摘要：城市警氣鋼管的防腐與長(zhǎng)輸管道有較大差別，必須根據(jù)城市燃?xì)夤艿赖奶攸c(diǎn)進(jìn)行防腐層設(shè)計(jì)。論文在分析影響防腐層設(shè)計(jì)選擇因素及各種防腐層特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，闡述了城市燃?xì)怃摴芊栏瘜拥倪x擇及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：城市燃?xì)?；鋼管；防腐層；設(shè)計(jì)
1 城市埋地管道的腐蝕與防護(hù)特點(diǎn)
隨著西氣東輸、西氣東輸二線、川氣東送等國(guó)家級(jí)天然氣干線工程建設(shè)的順利進(jìn)展，沿線各城市掀起大規(guī)模建設(shè)配套的城市高壓、次高壓燃?xì)夤艿赖臒岢?，且還在不斷持續(xù)升溫。與以往的中壓聚乙烯材質(zhì)的燃?xì)夤艿啦煌?，這些鋼質(zhì)管道埋入地下后直接與土壤接觸，如外腐蝕控制措施不當(dāng)，一旦產(chǎn)生穿孔泄漏將引起嚴(yán)重的后果。防腐層選擇作為腐蝕控制的基礎(chǔ)，必須予以高度關(guān)注。
???由于歷史原因，目前城市埋地管道的防腐設(shè)計(jì)，基本上參照長(zhǎng)輸管道的做法。實(shí)際上，城市埋地管道與長(zhǎng)輸管道的周邊環(huán)境有較大差別，必須在遵守相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市埋地管道的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，才能達(dá)到最佳效果。
???城市燃?xì)夤艿琅c長(zhǎng)輸管道有以下明顯差別[1]：
???(1) 長(zhǎng)輸管道通常為單管，閥門很少，漏點(diǎn)較少。城市燃?xì)夤艿蓝酁榫W(wǎng)、枝狀，閥門、三通等管件較多，防腐質(zhì)量相對(duì)難以保證。
???(2) 長(zhǎng)輸管道通常為一次同期建成，質(zhì)量相對(duì)均衡且缺陷較少。城市燃?xì)夤艿绖t隨著城市建設(shè)的進(jìn)展逐步形成，且不斷拓展，新舊管段交叉連接，容易形成電偶腐蝕。
???(3) 長(zhǎng)輸管道通常鋪設(shè)在郊野，周邊地面多為原狀土。城市燃?xì)夤艿乐苓叾酁榛靥钔?，削峰填谷，?dǎo)致土質(zhì)突變頻繁，形成氧濃差、鹽濃差腐蝕。
??? (4) 長(zhǎng)輸管道通常遠(yuǎn)離城區(qū)，周邊很少有其他管道或構(gòu)筑物，直流雜散電流源較少。城市燃?xì)夤艿离s散電流干擾很普遍(地鐵、輕軌)且嚴(yán)重。
??? (5) 長(zhǎng)輸管道周邊人員通常較少，傷害主要在于管道本身。城市燃?xì)夤艿姥鼐€人口稠密，一旦腐蝕穿孔極易導(dǎo)致人身傷害，安全要求更高。
??? (6) 長(zhǎng)輸管道動(dòng)輒上千公里，不同防腐措施可能導(dǎo)致建設(shè)成本較大差異。城市燃?xì)夤艿老鄬?duì)較短，對(duì)防腐投入的經(jīng)濟(jì)性考慮可以適當(dāng)降低。
2 現(xiàn)有防腐層特點(diǎn)和適用范圍
??? 目前，城市燃?xì)怃撡|(zhì)管道可以選擇的防腐層有《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程(CJJ95—2003)》推薦的4種防腐層(膠粘帶、夾克、3PE、環(huán)氧粉末)，加上北京、天津等城市正在推廣使用的帕羅特，這些防腐層各有特點(diǎn)，適合于不同的環(huán)境條件。
