在涂層經(jīng)濟(jì)性分析中，為滿使用要求是最主要考慮的因素，在涂層選擇時必須考慮介質(zhì)輸出溫度、地形和土壤特征指數(shù)，涂層預(yù)制與修補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)性、制管方式和人文條件等多種因素。目前常用的外防腐涂層有石油瀝青、煤焦油瓷漆、熔結(jié)環(huán)氧、聚烯烴等，各有各的特性。管道輸送介質(zhì)的溫度是選擇涂層的重要指標(biāo)之一 ，如石油瀝青，雖然價格較低，但用于熱油管道，由于介質(zhì)的加溫作用 ，油份加速揮發(fā)使其老化速度提高40%;聚烯烴涂層又分?jǐn)D壓低密度聚乙烯 ，高密度聚乙烯、聚丙烯三種 ，其熔點分別為110～115℃、125～131℃、164～170℃ ，所以通常50℃以下可以選擇低密度聚乙烯，70℃以下選擇高密度聚乙烯，70～100℃選擇聚丙烯;熔結(jié)環(huán)氧的溫度適用范圍寬，可用于輸送介質(zhì)溫度-30～100℃范圍 ，而石油瀝青和煤焦油瓷漆則存在低溫脆化高溫流淌的缺陷;同樣聚烯烴涂層低密度聚乙烯比聚丙烯的低溫性能更好;雖然聚乙烯的低溫脆化溫度低于-65℃，粘結(jié)用的膠粘劑的低溫脆化溫度卻隨材料不同而改變，國產(chǎn)EVA型熱熔膠一般低溫脆化溫度僅達(dá)到-15℃，而乙烯共聚物膠粘劑可達(dá)到-50℃，所以長輸管道在選擇防腐涂層品種時，必須根據(jù)操作溫度，甚至施工時的氣溫慎重選擇[10]。
高壓大口徑管道（管徑大于1016mm ，壓力大于4.05MPa)必須考慮涂層剝離帶來的應(yīng)力腐蝕問題 (SCC)。這類管道由于涂層選擇不當(dāng)，使用7～14年后多次在沿壓縮機(jī)站下游30 km 左右出現(xiàn)外腐蝕產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕。迄今為止 ，這種腐蝕多發(fā)生于在溝邊防腐的聚乙烯粘膠帶涂層管道，石油、瀝青和煤焦油瓷漆涂層管道也有應(yīng)力開裂事故發(fā)生。
各種地形和土壤對防腐涂層的性能要求各異，起伏較大的地形要求涂層必須滿足現(xiàn)場冷彎的要求，石方區(qū)則要求涂層的抗沖擊性能好，粘土區(qū)則要求涂層抗土壤應(yīng)力性能高，鹽漬化土壤要求涂層材料耐化學(xué)介質(zhì)浸泡[10]。
2.3 外防腐層用料
國內(nèi)外用的比較多的是石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧粉末、雙層PE 和三層PE等產(chǎn)品。從有關(guān)資料報道來看，石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環(huán)氧煤瀝青等傳統(tǒng)產(chǎn)品的用量呈下降趨勢，而環(huán)氧粉末和近年來發(fā)展起來的雙層PE和三層PE的用量有較大的上升，聚氨醋瀝青在歐美和中東等地區(qū)也發(fā)展較快[11]。
2.3.1 熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層
