在涂层经济性分析中，为满使用要求是最主要考虑的因素，在涂层选择时必须考虑介质输出温度、地形和土壤特征指数，涂层预制与修补的经济性、制管方式和人文条件等多种因素。目前常用的外防腐涂层有石油沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧、聚烯烃等，各有各的特性。管道输送介质的温度是选择涂层的重要指标之一 ，如石油沥青，虽然价格较低，但用于热油管道，由于介质的加温作用 ，油份加速挥发使其老化速度提高40%;聚烯烃涂层又分挤压低密度聚乙烯 ，高密度聚乙烯、聚丙烯三种 ，其熔点分别为110～115℃、125～131℃、164～170℃ ，所以通常50℃以下可以选择低密度聚乙烯，70℃以下选择高密度聚乙烯，70～100℃选择聚丙烯;熔结环氧的温度适用范围宽，可用于输送介质温度-30～100℃范围 ，而石油沥青和煤焦油瓷漆则存在低温脆化高温流淌的缺陷;同样聚烯烃涂层低密度聚乙烯比聚丙烯的低温性能更好;虽然聚乙烯的低温脆化温度低于-65℃，粘结用的胶粘剂的低温脆化温度却随材料不同而改变，国产EVA型热熔胶一般低温脆化温度仅达到-15℃，而乙烯共聚物胶粘剂可达到-50℃，所以长输管道在选择防腐涂层品种时，必须根据操作温度，甚至施工时的气温慎重选择[10]。
高压大口径管道（管径大于1016mm ，压力大于4.05MPa)必须考虑涂层剥离带来的应力腐蚀问题 (SCC)。这类管道由于涂层选择不当，使用7～14年后多次在沿压缩机站下游30 km 左右出现外腐蚀产生的应力腐蚀。迄今为止 ，这种腐蚀多发生于在沟边防腐的聚乙烯粘胶带涂层管道，石油、沥青和煤焦油瓷漆涂层管道也有应力开裂事故发生。
各种地形和土壤对防腐涂层的性能要求各异，起伏较大的地形要求涂层必须满足现场冷弯的要求，石方区则要求涂层的抗冲击性能好，粘土区则要求涂层抗土壤应力性能高，盐渍化土壤要求涂层材料耐化学介质浸泡[10]。
2.3 外防腐层用料
国内外用的比较多的是石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青、环氧粉末、双层PE 和三层PE等产品。从有关资料报道来看，石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、环氧煤沥青等传统产品的用量呈下降趋势，而环氧粉末和近年来发展起来的双层PE和三层PE的用量有较大的上升，聚氨醋沥青在欧美和中东等地区也发展较快[11]。
2.3.1 熔结环氧粉末防腐层
熔结环氧（FPE）粉末防腐层，它是通过静电喷涂的方法，将粉末喷涂到经预处理并已预热的管体表面，在管体表面发生固化反应， 形成一层致密的防腐层，的制定的管道涂料，正常使用的厚度是10密尔。在国外应用有40多年的历史，在国内也有二十几年的历史，FBE是众多防腐蚀涂料中附着力、抗冲击、耐磨蚀、抗阴极剥离、对环境污染小等综合性能较好的品种之一。尤其是FBE防腐工艺技术具有使用温度范围宽、高附着力、耐冷热交变以及耐酸碱盐等特点，在国外管道上以北美地区应用最为广泛[12] 。我国目前已经建立的油气内部集输管线采用的就是FBE防腐层。该防腐层质量应该符合管道涂层防腐工艺技术的要求。但是该防腐工艺技术也有其一定的缺点:在涂层防腐工艺中具有抗冲击强度不高，水汽渗透率不高。而且该技术必须在工厂预制生产、成本比较高、能耗比较大。不耐尖锐硬物的冲击碰撞，施工运输过程中，很难保证涂层不被破坏。另外，防腐工艺用作补扣材料的时候，现场施工质量没有办法与管体相同，因此非常容易发生塔接部位粘结失效，漏点比较多，现场修补困难， 且价格昂贵， 因此在碎石土、石方段、地下水位较高的地区要慎用或不用。
2.3.2 三层聚乙烯防护层
聚乙烯三层结构防护层又称三层PE，是近几年从国外引进的先进的防腐技术。它的全称为熔结环氧挤塑聚乙烯结构防护层，结构由以下三层组成:底层为熔结环氧(60～80μm)；中间层为胶粘剂(170～250μm)；面层为挤塑聚乙烯(约2mm)。防护层总厚度大于2.2～2.9mm。在三层结构中，环氧底漆的主要作用是:形成连续的涂膜，与钢管表面直接粘结，具有很好的耐化学腐蚀性和抗阴极剥离性能；与中间层胶粘剂的活性基团反应形成化学粘结，保证整体防腐层在较高温度下具有良好的粘结性。中间层通常为共聚物粘结剂，其主要成分是聚烯烃，目前广泛采用的是乙烯基共聚物胶粘剂[11]。共聚物胶粘剂的极性部分官能团与环氧底漆的环氧基团可以反应生成氢键或化学键，使中间层与底层形成良好的粘结；而非极性的乙烯部分与面层聚乙烯具有很好的亲合作用，所以中间层与面层也具有很好的粘结性能。聚乙烯面层的主要作用是起机械保护与防腐作用，与传统的二层结构聚乙烯防腐层具有同样的作用。三层PE是20世纪80年代欧洲研制成功并开始使用的，它是将FBE良好的防腐蚀性能、粘结性高抗阴极剥离性和聚烯烃材料的高抗渗性良好的机械性能和抗土壤应力等性能结合起来的防腐蚀结构， 一经问世就在许多工程上得到了应用，尤其在欧洲国家，其应用呈不断上升的趋势我国在陕京管线等其它多条管线上采用了三层PE的涂层结构，俄罗斯天然气工业公司也正在采用这项技术[13]。需要指出的是，这种结构不适用于架空管线，另外由于其造价较高，在一般土壤条件下也很少采用。

