海水环境下的管道防腐设计.docx

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海水环境下的管道防腐设计

曹妃甸工业区供水工程

海上钢管段防腐设计

（修订稿）

唐山市水利规划设计研究院

二OO六年二月

连接曹妃甸岛与后方陆域的通路路基工程作为关键的基础设施，已于2003年3月开工建设，并于2004年10月竣工通车。

根据规划，为了满足曹妃甸港区和工业区的全面开发建设要求，需要将曹妃甸通路路基向西拓宽，用于布置高压走廊和综合管线带。

在现有通路路基、东侧路基西侧及南侧路基北侧45米外建31米宽的综合管线带，在通道顶布置综合管线带，在管线带通道与现有路基及拟建管线带通道之间45米设置为高压走廊。

在45米宽的高压走廊中，将高压铁塔与管线带通道之间15米布置为排涝通道。

综合管线带有效宽度为30米，外坡坡度1：

1.5，内坡坡度1：

1，用山皮土作为棱体，堤心砂取自取砂区粉土、粉砂及细砂，采用绞吸式挖泥船直接取砂、吹砂工艺。

曹妃甸工业区供水工程的钢管道将铺设在综合管线带中，其周围有供热、供气、光缆等多条并行管线。

管道虽未直接铺设在海水环境中，但处于海上吹填砂中，吹填砂从海底取出，含有大量的盐分，加上地下水为海水，多种因素决定了管道必将遭受严重的腐蚀，所以海上段钢管必须采取多种防腐蚀措施。

本设计由于西扩路工程没有完工，曹妃甸工业区内与管线交叉工程等诸多因素尚不确定的条件下，以西扩路工程施工图为依据，根据首钢造地完成部分的地质条件进行分析与计算，在完成曹妃甸工业区供水工程海上钢管段防腐设计时，如与实际情况不符，待吹填完成后进行实际勘测和修改。

为延长海上埋地给水钢管管道的使用寿命，埋地钢管采用水泥砂浆衬里内防腐，以机械喷涂为主，局部以人工抹压为辅。

水泥衬里厚度12mm（机械喷涂），或14mm（手工涂抹）。

因受施工条件限制，水泥砂浆内防腐采用预制法施工。

水泥砂浆衬里内防腐层可以在钢管内壁形成一层致密的保护层，将管材内壁与水或空气隔开，不但能防止管道内壁腐蚀结垢，延长管道的使用寿命，并能起到保护水质，保证管道输水能力，节省能源，具有显著的经济效益和社会效益。

钢管在进行内防腐处理前，应将表面的油垢及氧化物等去除，焊缝不得有焊渣、毛刺。

消除管材表面的锈层采用电动法除锈，除锈等级为St2级，即采用钢丝轮将金属表面的浮锈去除，钢管内的油污用稀释剂擦洗干净，再清理其它附着物并用清水冲洗。

管道竖向变形不得大于管道内径的2%，即2.4cm。

衬里用水泥应采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥及矿渣硅酸盐水泥，并且均应符合国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-85）、《矿渣硅酸盐水泥、火山炭质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344-85）的规定。

水泥标号为425号或525号。

砂颗粒要坚硬、洁净、级配良好的天然砂。

其质量标准及检验方法除应符合《普通混凝土用砂的质量标准及检验方法》（JQJ52-79）外。

砂中泥土、云母、有机杂质以及其他有害物质的总重量不应超过总重量的2%。

砂粒应全部能通过1.19mm（14目）筛孔，通过0.297mm（50目）筛孔的不应超过55%。

通过0.149mm（100目）筛孔的不应超过5%。

拌合水水质必须清洁，不得含有泥土、油类、酸、碱、有机物等影响水泥砂浆衬里质量的物质。

宜采用生活饮用水。

为改善砂浆和易性、密实度和粘结强度需掺加外加剂时，必须通过试验确定，不得采用对管内水质起有害作用和对钢材有腐蚀作用的衬里砂浆外加剂。

根据给水排水管道工程设计及施工的有关规定，结合曹妃甸工业区供水工程海上钢管段施工的具体情况，管道内防腐采用水泥砂浆衬里，施工采用预制法施工，机械喷涂为主，以手工抹压方法为辅，手工抹压方法只有在机械喷涂无法实施时才能使用。

