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摘要：紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术是近年来在定向钻管道施工中应用较广的技术，下面将对其进行介绍，以供参考。
关键词：紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术；定向钻管道；应用；
概述：
水平定向钻穿越施工过程对管道防腐层产生的影响，紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术的原理及优缺点紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术施工方法及在实际工程当中的运用紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术与其他防腐保护技术的之间的对比
一、概述
近年来，国家大力发展油气管道运输，水平定向钻施工已经成为一项非常成熟的施工方法，分别在油气管道穿越大型河流、沟壑、滩涂等复杂地段频繁的使用。其有着施工难度相对较低、降低大面积开挖土方量、穿越河流施工方便等特点。但是由于水平定向钻在施工中， 经常会遇到硬地层 ，卵石层、大颗粒砂层等复杂地层。在管道回拖过程当中时常发生管身划伤裸露或包覆焊口的热收缩套 (带 )被刮翻的现象。本文提到的紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术为管道穿越复杂地段提供了一种备选的方案，有效的减少了管道在定向钻穿越过程当中对防腐层造成的损伤，延长的管道的使用寿命。
二、水平定向钻穿越施工过程对管道防腐层产生的影响
1、穿越位置及地质情况的影响。穿越段管道其路由往往具有唯一性。而且穿越段多数为地质情况复杂，特别是以砂砾石岩层地带为主的地质，条件恶劣，内部结构复杂。同时由于3PE耐划伤强度不足，管道在穿越过程中极易出现外防腐层大面积破损；经常出现管道3PE防腐层划伤露出基材，补口材料严重破损甚至脱落等现象，严重影响管道运营安全和服役寿命。
2、 回拖管发送过程的影响。 发送沟内杂质未清除干净，管道发送时未放入沟内或发送沟内未灌水等，地面预制管道在回拖过程当中没有安装发送滚轮架或没有完全支撑或吊起，支撑点没有进行有效的润滑，造成地面与管道摩擦阻力较大。在对管道进行回拖时 ，防腐层极易被划伤，包覆焊口的热收缩套(带)也容易被刮翻 。
3、特殊措施的影响。对于一些地质构造复杂的水平定向钻穿越，施工中常常在出入土端夯入钢套管。如果钢套管端口在使用时被破坏而未处理 ，管道回拖进入钢套管时 防腐层就可能遭到严重破坏，甚至造成管体本身的破坏 。
4、泥浆配比的影响。泥浆配比是否合理，不仅影响沟壁的稳定，还影响携带钻屑的能力，进而影响到管道外防腐层。由于水平定向钻钻孔扩孔过程中， 管沟内壁不可能达到完全光滑，尤其是基岩地层，会有局部凸出的小岩石。管壁四周与孔洞之问虽有泥浆润滑，若泥浆配比不合理 ， 管道在回拖过程中不能完全保持悬浮状态，可能会增加回拖阻力 ，从而损伤到管道外防腐层 。
5、孔道内大角度的借转对管道防腐层的影响。在定向钻钻孔过程当中，
根据陀螺仪空间定位记录，由于地层软硬交替，钻头走偏 ，管道在距出土端约 1 ／3总长度位置，经历非常明显的水平和竖直两个方向同时较大角度的借转。管道在通过大角度 s型孔道时，管道外防腐层极易受到损伤。
6、环向焊缝补口质量的影响。 三层 PE防腐管现场环焊缝补口一般采用水平定向钻穿越专用的带配套环氧底漆的辐射交联聚乙烯热收缩套 。虽然补口套两端均加强一圈密封带做为牺牲带 ，防止补口套脱开， 但由于施工和各方面的原因，水平定向钻穿越专用热收缩带 (套)很容易起皱，甚至被刮翻。
三、紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术的原理及优缺点
