长输管道三层PE防腐层国内外标准差异分析

王鲁峰

摘 要：三层PE防腐层是国内长输管道应用最普遍的防腐层。由于国内外相关标准差异较大，国外项目设计中容易混淆，因此本文结合国内外相关项目的工程实践，从防腐层结构、防腐层性能要求、质量检验等多个方面对国内设计中采用的GB/T 23257（2017版）与国际标准ISO 21809-1（2018版）、DIN 30670（2012版）三个三层PE防腐层标准的差异进行对比和分析，对国内外项目三层PE防腐层标准的使用提出相关建议，为国内外项目的设计提供参考。

关键词：三层PE；防腐层；性能

1.背景

三层PE防腐层开发于20世纪80年代，自20世纪90年代引入我国。由于防腐效果优异，三层PE防腐层目前已在长输管道外防腐涂层中占据首要位置，许多国家重点工程均选用了三层PE作为埋地管道外防腐层。

目前国内工程三层PE防腐层设计采用标准GB/T 23257（2017版），国外工程多采用DIN 30670（2012版）和ISO 21809-1（2011版）等。在进行国外项目设计过程中发现，GB/T 23257与国外标准在防腐层结构、性能要求及质量检验等多方面，均存在程度不同的差异，设计过程中容易混淆，因此本文结合国内外相关项目的工程实践，从防腐层结构、防腐层性能要求、质量检验等多个方面对三个标准的差异进行对比和分析，对标准的使用提出相关建议，为国内外项目的设计提供参考。

2.三层PE防腐层分类及结构

各标准对三层PE防腐层适用温度范围的规定有一定的差别。GB/T 23257常温型最高设计温度不超过60℃，高温型最高设计温度不超过80℃。DIN 30670和ISO 21809-1常温型适用设计温度范围为-20℃～60℃，高温型适用设计温度范围为-40℃～80℃，DIN 30670和ISO 21809-1给出了防腐层适用的低温界限，与GB/T 23257有所不同。

对于防腐层厚度，GB/T 23257和DIN 30670均将三层PE防腐层划分为普通级和加强级，根据管径确定相应的防腐层厚度，两个标准中各管径的涂层总厚度基本一样，但应注意GB/T 23257中环氧粉末层及胶粘剂层厚度高于DIN 30670，同时GB/T 23257对DN1200以上的防腐层厚度进行了明确，而DIN 30670没有此项规定。ISO 21809-1中未按照普通级和加强级进行区分，而是按照地质条件将涂层厚度划分为A1/A2/A3/ B1/B2/B3/ C1/C2/C3系列，各系列按照单管自重确定涂层厚度。

虽然GB/T 23257/DIN 30670与ISO 21809-1有所区别，但基本原则没有大的区别，主要是从使用方便的角度考虑，对防腐层厚度按照管径进行划分。

3.性能指标

3.1 原材料性能要求

经过对三个标准相关原材料性能要求的对比分析，得出如下差异：

（1）GB/T 23257中对原材料的性能要求规定最为详细，所需满足的项目最多，ISO 21809-1次之，DIN 30670中没有对原材料性能做明确要求，但要求厂家提供相关原材料的性能指标数据；

（2）对于GB/T 23257和ISO 21809-1中都有相关要求的同一性能指标，国标中的要求大部分与ISO标准等同或高于ISO标准，仅聚乙烯专用料含水率这一项，ISO标准要高于国标；

（3）对于环氧粉末热特性，ISO 21809-1仅对玻璃转变温度Tg2有要求，而国标除了玻璃转变温度之外，还对反应热△H有相关要求；

（4）对于耐紫外光和热老化指标，ISO 21809-1和GB/T 23257的测试内容也各不一样。

3.2聚乙烯（防腐）层

表3.2-1为GB/T 23257、DIN 30670和ISO 21809-1中对聚乙烯（防腐）层性能指标的相关要求。

表3.2-1 聚乙烯（防腐）层性能指标对比

序号	项目		GB/T 23257指标	DIN 30670指标	ISO 21809-1指标
1	拉伸强度	轴向 (MPa)	≥20	——	——
		周向 (MPa)	≥20	——	——
		偏差a (%)	≤15	——	——
2	断裂伸长率（%）		≥600	≥400	≥400
3	压痕硬度(mm)		23℃，≤0.2 60℃或80℃，≤0.3	常温型： 23℃，≤0.2 50℃，≤0.3 高温型： 23℃，≤0.2 70℃，≤0.4	23℃，≤0.2 最高设计温度，≤0.4
4	耐环境应力开裂（F50）(h)		≥1000	——	——
5	剥离强度 (N/cm)		20℃5℃，≥100 60℃5℃，≥70	高温型（Sheet extrusion）： 23℃，≥150 70℃，≥30	23℃，≥180 80℃，≥50
6	阴极剥离		——	23℃，28d，-1.5V，≤7mm	23℃，28d，-1.38V，≤5mm
7	阴极剥离		65℃，48h，-1.5V，≤5mm	65℃，48h，-1.5V，≤7mm	65℃，24h，-3.38V，≤4mm
8	阴极剥离		最高使用温度，30d，-1.5V，≤15mm	——	最高使用温度，28d，-1.38V，≤15mm
9	环氧粉末底层热特性 玻璃化温度变化值 │△Tg │(℃)		≤5	符合厂家给定值	≤3
10	冲击强度(J/mm)		≥8	常温型：≥5 高温型：≥7	＞7
11	抗弯曲		-30℃，2.5，聚乙烯无开裂	——	-2℃～0℃，2，聚乙烯无开裂
12	耐热水浸泡（80℃，48h)		——	——	翘边深度平均≤2mm且最大≤3mm
13	生产过程中PE层产品稳定性		——	ΔMFR ≤ 20%	ΔMFR ≤ 20%
14	连续性		无漏点	无漏点	无漏点
15	涂层电气强度		——	≥108Ω.m2	——
16	耐紫外光和热老化		——	ΔMFR ≤ 35%	——

