第四节 钢管的防腐绝缘层

针对土壤腐蚀的特点，埋地钢管可以从下述两个途径来防止腐蚀的发生和降低腐蚀的程度，即第一，增加金属管道和土壤之间的过渡电阻，减小腐蚀电流，就是采用钢管外包覆防腐绝缘层使电阻增大；第二，采用电保护法，一般要与绝缘层防腐法相结合，以减小电流的消耗。

管道的绝缘层一般应满足下列基本要求：

1）应有良好的电绝缘性能、耐击穿电压强度不得低于电火花检测仪检测的电压标准；

2）应有足够的机械强度、韧性及塑性；

3）绝缘层与钢管应有良好的黏结性，保持连续完整；

4）应有良好的防水性和化学稳定性；

5）材料来源充足，价格低廉，便于机械化施工；

6）涂层应易于修补。

地下燃气管道防腐设计，必须考虑土壤电阻率。对高、中压输气干管宜沿燃气管道途经地段选点测定其土壤电阻率。应根据土壤的腐蚀性、管道的重要程度及所经地段的地质、环境条件确定其防腐等级。

地下燃气管道的外防腐涂层的种类，根据工程的具体情况，可选用石油沥青、环氧煤沥青、聚乙烯防腐胶带、聚乙烯防腐层、三层PE防腐层、环氧粉末喷涂等。

地上、地下铺设的钢管都要做防腐绝缘层。一般地上钢管涂刷防锈漆涂料，埋地钢管做绝缘层。在做绝缘层之前均应将钢管表面清理干净。

一、钢管的表面除锈

1. 手工除锈

一般使用钢丝刷、砂布或废砂轮片等在金属表面打磨，直至露出金属光泽。手工清除劳动强度大、效率低，质量差。

2. 机械清除

对于局部清除，可采用风动或电动工具，即利用压缩空气或电力使除锈机械产生圆周或往复运动，当与被清除表面接触时，利用摩擦力或冲击力达到表面清除目的。例如风砂轮、风动钢丝刷、外圆除锈机和内圆除锈机等。

对于钢管和储气罐的大面积清除，大多采用干喷砂法。硬质砂粒借助压缩空气的引射从喷枪中以粒流状高速喷出，射到金属表面除去附着物，使钢铁表面洁净粗糙，可增加油漆的附着力。喷射的砂粒粒径，铁砂为1～1.5mm，石英砂为1～3mm。石英砂强度低，易产生粉尘。

喷砂装置如图4-6所示。砂粒射向金属表面的工作压力一般为0.2～0.4MPa。压缩机的工作压力不小于0.5MPa。操作时喷嘴与金属表面距离保持10～15cm，砂流与金属表面成60°～70°夹角，喷砂方向尽量与风向相同。

干喷砂法操作设备简单，质量好，效率高，但噪声和尘埃大，恶化环境。为避免所述缺点，可采用湿喷砂，即将水和砂在砂罐内混合后送出，或水和砂分别进入喷枪（见图4-7），在喷嘴出口处汇合，靠压缩空气，使砂粒高速喷出，形成严密的环形水屏。为防止喷砂后金属表面锈蚀，可加亚硝酸钠等溶液作防蚀剂。湿法除锈质量和效率较干法差。

3. 化学清除

表面锈层可用酸洗方法清除。无机酸除锈速度快，价格低廉。浸泡酸洗时应掌握好酸的浓度、温度和酸洗时间等因素，见表4-4。若采用喷射酸洗，效果更佳。

为了缩短酸洗时间，提高酸洗效果，防止过蚀、氢脆及减少酸雾形成，可在洗液中加入缓蚀剂和润湿剂。

酸洗后的金属表面必须用水彻底冲洗，然后用稀碱溶液进行中和，中和后再用温水冲洗，干燥后立即喷刷涂料。

4. 漆前磷化处理

磷化处理是将钢铁表面通过化学反应生成一层非金属的、不导电的多孔磷化膜。涂料可以渗入到磷化膜孔隙中，从而显著提高涂层附着力。由于磷化膜为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性。磷化膜为公认的最好基底。

