作者：胡锦辉，赵岑，王铭浩，贾振，杨彪
（中海油能源发展股份有限公司清洁能源管道技术分公司，天津 300452）
0、引 言
石油、天然气等能源的输送是国家经济发展的命脉，而长距离输送管道作为其核心载体，其安全性与服役寿命至关重要。在复杂的管道系统中，弯管是实现管道走向改变的关键部件，长期承受着介质冲刷、压力波动及土壤应力等多种复杂载荷。弯管因其特殊的几何形状，在防腐层涂敷过程中易出现涂层厚度不均、流挂、漏涂等缺陷，使其成为整条管线防腐体系中最薄弱的环节。一旦防腐层失效，管道将面临严重的电化学腐蚀、应力腐蚀开裂等风险，不仅会造成巨大的经济损失，更可能引发泄漏、爆炸等灾难性安全事故。因此，开发适用于弯管的高性能、高可靠性防腐技术，对保障能源动脉的安全稳定运行具有重大的现实意义。本研究主要介绍了弯管 2LPE 涂层（环氧粉末层+改性聚乙烯层）的施工工艺，并对涂层进行评价分析，旨在构建性能优良的防腐涂层。
1、防腐工艺对比分析
传统的弯管外防腐技术主要依赖于液态涂料辅以防腐胶带缠绕的工艺方案。该方法虽然应用已久，但固有弊端显著。首先，其施工过程繁琐，严重依赖手工作业，涂层质量受工人技能水平影响大，生产效率低下，难以满足现代化管道建设的高效要求。其次，液态涂料固化后形成的涂层致密性往往不佳，且与金属基体的附着力限，尤其在应对弯管因应力集中而产生的形变时，涂层易发生脆性开裂或从基体剥离，丧失保护作用。缠绕的胶带则可能存在搭接处密封不严的隐患，为腐蚀介质的渗入提供了通道。
熔结环氧粉末涂层通过静电喷涂与高温熔融流平，能形成一层附着力极强、耐化学腐蚀性优异的无缝保护膜。然而，将 FBE 技术照搬至弯管等异形构件时，面临着巨大的“遮蔽效应”挑战。静电场的分不均导致弯管的内弧、背弧等区域上粉困难，难以获得均匀的涂层厚度。虽然可通过特殊工装或多次喷涂尝试改善，但工艺复杂性、成本及质量控制难度急剧增加，且固化过程中的流平性在复杂曲面上难以保证。
面对上述技术瓶颈，火焰喷涂技术作为一种新型的表面工程技术，为解决弯管防腐难题提供了极具潜力的新路径。该技术原理是利用高温火焰（如氧-乙炔焰）作为热源，将预先配制好的粉末材料（如聚乙烯）瞬间加热至熔融或半熔融状态，在压缩空气或焰流的作用下，高速喷射并沉积到经过预处理的工件表面，逐层堆积形成连续均匀的涂层。其最突出的优势在于对工件形状适应性极强，无论弯管的曲率如何变化，操作人员均可通过灵活控制喷枪的移动轨迹和角度或机械臂自动设定喷涂轨迹，确保火焰和粉末流能够直接、均匀地覆盖到各个部位，从根本上解决了弯管内弧、外弧等“死角”的涂覆难题。
2、弯管2LPE 涂层施工工艺
2.1 涂层结构
弯管 2LPE 涂层由两层组成：底层为喷涂的熔结环氧粉末涂层，具有优良的耐腐蚀性能；表层为火焰喷涂的改性聚乙烯涂层，进一步对防腐性能进行补强，并且具有良好的机械保护性能，涂层推荐厚度如表 1 所示。
2.2 施工工艺
弯管火焰喷涂施工流程如下图 1 所示。
2.2.1 表面处理
弯管在涂层施工前，表面须保持干燥洁净，所有污垢、油污、油脂及其他有害污染物均应彻底清除。必要时，应按 SSPC-SP 1 标准进行清洁处理。表面存在的层状缺陷、碎屑、划痕等不规则处，应在不使壁厚低于规定最小值的前提下予以去除，以保证防腐涂敷质量。施工前 ，弯管表面温度需至少高于露点温度3℃，相对湿度≤85%。吹扫前宜预热至 40~70 ℃，且热源不得引入二次污染。喷砂清理应采用符合ISO11124 要求的磨料，禁止使用硅砂，且磨料须保持干燥清洁，电导率＜150 μs/cm。喷砂前应按 ASTM D4940 检验磨料清洁度与含盐量。钢丸与钢砂的配比应根据锈蚀程度动态调整。喷砂设备需定期清理过滤器，确保有效分离磨料碎屑与污染物。锚纹深度检验标准为 ISO 8503-4，灰尘污染度检 验 标 准 为 ISO 8502-3，盐 分 检 测 标 准 为 SSPC GUIDE 15。表面处理检验要求如表 2 所示。