紫外光固化改性环氧玻璃钢是一种采用紫外线引发固化的玻璃纤维增强复合片材，其未固化前材质柔软，适合缠绕与管道外壁，在受到紫外线照射后可迅速固化形成一层坚硬的膜，可起到耐划伤、耐磨和抗冲击的作用。以紫外光固化纳米高分子复合片材为主材料制成的StrataShield保护层是在管道外防腐层外面再包覆一层光固化环氧材料，这种材料在太阳光或紫外线照射下会发生聚合、交联反应，从而固化成型。固化成形后的保护层具有耐压、耐磨性能，可确保管道外防腐层在穿越回拖过程中不被破坏。
StrataShield为两膜夹一芯的结构，将底膜撕掉后露出具有黏性的表层，可以粘接在管道外防腐层表面。StrataShield与环氧涂层、钢管粘结力极强，但与PE层粘结力较弱，因此在施工时需对3PE外防腐层进行打磨和火焰极化，经处理后的PE表面粘结效果非常好，粘结强度可达3.5—10.0Mpa。StrataShield在固化的同时自身收缩，使得StrataShield更加贴紧管身，大幅提高其剪切强度（环形剪切强度可以达到5.94Mpa），保证了在回拖过程中StrataShield不被拉脱。
StrataShield保护层运用于管道水平定向钻穿越工程主要有以下优点。
1）机械强度和弯曲强度高
2）耐冲击性能高
3）固化速度快
4）耐磨性高
5）与3PE或者FBE粘结强度高
6）施工简便
7）适合于高低温应用
四、紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术施工方法及在实际工程当中的运用。
一、紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术施工方法主要由以下各环节组成。
1、聚乙烯(PE)防腐层表面粗糙化处理
为了增加环氧树脂对钢管 PE 层的粘结面积和润湿性，一完成对钢管表面 PE 层的拉毛处 理；或采用手打磨的方式，将钢管表面 PE 层打毛。要求钢管 PE 层表面无连续光滑表面。
2、 PE 表面除尘处理
一般采用手动打磨的方式进行打毛处理时，可采用压缩空气对 PE 表面进行吹扫。要求 PE表面无浮尘，可见 PE 本色。
3 聚乙烯(PE)表面极化处理
为了增加聚乙烯表面的极性，提高环氧树脂的粘结性，将火焰加热器对拉毛除尘后的聚乙烯表面进行火焰极化处理。加热温度控制在 60～80℃，接触式测温仪全程控制。
4 底层环氧树脂涂敷
钢管聚乙烯表面进行极化处理后，立即进行底层环氧树脂的涂敷。将环氧树脂从 12 点位置 (即管道顶部位置)淋下，采用排刷或辊轮进行涂敷，要求涂敷均匀，无漏涂，厚度约 200um，涂敷过程中采用湿膜测厚仪进行控制。
5 粘贴紫外光固化环
安装方式如同缠绕透明胶带，技术要求：粘贴紫外光固化环氧玻璃钢不能有气泡、空鼓的产生。使用辊子进行单方向滚动，保证材料粘接良好。在涂敷环氧树脂的同时，粘贴紫外光固化环氧玻璃钢。安装示意图参见图 7 。
图2二、紫外光固化环氧玻璃钢防腐技术施工方法在国内相关工程的使用
1、中俄原油管线黑龙江穿越
1.1 工程概况
中俄原油管道黑龙江定向钻穿越工程位于中俄两国边境。管道的设计压力为 6.4MPa，管 径 820mm，壁厚 15.9mm，采用 K56 级直缝埋弧焊钢管，管道水平穿越长度为 1110m。
1.2管道初次定向钻穿越 穿越段管道采用工厂预制加强级三层聚乙烯的多层防腐结构，防腐层厚度≥3mm，补口位置采用了进口 Cansua 热收缩带。在没有增加任何外护层的情况下进行了第一次穿越。
受到地下分化岩、砂砾、冻土的作用下，管道 3PE 层严重大面积损伤、更为严重的是补口位置热收缩带也被严重划伤，在检查中发现了 19 处不可接受的工厂防腐层和热收缩带破损，其中包括直达管体的工厂防腐层损坏（3 处缺陷）、热收缩带划伤、焊口裸露（2 处缺 陷）等。1.3 管道二次定向钻穿越