二、钢管的外表面喷漆

1. 涂漆环境

涂漆施工的环境温度宜在15～35℃之间，相对湿度不大于70%；涂漆的环境空气必须清洁，无煤烟、灰尘及水汽，雨天及降雾天气应停止室外涂漆施工。

2. 涂漆方法

（1）手工涂刷 刷涂和揩涂一般均用手工进行。分层涂刷，每层均按涂敷、抹平、修饰三步进行。手工涂刷适用于初期干燥较慢的涂料，如油性防锈漆或调和漆。

（2）空气喷涂法 靠压缩空气的气流使涂料雾化成雾状，在气流的带动下喷涂到金属表面的方法。其主要工具是喷枪。在喷枪操作中，喷涂距离，喷枪运行方式和喷雾图样搭接是喷涂三原则。喷涂距离过大，漆膜变薄，涂料损失增大；过近，单位时间内形成的漆膜增厚，易产生流挂。运行方式是指喷枪对金属表面的角度和喷枪的运行速度，应保持喷枪与被涂面呈直角，平行运行，移动速度一般在30～60cm/s内调整恒定，方能使漆膜厚度均匀。在此运行速度范围内，喷雾图样的幅度约为20cm。喷雾图样搭接宽度为有效图样幅度的1/4～1/3。喷涂空气压力一般为0.2～0.4MPa。

为获得更均匀的涂层，不论刷涂或喷涂，第二道漆与前道漆应纵横交叉。

3. 涂漆要求

色漆开桶后需搅拌均匀后使用；多包装涂料，在使用时应按说明书规定比例进行调配。根据不同涂漆方法，用稀释剂调配到合适的施工黏度。

第一层底漆或防锈漆直接涂在金属表面，一般应涂两道，不要漏涂。第二层面漆一般为调和漆、磁漆或银粉漆，可根据彩色均匀情况涂一道或二道。第三层是罩光清漆，除有特殊要求外可不必涂刷。每道漆实际干燥后才能涂下一道。

三、埋地钢管石油沥青防腐层

1. 石油沥青防腐层结构

石油沥青防腐层适用于输送介质温度不超过80℃的埋地钢质管道外涂层的防腐，但不宜敷设在水下、沼泽及芦苇地带。

石油沥青防腐层由沥青、玻璃布和外包聚氯乙烯工业膜组成，其防腐层结构和等级见表4-5。

石油沥青防腐层的设计、生产以及施工和验收应符合SY/T 0420—1997《埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准》的规定，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。

（1）沥青底漆 其作用是为了加强沥青涂料与钢管表面的附着力。往往在施工现场配制，配制重量比一般为沥青∶工业汽油=1∶2.5。最好采用与沥青涂料相同牌号的沥青配制底漆。

（2）沥青涂料 是沥青和适量粉状矿质填充料的均匀混合物。填充料可采用高岭土、石棉粉或废橡胶粉等，严禁使用可溶性盐类的材料作填充料。在沥青完全熔化后掺入完全干燥的填充料。沥青组分强烈吸附于填充料颗粒表面，形成一层“结构沥青”，使沥青涂料的附着力，耐热性和耐候性等得到提高，填充料愈细，影响愈大。涂料的性质取决于沥青和填充料的性质及其配合比。常温下沥青涂料的软化点应比管道表面最高温度高45℃以上才有可靠的热稳定性。当改变填充料的掺量不能满足使用要求时，可以采用相同产源的不同牌号沥青进行掺配，掺配量可按下式估算。

A₁=[（T₂-T）/（T₂-T₁）]×100%

式中 A₁——低软化点沥青的掺量，%；

T₁——低软化点，℃；

T₂——高软化点，℃；

T——符合要求的软化点，℃。

掺配后的沥青仍然是均匀的胶体结构，通过试配，绘制“掺配比—软化点”曲线。

涂抹时，采用刮涂方法，涂料温度应保持在150～180℃为好。

（3）玻璃布 沥青层之间的包扎材料，在防腐绝缘层内起骨架作用，增加绝缘层强度，避免脱落。使用时，玻璃布应浸沾沥青底漆，晾干后使用。玻璃布为中碱性网状平纹布，经纬密度8×8根/cm²，厚约0.1mm，扎时应保持一定的搭接宽度。