采用预制法施工时，施工前管道内壁应符合1.1条规定，施工时管内壁不得有结露和积水。

衬里用料的配制

.1水泥砂浆必须用机械充分混合搅拌，砂浆稠度应符合衬里的匀质密度要求，砂浆必须在初凝前使用。

.2水泥砂浆重量配比应在“水泥：

黄砂：

水：

外加剂=1：

1～2:

0.46:

适量”的范围内选用，水泥砂浆坍落度宜取60～80mm。

.3水泥砂浆抗压强度不得低于30Mpa。

2衬里的施工及养护

.1水泥砂浆衬里的厚度机械喷涂为12mm，手工抹压为14mm，允许厚度偏差为+3～-2mm。

.2管道端点或施工中断时，应预留搭茬，搭茬长度以15cm为宜。

最大不得超过20cm，对搭茬、弯头、三通特殊管件和邻近闸阀附近管段等可采用手工涂抹，并以光滑的渐变段与机械喷涂的衬里相接。

当采用人工抹压法施工时，应分层抹压。

.3水泥砂浆内防腐层形成后，应立即将管道封堵，终凝后进行潮湿养护，普通硅酸盐水泥养护时间不应少于7d，矿渣硅酸盐水泥不应少于14d，直至通水前应继续封堵，保持管道内防腐层水泥砂浆始终处于湿润状态。

2.3.3施工中的钢制承插口管件的承插工作面涂二底二面五毒饮用水涂料，要求刷涂均匀，不得漏刷。

水泥砂浆衬里厚度可用钻孔方法或测厚仪检测。

当采用测厚仪检测时，检测仪须经检测部门验证。

水泥砂浆厚度允许公差按.1条规定，检测点在每100m长管段内抽查2个断面，每个断面上应测上下2个点，若其中1个点不合格，再抽查4个断面，如其中仍有2个不合格，则该检测段不合格。

水泥砂浆衬里的表面平整度，可用300mm直尺平行管道轴线测定衬里表面和直尺之间的间隙，其中每100m管段内抽查10处，其中9处的间隙不应大于1.6mm，若不符合时，则再抽测20处，其中18处的间隙不应大于1.6mm，否则为不合格。

