宋喆马蓉疑现赌场:管道防腐层的剥离

管道防腐层的剥离

2010-11-02 19:18:04| 分类： 默认分类 | 标签： |字号大中小 订阅

3LPO管道防腐层的剥离
Disbondments of 3LPO Pipeline Coatings
摘要
本文列举了最近十几年运行中的国外油气管道上3LPE和3LPP防腐层剥离的案例，介绍了国外在此方面的分析研究结果和今后的研究动向。
关键词：3LPE，3LPP，防腐层剥离，原因分析
Abstract: The paper describes several failure cases of disbondments of 3LPE and 3LPP found on existing abroad oil and gas pipelines. Also it introduces the analysis result of the disbondment and the trend of future work in the world.

Key words: 3LPE, 3LPP, coating disbondment, cause analysis

一、引言
3LPO是英文three layer polyolefin的缩写，表示三层聚烯烃防腐层体系。常用的是3LPE（three layer polyethylene）三层聚乙烯防腐层体系和3LPP（three layer polypropylene）三层聚丙烯防腐层体系。实质上，3LPO由三层组成：熔结环氧粉末（FBE）底漆、共聚物粘接剂中间层和聚乙烯或者聚丙烯外防护层。

图1 三层聚烯烃管道防腐层的结构
从上世纪八十年代初，曼内斯曼公司（Mannesmann）用熔结环氧粉末（FBE）底漆取代以往采用的双组分环氧涂料，开发成功享有专利权的三层聚乙烯管道防腐层体系。
3LPO管道防腐层体系有优越的机械性能、耐高温（3LPP防腐层最高使用温度110℃），并有良好的补口配套方案，所以在世界各地得到了广泛采用，尤其在欧洲、亚洲、中东、南美洲。近年实施的大型的3LPO管道防腐工程有：
阿尔及利亚到西班牙2000 km的48英寸天然气管道
巴库-第比利斯-赛汗1700 km的36英寸输油管道
乍得-喀麦隆1070 km的30英寸输油管道
三层聚烯烃（3LPO）主宰了世界管道防腐层市场，在世界大部分地区，
3LPO防腐层占新建管道防腐层用量的65%至90%。非洲和中东略少一点，用量占45%至50%。而在美国、加拿大和英国，三层聚烯烃（3LPO）防腐层只占新建管道防腐层用量的15%。在这些地区，熔结环氧粉末（FBE）的用量比较大。还有些地区仍然在使用沥青和煤焦油瓷漆，用量占5%至20%。
2001年第14届国际管道防护会议上，J. J. W. Cox报告了各国新建管道
中3LPO防腐层体系所占百分比：
中欧 90%；斯堪的纳维亚 85%；土耳其 85%；巴基斯坦 85%；
日本 85%；东欧 80%；波兰 80%；希腊 80%；埃及 80%；
阿根廷 80%；以色列 75%；哥伦比亚 75%；伊朗 75%；巴西 75%；北非70%；阿拉伯联合酋长国 70%；
印度 55%；马来西亚 55%； 俄罗斯 55%；委内瑞拉 50%；
伊拉克 40%；中国 40%；印度尼西亚 40%；墨西哥 35%；
沙特阿拉伯 35%；南非 30%；
智利 25%；泰国 20%；英国 20%；澳大利亚 15%；
美国 5%；加拿大 5%；新西兰 0%
然而，近年来，人们在已建的3LPE和3LPP管道上，发现不同程度的
防腐层剥离问题，包括输气管道和输油管道，既有运行温度比较高的管道，也有温度比较低的管道。报告的案例发生在阿布扎比、加蓬、叙利亚、印度、巴基斯坦、挪威、法国、印度尼西亚等。

二、案例之一：阿布扎比陆上集气管道
2.1 概况
阿布扎比陆上采油公司陆上集气管道本体部分是1998年工厂预制的挤出成型的非化学改性的聚丙烯。现场焊接补口部分是1999年采用化学改性的聚丙烯，用火焰喷涂技术在现场完成的。
这些沙漠地区的集气管道设计最高运行温度为85℃。管道安装期间，已经用牺牲阳极作为临时阴极保护措施。管道安装完成后，该管道就用外加电流系统实施了阴极保护。
2.2 检测结果
管道开挖后，防腐层外观没有出现任何溶胀或者外部损坏，防腐层总体状况良好。外层聚丙烯防护层维持原有状态和原有的白色，但是，熔结环氧粉末（FBE）底漆已经由原来的黄色变为黄褐色。
但是，剥离问题太严重了，以至有七处可以轻易地将3LPP防腐层从管道本体上完整地揭下来。
剥离问题几乎都发生在熔结环氧粉末（FBE）底漆与钢管表面之间的界面上，而熔结环氧粉末与粘接剂层之间以及粘接剂层与聚丙烯外防护层之间依然保持完好黏结。
切开管道防腐层，发现外露的钢管表面处于良好的状态，没有发现任何腐蚀产物或者铁锈。