熔結(jié)環(huán)氧（FPE）粉末防腐層，它是通過靜電噴涂的方法，將粉末噴涂到經(jīng)預(yù)處理并已預(yù)熱的管體表面，在管體表面發(fā)生固化反應(yīng)， 形成一層致密的防腐層，的制定的管道涂料，正常使用的厚度是10密爾。在國外應(yīng)用有40多年的歷史，在國內(nèi)也有二十幾年的歷史，F(xiàn)BE是眾多防腐蝕涂料中附著力、抗沖擊、耐磨蝕、抗陰極剝離、對環(huán)境污染小等綜合性能較好的品種之一。尤其是FBE防腐工藝技術(shù)具有使用溫度范圍寬、高附著力、耐冷熱交變以及耐酸堿鹽等特點，在國外管道上以北美地區(qū)應(yīng)用最為廣泛[12] 。我國目前已經(jīng)建立的油氣內(nèi)部集輸管線采用的就是FBE防腐層。該防腐層質(zhì)量應(yīng)該符合管道涂層防腐工藝技術(shù)的要求。但是該防腐工藝技術(shù)也有其一定的缺點:在涂層防腐工藝中具有抗沖擊強(qiáng)度不高，水汽滲透率不高。而且該技術(shù)必須在工廠預(yù)制生產(chǎn)、成本比較高、能耗比較大。不耐尖銳硬物的沖擊碰撞，施工運輸過程中，很難保證涂層不被破壞。另外，防腐工藝用作補(bǔ)扣材料的時候，現(xiàn)場施工質(zhì)量沒有辦法與管體相同，因此非常容易發(fā)生塔接部位粘結(jié)失效，漏點比較多，現(xiàn)場修補(bǔ)困難， 且價格昂貴， 因此在碎石土、石方段、地下水位較高的地區(qū)要慎用或不用。
2.3.2 三層聚乙烯防護(hù)層
聚乙烯三層結(jié)構(gòu)防護(hù)層又稱三層PE，是近幾年從國外引進(jìn)的先進(jìn)的防腐技術(shù)。它的全稱為熔結(jié)環(huán)氧擠塑聚乙烯結(jié)構(gòu)防護(hù)層，結(jié)構(gòu)由以下三層組成:底層為熔結(jié)環(huán)氧(60～80μm)；中間層為膠粘劑(170～250μm)；面層為擠塑聚乙烯(約2mm)。防護(hù)層總厚度大于2.2～2.9mm。在三層結(jié)構(gòu)中，環(huán)氧底漆的主要作用是:形成連續(xù)的涂膜，與鋼管表面直接粘結(jié)，具有很好的耐化學(xué)腐蝕性和抗陰極剝離性能；與中間層膠粘劑的活性基團(tuán)反應(yīng)形成化學(xué)粘結(jié)，保證整體防腐層在較高溫度下具有良好的粘結(jié)性。中間層通常為共聚物粘結(jié)劑，其主要成分是聚烯烴，目前廣泛采用的是乙烯基共聚物膠粘劑[11]。共聚物膠粘劑的極性部分官能團(tuán)與環(huán)氧底漆的環(huán)氧基團(tuán)可以反應(yīng)生成氫鍵或化學(xué)鍵，使中間層與底層形成良好的粘結(jié)；而非極性的乙烯部分與面層聚乙烯具有很好的親合作用，所以中間層與面層也具有很好的粘結(jié)性能。聚乙烯面層的主要作用是起機(jī)械保護(hù)與防腐作用，與傳統(tǒng)的二層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層具有同樣的作用。三層PE是20世紀(jì)80年代歐洲研制成功并開始使用的，它是將FBE良好的防腐蝕性能、粘結(jié)性高抗陰極剝離性和聚烯烴材料的高抗?jié)B性良好的機(jī)械性能和抗土壤應(yīng)力等性能結(jié)合起來的防腐蝕結(jié)構(gòu)， 一經(jīng)問世就在許多工程上得到了應(yīng)用，尤其在歐洲國家，其應(yīng)用呈不斷上升的趨勢我國在陜京管線等其它多條管線上采用了三層PE的涂層結(jié)構(gòu)，俄羅斯天然氣工業(yè)公司也正在采用這項技術(shù)[13]。需要指出的是，這種結(jié)構(gòu)不適用于架空管線，另外由于其造價較高，在一般土壤條件下也很少采用。

