CN112728283B - 一种防腐管道补口方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：S1.在钢质管道防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；S2.使用补口材料对焊接口进行补口。通过本发明的防腐管道补口方法，防腐辅助层能够与3LPE或3LPP最外层的PE或PP热熔为一个整体，且与不同的补口材料均具有良好的相容性和粘接性，可以有效解决不同补口材料均与3LPE或3LPP最外层的PE或PP难以熔合、易补口失效的缺陷，实现补口材料与3LPE或3LPP长期稳定的粘结，提高防腐管道的使用寿命。

Description

一种防腐管道补口方法
技术领域
本发明涉及油气输送管道外层防腐技术领域，更具体的，涉及一种防腐管道补口方法。
背景技术
油气输送管线中所使用的钢质管道通常长埋于地下，必须考虑其外部防腐性能，以确保管道的使用寿命长。在管道外层涂覆三层聚乙烯防腐层(3LPE)或三层聚丙烯防腐层(3LPP)以制成防腐管道，是管道常用的防腐方式。3LPE或3LPP均为三层结构，其中最外层分别为PE或PP。在防腐管道的管线施工现场，多条防腐管道间需要通过焊接连接，由于焊接会磨掉部分防腐管道端口位置的防腐层，露出钢质管道表层，经焊接完成后，还需要在焊接口位置，对焊接口进行补口。补口方法为将补口材料覆盖并粘接于钢质管道防腐层端部和焊接口处，起到密封和连接的作用，以提升管道防腐效果。补口效果对管线的整体防腐性能具有重大的影响，若现场补口效果不好，会导致焊接口附近产生严重腐蚀，使埋地管道的使用寿命缩短，甚至造成泄漏等严重后果。
现有防腐管道主要采用热缩套(带)、聚烯烃材料、液体环氧或聚氨酯、聚脲等补口材料进行补口。这种补口方式虽然操作简单，但由于补口材料的基体树脂与3LPE或3LPP防腐层最外层的PE或PP相容性不好，或极性、黏度、熔点相差太大，难以实现牢固粘接，补口失效的问题频繁发生。
例如，当使用热缩套(带)作为补口材料时，虽然补口的操作简单、施工高效，但是热缩套(带)所用的热熔胶极性强、熔点低、分子量低，与PE或PP相容性不好，且交联聚乙烯基材受热时弹性收缩力不大，对热熔胶施加的压力有限，热熔胶与防腐层之间无法形成可靠粘接，埋地后容易发生脱粘现象，导致补口失效。当使用聚烯烃材料作为补口材料时，基体树脂为聚烯烃，虽然聚烯烃与PE或PP极性相似，具有良好相容性，但补口材料与PE或PP层无法实现真正熔合，在温度下降时易出现重结晶、相分离，导致补口失效。
因此，需要开发出一种防腐管道补口方法，使得补口材料能与管道防腐层牢固粘接。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的3LPE或3LPP与补口材料难以牢固粘接的缺陷，提供一种防腐管道补口方法，该防腐管道补口方法可以实现补口材料与3LPE或3LPP长期稳定的粘结，提高防腐管道的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用补口材料对焊接口进行补口。
发明人研究发现，通过在钢质管道防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层，再使用常规的补口材料进行补口，将补口材料覆盖并粘接于带有防腐辅助层的钢质管道防腐层端部和焊接口处，可以有效解决不同补口材料与3LPE或3LPP最外层的PE或PP难以熔合、易补口失效的缺陷。
所述防腐辅助层的原料包括第一组分和第二组分；
所述第一组分为与钢质管道防腐层表层基体树脂相同的树脂，
所述第二组分为能与补口材料反应形成化学键的材料，或与补口材料的基体树脂相同的树脂。
优选地，所述第一组分为PE或PP。
目前钢质管道常用的防腐方式为在管道外层设有3LPE或3LPP防腐层，3LPE或3LPP均为三层结构，其中表层基体树脂分别为PE或PP。因此第一组分为PE或PP，可与3LPE或3LPP防腐层的表层热熔为一体。
优选地，所述第二组分为EVA、含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物、聚烯烃弹性体、热塑性聚氨酯弹性体和/或热塑性聚酰胺弹性体中的一种。
