring of petroleum and natural gas from shallow water oilfields to deep sea oilfields and ultra-deep water oilfields，a large gap on the technology of field joint coating between overseas professionalpipeline construction companies and domestic pipeline construction companies is stillexisted；“FBE +composite/modified polyolefin”coating structure will be the main field joint coating structure used in domestic deep water fields.

offshore pipeline；field joint；anticorrosion coating；modified/composite polyolefin

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.002

趙利（1982-），男，山西臨汾人，工程師，2006年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦物加工工程專業(yè)，現(xiàn)從事海底管道防腐、保溫及配重技術(shù)研究工作。Email：Zhaoli2@cnooc.com.cn

2015-05-26；

2015-08-10