1.前言

长输管线时常会受到一系列环境因素的影响，如土壤电阻率的高低、含水量的变化以及杂散电流的干扰等，这些因素都可能引发管线的腐蚀问题。一旦腐蚀发生，不仅可能导致管线的性能下降，还可能造成管线泄漏等严重后果，对输送安全和环境保护构成威胁。

2. 3PE 防腐钢管结构及功能

防腐层对金属的保护作用包括隔离作用、缓蚀作用和电化学作用等。为了确保这些保护效果的实现，涂层必须表面完整无针孔，且需均匀致密地涂覆在经过除锈处理的管道外表面上，从而达到管道外部防腐的目的。

3PE防腐层由三层组成，底层通常为环氧粉末涂层，用于提供优异的防腐性能；中间层为胶粘剂层，确保各层之间的良好粘结与抗阴极剥离性能；外层则是聚乙烯层，赋予防腐层优良的机械性能和绝缘性能。这种防腐层不仅融合了熔结环氧（FBE）的防腐优势，还兼具了聚乙烯的出色性能。通过厚膜化，防腐层能够更好地隔离金属表面与外界环境，减少甚至消除针孔等缺陷，从而显著提升防腐效果，确保管道的长期稳定运行。

防腐层厚度的均匀性对防腐效果具有重要意义。对于埋地长输管道而言，一旦外防腐层厚度不均，土壤中的水分或其他腐蚀性液体将以不同的速度穿透外防腐层，进而到达覆盖层与金属管道的交界处。这种差异将导致管道外表面的局部区域失去防护隔离，使得这些区域的金属外表面容易受到侵蚀。随着时间的推移和外部因素的共同作用，这些被侵蚀的区域可能形成腐蚀穿孔，最终导致管线泄漏等严重事故。此外，从阴极保护的角度看，防腐层的质量优劣直接关系到阴极保护所需的电能消耗。优质的防腐层能显著降低阴极保护所需电能，进而扩大每个阴极保护站的保护范围，这不仅可以减少阴极保护站的建设数量，还能有效节省整个管线的总投资成本。

3. 防腐层生产过程中影响厚度均匀性的因素

3.1 钢管本身形状的原因

3.1.1 钢管焊缝方面

钢管焊接工艺在生产过程中会形成突出于管体母材的焊缝余高，这一隆起部分对3PE防腐层的厚度有较大影响。如果焊缝余高处理不当，将极大地削弱防腐层的效果。由于3PE外防腐层所采用的聚乙烯材料属于热塑性，其在3PE防腐管生产过程中，缠绕段的工作温度可高达200℃左右。在此高温熔融状态下，聚乙烯本身的硬度会进一步降低。当钢管焊缝因突出于管体而在与压辊接触挤压时，焊缝处的防腐层将承受较大的集中压力，导致该处防腐层厚度总体上小于管体其他部分。按照GB/T23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》的标准要求，焊缝部位的防腐层厚度不应小于规定值的70%。若焊缝余高超过标准，熔融状态的聚乙烯在缠绕至焊缝处时，所承受的压力将大幅增加，从而导致焊缝处的聚乙烯层厚度进一步减少，可能使防腐层厚度低于标准值，甚至成为废管。此外，过高的压力还可能引起防腐层开裂，影响防腐生产的正常进行。此外，如果焊缝过渡不够圆滑，出现如“鱼脊”或“马鞍”等局部缺陷，同样会增加熔融状态下聚乙烯在缠绕过程中的局部压力，使防腐层在局部区域厚度变薄，导致防腐层厚度不均匀。

3.1.2 钢管管体方面

钢管管体在防腐层厚度均匀性方面所受的主要影响来自于其直度偏差和圆度偏差。这些偏差在钢管的成型和焊接过程中是不可避免的。在防腐钢管的生产过程中，钢管在防腐线上以轴线为轴心，通过防腐作业线上的辊轮以螺旋方式向前传动。由于钢管直度偏差的存在，钢管在传动线上会出现跳动现象，这导致挤出机模口到钢管表面的距离时远时近。因此，聚乙烯片材在随钢管跳动时与钢管的接触会时紧时松，同时压辊对防腐层的压力也会时大时小。这些动态变化对防腐层厚度的均匀性产生了不利的影响。类似地，钢管的圆度偏差也会对防腐层厚度的均匀性造成影响。当钢管的圆度不均时，同样会导致聚乙烯片材在缠绕过程中的不均匀接触和压力变化，从而影响防腐层的均匀厚度。