根据不同的补口材料选择合适的第二组分，在管线施工过程中，防腐辅助层也能与补口材料热熔为整体。
通过本发明的技术方案，防腐辅助层与3LPE或3LPP表层的PE或PP热熔为一个整体，无法通过剥离方式整体分开；防腐辅助层与补口材料相容性极佳，或可通过反应形成化学键，从而牢固粘接补口材料，从根本上解决了3LPE或3LPP与补口材料粘接差的问题。
优选地，所述第一组分与第二组分的重量比为(1∶2)～(2∶1)。
第一组分与第二组分的重量在此范围内时，防腐辅助层对3LPE或3LPP及补口材料的粘接效果更优。
当补口材料为热收缩套(带)时，所述第二组分优选为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。
热收缩套(带)的基体树脂为EVA，当补口材料为热收缩套(带)时，选择第二组分为EVA。防腐辅助层中的EVA与热收缩套(带)的基体树脂属于同种材料，完全相容，能够形成可靠粘接。
优选地，所述EVA中VA含量为18～28％。
当补口材料为液体环氧时，补口材料的基体树脂为环氧树脂，所述第二组分优选为含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物。
所述含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物中的酸酐、环氧、羟基或羧酸基团，可以与环氧树脂生成化学键，从而形成牢固粘接；含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物中的烯烃组分，促进了其与PE或PP的相容性，使防腐辅助层与液体环氧有效相容。
可选的，所述含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物可以是：
聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PE-GMA)、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐共聚物(POE-MAH)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)。
当补口材料为聚烯烃时，所述第二组分优选为聚烯烃弹性体。
聚烯烃弹性体与聚烯烃具有相似的相容性、相同的官能团，可有效相容，且形成化学键使得防腐辅助层与补口材料牢固粘接。
优选地，所述聚烯烃弹性体为乙烯基弹性体或丙烯基弹性体。
可选的，所述聚烯烃弹性体为乙烯-丙烯弹性体、乙烯-己烯弹性体、乙烯-辛烯弹性体、丙烯-乙烯弹性体。
当补口材料为聚氨酯或聚脲时，所述第二组分优选为热塑性聚氨酯弹性体和/或热塑性聚酰胺弹性体。
热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体中的活泼H可以与异氰酸酯(固化形成聚氨酯或聚脲的主要成分)发生反应，生成化学键，从而使得防腐辅助层与聚氨酯或聚脲牢固粘接。
优选地，所述PE为LDPE、LLDPE、MDPE中的一种或几种；所述PP为均聚PP、嵌段共聚PP、无规共聚PP中的一种或几种。
优选地，所述防腐辅助层的原料还可以包括相容剂。
相容剂的加入能够提高第一组分与第二组分的相容性，从而显著提高本发明防腐管道补口方法的补口、防腐效果。
优选地，所述相容剂为聚烯烃中常用的相容剂。
可选的，所述相容剂为聚烯烃弹性体或含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物。
优选地，所述防腐辅助层还可以包括抗氧剂、抗紫外剂、颜料、润滑剂。
可选的，所述抗氧剂可以为1010、168。
可选的，所述抗紫外剂可以为531、944、770。
可选的，所述颜料可以为炭黑、钛白粉。
可选的，所述润滑剂可以为硬脂酸钙、石蜡、白油。
所述防腐辅助层的宽度≥50mm，厚度≥0.1mm。
防腐辅助层的宽度与厚度是影响补口粘结防腐效果的重要因素。经过大量实验，发明人发现，若是防腐辅助层的宽度小于50mm，在补口过程中会出现残留气泡连接成通道的可能性，易导致补口质量差、补口材料分离脱落；若是防腐辅助层的厚度小于0.1mm，则防腐辅助层与PE、PP和补口材料的热熔层太薄，密封粘接效果不稳定。