水泥砂浆表面的粗糙度，当采用机械喷涂施工时，用样板比较检验，若用手工抹压时，以手感光滑无砂粒感检验。

当认为需要检测实际n值时，可在管道通水后进行流量试验。

水泥砂浆衬里因收缩引起的裂缝，当其宽度小于或等于1.6mm，且沿管道轴向的长度不大于管道圆周长度和不大于5m时可不修补。

当裂缝宽度大于1.6mm时，经加强养护后裂缝能自动愈合者，可认为合格。

水泥砂浆衬里表面缺陷（麻面、砂穴、空窝等）。

每处不得大于5cm2，单个缺陷的深度大小不得大于-2mm。

以手锤轻击衬里表面的音响判断空鼓，空鼓面积每平方米不得超过2处，每处不得大于100cm2。

不合格的表面缺陷、裂缝、空鼓等，必须进行认真修补。

修补所用的材料、配比等应与原衬里相同并按养护要求及时进行养护，修补后的衬里仍应按规定进行检测，直至符合上述设计要求为止。

为延长海上敷埋地钢管道的使用寿命，曹妃甸工业区供水工程海上钢管段外防腐采用环氧煤沥青防腐漆为胶粘剂（液）、玻璃布为增强材料，防腐层等级采用特加强级。

其结构为底漆—面漆—面漆、玻璃布、面漆—面漆、玻璃布、面漆—面漆、玻璃布、面漆—面漆，干膜厚度不小于0.8mm。

3.1海上段钢管道环氧煤沥青外防腐层所用材料应符合下列规定。

环氧煤沥青涂料

①环氧煤沥青涂料是甲、乙双组分涂料，由底漆的甲组分加乙组分（固化剂）、面漆的甲组分加乙组分（固化剂）组成，并和相应的稀释剂配套使用。

②环氧煤沥青涂料的技术指标应符合表3-1、表3-2、表3-3的规定。

甲组分技术指标

表3-1

序号

项目

指标

试验方法

底漆

面漆

粘度（涂-4粘度计，25℃±1℃）

常温型

60～100

80～150

GB/T1723-1993

底温型

40～80

50～120

细度（μm）

＜80

GB/T1724-1979

固体含量（%）

常温型

＞70

＞80

GB/T1725-1979

底温型

＞75

漆膜技术指标

表3-2

序号

项目

指标

试验方法

底漆

面漆

干燥时间（25℃±1℃）（h）

表干

常温型

＜1

＜4

GB/T1728-1979

低温型

＜3

实干

常温型

＜6

＜16

低温型

＜3

＜8

颜色及外观

红棕色，无光

黑色，有光

目测

附着力（级）

GB/T1720-1979

柔韧性（mm）

＜2

GB/T1731-1993

耐冲击（cm）

＞50

GB/T1732-1993

硬度

GB/T1730-1993

耐化学试剂性

10%H＜sub＞2＜/sub＞SO＜sub＞4＜/sub＞（室温.3d）

漆膜完整，不脱落

GB/T1763-1979

10%NaOH（室温.3d）

漆膜无变化

10%NaCL室温.3d）

漆膜无变化

防腐层技术指标

表3-3

序号

项目

指标

试验方法

剪切粘结强度（MPa）

＜4

SYJ41-89

阴极剥离（级）

1～3

SYJ37-89

工频电气强度（MV/m）

＞720

SY/T0447-96

体积电阻率（O.M）

＞71×1010

SY/T0447-96

吸水率（25℃.24h）（%）

SY/T0447-96

耐油性（煤油、室温、7d）

通过

SY/T0447-96

耐沸水性（24h）

通过

SY/T0447-96

玻璃布

采用玻璃布作防腐层加强基布时，宜选用经续密度为（10×10）或（10×12）根/cm2，厚度为0.10～0.12mm，中碱（碱量不超过12%）、无捻、平纹、两边封边、带芯轴的玻璃布卷。

玻璃布宽度500mm。

①底漆、面漆、固化剂和稀释剂四种配套材料应由同一生产厂供应。

②涂料应有包括厂名、生产日期、存放期限等内容完整的商品标志、产品使用说明书及质量合格证，否则不应进入施工现场。

③涂料说明书内容应包括涂料技术指标、各组分的配合比例、漆料配制后的使用期、涂敷使用方法、参考用量、运输及储存过程的注意事项等。

④涂料应按《涂料产品的取样》规定的取样数目进行抽查，质量应符合规定要求，如不合格，应重新抽查，取样数目加倍。

如仍不合格，则该批涂料为不合格，应拒收。

⑤涂料储存期应不小于1年。

用户应按产品说明书所要求的条件储存。

并在储存期内使用。

超过储存期的涂料应按规定重新检查，符合要求时方可使用。

⑥玻璃布应有生产厂名、出厂日期、产品说明书及质量合格证、否则应拒收。

⑦玻璃布应按产品说明书和采购合同验收，必须符合对玻璃布材料的有关规定要求。

施工前的准备工作

钢管应逐根进行外观检查和测量，钢管弯曲度应小于0.2%钢管长度，椭圆度应小于或等于0.2%钢管外径，钢管表面如有较多的油脂和积垢，应先按照《涂装前钢材表面处理规范》规定的清洗方法处理。

消除管材表面的锈层采用喷砂法除锈，表面处理最低要求达到工业级（Sa3级）。

钢管表面处理后，其表面的灰尘应清除干净。

焊缝应处理至无焊瘤、无棱角、无毛刺。

施工环境温度在15℃以上时，宜选用常温固化型环氧煤沥青涂料，施工环境温度在-8～15℃时，宜选用低温固化型环氧煤沥青涂料。

施工时，钢表面温度应高于露点3℃以上，空气相对湿度应低于80%。

雨、雪、雾、风沙等气候条件下，应停止防腐层的露天施工。

对玻璃布的包装应有防潮措施，存放时注意防潮，受潮后的玻璃布应烘干后使用。

漆料配制

底漆和面漆使用前应搅拌均匀，不均匀的漆料不得使用，由专人按产品使用说明书所规定的比例往漆料中加入固化剂，并搅拌均匀，使用前应静置熟化15～30分钟，熟化时间视温度的高低而缩短或延长。