根据以下对比分析，可以得出如下差异：

（1）GB/T 23257中对同一指标的要求大部分与国际标准等同、相近或高于国际标准，例如断裂伸长率、压痕硬度、抗冲击强度、抗弯曲等指标均比DIN 30670和ISO 21809-1要求略高。

（2）三个标准均对阴极剥离进行了相关要求，但应注意在试验电压、试验时间、试验温度上几个标准的相关要求略有出入；

（3）三个标准中偏重的性能指标也有一定区别，例如ISO 21809-1中明确规定了耐热水浸泡的相关要求，DIN 30670中规定了涂层电气强度的相关要求，GB/T 23257中未规定“生产过程中PE层产品稳定性”这一指标，但增加了轴向拉伸强度、周向拉伸强度和偏差以及耐环境应力开裂等指标。

3.3差异分析

三个标准对原材料性能要求的差异，笔者个人认为跟标准的适用对象、标准起草单位所在国家三层PE防腐层市场成熟程度、市场质量状况、工程实践等有密切关系。例如，ISO 21809-1是国际通用的标准，在标准编制时，需要考虑各个国家三层PE防腐层的生产工艺、环境条件等，某些指标不能规定的特别详细，避免对生产厂商造成制约。国内三层PE防腐层市场质量参差不齐，三层PE防腐层失效案例较多，为保证防腐层原材料品质，GB/T 23257中不仅对原材料性能规定的项目较多，而且某些指标也高于ISO标准，同时从本国的生产工艺出发，某些指标能够给出具体数值。而德国国内三层PE防腐层应用时间较长，市场成熟度高于中国，从某种程度上，DIN标准默认原材料厂商提供的产品品质能够满足三层PE防腐层质量要求，因此DIN 30670中未对三层PE防腐层原材料性能要求做详细规定，仅要求厂家随原材料提供相关的性能指标数据。

4.质量检验

通过对三个标准中关于质量检验要求的对比，可以得出如下差异：

（1）三个标准中，ISO 21809-1要求生产过程中检验的项目数量最多，检验频率也比其它两个标准高，类似表面处理所用磨料的质量检验也做了相关规定。

（2）GB/T 23257与ISO 21809-1相比，缺少磨料、抗冲击强度、压痕硬度、耐热水浸泡等的相关检测要求，但增加了环氧粉末热特性和拉伸强度检测等。在断裂伸长率检测方面，频率也低于ISO标准。

（3）DIN 30670对生产过程中检验的项目数量最少。其中，表面处理的检测要求仅包括表面处理锚纹深度和钢管表面温度这两项。涂层厚度的检测也仅要求每批检测一次，与其它两个标准相比频率较低。

对于质量检验的频率，通过对比可以看出，ISO 21809-1对生产过程的控制较严格，不仅包括防腐层和表面处理的检测，也包括表面处理用磨料的检测，同时对耐热水浸泡和阴极剥离，也要求工艺评定时检测。GB/T 23257重点关注环氧粉末的性能指标，包括其热特性和固化度，同时增加了拉伸强度检测，对于阴极剥离和断裂伸长率，检测频率并不高。DIN 30670对表面处理的检测要求不高，对涂层总厚度的检测频率也比GB/T 23257和ISO 21809-1低，在其它检测项目上与ISO比较相近。

5.标准使用建议

通过以上对比分析发现，国内外三层PE防腐层技术标准在关于防腐层结构、性能要求及质量检验等方面的规定存在一定差异，许多指标对防腐层性能和使用寿命有重要影响，在项目设计过程中应注意合理使用，同时对项目设计过程中三层PE防腐层设计标准的使用提出以下几点建议：

（1）GB/T 23257、DIN 30670和ISO 21809-1虽然有所差异，但三个标准均能满足三层PE防腐层质量控制的要求。

（2）对于不同的三层PE防腐层标准，其使用的核心原则是质量控制到位。因此对标准中的某些规定，不能盲目的照搬照抄。

（3）在国外项目设计过程中，首先应进行标准识别。对于项目有明确规定的，应按项目要求的标准规范执行。对于项目没有明确规定的，建议根据项目采购的特点对采用的标准进行合理使用，如本项目三层PE防腐层国外采购，不建议随意根据GB/T 23257增加原材料和防腐层的性能指标；如果国内采购，考虑到本国三层PE防腐层市场特点，在按国际标准进行采购文件编制的同时，建议根据GB/T 23257适当增加部分性能指标的要求，以达到更好的控制涂层质量的目的。

参考文献：

[1] GB/T 23257-2017.埋地钢质管道聚乙烯防腐层.

[2] ISO 21809-1:2018(E). Petroleum and natural gas industries - External coatings for buried or submerged pipelines used in pipeline transportation systems - Part 1: Polyolefin coatings (3-layer PE and 3-layer PP).

[3] DIN 30670:2012-04. Polyethylene coatings on steel pipes and fittings - Requirements and testing.

（作者简介：王鲁峰，男，1983年11月生， 2009年7月毕业于中国石油大学（华东）材料加工工程专业，获工学硕士学位。现在中石化石油工程设计有限公司管道工程设计所从事防腐设计工作。通信地址：山东省东营市济南路49号，邮编：257026，联系电话：[phone]，E-mail: [e-mail]。）