燃气管道热收缩带质量通病及解决措施
摘要:本文根据工程实践经验，介绍了热收缩带质量通病，如：热收缩带密封失效、热收缩带与补口处管道本体粘结不牢、收缩带遭到第三方破坏，对热收缩带质量通病问题分析，并提出了相关有效的解决措施。
关键词: 燃气管道；热收缩带；质量通病；问题分析；解决措施
由于地区的燃气管道在选材和防腐方法中都有所不同，各地土壤腐蚀性差异很大，加之对燃气经营的管理水平差异较大，这些因素导致我国各城市燃气管道失效的特征、频率以及后果的差别都很大。
而热收缩带补口在燃气管道的防腐效果中起着极重要的作用，但由于受环境条件、施工设备、施工人员技术水平等各种因素的影响,使得补口工艺质量控制的难度非常大,下面就其相关内容进行分析。
1 热收缩带质量通病形式
通过总结多年的现场3PE防腐层施工经验,发现目前城镇燃气钢质埋地管道热收缩带补口失效主要表现为:热收缩带密封失效、热收缩带与补口处管道本体粘结不牢、热收缩带遭到第三方破坏三种形式。
其中,热收缩带密封失效、热收缩带与补口处管道本体粘结不牢是影响管道防腐层质量的最主要的因素。
1.1 热收缩带密封失效
热收缩带密封失效表现为热收缩带与管道本体3PE防腐层粘结不牢,甚至与管道本体3PE防腐层脱离开；热收缩带自身搭接粘结不牢,导致土壤中的腐蚀介质从密封失效的热收缩带与3PE防腐层之间的缝隙进入热收缩带内,导致补口失效。
在这种情况下阴极保护电流不能到达管体表面,从而使管体产生腐蚀。
1.2 热收缩带与补口处管道本体粘结不牢
实质上,热收缩带与补口处管道本体粘结不牢就是环氧底漆失效。
在钢管表面的环氧底漆涂层不完整,环氧底漆没有很好的附着在管体金属表面上,剥离时环氧底漆与热收缩带一同从钢管本体表面脱落,也就是热收缩带没有起到粘接作用,更没有发挥有效的防腐作用。
1.3 热收缩带遭到第三方破坏
热收缩带遭到第三方破坏主要是指热收缩带本体遭到机械破损,当管道防腐层受到破坏时,腐蚀介质自破坏处渗入,破坏处成为阳极,钢管外表面成为阴极。
由于阴极面积远大于阳极,由此构成宏观腐蚀电池使防腐层破坏处的腐蚀速度加
快。
2 热收缩带质量通病问题分析
从热收缩带的失效形式来看,笔者经过分析认为,产生此类问题的原因主要集中在热收缩带材料质量、施工等方面。
2.1 热收缩带材料质量的问题与常用的防腐绝缘材料相比,辐射交联聚乙烯
热收缩带具有机械强度高、耐化学介质腐蚀、耐环境开裂应力大的特点,还具有操作方便、使用简单、施工快捷、密闭性好,另外不透水、不透气,并与各层材料粘结力强、自愈力强的优点。
(1)剪切应力的影响
剪切强度也叫抗剪强度,它是胶接接头的单位胶接面积上所承受的平行于胶接面的最大载荷。
从粘接接头的理论分析可知,胶层越厚,胶接接头的应力集中系数越小,剪切强度越大。
但是从部分实验经验来看,有时胶层厚度越大,剪切强度可能越低,这是因为随着胶层厚度的增加,胶层内部的缺陷呈指数关系迅速增加,此外,胶层越厚,胶黏剂固化收缩而产生的收缩应力较大,这些内应力都将造成接头强度的下降。
但是并不是胶层厚度越薄越好,若胶层太薄容易造成缺胶现象,使强度降低。
胶层越薄,会使应力集中系数应力集中系数越大,应力分布更不均匀,也可能造成强度的降低。
(2)剥离应力的影响
剥离强度又称抗剥强度,它可以衡量胶接接头抵抗裂缝扩展的能力。
一般来说,降低胶黏剂的弹性模量,增加断裂伸长率,将使接头的应力集中程度降低,强度增加。
但是,胶黏剂弹性模量的降低往往伴__随着其自身内聚强度的下降,这又会导致粘接强度的下降,所有必须把胶黏剂的弹性模量和断裂伸长率控制在一定范围内。
(3)水的影响
水分子体积小,能渗透到粘接接头的胶层和界面中去；水分子极性大,容易沿着极性界面渗透,取代了胶黏剂分子被吸附在被粘物表面使粘接强度大幅下降。
另外,水可渗入胶层的本体,破坏胶黏剂分子间的氢键及次价键,使胶黏剂增塑,引起物理力学性能的下降,另一方面,可能使胶黏剂分子链断裂,导致粘接强度的下降。
(4)酸碱盐等的影响
土壤中的酸碱盐等物质对粘接面会起到一定的腐蚀作用,这个问题有待于进一步的研究。
2.2 热收缩带补口的施工问题
从诸多现场开挖发现的热收缩带补口失效形式来看,热收缩带补口的施工问题主要集中在施工工艺和施工质量两个方面。