（4）保护层 沟边防腐施工可不做保护层，若在工厂做绝缘层则应做保护层。保护层常用防腐专用的聚氯乙烯塑料布或牛皮纸，也可用旧报纸。保护层的作用是提高防腐层的强度和热稳定性，减少或缓和防腐层的机械损伤和受热变形。用牛皮纸或旧报纸做保护层时应趁热包扎于沥青涂层上。聚氯乙烯塑料布应待沥青涂层冷却到40～60℃时包扎。

2. 石油沥青防腐绝缘层的施工质量检查

（1）外观 用目视逐根逐层检查，表面应平整、无气泡、麻面、皱纹、凸瘤和包杂物等缺陷。

（2）厚度 用针刺法或测厚仪按规范规定检查。

（3）附着力 在防腐层上切一夹角为45°～60°的切口，从角尖撕开漆层，撕开面积30～50cm²时感到费力，撕开后第一层沥青仍然粘附在钢管表面为合格。

（4）绝缘性 用电火花检验仪进行检测，以不闪现火花为合格。最低检漏电压按下式计算。

u=7840δ^1/2

式中 u——检漏电压，V；

δ——防腐层厚度，取实际厚度的平均值，mm。

电火花检漏仪由电池组、检漏仪和探头组成，按图4-8接线，探头金属丝距绝缘层表面3～4mm移动，移动缺陷处，金属丝产生火花，探头发出鸣声。

四、埋地管钢环氧煤沥青防腐层

环氧煤沥青防腐层适用于输送介质温度不超过110℃的埋地钢质管道外涂层的防腐，为适应不同腐蚀环境对防腐层的要求，环氧煤沥青防腐层分为普通级、加强级、特加强级3个等级，其结构由一层底漆和多层面漆组成，面漆层间可加玻璃布增强。防腐层的等级与结构见表4-6。

环氧煤沥青防腐层的设计、生产以及施工和验收应符合SY/T 0447—2014《埋地钢质管道环氧煤沥青防腐层技术标准》的规定，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。

环氧煤沥青是以煤沥青和环氧树脂为主要基料，再适量加入其他颜料组分所构成的防腐涂料。它综合了环氧树脂膜层机械强度大，附着力强、化学稳定性良好和煤沥青的耐水、防霉等优点。涂料分底漆和面漆两种，使用时应根据环境温度和涂刷方法加入适量的稀释剂（如正丁醇液）和固化剂（如聚酰胺），充分搅拌均匀并熟化后即可涂刷。每次配料一般在8h内用完，否则施工粘度增加，影响涂层质量。

五、埋地钢管聚乙烯胶粘带防腐层

聚乙烯胶粘带防腐层适用于输送介质温度30～70℃的埋地钢质管道外的防腐。聚乙烯胶粘带按用途可分为防腐胶粘带（内带）、保护胶粘带（外带）和补口带三种。防腐时，应根据管径、防腐要求、施工方法，选用适宜的规格和厚度的内带、外带和补口带。

聚乙烯胶粘带防腐层的等级及结构应符合表4-7的要求，其设计、生产以及施工和验收应符合SY/T 0414—2017《钢质管道聚乙烯胶烃胶粘带防腐层技术标准》的规定，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。

聚乙烯胶带防腐施工可用机动缠绕机或手动缠绕机进行现场缠绕施工。全部的缠绕施工工艺流程如下：

吊支管道—→钢管表面除锈—→涂刷底漆—→缠绕胶带（内、外层）—→电火花检漏—→补伤—→下管—→覆土—→音频探伤—→补伤—→回填。

1. 吊支管道

用两台吊管机（附轮胎式吊具两台）将焊接完的管线吊起，搁在两个轮子中间，两台吊管机之间的距离一般在20～30m之间。

2. 表面除锈

同前面介绍的方法。

3. 涂刷底漆

粘结力很强的底漆，能润湿钢管表面，填平钢管表面的凹凸不平，起到粘结过渡层的作用。涂刷前，将漆料搅匀，然后用毛刷进行人工涂刷，要均匀，防止漏涂。实验表明，有底漆与没有底漆，胶粘带对钢管表面的附着力相差3～4倍。施工环境要求，风力＜2级，温度在5℃以上。