??? 膠粘帶比較適合于小口徑(一般來說口徑小于200mm)管道，但應(yīng)規(guī)定使用防腐廠機(jī)械纏繞，嚴(yán)格進(jìn)行表面處理。這種管道自重較輕，通過加強(qiáng)搬運(yùn)下溝過程的保護(hù)，可以保證較好的防腐效果?，F(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口的內(nèi)帶應(yīng)采用膠層較厚的專用補(bǔ)口帶，而不能使用普通的管體內(nèi)帶。該防腐結(jié)構(gòu)適用于土壤較松軟，腐蝕等級(jí)弱的環(huán)境，要求配套陰極保護(hù)電流適中。該防腐結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低。
??? 熱熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層具有很好的防腐性能，其機(jī)械性能也很好，但由于防腐層很薄，難以承受搬運(yùn)下溝過程中強(qiáng)烈的碰傷，故較為適合中等口徑的(一般為口徑200mm～600mm)管道，太粗由于管體自重較大容易碰傷，太細(xì)則經(jīng)濟(jì)上不合理。該防腐結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是與陰極保護(hù)系統(tǒng)配合性能極好，破傷處能夠得到有效的保護(hù)，而不會(huì)發(fā)生腐蝕穿孔。
??? 聚乙烯夾克主要用于油氣田內(nèi)部將各采區(qū)油氣送到長(zhǎng)輸首站的集輸管道，故管道口徑一般在400mm以下；其設(shè)計(jì)壽命較短，一旦采區(qū)油氣資源采掘完畢，就會(huì)廢棄；管道維修較方便。該類防腐層機(jī)械性能很好，防腐性能一般，與陰極保護(hù)匹配性較差，另外，聚乙烯夾克還大量用作保溫管道的外保護(hù)層。
??? 實(shí)際上目前國(guó)內(nèi)城市燃?xì)夤艿蓝际遣捎?PE，該類防腐結(jié)構(gòu)的聚乙烯外層具有很強(qiáng)的抗擊搬運(yùn)下溝過程中碰傷的能力，也可以抗擊管體下溝后自重壓在基
??? 巖溝槽內(nèi)引起的硌傷，但其相對(duì)柔軟的聚乙烯外層抗拖拉劃傷的能力稍差；底層的環(huán)氧粉末除起防腐作用外，更極大提高了膠粘劑層對(duì)鋼管的附著力。其主要缺點(diǎn)在于超高的絕緣電阻率形成電屏蔽，使得管道破傷處不能得到有效的陰極保護(hù)。
表1 各類防腐層適用范圍
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防腐層名稱 | 適用范圍 |
聚乙烯膠粘帶 | 小口徑，土壤較松軟，腐蝕等級(jí)弱 |
熱熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層 | 中等口徑，土壤較松軟，腐蝕等級(jí)中等或強(qiáng) |
聚乙烯夾克 | 中等口徑，基巖段，腐蝕等級(jí)中等 |
復(fù)合防腐層(3PE) | 中等及以上口徑，基巖段，腐蝕等級(jí)強(qiáng)或特強(qiáng) |
復(fù)合防腐層(帕羅特) | 各種口徑，基巖段定向鉆穿越管段 |
??? 帕羅特防腐層主要用于定向鉆段，其兼具了環(huán)氧粉末防腐層與3PE的特點(diǎn)，抗擊碰傷的能力稍遜于3PE，但抗拖拉劃傷的能力極強(qiáng)，且沒有陰極屏蔽問題。帕羅特的突出優(yōu)勢(shì)，在于其他防腐層需用熱收縮套補(bǔ)口(圖1)，形成的凸出部分回拖時(shí)可能被劃傷或翻起，甚至整個(gè)熱收縮套滑移離位，而帕羅特補(bǔ)口采用現(xiàn)場(chǎng)噴涂或刷涂帕羅特補(bǔ)口涂料，保持補(bǔ)口部分與管體為平滑過渡(圖2)，這些特點(diǎn)很好滿足了定向鉆穿越段防腐層的要求。