(1)热收缩带补口施工工艺
目前,城镇燃气管道防腐施工中,热收缩带补口施工工艺采用手工烘烤加热方式。
由于所有热收缩带补口工序都在施工现场由操作工人手工操作进行,其性能很大程度上受现场作业条件和操作人员技术水平的限制。
补口过程中烘烤温度的控制是非常关键的,同时也是该道工序的难点,如果加热温度低,就会降低粘结强度；而加热温度过高,又会发生PE收缩过度、焦化或老化、冷后产生应力开裂等问题。
(2)热收缩带补口施工质量问题
管道防腐层施工质量低下一直是困扰所有城镇燃气管道工程防腐施工的主要问题,热收缩带补口更是如此。
热收缩带补口施工涉及搭接区管体金属表面处理、管体预热、环氧底漆涂刷、热收缩带烘烤等多个环节,其中任何一个环节未按标准要求完成都将影响到热收缩带补口的最终质量。
管体金属表面处理是防腐处理最关键的环节之一,良好的表面处理可使防腐层与管体表面产生良好的咬合,将防腐层紧密裹覆在管道表面,形成一道致密的保护屏障。
如果管体金属表面没有进行处理、未按要求处理或金属表面处理的不洁净,都将严重影响防腐层与管体金属表面粘接,甚至根本无法粘接。
绝大部分性能优异的防腐材料,若没有良好的金属表面处理为前提,防腐材料的性能会大打折扣,有时根本无法发挥防腐保护作用。
管体金属表面处理不合格,除部分与施工环境条件有关外,绝大部分系人为因素造成的。
现场施工操作人员素质低,不按规范要求进行操作,擅自缩减施工作业步骤；造成现场监督检查人员责任心不强,导致现场监督检查不到位。
这些都是造成大面积防腐失效的主要原因。
热收缩带烘烤不到位除与人工烘烤方式有一定关系外,在很大程度上还与现场操作人员责任心不强、一味强调工程进度、过度节省作业成本等人为因素有关。
热收缩带主要是依靠热熔胶的熔融完成粘接的,其烘烤时间和温度都是有严格限制的。
而国内许多工程工期要求十分紧张,施工单位为追求进度而忽视质量的现象较为普遍。
同时某些施工单位为了减少现场作业成本,加热少用气,烘烤时间很少达到厂家要求的烘烤时间,整个收缩带上的热熔胶并没有完全熔融,有时通过赶气泡的方式将已熔的热熔胶推赶到部分未烤透部位。
3 热收缩带质量通病相关解决措施
笔者针对国内城镇燃气管道热收缩带补口的现状,提出合理确定确定热收缩带剪切强度和剥离强度指标、推广应用管道补口专用加热烘烤机具和加强补口现场监督管理三项对策与建议。
3.1 合理确定热收缩带剪切强度和剥离强度指标
抗剪切强度和抗剥离强度是衡量热收缩带安装系统整体质量较为重要的两项指标。
由于剥离强度是热收缩带中唯一可进行现场检测的指标,有人将剥离强度的高低作为衡量热收缩带性能质量的关键指标,致使国内部分厂家过分追求高指标的剥离强度,但短时的高剥离强度不一定就可保证热收缩带长期、稳定、有效的粘接。
从国内热收缩带产品的失效情况和热收缩带在土壤中的受力情况两方面看,目前国内热收缩带产品应适当提高搭接剪切强度指标,而剥离强度指标不必追求过高,适中即可。
建议国内相关部门就管道热收缩带补口在土壤中受力状况开展深入研究,合理确定热收缩带相关性能指标的数值。
同时也建议热收缩带生产厂家加强对产品深层次的研发,注重产品的性能研发和结构的完善,尽快提高国内热收缩带的产品质量。
3.2 推广应用管道补口专用加热烘烤机具
采用专用加热烘烤机具进行补口加热,不仅受人为因素的影响小,管体受热均匀,施工质量可得以大幅度提高,并且加热时间较短,受天气干扰小,对降低补口作业成本、提高作业进度都比较有利。
作者建议在条件允许时,城镇燃气管道补口烘烤尽可能使用专用加热烘烤机具。
若难以实施机具烘烤时,应采取多人同时烘烤,并规定最少烘烤时间的方式,从而尽量保证热熔胶完全熔融产生良好粘接。
3.3 加强补口现场监督管理
鉴于管道防腐层补口专业性较强,本人有以下建议:现场补口施工须由有经验、具有防腐施工资质和较好工程业绩的专业化防腐施工队伍完成；所有现场补口施工操作人员必须经过防腐培训,并通过现场监理组织的资格考核,取得上岗证后才能进行现场作业；强化监理监督管理,现场补口施工应实行旁站监理,以做到每道补口的质量可追溯,以期全面提高城镇燃气管道防腐工程的施工质量。
参考文献
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