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1、环氧玻璃钢和光固化保护套 在浙江定向钻穿越应用的探讨 中国石化销售浙江石油分公司 摘要：本文就目前应用于国内外定向钻穿 越管道防腐层外防护技术（环氧玻璃钢及 光固化保护套）的技术特点、应用范围及 施工工艺进行介绍，并结合浙江石油具体 工程实例和新技术的使用效果，对这两种 技术在定向钻穿越中的应用进行探讨。 1 现状分析 2 新防腐层外防护技术的采用 环氧玻璃钢 3 新防腐层外防护技术的采用 光固化保护套 4 三种管道定向钻防护技术对比 目录 5结论分析 现状分析 众所周知，在长输管线铺设的过程中经常会 遇到各类复杂的穿越地段，例如穿越河流、山体 、铁路、公路及特殊地质路段等。这些地段的地 质多
2、以砂砾石岩层地带为主，地质条件恶劣，内 部结构复杂，管道在穿越过程中极易出现外防腐 层大面积破损，甚至“卡壳”导致穿越失败的严 重后果。 另外，由于穿越的管道其路由往往具有唯一性 ，其管线维修成本和难度极大。如何选择合适的 穿越段管道外防腐体系，以提高穿越段管道外防 腐层整体质量，是亟待解决的难题。 目前国内管道主体防腐层以单环氧和挤压聚乙 烯三层结构（3PE）为主，国内外大量的穿越工程 实例表明：一般地段的穿越对防腐层的破坏相对 较少通常采用单环氧和三层PE进行地下管线的防 腐即可。但是遇到多砂砾石、风化岩层甚至岩石 层等地质情况，由于PE耐划伤强度不足，经常出 现管道3PE防腐层划伤露出基
3、材，补口材料严重破 损甚至脱落等现象。图1为浙江管道穿越后3PE防 腐层及防腐材料损坏及脱落。 现状分析 图1 管道穿越后3PE防腐层及补口材料损坏及脱落 现状分析 1.1现状情况分析 浙江甬台温成品油管道于2014年11月11日对 宁波宁海白溪段管线定向穿越段管道采用3PE外防 腐层检测评估时发现：在管道定向钻施工回拖过 程中，由于地下地质结构复杂导致管道受到不规 则孔洞、砂质土壤和破碎岩粒等物体影响，管道 的外防腐层出现不同程度的损伤，部分管段严重 划伤至露出金属管道表体，导致外防腐层防腐效 果降低甚至失效。针对管道外防腐层绝缘电阻率 检测结果，只得采用了在定向钻两端增加牺牲阳 极阴极保护
4、弥补。 现状分析 1.2现状检测结果分析 定向钻穿越管道长度958m，直径4068.7mm ，3PE防腐层厚度大于2.9。定向钻穿越回拖管道 是从入土端至出土端，从下图判断出土端管道外防 腐层受损最严重。由于此段管道穿越山丘，除了出 土端管道可以检测外，其余段管道无法采集信号。 现状分析 序号管段位置（米） 管段长度（米 ） 绝缘电阻 (欧*平米) 防腐层分级 10.0 5.05.00752劣 25.0 8.03.005038良 38.0 15.07.002464差 415.0 20.05.003644可 表1 管线外防腐层检测评估结果 现状分析 从上表可以统计出外防腐层评定为: 评为优级的有
5、0m，占全长的 0% 评为良级的有3m，占全长的 15.0% 评为可级的有5m，占全长的 25.0% 评为差级的有7m，占全长的 35.0% 评为劣级的有5m，占全长的 25.0% 检测长度为20m，管道外防腐层平均绝缘电阻 率为：2717.1（*） 防腐层综合等级为：差 现状分析 1.3现状结果分析 管道铺设期间，管道防腐层质量和使用安全 是保证管道服役寿命的核心、重点和难点。为此 ，亟需在定向钻穿越段中寻找合适的穿越防护材 料或在现有基础上开发一种可以给3PE防腐层提供 有效保护的产品。新型环氧玻璃钢和光固化保护 套两种管道防腐层外防护技术的出现就很好的解 决了定向钻穿越过程出现的问题。
6、现状分析 2.1环氧玻璃技术介绍 环氧玻璃钢防护技术是为了解决穿越工程中 出现的3PE防腐层划伤、划破或防腐层被拉甚至脱 落问题而针对性开发的一种防护新技术。环氧玻 璃钢是由改性环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维增强材 料通过二者之间的界面复合而成的低压成型材料 ，集合了环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维的优点，具 有强度高，耐化学介质腐蚀，电绝缘，硬度高， 耐划耐磨，抗冲击性能强及成型简单，同时环氧 玻璃钢与PE的粘接力好，不会出现脱落，既能抵 抗管道在穿越过程外部的摩擦冲击，又能保护里 层防腐层。 新防腐层外防护技术的采用 环氧玻璃钢 2.2环氧玻璃钢材料要求及涂层性能 表2 玻璃纤维布技术指标 环氧玻璃钢技