优选地，所述防腐辅助层的宽度为50～600mm，厚度为0.1～2.0mm。
在一定程度上，随着防腐辅助层的宽度增加、厚度增加，可以使得防腐辅助层与PE或PP粘接更牢固，从而管道防腐效果更好。但当防腐辅助层的宽度超过600mm或厚度超过2.0mm，现有生产线需要加长，经济性变差，但防腐效果不会有更明显的提升。
优选地，所述防腐辅助层的设置方法包括如下步骤：
将防腐辅助层的原料各组分混合后，涂覆于钢质管道防腐层表层的端口处，通过热合熔融、胶辊固定，得到防腐辅助层。
优选地，所述涂覆的方式为：
防腐辅助层原料各组分混合后，磨成粉末状，均匀喷涂在钢质管道防腐层表层的端部；
或防腐辅助层原料各组分混合后，磨成粉末状，置于管道下部沸腾床后均匀涂布于钢质管道防腐层表层的端部；
或防腐辅助层原料各组分混合后，通过塑料吹膜机吹塑成薄膜，均匀缠绕于钢质管道防腐层表层的端部；
或防腐辅助层原料各组分混合后，侧向挤出缠绕于钢质管道防腐层表层的端部。
优选地，所述热合熔融的温度为200～240℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发出了一种防腐管道补口方法，通过在钢质管道防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；再使用补口材料对焊接口进行补口。防腐辅助层能够与3LPE或3LPP最外层的PE或PP热熔为一个整体，且与不同的补口材料均具有良好的相容性和粘接性，可以有效解决不同补口材料均与3LPE或3LPP最外层的PE或PP难以熔合、易补口失效的缺陷，实现补口材料与3LPE或3LPP长期稳定的粘结，提高防腐管道的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1的设置有防腐辅助层的防腐钢管横截面结构示意图。
图2为实施例1的设置有防腐辅助层的防腐钢管俯视结构示意图。
图中：1为钢质管道；2为3LPE防腐层；3为防腐辅助层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到：
Figure BDA0002870361000000051
Figure BDA0002870361000000061
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1～22
实施例1～22提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用补口材料对焊接口进行补口；
实施例1～4、实施例22的补口材料为热收缩套，实施例5～10的补口材料为液体环氧，实施例11～14的补口材料为聚烯烃，实施例15～21的补口材料为聚氨酯；其中防腐辅助层的原料各组分含量如表1所示。
表1实施例1～22的防腐辅助层的原料组分含量(重量份)
Figure BDA0002870361000000062
Figure BDA0002870361000000063
Figure BDA0002870361000000071
实施例1～3、5～10、12～13、15～21中钢质管道防腐层为3LPE防腐层，防腐辅助层的设置方法包括如下步骤：
将防腐辅助层原料各组分混合后，通过磨粉机磨成粉末状，均匀喷涂在3LPE防腐层表层的端部，通过200～240℃热合熔融、胶辊压实，得到防腐辅助层；
防腐辅助层的宽度为600mm，厚度为2mm。
实施例4、11、14、22中钢质管道防腐层为3LPP防腐层，防腐辅助层的设置方法包括如下步骤：
将防腐辅助层原料各组分混合后，通过磨粉机磨成粉末状，均匀喷涂在3LPP防腐层表层的端部，通过200～240℃热合熔融、胶辊压实，得到防腐辅助层；
防腐辅助层的宽度为600mm，厚度为2mm。
实施例1的设置有防腐辅助层的防腐钢管横截面结构示意图如图1所示，俯视结构示意图如图2所示；图中1为钢质管道，2为3LPE防腐层，3为防腐辅助层。
3LPE防腐层涂覆于钢质管道外层，防腐辅助层设置于3LPE防腐层表层的端部，宽度为600mm，厚度为2mm。
实施例23