对于刚开桶的底漆和面漆，不应加稀释剂。

配好的漆料，在必要时可加入少于5%的稀释剂。

超过使用期的漆料严禁使用。

涂底漆

钢管表面预处理合格后，应尽快涂底漆。

当空气湿度过大时，必须立即涂底漆。

钢管两端各留10～15cm不涂底漆，或在涂底漆之前在该部位涂刷可焊涂料或硅酸锌涂料，干膜厚度不应小于25μm。

同时要求底漆要涂敷均匀、无漏涂、无气泡、无凝块。

打腻子

钢管外防腐层采用玻璃布作加强基布时，在底漆表干后，对高于钢管表面2mm的焊缝两侧，应抹腻子使其形成平滑过渡面。

腻子由配好固化剂的面漆加入滑石粉调匀制成，调制时不应加入稀释剂，调好的腻子应在4h内用完。

涂面漆和缠玻璃布

底漆和腻子表干后，固化前涂第一道面漆。

要求涂刷均匀，不得漏涂。

第一道面漆实干后，固化前涂第二道面漆，随即缠绕玻璃布。

玻璃布要拉紧、表面平整，无皱折和鼓包，压迫宽度为20～25mm，布头搭接长度为100～150mm。

玻璃缠绕后即涂第三道面漆，要求漆量饱满，玻璃布所用网眼应灌满涂料。

第三道面漆实干后，涂第四道面漆，并立即缠第二层玻璃布，涂第五道面漆，或缠第二层浸满面漆的玻璃布，得实干后，涂第六道面漆，并立即缠第三层玻璃布，涂第七道面漆，或缠第三层浸满面漆的玻璃布，得实干后，涂最后一道面漆。

涂敷好的防腐层，宜静置自然固化，当需要加温固化时，防腐层加热温度不宜超过80℃，并应缓慢平稳升温，避免稀释剂急剧蒸发产生针孔。

防腐层的干性检查：

表干—手指轻触防腐层不粘手或虽发粘，但无漆粘在手指上；实干—手指用力推防腐层不移动；固化—手指甲用力刻防腐层不留痕迹。

一般要求

应对防腐层进行外观、厚度、漏点和粘结力检验。

外观、厚度、漏点检验应在防腐层实干后、固化前进行，粘结力检验可在实干或固化后进行。

外观检查

防腐管应逐根目测检查，要求表面平整、无空鼓和皱折，压迫和搭边粘结紧密，玻璃布网眼应灌满面漆。

对防腐层的空鼓和皱折应铲除，并按相应防腐层结构的要求，补涂面漆和玻璃布至符合要求。

厚度检查

用磁性测厚度检查，以最薄点符合干膜厚度的规定为合格。

防腐管每20根为一组，每组抽查一根（不足20根也抽查1根），测管两端和中间3个截面，每个截面测上、下、左、右共4点，符合干膜厚度的规定为合格；若不合格，再在该组内随机抽查2根，如其中仍有不合格者，则全部为不合格。

