王俊琪1 王鳳江1 胡斌2 劉亞明3

1. 中國(guó)石油西南化工銷售公司；2. 中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司；3. 中國(guó)石油寶雞鋼管有限公司

在鋼質(zhì)管道各種防腐技術(shù)中，三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱3PE）因兼具環(huán)氧樹脂的防腐蝕和聚乙烯材料的機(jī)械性能，防腐效果好、壽命長(zhǎng)、施工方便，已成為目前世界上埋地鋼管中應(yīng)用最為廣泛的防腐技術(shù)，我國(guó)在建或擬建的一系列大型油氣管道項(xiàng)目也都普遍采用3PE防腐技術(shù)。

1  聚乙烯防腐專用料的開發(fā)

2012年以前，中石油還沒有自主品牌的聚乙烯防腐專用料投放市場(chǎng)，寶雞石油鋼管公司高峰時(shí)期每年需要從市場(chǎng)上采購(gòu)聚乙烯防腐料近3萬(wàn)噸。2011～2014年，西南化工銷售分公司、獨(dú)山子石化分公司和寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司三家產(chǎn)銷研單位聯(lián)合成立項(xiàng)目組，整合和利用自身的煉化資源和研發(fā)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了自主品牌的“埋地鋼質(zhì)道聚乙烯防腐專用料BSGPE-01”，并通過了專家鑒定，性能達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見表1。

該防腐料已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和鋼管涂覆應(yīng)用，累計(jì)生產(chǎn) 3000 余噸，成功應(yīng)用于柴北緣項(xiàng)目等管徑457毫米油氣管線，效果良好。其中 BSG-PE01、BSG-PE02 兩個(gè)牌號(hào)的產(chǎn)品還通過了中石油集團(tuán)公司新產(chǎn)品認(rèn)定，并列入了自主創(chuàng)新重要產(chǎn)品目錄。

2  聚乙烯防腐專用料采購(gòu)技術(shù)規(guī)范的制定

在中石油系統(tǒng)內(nèi)全面推廣應(yīng)用自主品牌防腐料過程中，項(xiàng)目組通過對(duì)市售防腐料樣品進(jìn)行性能剖析發(fā)現(xiàn)，市售防腐料灰分含量、炭黑含量、耐環(huán)境應(yīng)力開裂等指標(biāo)遠(yuǎn)不及自主品牌產(chǎn)品，個(gè)別批次甚至達(dá)不到GB/T 23257《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》技術(shù)指標(biāo)要求。為進(jìn)一步提升和穩(wěn)定聚乙烯防腐專用料的質(zhì)量，杜絕劣質(zhì)防腐料進(jìn)入市場(chǎng)，項(xiàng)目組于2014年度開展了《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐專用料采購(gòu)技術(shù)規(guī)范》的研究制定工作。該標(biāo)準(zhǔn)于2015年8月發(fā)布，11月正式施行。

《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐專用料采購(gòu)技術(shù)規(guī)范》（Q/SY1846-2015）在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23257《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》的基礎(chǔ)上，增加了灰分含量指標(biāo)，并對(duì)炭黑含量的范圍進(jìn)行了限定。

2.1炭黑含量確定依據(jù)

相關(guān)研究表明，炭黑是較好的紫外線穩(wěn)定劑，能夠通過吸收紫外線達(dá)到防老化目的。一般而言，一定細(xì)度的炭黑，濃度達(dá)到2%時(shí)，即可起到很好的紫外屏蔽作用，考慮到一定的保險(xiǎn)系數(shù)，用2.5%炭黑對(duì)聚烯烴可達(dá)到最佳防老化效果。而炭黑添加量在0.5%以下時(shí)，防護(hù)效果很差。當(dāng)要求炭黑起穩(wěn)定和防老化作用時(shí)，它的加入量約為2～3%；炭黑在各種塑料制品中的一般填充量見表2。

可以看出，炭黑含量與聚烯烴產(chǎn)品的用途類別有關(guān)，并非含量越高越好。這是由于過高的炭黑含量除可能帶來相對(duì)較高的成本外，對(duì)產(chǎn)品的力學(xué)性能、流動(dòng)性能等亦有諸多不利影響。炭黑含量對(duì)聚烯烴樹脂熔體流動(dòng)速率（MFR）的影響規(guī)律研究趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 炭黑含量對(duì)樹脂MFR的影響

由圖1可看出，隨著炭黑含量的增加，基礎(chǔ)樹脂的MFR不斷下降，其流動(dòng)性隨之變差。此外，由于炭黑本身粒徑較小，分散比較困難，所以隨著含量增加，均勻分散的難度就會(huì)不斷增大。而炭黑在聚烯烴樹脂（如聚乙烯）中的分散度直接影響防腐料的性能，分布不均勻?qū)��?dǎo)致上述性能特別是耐候性的顯著下降。因此，作為防老化用途的炭黑，其在聚乙烯樹脂中的含量為2.0%～2.5%時(shí)能夠達(dá)到較優(yōu)的綜合性能。本標(biāo)準(zhǔn)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0413-2002《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，確定聚乙烯防腐專用料的炭黑含量為2.0%～2.4%。

2.2灰分含量確定依據(jù)

3PE防腐料用于埋地鋼質(zhì)油氣管道防腐時(shí)，由于地理環(huán)境復(fù)雜，材料的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能非常重要，關(guān)系到油氣管道的安全及使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)，灰分含量對(duì)防腐料的耐環(huán)境開裂性能有著顯著影響。項(xiàng)目組收集了兩種典型的市售3PE防腐專用料，并對(duì)照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23257《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》，對(duì)原料的相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，兩自主品牌產(chǎn)品的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能可達(dá)5000h以上，而市售樣品2的耐環(huán)境應(yīng)力開裂時(shí)間不足200h，未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的下限（1000h），市售樣品1雖然達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但也遠(yuǎn)低于5000h。測(cè)試情況如圖2、圖3所示。

圖2 樣品應(yīng)力開裂性能對(duì)比（左側(cè)為正常樣品，右側(cè)為開裂后樣品）

圖3市售樣品試驗(yàn)后圖片（10個(gè)樣品全部開裂）

對(duì)上述各樣品進(jìn)行了灰分含量測(cè)試，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，市售樣品的灰分含量遠(yuǎn)高于自主品牌產(chǎn)品。市售防腐料灰分含量高可能與添加二次回收料帶來的無機(jī)填充物等雜質(zhì)有關(guān)，從而導(dǎo)致其耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能急劇下降。

綜上所述，為避免灰分含量偏高影響對(duì)產(chǎn)品的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能，結(jié)合正常產(chǎn)品的灰分含量測(cè)試結(jié)果，本標(biāo)準(zhǔn)給出的灰分含量指標(biāo)為≤1.0%，其他各主要技術(shù)指標(biāo)見表5。

3  結(jié)論

《鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐專用料采購(gòu)技術(shù)規(guī)范》（Q/SY1846-2015）的制定，有助于進(jìn)一步提升和穩(wěn)定聚乙烯防腐專用料的質(zhì)量，引領(lǐng)聚乙烯防腐專用料市場(chǎng)良性競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)油氣管道安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 

作者：王俊琪，男，碩士研究生，主要從事高分子材料改性產(chǎn)品的開發(fā)和推廣工作。

《管道保護(hù)》2016年第6期（總第31期）