图2 完全剥离的3LPP防腐层
2.3 剥离原因
为了查明3LPP防腐层剥离的原因，在此管道上采集的3LPP管道防腐层样品在德国一家专业研究机构进行了系列试验。
2.3.1热影响
调查研究了熔结环氧粉末（FBE）底漆的热影响，在实验室电炉里使样品处于与工厂预制3LPP防腐层时采用的相同温度条件下。发现在140℃的温度下16小时后，熔结环氧粉末（FBE）底漆变成带褐色的颜色。在低一点温度下但更长的时间后也会产生相同的结果。
2.3.2机械性能
机械性能试验结果表明3LPP防腐层体系与单层PP的材料性能差别非常大。
虽然发现单层PP材料（除去粘接剂和FBE底漆）的断裂张力应变值介于69%与367%之间，但是，发现完整的防腐层体系的断裂张力应变值却介于2.5%与6.6%之间。完整的防腐层体系的屈服应变值介于2.1%与4.8%之间。
某些拉伸试验结果表明它们不符合聚丙烯的典型值，也不符合原始涂料技术标准中的规定值。例如，在某样品上获得的断裂拉伸应变值为69%，而技术标准规定新的聚丙烯原料的断裂拉伸应变值为400%。在聚丙烯上的拉伸试验结果是材料变脆的征兆，可能是温度影响的。
对于标准聚丙烯材料，没有进行化学改性来提高材料的耐温性，在110℃的恒定操作温度下，它的正常使用寿命大约为四年。
2.3.3 弯曲试验
为查明3LPP防腐层体系的特性，进行了额外的弯曲试验。
当3LPP样品从里侧熔结环氧粉末（FBE）底漆层向聚丙烯外防护层弯曲时，它们在直径15 mm的心轴上能够承受弯曲180°而没有出现任何破裂。与此相反，当相同防腐层的样品从聚丙烯外防护层向里侧熔结环氧粉末（FBE）底漆层弯曲时，不到30°的弯曲角度，它们就破裂了，显示脆性结构断裂。
仅仅在聚丙烯层上（除去粘接剂和FBE底漆）进行相同的弯曲试验，结果表明两面（里侧和外侧）都可以弯曲180°而没有发生任何破裂。
弯曲试验和拉伸试验结果表明聚丙烯防腐层可能会受到影响，但是，即使机械性能（伸长率和屈服值）严重减退时，它的机械性能也不显示出脆性。
当聚丙烯层和其他两层，即熔结环氧粉末（FBE）底漆和粘接剂层，结合在一起进行试验时，防腐层的机械性能（断裂拉伸应变值）从300%减少到大约5%，并且导致材料变脆。
实验室结果表明，熔结环氧粉末（FBE）底漆改变了其原有特性，变成性质更硬的材料状态。认为这样的变化是操作温度的热影响造成的。
2.4 事故的可能原因
认为以下是造成防腐层剥离的可能原因：
2.4.1 阴极保护的干扰（阴极剥离）
现场开挖时发现大段管道表面上发生防腐层剥离问题。在所有令人关注的防腐层剥离事例中，没有发现防腐层有任何外部损坏现象。也没有观察到其他可能引起阴极剥离的迹象，如存在氧化物、气泡、局部变色、银色晕状物等。这些管道的设计电流密度极低（0.01 mA/m2），并且，此防腐层体系是能够耐受阴极剥离的。因此，这样的防腐层剥离现象好像不是阴极剥离即阴极保护的干扰造成的。
2.4.2 钢管表面预处理
证明防腐层失效问题的一个最困难和争议最多的原因是原始表面的预处理，特别是防腐层已经使用相当长的时间的情况下。无论如何，一个不争的事实是大多数防腐层失效问题是因为表面预处理不当造成的。在此事例中，无法确认钢管表面预处理时用的铬酸盐处理液的浓度和水漂洗温度是否符合技术标准的要求。
我们测量了钢管表面粗糙度，这是符合技术标准要求的（50-75微米）。
在防腐层剥离的样品里侧也测量出相同的表面粗糙度。
2.4.3 钢管表面被其他异物污染
认为钢管表面被异物污染的猜测是不可能发生的，因为在工厂预制防
腐层是在严格的质量控制下完成的。工厂预制防腐层与现场补口的检验和试验纪录表明对钢管表面进行了氯化物污染的试验。此外，还检查了钢管表面的清洁度，没有灰尘、砂粒和油脂等，所有各项指标完全符合技术标准的要求。预期可能有异物，特别是砂粒的部位是现场补口，因为是在沙漠中现场完成补口作业的。有意思的是，现场补口没有发现防腐层剥离现象。
2.4.4 防腐层涂敷期间造成三层聚丙烯防腐层原始状态的不足
有可能熔结环氧粉末（FBE）没有充分流淌布满整个钢管表面的锚纹（例如，因为施工温度偏低）。可能熔结环氧粉末（FBE）有许多还没有充分固化，其也支持施工中观察到的熔融粉末流淌不良问题。但是，对某些回收的熔结环氧粉末（FBE）进行的玻璃化温度（ΔTg）试验也没有发现固化不足的问题，甚至原先可能确实有这样的问题，但是因为管道已经在80-90℃的温度下长期运行2-3年了。
另一可能是熔结环氧粉末（FBE）起泡，因为起泡会降低附着力。这
可能是钢管防腐层涂敷时加热温度过高造成的。同样，很难确认因为涂敷以后已经过了很长时间了。
2.4.5 管道热伸长引起的机械应力
我们无法得出结论认为防腐层的剥离是因为使用过程中管道伸长产生的机械应力所造成的。也没有发现有关这样的防腐层体系的热伸长系数可以参考的文献。
合理的假设是防腐层体系能够适应正常的钢管伸长，并且，异常的伸长产生某些防腐层损坏也是可能的。后来进行了直流电压梯度（DCVG）调查，结果表明没有发生这样的防腐层损坏。
2.4.6 超过原先规定的管道操作温度。
分析了两个月（2004年7月和8月）里管道的最高日操作温度。
在这两个月里，平均操作温度比设计操作温度（85℃）高出10℃至14℃，比熔结环氧粉末（FBE）底漆的玻璃化温度（Tg）（按照其技术数据表此玻璃化温度应为90℃）高出5℃至9℃。
至于单一温度值的情况，考虑到连接此条管道的五口气井（井A至井E）的具体状况，温度对防腐层的热影响更明显了。
井A有四天时间的最高操作温度为103℃，比在此采用的熔结环氧粉末（FBE）底漆的玻璃化温度高出13℃。井B的平均温度为92℃，但是在2004年8月份有五天时间的操作温度达到97℃。井C的平均温度为93℃，但是在2004年7月份有八天时间的操作温度达到97℃。井D的平均温度为93℃，但是在2004年7月份有十天时间的操作温度达到97℃。井E的平均温度为95℃，但是在2004年7月份有十二天时间的操作温度达到或者超过100℃。
在这样的温度下，按照德国标准DIN 30678（表3），这样的防腐层已经达到或者接近达到其使用寿命的终点了。
剥离的防腐层样品的里侧没有出现原有的黄色，而是不同的颜色，从浅黄褐色到褐色。熔结环氧粉末（FBE）底漆颜色的变化极有可能与操作温度有关。
根据两个月的温度数据，可以推断，在最初使用的四年时间里，熔结环氧粉末（FBE）底漆可能已经从钢管表面发生剥离了。防腐层剥离的时间早晚取决于输气管道的操作温度，并且不同的输气管道在不同时期受到的影响肯定是不同的。
2.4.7 结论
当然，所讨论过的某个或多个原因是可能的，即阴极保护的干扰（阴极剥离）、钢管表面预处理、钢管表面受到异物的污染、管道受热伸长而产生的机械应力等，三层聚丙烯防腐层的原始状况也构成失效施工的一部分。但是，根据获得的数据和实验室试验结果，可以合理地认为操作温度是防腐层剥离的原因之一。操作温度对熔结环氧粉末（FBE）底漆的影响最大，使它的机械性能减退，致使防腐层不再附着在钢管表面上。