随后通过手动砂轮去除毛刺、凹坑等缺陷，每米管道允许最大打磨面积为 10 cm²或表面积的 0.5%（取较小值）。打磨区域需重新粗化，若超出允许面积则应再次喷砂。打磨后壁厚不得低于允许最小值。表面处理完成后，须在 4h内完成涂敷。若超过允许相对湿度或时间限制，应重新进行喷砂处理。喷砂时间间隔与空气中的相对湿度有关，如表 3 所示。
2.2.2 烘箱加热
在火焰喷涂工艺中，精确的温度控制是确保涂层与弯管基体实现高质量结合的关键环节。在实施喷涂前，必须将待处理的弯管整体置入尺寸匹配的工业烘箱内进行均匀、稳定的预热处理。这一步骤的核心目的在于彻底驱除基体表面可能吸附的湿气，并使其整体温度均匀升高，从而有效降低喷涂过程中因温差导致的涂层内应力，避免出现开裂、剥落等缺陷。根据严格的工艺规范，烘箱的初始预热温度设定不应低于200℃。同时，为确保热量由外至内充分渗透，使整个弯管部件达到均匀且稳定的预热状态，持续加热的时间必须保证不少于 60 min。在后续火焰喷涂中，随着温度的下降，弯管需回炉加热以保证火焰喷涂效果。回炉次数需结合涂层厚度在 PQT 阶段进行确认。
2.2.3 FBE 喷涂
使用专用喷枪，使环氧粉末均匀吸附至已预热的弯管表面，形成致密的涂层。需严格控制涂层厚度，确保其最终不低于 200 μm，以满足防腐或耐磨的特定设计要求。根据弯管的实际管径、结构复杂程度以及喷枪的移动速度等因素进行动态调整，以确保喷涂厚度均匀无遗漏。温度监控至关重要，必须使用红外测温仪等设备全程严格监测并记录弯管表面温度，保证环氧粉末能够充分熔融、流平并发生完全的固化反应，最终形成连续、坚固的保护层。喷涂时应确保弯管表面温度至少200 ℃，使用的环氧粉末应为长胶化时间粉末。为保证环氧粉末顺利固化，喷涂过程中表面温度≥150 ℃，因环氧粉末厚度较低，通常无需回炉加热。
2.2.4 PE 植绒喷涂
在 FBE 涂层喷涂完毕并进入关键的“胶化”时间窗口内，需要立即在其表面进行改性 PE 的植绒喷涂。利用 FBE 层在此阶段特有的、未完全固化的粘弹状态，使随后喷入的改性 PE 粉末颗粒能够部分嵌入其中，从而在两种材料之间形成强大的机械互锁与化学结合，显著增强双层涂层系统的整体结合力与抗阴极剥离性能。整个植绒喷涂作业必须连续进行，且总时长应足够，以确保覆盖均匀致密。喷涂结束后，应迅速将弯管送回至烘箱中进行最后的固化处理。此次回炉加热的持续时间应以改性 PE 和 FBE 界面间的融合程度为准，其作用是使外层的改性 PE 充分熔融、流平并最终完全固化，同时促进 FBE 与 PE 界面间的进一步融合。
2.2.5 PE 火焰喷涂
通过火焰喷涂工艺来达到设计所要求的最终厚度，总厚度≥3.5 mm。单次火焰喷涂的连续操作时间应至少持续 5 min，以确保该次喷涂形成的涂层均匀且致密。具体的喷涂次数以及中间是否需要回炉稳定化处理，则必须依据弯管的实际尺寸、几何复杂程度以及涂层的累计厚度来动态决定，避免因应力积聚导致涂层缺陷，喷涂次数最多不超过4次。每次回炉处理时，炉温应设定在至少100℃，其目的在于释放涂层内力并改善层间结合，回炉时间≥5 min。同时以 1 次/min 的频率进行严格的测量与记录，确保温度波动在允许范围内。
2.3 涂层检验
质量检验是评估涂层性能的关键。水冷后，需按照表 4 中所示要求，对涂层外观、漏点、厚度、剥离强度等进行检测，验证其是否满足项目设计要求。
2.3.1 外观检测
通过目视对涂层外观进行检测，涂层表面不得有鼓泡、针孔、划痕或其他不规则缺陷，且需保持均匀的色泽。因水冷降温，涂层表面不能存在水印，弯管两端预留位置不能存在翘边。
2.3.2 漏点检测
漏点检测是评价涂层中是否存在针孔、裂隙等缺陷，确保涂层完整性的重要方式。使用高压漏点检测仪对涂层表面进行 100% 检测，确定涂层表面是否存在漏点。首先确认环境条件，相对湿度≤85%，涂层表面必须保持干燥、清洁、无水分、油污等，在仪器校准后，设定检测电压为 25 kV，选择合适的灵敏度并确保可以正常报警。弯管接地后，将扫描电极在被检涂层表面保持紧密接触并平稳均速移动，移动速度保持在150~300 mm/s，扫描路径应相互重叠，重叠宽度不少于电极宽度的 25%，确保 100% 覆盖。如有漏点报警，应对涂层进行修补并重新进行 100% 检测，确保涂层无漏点。