4. 缠绕胶带

底漆一般在5min左右表干，然后缠绕胶带。缠绕机有两个臂，可同时缠绕内外带，搭接宽度要求20～25mm，根据管径大小，用调节缠绕机的行走螺旋角来保证新卷与缠绕好涂层的搭接量为100mm，补口时搭接量也为100mm。新卷的搭接头一定贴平，防止折皱、歪扭影响涂层质量。为了保证胶带能紧密地包覆在管子表面上，调节缠绕机心轴的张紧力适中，张紧力太大，容易拉断胶粘带，且胶粘带变形量大，内应力大，影响胶粘带涂层的使用寿命；张紧力太小，包覆不严密，土质中的水分及腐蚀气体从螺旋缝侵入，影响涂层质量，腐蚀管子。自然段之间的补口用补口带采用补口机补口，有不易剥离，柔性好，与胶带的搭接贴合性好等优点。

聚乙烯胶粘带涂层整体性好，没有针孔现象，但有时可能出现碰伤，搭接处密封不好等缺陷，可先用肉眼观察，然后用电火花检漏仪检查。发现的缺陷，应及时修补，缺陷比较大的地方应割去一部分胶带，留出接茬，重刷底漆，用补口带修补。检漏、修补合格后，吊管下沟，覆土，用音频探伤仪探伤，以检查下沟回填覆土过程中涂层的损伤情况，再做最后的修补。

六、埋地钢管聚乙烯防腐层

挤压聚乙烯防腐层可分为长期工作温度不超过50℃的常温型（N）和长期工作温度不超过70℃的高温型（H）两种。

挤压聚乙烯防腐层分两层结构和三层结构两种。两层结构的底层为胶粘剂，外层为聚乙烯；三层结构的底层为环氧粉末涂料，中间层为胶粘剂，外层为聚乙烯，工程上常称为三层PE防腐层。防腐层的厚度应符合表4-8的规定。钢管焊缝部位防腐层的厚度不应小于表4-8规定值的70%。

埋地钢质管道挤压聚乙烯防腐层的设计、生产以及施工验收应符合《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》SY/T 0413的规定，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。

聚乙烯（三层PE）防腐层是在工厂加工制作。将聚乙烯粒料放入专用的塑料挤出机内，加热熔融，然后挤向经过清除并被加热至160～180℃的钢管表面，涂层冷却后聚乙烯膜则牢固地黏附在管壁上。

根据塑料熔液被挤出的方法，聚乙烯涂层的施工可采用三种工艺方法，即横头挤出法，斜头挤出法和挤出缠绕法。

1. 横头挤出法

如图4-9所示，挤出的聚乙烯液成喇叭状薄膜，缩套在穿过模头前移的钢管上，水冷后即成连续无缝的外套。

2. 斜头挤出法

如图4-10所示，粘合剂和面层同时连续地被挤到管子上，形成无缝的套子。然后进行水冷，质量检验和管端修切。

3. 挤出缠绕法

如图4-11所示，粘合剂底层和聚乙烯面层像一条连续的膜带从两个挤出机的模缝中同时挤出，螺旋地缠绕在预热的管子上，管子缓慢旋转并向前移动。粘合剂覆盖在钢管表面上，聚乙烯面层则借助于压力辊与底层及其他各层熔合在一起，形成坚韧的覆盖层。

七、钢管环氧粉末外涂层

环氧粉末外涂层为一次成膜的结构。钢质管道环氧粉末外涂层厚度应符合管道工程的设计规定，设计无规定时，可根据涂层使用条件参照表4-9的规定选用。

环氧粉末外涂层将表面清除过的管子预热到200～250℃，将环氧粉末喷向管子表面，管子本身的热量将环氧粉末熔化，冷却后形成坚韧的薄膜。

管子的加热方法可使用反射炉、循环热风炉、红外线辐射、火焰喷头和中频感应加热器等。

常用的喷涂方法有空气喷涂法和火焰喷涂法。空气喷涂法是靠压缩空气的气流引射作用，将粉末喷涂到被加热的管子表面，火焰喷涂法是用火焰将喷出的粉末熔化后，涂至管表面，如图4-12所示。