2.3.3 聚氨酯沥青
聚氨醋沥青是20世纪90年代末发展较快的埋地管线外用涂料之一。美国、加拿大和中东等地区在很多工程中都采用了这种涂料。如美国南德克萨斯州到芝加哥附近的天然气管道采用了这种涂料，10余年来未产生腐蚀;在马格里布至非洲阿尔及利亚地区的天然气管道， 涂敷三层PE结构，且在焊口处就涂有这种涂料。该涂料的优点是既可在正常情况下施工， 也可在环境温度为0 ℃ 左右顺利施它不含溶剂，利于环保，一次成膜厚，施工效率高，涂层坚韧，表面光洁，附着力优良，耐磨性强，膜厚1.5cm就足以达到防护外壁的目的。由于它的耐冲击性和柔韧性要优于FBE， 因此在运输、安装过程中受到的损伤也比较小。在耐微生物腐蚀和抗植物根茎方面也很优良，不过需要有较高的施工技巧和专用设备。
2.3.4 煤焦油涂层防腐工艺
煤焦油涂层防腐工艺是由高温煤焦油分流得到的重质馏分以及煤沥青组成的材料，添加不活泼的矿物质使用塑化。煤焦油涂层防腐工艺的应用已经超过了10年，并且在我国20世纪初开始了管道建设上的主要应用。煤焦油涂层防腐工艺具有价格低、耐阴极性好、化学稳定性好以及抗植物根茎穿透性比较好等特点。但是其也有一定的缺点:煤焦油在使用过程中会发挥出一种气味难闻的气体，对环境的污染也比较大。另外，煤焦油涂层防腐工艺高温软化、低温发脆非常容易造成管道涂层损坏的面积计较大[13]。
2.3.5 阴极保护防腐工艺
阴极保护防腐工艺是油气管道普遍采用的技术，该技术通过被保护的钢质管道通以足够的直流电流，使管道表面产生阴极化，减少或消除造成钢质管道土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差，使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的目的。另外，柔性阳极在解决高电阻率地区、老管线的阴极保护上起到了较好的作用，应继续开发适用新材料[14]。
2.4 外防腐层技术在陕京二线输气管道的应用
陕京二线输气埋地管道的外防腐全部采用三层PE高温型防腐层; 管道补口采用带有配套底漆的三层结构聚乙烯热收缩带;热煨弯管外防腐采用单层熔结环氧粉未防腐层[15]。其与我国90年代前长期沿用的沥青防腐层相比不仅防腐性能有所提高，而且它存在着耐热性强、吸水率低、不易老化、抗土壤应力能力高、较强抗细菌破坏与植物穿透等优点。虽然，煤焦油瓷漆也有着久远的应用历史，但它的缺点是抗土壤应力与热稳定性较差，与阴极保护的相容性也不好、在高寒与炎热的地区施工或管道输送高温介质时易发生脆裂或流淌，最大的缺点是毒性大，在西方已基本不用。熔结环氧防腐层在北美地区应用最为广泛，但非常不耐尖锐碰撞，在长期处于潮湿环境下会产生气泡。挤出聚乙烯防腐层的粘性较差， 及较高的电阻值使发生剥离后的阴极电流屏蔽。聚乙烯防腐胶带抗土壤应力不好，特别在高温下，且易于因粘接力差和电阻值高而产生阴极屏蔽。环氧煤沥青防腐层主要问题在于它固化时间长，对长输管道应用较少。所以在陕京二线输气管道的外防腐技术中采用了三层PE技术。由表2-1（加拿大杜邦公司对三种常用的防腐层的性能比较）可以对三层结构防腐性能有一个更加具体的认识[16]。

表2-1三种外防腐层的性能比较

性能 FBE 煤焦油沥青磁漆 三层PE
粘接力 ＋＋＋ －－－ ＋＋＋＋
阴极剥离 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
抵抗湿气 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
抗机械及土壤应力 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
耐化学腐蚀 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
耐候性 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
操作维修 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
抗低温 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
抗高温 ＋＋ －－－－ ＋＋＋＋
抗微生物 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
安全问题 ＋ －－－－ ＋＋＋＋

注：“＋”表示良好程度，“－”表示不好程度。

第3章 油气管道内涂层防护技术
3.1 内涂层用涂料的基本性能
针对于油气管道，其内涂层用涂料应具备下列特性。