近年来，随着我国油气长输管道的大量建设和运行，管道腐蚀是个很严重的问题，它也造成了很大的危害。目前，油气长输管道的防腐保温多采用防腐层-保温层-保护层复合结构，应用中也暴露出一定的问题，造成管道系统的早期失效。介绍了防腐保温层的材料及结构，从设计角度出发论述了防腐保温技术应用中应注意的问题。充分考虑设计的可靠性与经济性的统一，通过进一步优化防腐保温的结构设计，对确保管输系统的长期安全运营，降低管道的事故发生率，减少后期腐蚀维护大修费用，从而降低生产成本具有重要的意义。
1 长输管道防腐保温技术现状
长输管道防腐保温技术是落实国务院节能减排政策，确保管道工程安全长周期运行的重要举措之一。有关资料显示，长输管道在服役期内管道外壁发生的泄露事故多由腐蚀穿孔引起，其主要归结于防腐保温设计不合理，可以通过优化防腐保温设计方案进一步降低事故发生率。在腐蚀控制设计中多以涂层防护为主，并辅以阴极保护技术作为补充;在保温设计中，从保温材料性能、保温结构和施工工艺入手，重视保温层下腐蚀(Corrosion Under Insulation, CUI)，在满足工艺条件下推行经济厚度。
1.1 长输管道外防腐
防腐涂层与阴极保护联合的保护方法，已被广泛应用于埋地长输管道的腐蚀控制并取得了良好的的保护效果。涂层是埋地管道腐蚀控制的第一道屏障，其作用是将管体金属与腐蚀性的土壤环境隔离[1]。由于涂层本身不可避免的存在针孔、漏点，管道在装卸、运输及施工中会造成的涂层破损或开裂，投入运行后，服役环境腐蚀性介质作用、第三方破坏，都可能导致涂层漏点的进一步产生。因此，单纯依靠涂层并不能完全抑制管道的腐蚀，并且由于涂层缺陷处裸露的局部管体表面与涂层完好的大面积管体构成了大阴极、小阳极的腐蚀电池，反而会加剧局部腐蚀所造成的破坏。阴极保护是通过对涂层缺陷处提供过剩的电子，来消除被腐蚀表面上阳极和阴极区的电位差，进一步减缓或抑制腐蚀介质对管道的侵蚀[2]。
涂层的存在极大的降低了管道表面阴极极化所需要的保护电流密度，使阴极保护技术对涂层缺陷处提供额外的保护成为可能，继而作为埋地管道腐蚀控制的第二道屏障。国内多年的应用实践表明，对于埋地金属管道，采用防腐层和阴极保护联合保护的防腐措施不仅是行之有效的，而且是经济合理的[3]。
1.2 长输管道防腐保温
根据GB 50264《工业设备及管道绝热工程设计规范》，管道的保温应由保温层和保护层组成，保温层材料应具有导热系数小，吸水率低，具有一定机械强度，不易燃烧和对管道无腐蚀的性能，耐热性好;保护层应具有足够的机械强度和韧性、化学性能稳定、耐老化、防水和电绝缘的性能。
管道所用的保温材料最初大多采用矿棉、玻璃纤维、膨胀珍珠岩、复合硅酸盐及硅酸钙等，尽管憎水性硅酸盐管壳、岩棉管壳价格较便宜，但它们的导热系数较大，在原油输送过程中会产生较大的热量损失，而且保温管壳是一块块手工捆绑的，热伸缩缝引起保温结构开裂必然使整体保温层不连续。玻璃纤维棉太软，在运输和施工过程中容易出现外保护层破裂的现象，且其吸水率较高，管道极易发生腐蚀穿孔。
为确保防腐保温设计的可靠性，美国保温界认为，实现结构的整体严密性是保温设计的基准，故保温层的防水性直接影响埋地长输管道实际投运后能否达到预期的保温效果[4]。近年来，随着新材料的不断涌现，全国各油田采用熔结环氧粉末防腐层+聚氨酯泡沫塑料保温层+聚乙烯防护层较为普遍，在油田集输系统及原油长输管道已大量应用，其中有长庆油田靖惠线、长呼原油管道、冀东油田外输线、大庆油田大庆-哈尔滨线等。该结构保温层保温性能及防水性能优良，与保护层同时在工厂预制完成。
2 防腐保温结构及材料选择
2.1 防腐保温层结构
输送介质温度不超过100℃的埋地钢质管道泡沫塑料防腐保温层应由防腐层-保温层-防护层-端面防水帽组成。防腐层可选用聚乙烯胶粘带、液体环氧类涂料、聚乙烯防腐层或环氧粉末防腐层，其结构及厚度由设计根据现场实际选定;保温层应选用硬质聚氨酯泡沫塑料，保温层厚度应在满足输送工艺要求前提下结合经济厚度计算确定，其厚度不应小于25mm;防护层厚度应根据管径及施工工艺确定，其厚度应大于等于1.4mm[5];防腐保温管端面应采用辐射交联型热缩防水帽进行防水密封，防水帽与防护层和防腐层的搭接长度均不应小于50mm。
2.2 防腐保温常用材料
2.2.1 防腐层
近年来我国防腐涂层技术发展迅速，干线管道涂层主要采用的有熔结环氧粉末、三层聚乙烯复合涂层(三层PE)。
熔结环氧粉末为一次成膜涂层，由固态环氧树脂、固化剂及多种助剂经混炼、粉碎加工而成，属热固性材料，采用静电喷涂工艺将环氧粉末喷涂、熔融粘结到钢管表面并固化成型[6]。环氧粉末用作管道防蚀涂层，具有对钢铁粘结力强、膜完整性好、耐阴极剥离、耐土壤应力和耐磨损、涂覆操作简单、无污染、抗冲击性和抗弯曲性能好等特点，可用于工作温度为-30 ～ 100℃的钢质埋地管道或水下管道设施的外防腐，主要遵循SY/T 0315-2013《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》。