三、案例之二：阿布扎比12英寸注气管道
3.1 概况
这些管道是1994年至1996年铺设的，全长400 km。 采用的现场补口体系是熔结环氧粉末底漆和化学改性的3LPP共挤的补口片，用塑料焊接技术固定在管道补口部位。在施工期间采用了牺牲阳极临时性阴极保护措施，管道施工完成后，两条管道都实施了外加电流阴极保护。表1列出了这两条管道的基本数据。
表1 两条管道的基本数据

项目

管道A（注气管道）

管道B（集气管道）

管径，英寸

12

10

管道长度，km

16

9.7

建设年代

1995

1995

防腐层体系

3LPP

3LPP

防腐层厚度，mm

3

3

现场补口防腐材料

共挤型聚丙烯片

共挤型聚丙烯片

管道上方覆盖土层最大厚度，m

3

3

土壤条件

盐碱低洼海滩-水分充分

盐碱低洼海滩-水分充分

所在地的土壤pH值

6.5

6.5

所在地的土壤电阻率，欧姆?厘米

1100 – 1250

1100 – 1250

最高操作温度，℃

< 75℃

< 95℃

所在地的开路电位，-mV

1150 – 1400

1050 – 1300

电流消耗，DCA

< 0.2

< 0.2

在开挖12英寸注气管道对异常情况进行查验时，发现外露管道的3LPP防腐层已经发生了严重的龟裂和撕扯，主要发生在补口部位。在同一管沟里的另一条外露的10英寸集气管道也有类似的防腐层缺陷，而且防腐层明显变色。看来这是个普遍存在的问题，因为几乎每处开挖地点都有相同的发现。
3.2 注气管道A
检查发现防腐层的缺陷可以分为两种类型，虽然两者具有类似的特征。第一类是在补口以及补口附近发生的开裂和撕扯（图3）。在现场补口部位，开裂沿着塑料焊接的焊缝发生一直露出熔结环氧粉末（FBE）底漆。现场补口附近发生的撕扯/剪切一直延续到工厂预制防腐层，并且与环周方向的塑料焊接焊缝是平行的（图4）。

图3 在3LPP现场补口沿着塑料焊接的焊缝开裂露出熔接环氧粉末底漆

图4 沿着管道本体3LPP防腐层的开裂和撕扯
观察到第二类缺陷是在阴极保护电缆与钢管点焊的部位。这造成在电缆接点两侧大约2英尺距离上沿着管道防腐层严重开裂（图5）。在观察到开裂的部位，检测出两种防腐层剥离类型：聚丙烯防护层与熔结环氧粉末底漆之间的剥离以及熔结环氧粉末底漆与钢管表面之间的剥离（图6）。