2.3.3 厚度检测
使用涂层测厚仪测量涂层厚度。首先对涂层测厚仪进行零点校准，确保仪器精度。在弯管上取 3 个相等距离的轴向截面，沿 3 点钟、6 点钟、9点钟和12点钟进行测量，共计12个测量点，测量厚度应至少3.5 mm。任意位置的测量值＜3.5 mm，应在该区域周围额外取 4 个测量点，额外 4 次读数与初始读数的平均值应高于 3.5 mm。如有厚度不足情况，应使用火焰喷涂工艺进行补涂。
2.3.4 剥离强度检测
使用万能试验机对涂层进行高温剥离强度试验。试验前需对涂层试件进行规范制备，使用精密切割刀具将涂层样品处理成尺寸适宜的矩形带，其宽度应不少于 5 cm，长度≥16 cm。将制备好的试件平稳放置于烘箱内的试验平台，烘箱温度设置为 80 ℃，并采用专用固定装置将其牢固夹持，确保在后续拉伸过程中试件无滑移或偏转。夹具应精确夹持矩形带预先切割的一端，使涂层与基材在受拉时能够沿界面逐渐分离。启动设备以恒定速率（10 mm/min）向上施加拉伸力。系统实时记录涂层从基材表面剥离所需的力值，并生成力-位移曲线。为保证结果代表性，测量应至少覆盖 10 cm 以上的剥离距离，并取该段范围内的力值平均值作为最终剥离强度，以避免局部缺陷或起始阶段的不稳定数据干扰，检验结果应大于 2 N/mm 且内聚破坏。
3、工艺性能评价
3.1 表面处理检验结果
采用与弯管同规格的直管段进行涂层涂敷和性能试验，根据管径和壁厚不同分为 3 组试验，3 组试验的表面处理结果如表 5 所示。由表 5 中可知，3 组试验的表面除锈等级均为 Sa 2.5，灰尘污染度的粒径和数量均为 2 级，锚纹深度分布范围在 74~82μm 区间，盐分含量＜20 mg/m2，说明表面处理满足项目要求。
3.2 涂层质量检验结果
涂层完成后进行外观检测、厚度检测、漏点检测和剥离强度检测，结果如表 6 所示。由表 6 中可知，3 组试验涂层表面完整无缺陷，涂层总厚度平均 值在4.26~4.66 mm，满足项目设计要求。经 100% 涂层漏点检测后，每组试验的涂层均无漏点，保证涂层体系的连续性。涂层在 80 ℃下的高温剥离强度试验结果满足项目要求的＞2 N/mm 且内聚破坏的要求，说明涂层在高温下能够正常服役而不发生脱落。表中的数据浮动较小，说明弯管 2LPE 火焰喷涂施工工艺稳定，能够保证涂层体系稳定运行。
3.3 防腐性能检验结果
对涂层进行阴极剥离试验，评估2LPE 涂层在阴极保护条件下的长期附着力和耐久性。将预处理的试样放置在氯化钠电解液中，模拟实际的海水环境，对试件施加-1.5 V 的工作电压，在规定时间内观察并测量涂层从剥离点向周围剥离的半径，试验条件分为(23±3)℃、28 d 和(65±3)℃、48 h。将以剥离点为中心的圆周分为 8 个区域，测量剥离半径，试验结果如表7所示。由表 7 可知，3 组试样的常温剥离半 径平均值分别 为 2.34 mm、2.60 mm、2.21 mm，低于项目设计要求（＜5 mm）；3 组试样的高温剥离半径平均值分别为 1.33 mm、1.15 mm、1.39 mm，低于项目设计要求（＜3 mm）。说明在模拟海水的实际服役环境中，涂层在各个方向均具有优良的抗阴极剥离能力，验证涂层具有良好的耐腐蚀性能。
4、结 语
本研究通过对弯管2LPE火焰喷涂工艺进行研究，并对涂层性能进行系统性评价，形成一套完整的2LPE 火焰喷涂工艺体系。从表面处理、弯管加热、静电喷涂、火焰喷涂和涂层检验，每个环节均满足项目设计要求，有效解决弯管结构涂敷难度大、厚度不均匀等问题，显著提升涂层完整性和可靠性。该工艺技术的成功应用，为我国海洋油气田开发中关键管道部件的长效防腐提供了重要的技术保障，增强了国产高性能防腐涂层产品在国际市场上的技术竞争力。
来源：《涂层与防护》2026年第7期
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