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3 埋地鋼管防腐層種類的選擇
技術(shù)可行是防腐層設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，其余因素都必須服從于這個(gè)前提的要求。因?yàn)榉栏こ掏顿Y一般僅占管道建設(shè)總投資的3%～5%，也就是說，選用不同防腐層對(duì)管道工程建設(shè)總投資的極限影響在2%以內(nèi)[2]。防腐層一旦失效，管道的運(yùn)行和維修費(fèi)用將顯著增加。防腐層大修更換的直接費(fèi)用為建設(shè)時(shí)防腐工程費(fèi)用的數(shù)倍，重要的是，穿孔可能引起人身傷害和社會(huì)動(dòng)蕩，因而對(duì)防腐層性能指標(biāo)的犧牲以換取節(jié)省建設(shè)投資的任何企圖，最終都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。在對(duì)某種防腐層的技術(shù)可行性存有懷疑時(shí)，寧可選用其它技術(shù)可行的防腐層，在其它因素方面加以調(diào)整，而不宜在技術(shù)可行性上稍有將就。夾克的聚乙烯層與鋼管的熱膨脹系數(shù)有較大差異，當(dāng)環(huán)境溫度波動(dòng)時(shí)二者間會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)移應(yīng)力，溫變劇烈時(shí)可能導(dǎo)致防腐層破裂。所以，除非確認(rèn)管道施工期間和運(yùn)營(yíng)工況下，環(huán)境溫變幅度較小且溫和，才可以選擇夾克，否則應(yīng)選擇3PE，雖然其價(jià)格稍高，但底層的環(huán)氧粉末可以大大消除外防腐聚乙烯層破裂的危險(xiǎn)。
??? 同樣道理，對(duì)于定向鉆穿越段，除非確認(rèn)地質(zhì)條件為均一淤泥沙土(如沖積平原河床)且施工環(huán)境良好，才可以選擇3PE以降低建設(shè)投資，否則還是選擇帕羅特為宜。
??? 在現(xiàn)有防腐層中不存在適用于各種環(huán)境條件的萬能防腐層，一種防腐層在某段管道上使用效果好，是由于其符合了具體環(huán)境、施工及運(yùn)行等條件的要求，若簡(jiǎn)單地將之套用到其它管道，就可能出現(xiàn)問題。美國(guó)腐蝕工程師學(xué)會(huì)曾進(jìn)行問卷調(diào)查，專家們的一致意見是即使拋開經(jīng)濟(jì)方面的考慮，也不可能對(duì)各種防腐層進(jìn)行優(yōu)劣排序，必須根據(jù)具體工程條件具體選擇。要針對(duì)各種防腐層的特點(diǎn)及適用范圍，因地制宜進(jìn)行設(shè)計(jì)。埋地管道在經(jīng)歷不同的地質(zhì)單元或具有不同的施工及運(yùn)行參數(shù)時(shí)，應(yīng)分段選用不同防腐層。比如城市燃?xì)夤艿来箝_挖施工時(shí)，選用3PE是合適的，因?yàn)槠溆辛己玫目箾_擊性；但在定向鉆穿越時(shí)，更強(qiáng)調(diào)其耐劃傷性能，帕羅特就是更好的選擇。
??? 當(dāng)然，防腐層的選擇也不宜五花八門，分段過多即不便于組織施工，又由于各種防腐層的機(jī)械費(fèi)用攤銷過多，導(dǎo)致防腐工程費(fèi)用的增加。比如兩個(gè)定向鉆段間隔很短，就可以將兩段之間也選用帕羅特。雖然略顯浪費(fèi)，但便于將來的運(yùn)行管理，還是合適的?？傊鶕?jù)具體情況，靈活掌握。