在各方的讨论、论证后对穿越段管道的加强级 3PE 外增加一层紫外光固化改性环氧玻璃钢以提高管道的耐划伤、耐摩擦、耐冲击能力。增加外护层后进行二次回拖，结果证明紫外光固化改性环氧玻璃钢外护层保护效果显著。回拖效果图见图3。
五、紫外光固化改性环氧玻璃钢与
国内外同类技术对比
StrataShield与传统环氧玻璃钢
保护层的技术对比：
传统环氧玻璃钢材料属于上个世纪50年底
图3
的旧有技术产品，主要用来做管道的补强并且已被碳纤维补强产品所代替。在管道定向钻穿越领域StrataShield与传统环氧玻璃钢保护层技术有以下几点区别：
1）固化方式的不同
传统环氧玻璃钢保护层采用中温或者高温的方式固化，其固化机理是环氧树脂中的环氧基与固化剂反应生成含醚键结构的网状均聚物。其主要影响因素是环境温度和湿度，如果温度过低将会造成环氧半固化或者永久不固化；该产品固化时间约7天时间。
StrataShield采用紫外光引发固化，光源易得，不受环境温度和湿度的影响，其固化机理是紫外线引发改性环氧树脂中的不饱和化学键反应生成稳定的网状单键聚合物。StrataShield固化时间约1个小时。
2）施工步骤的区别
传统环氧玻璃钢外护层结构为：二布五胶，即环氧树脂（表干）+环氧树脂+玻璃布+环氧树脂+玻璃布+环氧树脂（表干）+环氧树脂，该结构也是环氧玻璃钢外护层的施工步骤，整体施工工艺复杂，等待时间长、人工浪费严重。
StrataShield外护层结构为：改性环氧树脂底漆+StrataShield，改性环氧底漆涂刷完可直接安装StrataShield，整体安装工艺时间短，人工效率高。
3) 产品性能参数的不同
在管道水平定向钻穿越领域外护层产品主要考虑巴氏硬度、冲击强度、耐磨性、耐划伤性和与PE的粘结强度等几项性能；其中StataShield的表面巴氏硬度平均值大于65，而环氧玻璃钢的表面巴氏硬度平均值仅为40；冲击强度方面StrataShield可达8J冲击无漏点，已超于了海洋等级的5J级别，而环氧玻璃钢对于冲击强度无明确技术参数；耐磨性方面StrataShield为7.6 L/um，而环氧玻璃钢的耐磨性仅为3.0 L/um; 50kg耐划伤性方面StrataShield的技术参数为133um无漏点，而环氧玻璃钢的技术参数为500um无漏点；StrataShield与PE的粘结强度平均值大于7.0MPa，而环氧玻璃钢与PE的粘结强度平均值大于3.5MPa；从各项技术指标上可以看出StrataShield的性能优势远远大于传统环氧玻璃钢。
2、 StrataShield与石夹克保护层的对比
石夹克是指在管道外防腐层外缠绕一层混疑土层，并用轻质镀锌金属网增强，并在混凝土外层包裹一层开孔聚乙烯带。早期，石夹克保护层只能在北美、澳洲几家防腐涂敷厂进行，且仅限于小管径管道，目前国内尚无引进石夹克涂敷生产线。究其原因是石夹克外护层增加了管道重量，不易在定向钻穿越管道中应用。相比较StrataShield具有轻质高强的特点，更适宜长输管道定向钻穿越用。
3.3 StrataShield与进口FiberTec的对比
通过对3种保护层的对比，石夹克保护层具有较佳的机械保护性能，但混凝土养护时间较长，而且石夹克的重量较大，加大了回拖难度；传统环氧玻璃钢也可以作为管道外保护层，但施工工艺复杂，受环境温度和适度影响严重，施工质量难以保证；StrataShield作为新型的外保护层，不但施工简单快速、具有轻质高强的特点，而且造价更低，作为新一代的管道外保护层更适用于长输管道水平定向钻外保护层。
参考文献：
[1]任红英， 欧向波. 定向钻穿越防腐层保护方式的选择[J]. 煤气与热力，2016，36(5):30-33.
论文作者:任磊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/20
标签：管道论文; 环氧论文; 玻璃钢论文; 保护层论文; 环氧树脂论文; 光固化论文; 表面论文; 《防护工程》2018年第26期论文;