图5 在阴极保护电缆点焊处及附近管道本体3LPP防腐层的开裂和剥离

图6 容易清除的PP/粘接剂层和FBE层并分别露出FBE和钢管表面
由于有效实施了阴极保护，在防腐层缺陷部位没有发现外腐蚀。
在完好的防腐层部位进行了撕剥试验，结果表明分别在450磅/平方英寸和3200磅/平方英寸时，才分别发生粘接剂与聚丙烯层及熔结环氧粉末（FBE）底漆的拉脱剥离。
3.3 集气管道B
观察到现场补口防腐层开裂和撕扯，并且延伸到工厂预制防腐层，防腐层从原先的白色变为灰褐色（图7）。现场补口的防腐层开裂和分离是沿着轴向和环周方向发生的。在某些补口，开裂是沿着环周方向焊缝和纵向焊缝发生的。

图7 集气管道3LPP现场补口防腐层的环周方向和纵向开裂
3.4可能的原因
从这些确凿的事例可以得出结论，所报告的剥离事故可能与发生部位受到的热影响有关，因为施工期间补口部位进行塑料焊接而使之受到过高的热影响。也可能是输气管道温度反常而加剧了这样的热影响。
集气管道防腐层变色可以解释为聚丙烯防腐层的退化。
造成温度变化的一个外部原因可能是与管道有关的地下水位的变化。假如在某些地方的地下水位很高或者发生波动，那么会使管道受到冷热交替变化的影响。

四、案例之三：加蓬18英寸输油管道
4.1 概况
加蓬Rabi油田到Cap Lopez装船码头的234 km长18英寸输油管道，从 1988年至1994年分三期铺设。管道最低进口温度60℃，有加热伴管防止管道内原油结蜡。起始15 km管道是全线运行温度最高的管段（运行温度> 55℃），已经埋地运行了15年。土壤为压实的砂土，pH值5.4。
管道采用3LPE低密度聚乙烯防腐层体系，最高适用温度70℃。熔结环氧粉末底漆厚度70微米。现场补口用热熔型粘接剂的热缩套。钢管表面预处理采用钢丝刷清理，达到St 3级清洁度。涂敷快速固化型液体环氧底漆（标称最高操作温度80℃）。
该输油管道3LPE防腐层是低密度聚乙烯，部分采用侧向挤出成型工艺（聚乙烯黏接剂也是挤出的），部分采用纵向挤出成型工艺（聚乙烯黏接剂以粉末状喷涂）。其符合道达尔公司要求最薄70微米厚度的熔结环氧粉末（FBE）的技术规程。
4.2 检测结果
2004年1月用MFL智能清管器对整个管道系统进行了检测，发现异常信号13600个，绝大部分集中在起始15 km温度最高的管段。其中，12494处壁厚小于20%，1168处壁厚小于20-40%，11处壁厚大于40%。所有信号都是外腐蚀造成的，现场开挖证实了清管器的检测结果。
钢管表面热缩套发生大面积剥离，在热缩套与工厂预制3LPE防腐层搭接部位也发生剥离（图8）。

图8 热缩套与聚乙烯层剥离（左）；热缩套与钢管表面剥离（右）
剥离使水能够渗透到钢管表面，最终由于“阴极保护屏蔽效应”而使钢管发生腐蚀（图9）。现场开挖表明热缩套粘接剂已熔融但与聚乙烯层没有粘结。

图9 热缩套剥离造成阴极保护屏蔽效应，使周向焊缝部位发生腐蚀
在此管道的进一步开挖已经揭示了在较低操作温度（低到35℃）的管段，热缩套与钢管表面的残余附着力实际上已经荡然无存，但是并没有发生明显的腐蚀。
自2004年起通过开挖已经观察到加蓬这条运行10至15年的管道3LPE防腐层的熔结环氧粉末底漆与钢管之间发生大面积剥离（图10）。

图10 加蓬18英寸输油管道3LPE防腐层剥离
如果管道处于潮湿环境而管道运行温度大约为50-60℃时，这些3LPE防腐层剥离问题往往最为明显。
从外观看，工厂预制的3LPE防腐层总的来说是完好的，但是，在温度最高的管段开挖并用工具切割后，发现熔结环氧粉末（FBE）底漆与钢管之间已经完全剥离。除了在钢管表面存在四氧化三铁锈层外，钢管上没有明显的腐蚀（图11）。

图11 剥离的3LPE防腐层下钢管表面没有腐蚀
开挖证实了用在线检测技术（ILI）检测出的少数管段发生的一些轻微腐蚀。在此事例中，发现聚乙烯防腐层发生纵向开裂，并且，在3点钟和9点钟位置裂开了（图12）。对这些位置所取的聚乙烯样品进行的测量结果表明发生重要的热老化（如红外光谱所示，失去断裂伸长率，增加了黏度和肖氏D硬度）。

图12 剥离的3LPE防腐层的开裂
除了以前文献的报告外，还注意到在温度只有35℃的情况下也发生防腐层剥离问题。与在较高温度下发现的情况相比较，环氧底漆更容易肉眼看见，没有发现生成任何四氧化三铁锈层。并且，已经证实这种剥离问题发生在两个不同的供应商的预制防腐层管子上，而且他们采用了不同的涂敷工艺和不同的环氧粉末。表2归纳了储存时直接暴露在紫外线下和大气酷热条件下的备用管子上进行的剥离强度试验和阴极剥离强度试验结果，其再次证实埋地管道防腐层的剥离与所暴露的土壤条件有关系（特别是水的扩散）。这些结果也说明采用横向挤出成型工艺的防腐层的剥离强度比采用纵向挤出成型工艺的防腐层的剥离强度高得多（差别与黏接剂的类型有关），但是，两者的阴极剥离强度处于同一数量级（两种环氧粉末之间没有明显的差别），在60℃测量的剥离强度值非常高。
表2 储存了15年的3LPE管子样品剥离试验结果