对厚度不合格防腐管，应在涂层未固化前修补至合格。

漏点检查

应采用电火花检漏仪对防腐管逐根进行漏点检查，以无漏点为合格。

检漏电压为6000V。

也可设检漏探头发生的火花长度至少是防腐层设计厚度的2倍。

在连续检测时，检漏电压或火花长度应每4小时校正一次。

检查时，探头应接触防腐层表面，以约0.2m/s的速度移动，应对漏点补涂。

将漏点周围约50mm范围内的防腐层用砂轮或砂纸扩毛，然后涂刷面漆至符合要求。

固化后应再资助进行漏点检查。

粘结力检查

对于特加强级防腐层应符合如下规定：

用锋利刀刃垂直划透防腐层，形成边长约100mm，夹角45°～60°的切口，从切口尖端撕开玻璃布，符合下列条件之一认为防腐层粘结力合格：

①实干后的防腐层，撕开面积约50cm2，撕开后不露铁，底漆与面漆粘结；②固化后的防腐层，只能撕裂，且破坏处不露铁，底漆与面漆普遍粘结。

防腐管每20根1组，每组抽查1根（不足20根也抽查1要有），每根随机抽查1点。

如符合以上要求规定，则该组的粘结力检查合格；如不合格，则在该组内随机抽查2根，如其中仍有不合格，则该组全部为不合格。

粘结力不合格的防腐管，不允许补涂处理，应铲掉全部防腐层并按规定要求重新施工。

标志与记录

检验合格的防腐管，应在适当位置粘贴合格还并作如下标志：

（1）执行标准号；

（2）钢管材质及规格；（3）防腐层条块结合；（4）防腐层涂敷日期；（5）用户要求作的补充标志。

对各项检验及修实情况应列表记录，对重大问题应作文字阐述。

防腐管应按防腐等级分类堆放，堆放时应采用宽度不小于150mm的热木和软质隔离垫将防腐管与地面隔开，防腐管层间也应采用软垫隔离，垫其间距为4m。

防腐管必须固化后能才叠放，其层数最高不能超过2层。

未固化的防腐管不应装运。

防腐管的装卸、运输应符合《长输管道线路工程施工及验收规范》的规定，防腐管不宜受阳光曝晒，露天堆放时间不宜超过3个月。

补口

防腐管线焊接前应用宽度不小于450mm的厚石棉布或其他遮盖物遮盖焊口前边的防腐层，防止焊渣飞溅烫坏防腐层。

防腐管线补口使用的环氧煤沥青涂料和防腐结构应与管体防腐层相同。

补口部位的表面处理应符合前面所述的规定。

如不具备喷（抛）射除锈条件，经用户同意后，可按《涂装前钢材表面处理规范》的规定方法，用动力工具除锈至St3级。

焊缝应处理至于符合本标准要求的规定。

补口时应对管端阶梯型接茬处的防腐层表面进行清理，去除油污、泥土等杂物，用砂纸打毛。

防腐层涂敷方法同以上管件要求的规定。

补口防腐层的搭接宽度应大于100mm，补口处防腐层固化后，接上述要求进行质量检验与缺陷处理，其中厚度只测一个截面的4个点。

补伤

防腐管线补伤使用的材料及防腐层结构，应与管体防腐层相同。

将已损坏的防腐层清除干净，用砂纸打毛损伤面积附近的防腐层。

对破损处已裸露的钢表面，宜喷（抛）射除锈至工业级（Sa3级）。

当条件不具备时，经用户同意，可用动力工具除锈至St2级。

将表面灰尘清扫干净，接上述规定的顺序和方法涂漆和缠玻璃布，搭接宽度应不小于50mm，当防腐层破损面积较大时，应接补口方法处理。

补伤处防腐层固化后，按规定进行质量检验，其中厚度只测一个点。

现场施工的防腐管应在防腐层固化后方能下沟，下沟前应根据防腐层等级，按规定用电火花检漏仪对全线检查一遍，发现损伤必须修补合格。

防腐管下沟，回填过程的保护应符合《长输管道线路工程施工及验收规范》的有关规定。

管沟回填后，应按《长输管道线路工程施工及验收规范》的规定，使用低频信号检漏仪检查漏点及对漏点处进行处理。

曹妃甸工业区供水工程海上钢管段由于埋入由吹填海砂形成的地质下，长期受海水腐蚀，为了延长管道的使用寿命，对其采用环氧煤沥青特加强级涂层外还必须加阴极保护（牺牲阳极法）的联合保护方式，一方面可有效地防止由于管道涂层老化及破损而引起的腐蚀穿孔、泄漏；另一方面，可使钢管使用寿命得到成倍延长，服役期管道的安全性得到较大的提高。

特别是管道的外防腐层级别越高，产生点蚀的倾向越不能忽视。

对易遭腐蚀破坏的埋地钢管采取防腐涂层加设阴极保护是各国所采用的一致做法，防腐涂层和牺牲阳极法对管道防腐蚀起着相辅相成、非常重要的保护作用。

阴极保护技术是一项安全、经济、高效、环保、节省能源和材料的一项实用技术，世界各国采用阴极保护技术已经有几十年的历史了，其优异的防腐蚀效果已经得到了世界各国的充分认可。

钢管埋入地下要受到土壤环境介质的腐蚀，土壤的理化性质决定着钢管的使用年限和寿命。

为了科学的解决钢管的保护设计问题，对沿线的土壤情况已经进行认真的测量和调查。