7、术特点 序号项 目指 标试验方法 1单位面积质量g/200300GB/T 9914.3 2含水率（质量）%0.30GB/T 9914.1 3碱金属氧化物含量（质量）%0.8GB/T1549 4可燃物含量（质量）%0.20GB/T 9914.2 5拉伸断裂强力 N/cm 经向76GB/T 7689.5 纬向72 6织物密度 根/ 经向101 GB/T 7689.2 纬向 101 序号项目（单位）指 标试验方法 环氧树 脂 1固体含量 %95GB/T 1725 2 密度 g/cm31.40 1.53 GB/T 6750 3粘度 mPas 5000 10000 GB/T 1723 固化剂 5 密度
8、g/cm31.41.6GB/T 6750 6 粘度 mPas5002000GB/T 1723 涂层 7凝胶时间 min15 GB/T 12007.7 8干燥时 间h 表 干 2GB/T 1728 实 干 8 9抗1弯曲 无裂纹、 无漏点 SY/T 0315 -2005附录 E 10抗冲击 J8 SY/T 0315 -2005附录 F 11邵氏D硬度 HD80GB/T 2411 表3 环氧树脂技术指标 环氧玻璃钢技术特点 表4 环氧玻璃钢防护层技术指标 序号项目指 标试验方法 1邵氏D硬度 HD85GB/T 2411 2耐划伤（50kg） m470SY/T 4113 3耐磨性 L/m3SY/T0
9、315-2005附录J 4抗1弯曲无裂纹SY/T 0315-2005附录E 5对PE粘结强度 MPa3.5Q/SY1477-2012附录A 环氧玻璃钢技术特点 2.3环氧玻璃钢施工工艺 环氧玻璃钢施工为现场涂敷完成穿越管道环 氧玻璃钢外护层的整体包覆。环氧玻璃钢施工工 艺根据施工环境条件有二布五油、三布六油及四 布七油三种工艺。二布五油即为环氧树脂（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。 环氧玻璃钢施工工艺 PE表面粗糙化处理 PE表面除尘处理 钢丝刷交叉拉毛或喷砂打毛 吸尘器或压缩空气吹扫 PE表面激化处理 涂敷底层环氧树脂 涂敷面层环氧树脂 P涂层表干
10、 涂敷环氧树脂 玻璃纤维浸涂缠绕 涂层表干 用火焰烘烤 机械喷涂或手工涂刷 专用浸涂缠绕机往返2次 机械喷涂或手工涂刷 机械喷涂或手工涂刷 环氧玻璃钢施工工艺 图2工艺流程图 环氧玻璃钢采用机械 或手工涂敷安装，以 二布五油为例，其施 工工艺及要求如图2 工艺流程图所示： 2.4环氧玻璃钢技术的实际应用 浙江甬台温成品油管道临海段岩石穿越工程， 由于该地段地质复杂，管道经过的山体基本为全岩 石地段，且为陡坡，地质勘察报告显示岩石强度 132203MPa，属于坚硬岩体；周围环境受限，山 体坡度较陡，局部坡度达6070，人员站立困 难；且周边有2座水窖（有100多农户生活用水）、 坟墓等障碍物，外
11、部环境复杂。建设单位组织专家 、测量与勘探、设计、监理、施工等单位多次组织 对该处管道敷设方案进行反复论证，提出以下三个 施工方案。 环氧玻璃钢技术的实际应用 环氧玻璃钢技术的实际应用 山体西侧 饮用水水道 浦东大桥头村蓄水 池 及山沟水道 管道定向穿越 点 台金高速 规划厂房 图3甬台温成品油管道台州临 海段定向钻施工现场图（南侧 ） 图4甬台温成品油管道台州临 海段定向钻施工现场图（北侧 ） 2.4.1施工技术方案和经济分析 采用大开挖由于管道经过的山体基本为全岩石 地段，且为陡坡，地质勘察报告显示岩石强度132 203MPa，属于坚硬岩体，机械开挖管沟困难， 必须采用爆破方式。但管道施工