试验项目

试验温度

纵向挤出成型工艺

侧向挤出成型工艺

平均剥离强度
（N/10 mm）

23℃

94±9

226±34

60℃

38±3

142±13

阴极剥离 -1.5V，28天
（径向长度mm）

23℃

6.3±0.7

6.6±0.4

60℃

32.2±1.6

28.6±4.1

4.3 防腐层3LPE剥离原因
对3LPE防腐层剥离问题可能做出的解释是：
— 水和氧气扩散通过聚乙烯层；
— 根据环氧树脂类型，在FBE环氧粉末底漆层中水的饱和与扩散；
— 钢材表面生成四氧化三铁锈层所发生的肤浅的表面腐蚀；
— 温度使所有这些步骤加速进行；
— 由于涂敷过程中的受热历程而产生的PE/PP防腐层内应力可能的影响，其可以用于解释为什么采用熔结环氧粉末FBE防腐层时并不发生这样大面积的剥离。
在剥离的3LPE防腐层下，只有在热老化导致发生开裂的时候，才发生
明显的腐蚀，因为此时剥离的防腐层与钢材之间出现明显的间隙，允许新的腐蚀剂侵入，并发生阴极保护电流屏蔽效应。
4.4 热缩套剥离原因
认为热缩套剥离的原因是钢管表面仅仅采用钢丝刷清理，并且还有温度的影响。在剥离的热缩套下钢管的腐蚀原因可能是：
- 水通过热缩套与工厂预制防腐层之间已经剥离的搭接部位渗透；
- 屏蔽效应阻止了阴极保护电流的到达，加上“真实”阴极保护电位太弱；
- 温度加快了腐蚀速率。
眼下法国道达尔公司已经决定，作为最起码的要求，在热缩套施工前，
周向焊缝应当用磨料喷砂清理达到Sa 2.5，陆上管道或者温度高于50℃时，应涂刷液体环氧底漆。但是，总的趋势是陆上管道现场补口采用液体聚氨酯（PUR）或者环氧改性的聚氨酯来取代热缩套，目前在也门施工的重要输气管道就是这样做的（图13）。

图13 3LPE防腐层管道现场补口采用环氧改性的聚氨酯
所用防腐产品（聚氨酯类产品设计最高使用温度80℃）以及施工参数、设备和人员都已经在防腐层施工承包商的生产场所通过了全面的资质评定，包括程序评定试验（PQT），并且，在现场通过生产前试验（PPT）在开始施工前进行了验证。资质评定试验过程中所取的样品已经在第三方实验室进行了测试，主要是按照ISO 4624标准进行撕剥试验测量防腐层的附着力，以及在各种温度（最高80℃）的自来水里经过不同持续时间浸泡后（最长28天），用划格法测量浸泡前后的附着力。由表3可见，当施工参数（尤其是底材温度）得到优化时，工厂预制聚乙烯防腐层的测试数据是可以完全接受的。钢管表面采用磨料喷砂清理达到Sa 2.5，并且这样打磨后，无须对聚乙烯进行任何额外的辅助处理。
表3 采用聚氨酯类液体涂料的现场补口浸泡28天后的附着力试验

水温

钢上附着力（MPa）

打磨的聚乙烯上附着力（MPa）

23

15 - 20

5 - 15

60

15 - 20

5 - 11

80

15 - 20

5 - 10

4.5 防腐层剥离的检测
检测管道外腐蚀和内腐蚀最好的办法是用智能清管器进行在线检测（ILI）。有项重要进展是在线检测过程中，不仅可以检测腐蚀，而且可以检测剥离的防腐层。这正是管道研究理事会公司（PRCI）研究项目的目的，测试中，其在磁通量泄漏（MFL）清管器上增加了一个电磁声传输（EMAT）传感器。现在还提供一个利用EMAT技术的工具，可以检测出钢材中的裂缝和防腐层剥离状况。
另一种方法是在地面采用“电测法”，特别在按照NACE RP 0502-2002标准进行管道外腐蚀直接评价（ECDA）时。依然需要做更多的工作来精确评价这些不同方法的有效性。
应用直流电压梯度（DCVG）可以检测防腐层缺陷并可以大致确定缺陷的大小，但是，只有当一些电流在钢管与土壤之间流动时它才有效，而防腐层依然完整连续发生剥离时情况不是这样的。幸好此时腐蚀风险是很不明显的，因为没有来自土壤的电解质的明显渗透和更新。这项技术往往可以用于间接检测外腐蚀：按照直流电压梯度（DCVG）检测结果在指定地点进行的开挖可能在此处并没有发现腐蚀（阴极保护正在防腐层受损部位起作用），但是，除去剥离的防腐层能够揭示出远离防腐层暴露部位发生了腐蚀。
除了存在重要的杂散电流或者复杂的管道网络的例外情况外，通常越来越多采用“通/断密间隔电位测量（CIPS）”，并且在“真实”电位比接受的保护准则（-0.85 V/饱和硫酸铜参比电极在普通电阻率的土壤里）更正的部位，成功检测出腐蚀。在已经剥离的防腐层下已经检测出腐蚀的管道上，“通/断密间隔电位测量（CIPS）”的应用已经揭示出电位等级不足。在2005年第16届国际管道防护会议上Roche发表的报告“管道防腐层失效的最新经验”（Recent experience with pipeline coating failures）中已经展示了加蓬Rabi输气管道断电电位不足的数据。有些情况下，有可能检测出每隔12 m的周期性电位峰值，其相当于现场补口热缩套（HSS）的失效问题。当通电与断电的直流电压梯度（DCVG）记录具有相同的曲线形态时，即使没有电流在管道与土壤之间流动，辨别出剥离部位也许是可能的。目前一项综合性的详细研究正在进行之中。

