埋地钢质管道3PE防腐涂层是80年代以德国为代表的欧洲国家开发并成功应用的管道防腐技术，它由熔结环氧粉末（FBE）底层、中间层粘结剂和聚乙烯（PE）外层所组成，其结构示意图如图1所示。
其中环氧粉末涂层具有与金属优异的附着力和抗阴极剥离性能以及优良的耐化学腐蚀性和抗氧气渗透性，聚乙烯涂层具有优异的抗冲击性能和抗水渗透性能。两者通过中间层粘结剂粘接的配合而形成的复合涂层充分显示了各自的优点，弥补了它们的缺点。鉴于3PE涂层优异的综合性能使其在世界范围内得到了广泛的应用，是目前国内外大型管道工程上主流防腐结构。
自3PE管道防腐涂层技术开始使用，至今已有二十多年的时间。尽管3PE涂层技术呈现了优异的防腐和抗机械损伤性能。但在许多国家，在用的3PE防腐层出现了严重的附着力减退问题。导致能够毫不费力地将防腐层从钢管上剥离下来。这当然使人们对这种防腐层预期的长期腐蚀控制性能产生了疑问，但是并没有确定属于结构性的腐蚀问题。在过去的十年里，国外报道了多起的陆上长输管道3PE涂层失效的案例，包括墨西哥、印度、南美洲、伊朗、叙利亚和加蓬等，主要的失效形式表现为FBE与钢管底材之间的整体剥离。2010年位于墨西哥东南部、管径位24寸天热气管道的3PE涂层发生失效，该管道仅运行5年，便在2008年通过内检测发现3处异常。 为了检测涂层系统的完整性，进行了多次开挖。总共评估了13处管段，发现有12处管段存在3PE剥离失效，绝大多数失效位于管体与FBE底漆界面，防腐的剥离照片如图2所示。
2009年伊朗国家石油公司曾报告一条42英寸的管道在运行2年后，发生大面积的3LPE失效，涂层粘附力严重降低。
沿管道135处开挖后取样，45%的取样点完全失去粘附力，30%的取样点仅剩很少的粘附力，仅有9.4%的取样点显示具有良好的粘附力。超过75%的粘附失效发生在FBE底漆与管体表面之间，防腐层剥离的照片如图3所示，从图片中可以发现防腐层表面存在部分污物和杂质量。相比而言，临近的FBE涂层管道，涂层状况完好，未出现涂层失效问题。
管道在运行过程中要求防腐涂层与管体间保持良好的粘结力，否则一旦涂层失去粘结力，潮气就会聚结于钢管与防腐涂层之间，导致涂层失去防腐功能。引起管体腐蚀，从而威胁管道运行安全，因此涂层与管体间的良好粘接是控制管道防腐质量的关键。
管道防腐是一个系统工程，它不但涉及到防腐涂层还涉及到涂层与阴极保护的匹配性。影响管道防腐质量的因素很多，管道防腐原材料质量和涂敷工艺控制、管道敷设及管道运行等诸多环节所涉及到的多种因素影响。 涂层失效可能是上述原因之一引起的，也可能是其中几个原因共同引起的。理论上讲以上各环节中的任何一个控制点出现问题都有可能导致3PE防腐层的失效。从文献报道出现的防腐层从钢管表面整体剥离的情况来看，FBE与管体间粘接性能不佳可能是导致涂层整体剥离失效的主要因素。研究表明许多因素都会影响熔结环氧粉末底漆的附着力，主要包括原材料质量、钢管表面预处理、环氧粉末的涂敷工艺等。此外FBE涂层厚度、涂层内应力、管道储存环节控制不严、野蛮施工等因素也会在一定程度上影响涂层的粘接。
（2）环氧粉末在经过中频感应加热的钢管表面形成满足标准厚度要求的粉末层，在粉末合适的胶化状态下，中间粘结剂通过专用模具和挤出熔融的胶带缠绕在粉末层表面，同时PE挤出机挤出聚乙烯带，缠绕在中间粘结剂的表面；（3）冷却定型，通过风冷和水冷共同作用，形成三层PE防腐层。
管体表面处理和污染情况、固化温度、固化时间、涂层厚度、水冷控制等各环节的控制对于影响涂层与钢管之间粉的粘接均有不同程度的影响。
一般来讲，3PE通常采用比较厚的聚乙烯面层增强防腐层抗机械损伤和防水渗透的能力。但是，聚乙烯的热膨胀系数比钢材高十倍之多（如表1所示）且非常厚（2～6mm）。在3PE涂敷过程中，将三层聚烯烃涂层材料从很高的温度（200～250℃）急冷到60℃左右（如图6所示），往往会因为聚乙烯分子来不及通过分子热运动达到稳定的聚集状态而在涂层内部产生比较高的残余热应力。因为残余应力高，造成防腐层剥离，尤其在管端截短防腐层和任何防腐层的边上，因为这些是高应力集中部位。 特别是假如钢管表面预处理不当或工艺不匹配，就无法保证防腐层持久达到很强的粘合强度。如果FBE底漆配方选择不当、质量偏差或发生热氧化降解，也将导致防腐层过早失效。
通过研究发现，残余应力集中与FBE厚度、PE层厚度、坡口角度、FBE热量、热膨胀系数的差异有关。PE层厚度增加会加大FBE 与钢管之间脱层的风险，残余应力在坡口处集中，坡口角度越大越容易发生涂层翘边。
3、结论
3PE防腐层具有抗机械损伤、稳定性好、阴极保护一次投资及运行成本低的优点，但防腐层与管道长期粘接良好是首要前提。由于3PE涂层生产过程中涉及的工序较多且工艺复杂，影响产品质量的因素较多，任何一个工序操作不当都会影响防腐层的质量。3PE防腐设计寿命一般都是30～50年，其优越性也是以其长期防腐有效为前提的，3PE防腐层的优越性是长期有效为前提的，是必须以严格的质量控制体系为保证的。因此，必须从严把控管道投产运行之前的各个环节，以保证管道防腐质量。 防腐层失效是一种严重的质量问题，轻者严重影响产品形象，重者导致防腐层报废。有的失效可以在出管岗位检查出来，有的在发管现场才能发现，有的要到管道建设工地才暴露问题。问题一旦产生，不仅修补极其困难，而且由于有的问题要潜伏相当长的时间才暴露，很难防范。因此，涂层的粘接质量问题必须在生产过程中予以防范和解决。
来源：中国石油管道科技研究中心