实施例23提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法为：
将防腐辅助层原料各组分混合后，通过磨粉机磨成粉末状，置于管道下部沸腾床后均匀涂布于钢质管道防腐层表层的端部；通过200～240℃热合熔融、胶辊压实，得到防腐辅助层；
防腐辅助层的宽度为600mm，厚度为2mm。
实施例24
实施例24提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法为：
将防腐辅助层原料各组分混合后，通过塑料吹膜机吹塑成薄膜，均匀缠绕于钢质管道防腐层表层的端部，通过200～240℃热合熔融、胶辊压实，得到防腐辅助层；
防腐辅助层的宽度为600mm，厚度为2mm。
实施例25
实施例25提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法为：
将防腐辅助层原料各组分混合后，侧向挤出缠绕于3LPE防腐层表层的端部，通过200～240℃热合熔融、胶辊压实，得到防腐辅助层；
防腐辅助层的宽度为600mm，厚度为2mm。
实施例26
实施例26提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法与实施例1的区别在于：防腐辅助层的宽度为400mm，厚度为1.3mm。
实施例27
实施例27提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法与实施例1的区别在于：防腐辅助层的宽度为180mm，厚度为0.6mm。
实施例28
实施例28提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法与实施例1的区别在于：防腐辅助层的宽度为50mm，厚度为0.1mm。
实施例29
实施例29提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料由如下重量份的组分组成：PP 30份，EVA 60份，丙烯-乙烯弹性体30份，抗氧剂1010 0.5份，炭黑3份，硬脂酸钙0.3份。
实施例29防腐辅助层的设置方法与实施例1相同。
对比例1
对比例1提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法与实施例1的区别在于：防腐辅助层的宽度为30mm，厚度为2mm。
对比例2
对比例2提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料各组分含量与实施例1相同；
防腐辅助层的设置方法与实施例1的区别在于：防腐辅助层的宽度为600mm，厚度为0.05mm。
对比例3
对比例3提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料由如下重量份的组分组成：EVA 60份，乙烯-辛烯弹性体30份。
对比例3防腐辅助层的设置方法与实施例1相同。
对比例4
对比例4提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.在钢质管道3LPE防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用热收缩套补口材料对焊接口进行补口；
其中防腐辅助层的原料由如下重量份的组分组成：PE 60份，乙烯-辛烯弹性体30份。
对比例4的防腐辅助层的设置方法与实施例1相同。
对比例5
对比例5提供一种防腐管道补口方法，包括如下步骤：
S1.使用热收缩套补口材料对钢质管道3LPE防腐层表层的焊接口进行补口。
性能测试
对上述实施例及对比例的补口效果进行性能测试。
补口材料为热收缩套或聚烯烃时，对钢质管道防腐层与防腐辅助层间的剥离强度、防腐辅助层与补口材料间的剥离强度，进行检测，单位为N/cm；剥离强度的测试方法按照GB/T 23257-2017标准，检测温度为常温。
补口材料为液体环氧或聚氨酯或聚脲时，对钢质管道防腐层与防腐辅助层间的剥离强度进行检测，单位为N/cm；剥离强度的测试方法按照GB/T 23257-2017，检测温度为常温；对防腐辅助层与补口材料之间的附着强度进行测试，单位为MPa，测试方法按照ASTMD4541，检测仪器为Elcometer106拉拔试验机，检测温度为常温。