五、案例之四：叙利亚16英寸输油管道
在叙利亚16英寸输油管道上观察到防腐层局部剥离，在这些剥离的现场补口热缩套下发现存在严重的腐蚀（图14）。应用在线检测技术（ILI）管道进行了检测，发现许多周向焊缝部位发生了严重的外腐蚀（图15）。 这些焊接部位钢管表面采用钢丝刷除锈清理，没有采用液体环氧底漆，直接采用了热熔黏接剂型热缩套补口。

图14 叙利亚16英寸输油管道3LPE防腐层的剥离

图15 叙利亚16英寸输油管道剥离的热缩套下钢管的严重腐蚀
开挖结果验证了在线检测技术（ILI）的检测情况，揭示出明显存在轧制铁鳞的现场补口下方有一些腐蚀坑。显然，由于热缩套与钢管表面发生剥离，由于钢管表面预处理质量太差，也由于热缩套与工厂预制防腐层的搭接太窄（1 cm），最终造成补口部位钢管发生了腐蚀。
此外，土壤也非常富有侵蚀性（水里氯离子Cl-含量为2 g/l，在剥离的热缩套下方观察到盐晶体），特别在Al Furat河附近已经发现重大缺陷。这个地区含盐度非常高，仅仅几年时间就发生了严重的侵蚀。
在此管道初始20 km温度比较高（> 55℃），正是受影响最大的管段。腐蚀速度可能已经非常高。在实验室试验中，评价得出的剥离的防腐层下钢管的最大腐蚀速度为0.7 mm/年，其大致相当于管道运行10年后所发生的最大腐蚀速度。

六、其他剥离案例
6.1 印度42英寸管道3LPE防腐层剥离
印度505 km长的914.4 mm天然气管道采用3LPE管道防腐层。1996年投产试运行。大约一年后，一些管道防腐层受到第三方意外损坏，修补时发现3LPE防腐层可以毫不费力地剥离。
为此，在2000年9月和2001年6月对管道全线进行了检查，开挖16处检查坑，从不同地点共收集了21个样品。
现场观察，3LPE防腐层可以毫不费力地从钢管表面剥离下来。在熔结环氧粉末底漆中夹杂有喷砂碎屑。样品钢管表面没有腐蚀，但有少数深褐色斑点，可能是轧制铁鳞残余。用放大镜观察，喷砂清理的钢材表面锚纹圆滑或成凹形。针孔部位环氧涂层极薄。
6.2 非洲管道3LPE防腐层剥离
非洲1219 mm管道采用3LPE防腐层体系，50-75微米厚的熔结环氧粉末底漆，大约150微米厚的聚乙烯共聚物粘接剂，外层是低密度聚乙烯，防腐层总厚度2.3 mm。
仅仅埋地使用三年，3LPE防腐层与钢管之间明显剥离。低密度聚乙烯变软，很容易割透。整个防腐层可以从管子上剥离下来，不留下环氧粉末底漆。
除了压缩机站出口外，其他管段的操作温度就是环境温度。
现场观察到防腐层下有肉眼可见的腐蚀产物。仔细检查发现喷砂清理表面锚纹比较圆滑，也不密集。残留磨料颗粒、粉尘、碎屑、结晶盐。
预制厂记录表明，涂敷前，钢管表面没有用磷酸酸洗，也没有用铬酸盐预处理。
6.3 印度32英寸管道3LPE防腐层剥离
印度762 mm输气管道，采用3LPE管道防腐层，熔结环氧粉末底漆约50微米厚，共聚物粘接剂约150微米厚，外层采用低密度聚乙烯，防腐层总厚度3.0-3.5 mm。
操作温度为环境温度，压缩机出口温度高于50℃。管沟为干砂，夹杂石块。
使用五年后3PLE防腐层的剥离情况与非洲管道的情况相似。
6.4 伊朗42英寸管道3LPE防腐层剥离
伊朗900 mm新建管道，采用印度工厂预制的3LPE防腐层体系。储存和现场铺设过程中发现管端防腐层与底材缺乏良好的附着。管体部分略好些，但也断断续续出现附着不良的情况。
检查表明，钢管表面预处理质量太差，尤其是管端；管端防腐层下有肉眼可见腐蚀产物；显微镜下，环氧粉末没有恰当润湿底材（图16）；整根管子没有彻底涂敷环氧粉末底漆，特别是管端。下沟前3LPE的环氧粉末底漆与钢材已经剥离（图17）。