12、作业带距高速公 路只有50m左右，根据公路安全管理条例爆破 方式距离应大于高速公路200 m,即使采取安全措 施也无法保证高速公路安全通行。且该山体环境 和周边环境较为复杂，开挖方案不确定性因素较 多，故无法进行大开挖作业施工。 环氧玻璃钢技术的实际应用 采用开挖隧道施工方式，洞口爆破开挖时同样存在 前一方案类似情况 ，且开挖隧道方案每米造价在2.0- 2.2万元，预计费用902万元。 采用岩石定向钻，而岩石定向钻方案可以避开上述 影响，在工期和安全方面更加可控。每米造价在约 8500元，预计费用348.5万元。 该成品油管道穿越类型为山体岩石穿越，穿越条 件比较恶劣，前期实验管体防腐层破损严
13、重，管线非 常有必要对防腐层进行外防护，若采用环氧玻璃钢整 管外防护的穿越，需增加投资约330元/m2，但远比隧道 开挖施工方案节约投资，预计费用402万元。实际节约 投资约500万元。最后专家推荐采用岩石定向钻方案， 并采用特种改性环氧玻璃钢技术作为管道外防护。 环氧玻璃钢技术的实际应用 2.4.2 实际施工中的情况 甬台温成品油管道临海段在采用玻璃钢外防护前 ，先进行试拖对比试验，在试拖试验中，钢管三层PE 防腐层已经被严重划伤，甚至露出钢管，验证了穿越 环境条件的恶劣性。 环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况 图5 3PE管道试拖划伤严重 环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况 图6 环氧玻璃钢施工现
14、场 环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况 图7 防护层厚度检测 图7中现场检测表明：环氧玻璃钢防护层完全固化后的厚度大于1.2mm 。 图8 硬度和粘结强度检测 图8中现场检测表明：23下，完全固化成型后环氧玻璃钢对PE拉拔 强度为10.13MPa，邵氏硬度为88。 图9 穿越后环氧玻璃钢外护层 从图中可以看出：穿越后，环氧玻璃钢防护层外观完 好。另外，本工程在穿越完成后组织技术人员对穿越管段 防腐层进行了标称电导率测试，检测绝缘等级达到优级以 上，这个结论证明了环氧玻璃钢硬度高、耐磨擦、耐划伤 的突出特点，同时为施工提供了一种在特殊复杂地质条件 下管道防腐新选择。 环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况
15、环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况 图10 穿越前后环氧玻璃钢外护层对比 从图中可以看出：穿越后，环氧玻璃钢保护层结 构完好无损，表明在穿越过程中管道防腐层没有被破 坏。 2.4.3检测结果分析 管道全长约410m穿越段管道直径为4068.7mm ，3PE防腐层厚度大于2.9，外防腐层为环氧玻 璃钢，厚度大于1.2。 环氧玻璃钢防腐检测结果分析 序号管段位置（米） 管段长度 （米） 绝缘电阻 (欧*平米) 防腐层分级 10.0 2.02.005932良 22.0 6.04.00273劣 36.0 10.04.00427劣 410.0 20.010.00864劣 520.0 100.080.0020
16、000优 6100.0 110.010.00575劣 7110.0 410.0300.008608良 环氧玻璃钢防腐检测结果分析 表5 管线外防腐层检测评估结果 从上表可以统计出外防腐层评定为： 评为优级的有 80m，占全长的 19.5% 评为良级的有302m，占全长的 73.7% 评为可级的有 0m，占全长的 0% 评为差级的有 0m，占全长的 0% 评为劣级的有 28m，占全长的 6.8% 检测长度为410m，管道外防腐层平均绝缘电阻 率为：10271.84（*） 防腐层综合等级为：优 环氧玻璃钢防腐检测结果分析 3.1光固化保护套技术介绍 光固化保护套防腐层外防护技术是为了解决 穿越过程中出现对管道防腐层划伤造成管道出现 腐蚀开发的一种管道防腐层防护技术。光固化套 是一种紫外固化GRP（玻璃纤维增强塑料）薄板， 包含高等级酚醛环氧含浸乙烯酯树脂、填充剂和 玻璃增强材料。该技术适合用在广泛的基底材料 上，包括钢