挤压聚乙烯防腐层三层结构底层通常为环氧粉末涂层，中间层为胶粘剂层，外层为聚乙烯层，由于其兼有熔结环氧粉末优异的防腐性能以及聚乙烯优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性，近年来在我国新建大口径管道工程中大量应用，如西气东输、兰郑长、长呼输油管道、库鄯线、陕京线等重点工程，也形成了较完整的技术体系，执行GB/T 23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》。
2.2.2 保温层
保温层：硬质聚氨酯泡沫塑料因其导热系数低、密度小、可工厂预制、现场施工方便，广泛应用于埋地长输管道的保温。当输送高温介质管道时，经综合经济比较后可采用复合结构，即在钢管与聚氨酯泡沫之间加夹微孔硅酸钙等耐温材料。泡沫塑料是一种发泡体保温材料，由多异氰酸酯、组合聚醚加催化剂、发泡剂、稳定剂等原料组成，其中发泡剂是聚氨酯泡沫中最重要的一种助剂，应为无氟发泡剂[7]。
2.2.3 外防护层
外防护层：多采用聚乙烯专用料形成的聚乙烯。高密度聚乙烯(HDPE)，是一种超高分子聚合物，可以有效阻止水向保温层的渗透，且这种材料的绝缘性好，易于加工成型，用这种材料制成的防水保护夹克具有一定的抗磨、抗冲击、抗撕裂和抗拉性能，可以满足施工、运行载荷的要求[8]。保温层外加聚乙烯夹克保护层的预制有“一步法”成型工艺和“管中管”成型工艺两种。
2.2.4 补口材料
补口材料：管道防腐保温层补口施工应采用防腐层补口-保温层补口-防护层补口的程序。防腐层补口宜采用辐射交联聚乙烯热收缩带/套(介质温度低于70℃)或液态涂料如聚氨酯类(介质温度高于70℃);保温层补口可采用专用模具现场发泡;外护层补口应采用辐射交联热收缩补口带(或补口套)。
3 防腐保温技术应用中存在的主要问题
3.1 前期调研及方案比选
一般来讲，长输管道工程在设计前期应注重现场环境系统评价工作，为设计优化方案和工程量准确性，提供内容齐全、深度满足要求的基础资料。主要了解工程沿线的地形地貌、土壤电阻率等与本专业设计相关的参数;掌握工程投资及偿还年限、工程所在地热能价格。设计时要进行多种方案的论证，不能生搬硬套标准规范，不能单一考虑保温结构的经济性或可靠性，应综合技术经济比较保温材料的技术可靠性、施工工艺、使用寿命、成本，确定方案。
3.2 防腐层和阴极保护优化设计
新建管道涂层的选择不单纯是管道防腐的投资，而且要考虑环境的适应性、环境保护要求以及寿命期内费用全分析(包括涂层材料费、涂装费、运费、维修保养、更换大修等多方面的考虑)，涉及以下几方面的内容：环境评价的作用及内容、涂层选择的基本原则、涂层选型与结构设计、补口材料与工艺、经济分析。不同地质条件下的涂层结构应根据管道沿线腐蚀性环境的调查、分析及测试结果来最终确定。
阴极保护设计过于保守，在确定的管道里程内阴极保护站间距过小，导致管道投运后相当一部分阴保站处于备用状态，短期内不会投入运行;目前几乎所有的设计都采用恒电位工作模式，控制方式过于单一，如若控制参比故障，就会导致整个阴极保护系统运行异常;随着管道建设事业的发展，各种管网并行、交叉或邻近的情况越来越多，不同业主对管道的阴极保护设计几乎互不沟通，导致相互干扰。
3.3 保温层经济厚度计算
长输管道的保温效果不仅与保温材料的类型和合理的保温结构有关，还取决于保温层的厚度。保温层越厚，管路热损失越小，越节约能源;但厚度加大，保温结构造价提高。保温层厚度应在管道保温热力计算的基础上，按技术经济分析得出的“经济保温厚度”确定。
“经济厚度”考虑了管道保温工程的建设投资和管道散热损失的年运行费用两者因素，是折算出的一定年限内“年分摊费用”最小值。目前，国内管道保温层经济厚度的计算公式主要执行GB/T 50538-2010《埋地钢质管道防腐保温层技术标准》，但是设计初期公式中部分参数难以把握，可操作性较差，一般取经验值，在某些重点管道工程中难以同时满足输送工艺及经济厚度计算要求。
长输管道的防腐保温技术，不但降低了管体腐蚀泄漏的事故发生率，延长了管道的服役寿命，而且是节能降耗的一种重要措施。为缩小我国长输管道防腐保温技术与发达国家的差距，设计人员应重视前期现场调研和资料收集，吸收国外先进技术的同时总结国内经验，进一步优化防腐保温的结构设计，充分考虑设计的可靠性(严密性)与经济性(保温厚度、结构形式)的统一，积极推动新技术;科研工作者应对着手提高保温材料的憎水性，降低吸水率，开发新型保温材料，进一步推动我国长输管道防腐保温技术的发展。