图16 熔融环氧粉末没有恰当润湿底材

图17 下沟前3LPE的环氧粉末底漆与钢材已经剥离
现场焊接时，防腐层明显受到热影响而发生剥离。补口感应加热时，防腐层也发生完全剥离问题。
6.5 挪威32英寸管道3LPP防腐层剥离
挪威750 mm新建管道，采用3LPP防腐层体系。储存期间发现有些管子的管端防腐层剥离（图17）。

图18 储存期间管端3LPP防腐层下锈蚀
在预制厂熔结环氧粉末底漆涂敷温度偏低。环氧粉末底漆与钢底材之间有细微的空隙（图19）。

图19 环氧粉末底漆与钢底材之间有细微的空隙
6.6 法国管道3LPP防腐层剥离
法国有一条距离较短的采用3LPP防腐层的管道，虽然在环境温度下运行，但是检查发现3LPP防腐层发生剥离，完全失去附着力，而剥离的防腐层下并没有发生任何腐蚀。
6.7 印度尼西亚近海管道3LPP剥离
印度尼西亚有一段近海管道是采用3LPP防腐层的，并有混凝土加重层，运行温度大约80℃。
切开管段检查是否发生内腐蚀时，注意到钢管上的3LPP防腐层已经发生剥离。表明近海管道上也可能发生这类3LPP防腐层剥离问题。

7. 剥离原因的总结
钢管表面和熔结环氧粉末（FBE）底漆之间失去附着力的剥离问题最为普遍。调查表明许多因素都会影响熔结环氧粉末底漆的附着力。这些影响因素包括钢管表面预处理、选用的环氧粉末配方以及环氧粉末的涂敷工艺等。
7.1 原料配方不合适
单纯熔结环氧粉末防腐层最佳施工温度是230-240℃。用作3LPO体系中的环氧粉末底漆的涂敷温度是190-200℃，以确保粘接剂中间层不发生降解退化，使环氧粉末底漆与粘接剂层相互作用并完美地粘合在一起。
但在较低的涂敷温度下，常规的单纯环氧粉末防腐层配方达不到最佳的附着与固化特性。
低密度聚乙烯（< 0.930 g/cm3）强度低，水分容易渗透，抗应力开裂性能差。采用低密度聚乙烯（LDPE）防腐层的管道已经发生了应力开裂问题。这些开裂是从防腐层的细微磕碰部位或者划痕开始发生的，在极端情况下已经观察到整条管道的防腐层都受到了影响。
但是，聚乙烯外防护层的各种长期性能也是很重要的。例如，聚乙烯外防护层必须耐受紫外线而不变脆，必须耐受应力开裂，必须最大程度减少水蒸汽和氧气的渗透。
近年来，中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）已成为大部分用途的标准材料。

7.2 钢管表面清理太差
底材上磨料没有清理干净，钢管表面上还残留轧制铁鳞；
底材被灰尘、可溶盐或者残余磨料污染脏了；
没有用磷酸清洗处理钢管表面，过后也没有用去离子水冲洗；
没有用铬酸盐预处理来调整钢质底材。
7.3 野蛮施工问题
与单纯的熔结环氧粉末（FBE）防腐层相比较，3LPE防腐层体系能够
更好地耐受野蛮装卸和回填而不易损伤。

7.4 回填土影响
在管子防腐层预制厂和实验室，能够对刚完成的防腐层进行附着力的评价，但是这样的试验结果未必是防腐层长期性能的可靠指标。在管子防腐层预制厂里测出的3LPO防腐层体系的附着力往往与埋地管道以及甚至在管坑里测出的附着力很少有相似之处。这样的附着力变化是因为防腐层吸取了周围的水分而与施工现场的土壤和大气环境条件相平衡所造成的。
7.5 使用不当
7.5.1 操作温度
采用低密度聚乙烯（LDPE）的3LPE防腐层管道能够在60℃操作，而用中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）的3LPE防腐层管道能够在80℃操作。3LPP能够在最高110℃的高温下使用。
操作温度超过了防腐层的软化点，高温操作使热塑性防腐层加速破裂
7.5.2 阴极保护屏蔽效应
钢质管道的外腐蚀控制是结合运用防腐层与阴极保护实现的。防腐层是钢管防止腐蚀的第一道和主要的防线，而阴极保护是针对防腐层损伤部位防止钢管发生点蚀或者均匀腐蚀。这样的组合控制方法是非常重要的。
当聚乙烯型防腐层与金属底材之间失去附着力时，会形成阴极保护屏蔽条件，阴极保护电流就无法到达受保护部位。
阴极保护屏蔽产生的风险是：
点蚀和均匀腐蚀；
微生物腐蚀；
近中性pH值应力腐蚀开裂（SCC）