2.3.3 聚氨酯瀝青
聚氨醋瀝青是20世紀(jì)90年代末發(fā)展較快的埋地管線外用涂料之一。美國、加拿大和中東等地區(qū)在很多工程中都采用了這種涂料。如美國南德克薩斯州到芝加哥附近的天然氣管道采用了這種涂料，10余年來未產(chǎn)生腐蝕;在馬格里布至非洲阿爾及利亞地區(qū)的天然氣管道， 涂敷三層PE結(jié)構(gòu)，且在焊口處就涂有這種涂料。該涂料的優(yōu)點是既可在正常情況下施工， 也可在環(huán)境溫度為0 ℃ 左右順利施它不含溶劑，利于環(huán)保，一次成膜厚，施工效率高，涂層堅韌，表面光潔，附著力優(yōu)良，耐磨性強(qiáng)，膜厚1.5cm就足以達(dá)到防護(hù)外壁的目的。由于它的耐沖擊性和柔韌性要優(yōu)于FBE， 因此在運輸、安裝過程中受到的損傷也比較小。在耐微生物腐蝕和抗植物根莖方面也很優(yōu)良，不過需要有較高的施工技巧和專用設(shè)備。
2.3.4 煤焦油涂層防腐工藝
煤焦油涂層防腐工藝是由高溫煤焦油分流得到的重質(zhì)餾分以及煤瀝青組成的材料，添加不活潑的礦物質(zhì)使用塑化。煤焦油涂層防腐工藝的應(yīng)用已經(jīng)超過了10年，并且在我國20世紀(jì)初開始了管道建設(shè)上的主要應(yīng)用。煤焦油涂層防腐工藝具有價格低、耐陰極性好、化學(xué)穩(wěn)定性好以及抗植物根莖穿透性比較好等特點。但是其也有一定的缺點:煤焦油在使用過程中會發(fā)揮出一種氣味難聞的氣體，對環(huán)境的污染也比較大。另外，煤焦油涂層防腐工藝高溫軟化、低溫發(fā)脆非常容易造成管道涂層損壞的面積計較大[13]。
2.3.5 陰極保護(hù)防腐工藝
陰極保護(hù)防腐工藝是油氣管道普遍采用的技術(shù)，該技術(shù)通過被保護(hù)的鋼質(zhì)管道通以足夠的直流電流，使管道表面產(chǎn)生陰極化，減少或消除造成鋼質(zhì)管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，使腐蝕電流趨于零，進(jìn)而達(dá)到阻止管道腐蝕的目的。另外，柔性陽極在解決高電阻率地區(qū)、老管線的陰極保護(hù)上起到了較好的作用，應(yīng)繼續(xù)開發(fā)適用新材料[14]。
2.4 外防腐層技術(shù)在陜京二線輸氣管道的應(yīng)用
陜京二線輸氣埋地管道的外防腐全部采用三層PE高溫型防腐層; 管道補(bǔ)口采用帶有配套底漆的三層結(jié)構(gòu)聚乙烯熱收縮帶;熱煨彎管外防腐采用單層熔結(jié)環(huán)氧粉未防腐層[15]。其與我國90年代前長期沿用的瀝青防腐層相比不僅防腐性能有所提高，而且它存在著耐熱性強(qiáng)、吸水率低、不易老化、抗土壤應(yīng)力能力高、較強(qiáng)抗細(xì)菌破壞與植物穿透等優(yōu)點。雖然，煤焦油瓷漆也有著久遠(yuǎn)的應(yīng)用歷史，但它的缺點是抗土壤應(yīng)力與熱穩(wěn)定性較差，與陰極保護(hù)的相容性也不好、在高寒與炎熱的地區(qū)施工或管道輸送高溫介質(zhì)時易發(fā)生脆裂或流淌，最大的缺點是毒性大，在西方已基本不用。熔結(jié)環(huán)氧防腐層在北美地區(qū)應(yīng)用最為廣泛，但非常不耐尖銳碰撞，在長期處于潮濕環(huán)境下會產(chǎn)生氣泡。擠出聚乙烯防腐層的粘性較差， 及較高的電阻值使發(fā)生剝離后的陰極電流屏蔽。聚乙烯防腐膠帶抗土壤應(yīng)力不好，特別在高溫下，且易于因粘接力差和電阻值高而產(chǎn)生陰極屏蔽。環(huán)氧煤瀝青防腐層主要問題在于它固化時間長，對長輸管道應(yīng)用較少。所以在陜京二線輸氣管道的外防腐技術(shù)中采用了三層PE技術(shù)。由表2-1（加拿大杜邦公司對三種常用的防腐層的性能比較）可以對三層結(jié)構(gòu)防腐性能有一個更加具體的認(rèn)識[16]。

表2-1三種外防腐層的性能比較

性能 FBE 煤焦油瀝青磁漆 三層PE
粘接力 ＋＋＋ －－－ ＋＋＋＋
陰極剝離 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
抵抗?jié)駳?－－－－ ＋ ＋＋＋＋
抗機(jī)械及土壤應(yīng)力 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
耐化學(xué)腐蝕 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
耐候性 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
操作維修 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
抗低溫 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
抗高溫 ＋＋ －－－－ ＋＋＋＋
抗微生物 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
安全問題 ＋ －－－－ ＋＋＋＋

注：“＋”表示良好程度，“－”表示不好程度。

第3章 油氣管道內(nèi)涂層防護(hù)技術(shù)
3.1 內(nèi)涂層用涂料的基本性能
針對于油氣管道，其內(nèi)涂層用涂料應(yīng)具備下列特性。