实施例1～29的测试结果见表2，对比例1～5的测试结果见表3。
表2实施例1～29的测试结果
Figure BDA0002870361000000111
由实施例1～29的测试结果，不论是钢质管道3LPE防腐层还是3LPP防腐层，对于不同的补口材料如热收缩套、液体环氧、聚烯烃或聚氨酯，使用本发明的防腐管道补口方法，钢质管道防腐层与防腐辅助层间、防腐辅助层与补口材料间均牢固粘接，防腐辅助层能够与3LPE或3LPP最外层的PE或PP热熔为一个整体，且与不同的补口材料均具有良好的相容性和粘接性。
根据实施例1、实施例23～25，使用不同的涂覆方式，本发明的防腐辅助层均能与钢质管道防腐层、补口材料形成牢固粘接，可有效改善补口效果、防腐效果。
根据实施例26～29可以看出，防腐辅助层的宽度和厚度，对防腐辅助层的粘接性由较大影响。防腐辅助层的宽度越大，厚度越大，则粘接越牢固，剥离强度或附着强度越高。防腐辅助层的宽度为50mm，厚度为0.1mm时，钢质管道防腐层与防腐辅助层间的剥离强度＞200N/cm，防腐辅助层与补口材料间的剥离强度＞200，防腐辅助层与补口材料间的剥离强度为100～150N/cm，已达到牢固粘接的效果。防腐辅助层的宽度优选为50～600mm，厚度优选为0.1～2mm。
表3对比例1～5的测试结果
Figure BDA0002870361000000121
对比例1中，防腐辅助层的宽度过窄，仅为30mm；对比例2中防腐辅助层的厚度过小，为0.05mm；对比例1～2的钢质管道防腐层与防腐辅助层间的剥离强度均较低，无法满足牢固粘接的要求。
对比例3防腐辅助层的原料不含第一组分，对比例4防腐辅助层的原料不含第二组分，防腐辅助层无法与钢制管道防腐层和补口材料同时达到较高的剥离强度，即易有补口失效的风险。
对比例5使用常规的补口方法，未设置防腐辅助层，直接使用补口材料对钢制管道3LPE防腐层进行补口。钢质管道防腐层与补口材料间的剥离强度过低，仅为70～100N/cm，补口材料极易脱落，使得补口失效，影响管道防腐效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防腐管道补口方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在钢质管道防腐层表层的端部沿轴向设置防腐辅助层；
S2.使用补口材料对焊接口进行补口；
所述防腐辅助层的原料包括第一组分和第二组分；
所述第一组分为与钢质管道防腐层表层基体树脂相同的树脂，
所述第二组分为能与补口材料反应形成化学键的材料，或与补口材料的基体树脂相同的树脂；
当补口材料为液体环氧时，补口材料的基体树脂为环氧树脂，所述第二组分为含有酸酐、环氧、羟基或羧酸基团单体-烯烃共聚物；
当补口材料为聚氨酯或聚脲时，所述第二组分为热塑性聚氨酯弹性体和/或热塑性聚酰胺弹性体；
所述防腐辅助层的宽度≥50mm，厚度≥0.1mm；
所述防腐辅助层的设置方法包括如下步骤：将防腐辅助层的原料各组分混合后，涂覆于钢质管道防腐层表层的端口处，通过热合熔融、胶辊固定，得到防腐辅助层。
2.根据权利要求1所述补口方法，其特征在于，所述第一组分为PE或PP。
3.根据权利要求1所述补口方法，其特征在于，所述第一组分与第二组分的重量比为(1∶2)～(2∶1)。
4.根据权利要求1所述补口方法，其特征在于，所述防腐辅助层的原料还包括相容剂。
5.根据权利要求1所述补口方法，其特征在于，所述防腐辅助层的宽度为50～600mm，厚度为0.1～2.0mm。
6.根据权利要求1所述补口方法，其特征在于，所述涂覆的方式为：
防腐辅助层原料各组分混合后磨成粉末状，均匀喷涂在钢质管道防腐层表层的端部；
或防腐辅助层原料各组分混合后磨成粉末状，置于管道沸腾床后均匀涂布于钢质管道防腐层表层的端部；
或防腐辅助层原料各组分混合后吹塑成薄膜，均匀缠绕于钢质管道防腐层表层的端部；
或防腐辅助层原料各组分混合后，侧向挤出缠绕于钢质管道防腐层表层的端部。
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