8. 对策
8.1 熔结环氧粉末标准施工条件
喷砂清理形成一定角度的粗糙度，锚纹峰谷高度50微米；
表面清理达到Sa 2-1/2；
表面无任何粉尘；
用磷酸清洗除去污染物；
表面清洁度达到每平方厘米可溶盐含量少于2微克；
用铬酸盐进行预处理，使表面氧化层稳定下来；
钢管均热温度230-240℃，不是表皮温度。
8.2 熔结环氧粉末的玻璃化温度
对于3LPP防腐层体系，熔结环氧粉末底漆的玻璃化温度（Tg）应当与管道的设计温度相配合。专家建议在输气管道上或者在任何其他设计温度高于80℃的管道上使用时，熔结环氧粉末（FBE）底漆的玻璃化温度（Tg）至少为120℃。
有些环氧粉末供应商已经认识到3LPO防腐层体系的附着力问题，他们正在开发“低温型”熔结环氧粉末配方，设计成在190-200℃的施工温度下能够达到最佳附着力性能。这些新材料打算采用150微米至350微米的厚度。
8.3 液体配方底漆
熔结环氧粉末（FBE）并不是3LPO防腐层体系底漆的绝对要求。液体配方也是可以采用的。实际上，在意大利、俄罗斯和日本已经在采用了。
多组分液体管道防腐层的供应商也已经开发出专门用作3LPO防腐层体系底漆的新配方。
表4 双组分和单组分液体底漆的试验数据

试验

双组分底漆
A

双组分底漆
B

单组分100%
固体底漆

初始附着力（kg/cm宽）

15.31

36.29

25.88

20℃水浸泡1000小时后附着力（kg/cm宽）

11.35

17.96

24.98

60℃水浸泡1000小时后附着力（kg/cm宽）

1.82

0.96

28.42

80℃水浸泡1000小时后附着力（kg/cm宽）

17.66

20℃阴极剥离（剥离面积）

0.2 – 0.6 cm2

0.2 – 0.6 cm2

0.4 – 0.6 cm2

40℃阴极剥离（剥离面积）

1.5 – 3.5 cm2

3.0 – 4.5 cm2

0.8 – 1.0 cm2

60℃阴极剥离（剥离面积）

不附着

不附着

3.5 – 4.0 cm2

8.4 中间粘接剂层
不管采用什么样的粘接剂与聚烯烃外防护层组合，要达到最佳粘合强度，涂敷工艺是关键。除了采用挤出成型粘接剂层外，现在也在采用某些粉末型粘接剂配方。
3LPO防腐层体系的中间层共聚物粘接剂通常采用乙烯-丙烯酸组分，它们的主链上有反应活性部位。结构与低密度聚乙烯（LDPE）相似，因此两者能够相容。
接枝型粘接剂通常是以线型聚乙烯为基础的，并且具有类似的活性基团，从而使它们能够与中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）更好相容，最终使这些材料之间有更强的粘合强度。
接枝型粘接剂通常是以线型聚乙烯为基础的，并且具有类似的活性基团，从而使它们能够与中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）更好相容，最终使这些材料之间有更强的粘合强度。
8.5 精心施工
专家建议不要在3LPP防腐层体系的管道补口上采用塑料焊接的共挤型聚丙烯片。
在3LPP防腐层体系的管道上点焊阴极保护电缆时要格外小心。专家建议将这些阴极保护电缆点焊到现场补口部位，防止损伤工厂预制防腐层管段。
8.6 增加试验项目评价3LPO长期耐热和耐用性能
专家建议增加下列试验项目：
抗张强度和断裂伸长率；
氧化诱发时间；
熔融流动指数；
软化点；
热水浸泡；
高温下的阴极剥离
专家建议在已经发生缺陷事故的3LPP防腐层上也进行这些试验，查明聚丙烯外防护层的变质迹象，纪录粘接剂层变得不稳定时的温度读数。
这些试验也有助于确定聚丙烯防护层是否已经改变（退化变质），可以
查明粘接剂的熔点是否造成剥离的原因。

9. 研究动向
法国道达尔公司已经实施一项计划，有选择性地开挖已建3LPO管道，
调查剥离和腐蚀问题。正在实行一项各种现场补口技术（聚乙烯/聚丙烯基热缩套、液体聚氨酯或环氧、火焰喷涂）的比较计划，特别是进行热水浸泡试验，并对潮湿环境中补口材料与工厂预制防腐层的相容性进行评价。
对于热缩套，法国道达尔公司在Sa 2-1/2和St 3两种表面清理等级下进行了撕剥试验。对于液体补口产品，法国道达尔公司试验了各种工厂预制防腐层的表面处理方法，包括采用或不采用氧化火焰以及其他专利处理技术。
法国道达尔公司的试验包括阴极剥离（在23℃和80℃进行28天，在65℃进行48小时）；并且，分别在23℃、60℃、80℃、100℃（仅用于PP）的温度下，进行钢材上的撕剥试验和在工厂预制防腐层上的撕剥试验；按照ASTM G14标准进行冲击试验；并且，分别在40℃、60℃、80℃水温的去离子水里浸泡28天后，再进行钢材上的撕剥试验，以及在补口与工厂预制防腐层的搭接部位的撕剥试验。
美国政府运输部已经立项开展3LPE剥离机理的研究。开展环氧粉末干膜厚度与3LPE热应力分析，建立有限元分析模型等。在2007年BHR第17届国际管道防护会议和2008年10月的第七届国际管道会议上，美国企业与院校的联合课题组发表了初步研究报告。
3LPO管道防腐层的剥离问题已经引起人们越来越广泛的关注。为此，建议国内有关方面跟踪国外研究动向，结合中国油气管道实际，开展3LPO管道防腐层完整性的研究。