3.2 防腐工艺、作业线精度的影响

在国内主流的钢管3PE防腐生产线上，对于长输油气管线的3PE外防腐层生产，普遍采用的是侧向缠绕工艺。这一工艺涉及多个步骤，首先是对钢管外表面进行环氧粉末喷涂，接着是胶粘剂层的涂抹，最后是聚乙烯层的缠绕。特别需要注意的是，在缠绕过程中，必须确保搭接部分的聚乙烯和焊缝两侧的聚乙烯被完全辊压密实，以确保防腐层的完整性和密实性。胶粘剂层和聚乙烯层的搭接是缠绕工艺的关键环节，其搭接长度和方式由缠绕工艺的具体要求决定。这样做的目的是为了确保胶粘剂层和聚乙烯层能够在钢管外表面形成一层连续的、完整的防腐涂层，从而发挥防腐层在隔离、缓蚀等抗腐蚀方面的作用。然而，在缠绕过程中，由于每次搭接部分需要额外使用胶粘剂和聚乙烯，其使用量通常是其余部分的2倍。这种额外的材料使用客观上导致了搭接部分的防腐层厚度高于其他部分，进而造成了防腐层厚度的不均匀性。为了克服这一问题，生产过程中需要严格控制缠绕工艺的参数，确保搭接部分的防腐层既满足密实度的要求，又能尽量减小与其他部分的厚度差异，从而实现防腐层厚度的均匀性。

3.3 压辊因素的影响

压辊是确保搭接部分聚乙烯及焊缝两侧的聚乙烯完全辊压密实的重要装置。压辊位于聚乙烯片材与钢管体最初接触的位置，此时片材的温度通常达到约200℃，处于熔融状态，因此其受力条件相对较差。在这种情况下，压辊的硬度和所施加的气压若出现波动，都会直接对熔融状态的聚乙烯片材产生影响。这种影响可能导致片材在辊压过程中的不均匀分布，进而影响到防腐层厚度的均匀性。

3.4 水冷却效果的影响

当钢管经过涂覆工艺后，随即进入水冷却流程时，其表面温度依然保持在接近200℃的高温状态。若不能迅速降低聚乙烯层的温度并增强防腐层的硬度，那么在输送辊轮的连续挤压与摩擦下，聚乙烯片材极易发生厚度不均的现象。更为严重的是，聚乙烯片材有可能与辊轮产生粘连，导致防腐层受损，进而影响其防腐性能。另一方面，当防腐钢管进入水冷区域后，在冷却水的作用下，防腐层的表面会首先被迅速冷却，随之其表面硬度也会显著提高。

4. 控制措施

针对上述情况分析，为保证3PE 防腐层厚度的均匀一致，应该相应采取以下控制措施。

（1）提高钢管的外形尺寸精度，使焊缝更加圆滑并降低其高度。之前的内容已经明确指出了钢管的外形尺寸对防腐层均匀性的重要性。钢管的圆度和直线度偏差常常导致钢管在传输过程中出现跳动，这不仅影响了钢管的平稳传动，还进一步影响了涂覆工位和水淋段中防腐层与压辊和传动辊轮的接触强度。在波动压力的作用下，防腐层容易出现厚度不均的问题。因此，需要采取以下具体措施来改进钢管的外形尺寸和焊缝质量：在焊管成型方面，提高成型辊的定位精度，确保各成型辊运转灵活且各个辊面水平度一致，以提高成型稳定性；在焊接过程中，加大了焊缝坡口角度，以优化焊接效果；在钢板递送方面，在导板前增加了一套立辊，以提高钢板递送的稳定性和精度。此外，为了进一步降低焊缝余高，我们特别加装了全焊缝修磨设备，起到了良好的效果。

（2）提高传动线的精密程度，也就是提高传动线运行平稳性，减少钢管波动造成防腐层厚度不均的情况；另外，提高自动化水平，保证螺距、搭接等技术参数的一致性。根据有关螺距调整及搭接等方面的技术资料，结合管径和传动线的技术状况等确定相应的螺距，并在传动线上安装刻度尺和角度尺，确保每种管径的螺距和搭接量符合要求。

（3）在保证辊压密实的基础上尽量选择硬度较低的压辊，保持压辊气压持续稳定。为了进一步提升压辊气压的稳定性，我们特别为压辊增加了一个小型储气罐。这一改进能够显著降低其他用气设备对压辊气压的潜在干扰。

（4）加强水冷却效果。为使进入水淋段的防腐层快速硬化，降低辊轮挤压摩擦造成的防腐层厚度不均程度，特别是对于大口径厚壁钢管，热量散失比较慢，除保证对防腐管外表面冷却用水外，加装了防腐管内部冷却装置，能辅助外表面冷却水快速降低防腐层温度，有效提高防腐层硬化速度，减少防腐层厚度不均情况。

5. 结语

通过采取以上提高防腐层厚度均匀性的方法，3PE 防腐层厚度不均现象得到了改善，整体防腐质量进一步提高。但目前这些措施只是在钢管和防腐厂采取的，如果进一步减小防腐层厚度不均匀性，还需要钢管设备和防腐生产线制造厂家提供更高精度的生产设备，从而提高设备运行稳定性。