在涂層經濟性分析中，為滿使用要求是最主要考慮的因素，在涂層選擇時必須考慮介質輸出溫度、地形和土壤特征指數，涂層預制與修補的經濟性、制管方式和人文條件等多種因素。目前常用的外防腐涂層有石油瀝青、煤焦油瓷漆、熔結環氧、聚烯烴等，各有各的特性。管道輸送介質的溫度是選擇涂層的重要指標之一 ，如石油瀝青，雖然價格較低，但用于熱油管道，由于介質的加溫作用 ，油份加速揮發使其老化速度提高40%;聚烯烴涂層又分擠壓低密度聚乙烯 ，高密度聚乙烯、聚丙烯三種 ，其熔點分別為110～115℃、125～131℃、164～170℃ ，所以通常50℃以下可以選擇低密度聚乙烯，70℃以下選擇高密度聚乙烯，70～100℃選擇聚丙烯;熔結環氧的溫度適用范圍寬，可用于輸送介質溫度-30～100℃范圍 ，而石油瀝青和煤焦油瓷漆則存在低溫脆化高溫流淌的缺陷;同樣聚烯烴涂層低密度聚乙烯比聚丙烯的低溫性能更好;雖然聚乙烯的低溫脆化溫度低于-65℃，粘結用的膠粘劑的低溫脆化溫度卻隨材料不同而改變，國產EVA型熱熔膠一般低溫脆化溫度僅達到-15℃，而乙烯共聚物膠粘劑可達到-50℃，所以長輸管道在選擇防腐涂層品種時，必須根據操作溫度，甚至施工時的氣溫慎重選擇[10]。
高壓大口徑管道（管徑大于1016mm ，壓力大于4.05MPa)必須考慮涂層剝離帶來的應力腐蝕問題 (SCC)。這類管道由于涂層選擇不當，使用7～14年后多次在沿壓縮機站下游30 km 左右出現外腐蝕產生的應力腐蝕。迄今為止 ，這種腐蝕多發生于在溝邊防腐的聚乙烯粘膠帶涂層管道，石油、瀝青和煤焦油瓷漆涂層管道也有應力開裂事故發生。
各種地形和土壤對防腐涂層的性能要求各異，起伏較大的地形要求涂層必須滿足現場冷彎的要求，石方區則要求涂層的抗沖擊性能好，粘土區則要求涂層抗土壤應力性能高，鹽漬化土壤要求涂層材料耐化學介質浸泡[10]。
2.3 外防腐層用料
國內外用的比較多的是石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環氧煤瀝青、環氧粉末、雙層PE 和三層PE等產品。從有關資料報道來看，石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、環氧煤瀝青等傳統產品的用量呈下降趨勢，而環氧粉末和近年來發展起來的雙層PE和三層PE的用量有較大的上升，聚氨醋瀝青在歐美和中東等地區也發展較快[11]。
2.3.1 熔結環氧粉末防腐層
熔結環氧（FPE）粉末防腐層，它是通過靜電噴涂的方法，將粉末噴涂到經預處理并已預熱的管體表面，在管體表面發生固化反應， 形成一層致密的防腐層，的制定的管道涂料，正常使用的厚度是10密爾。在國外應用有40多年的歷史，在國內也有二十幾年的歷史，FBE是眾多防腐蝕涂料中附著力、抗沖擊、耐磨蝕、抗陰極剝離、對環境污染小等綜合性能較好的品種之一。尤其是FBE防腐工藝技術具有使用溫度范圍寬、高附著力、耐冷熱交變以及耐酸堿鹽等特點，在國外管道上以北美地區應用最為廣泛[12] 。我國目前已經建立的油氣內部集輸管線采用的就是FBE防腐層。該防腐層質量應該符合管道涂層防腐工藝技術的要求。但是該防腐工藝技術也有其一定的缺點:在涂層防腐工藝中具有抗沖擊強度不高，水汽滲透率不高。而且該技術必須在工廠預制生產、成本比較高、能耗比較大。不耐尖銳硬物的沖擊碰撞，施工運輸過程中，很難保證涂層不被破壞。另外，防腐工藝用作補扣材料的時候，現場施工質量沒有辦法與管體相同，因此非常容易發生塔接部位粘結失效，漏點比較多，現場修補困難， 且價格昂貴， 因此在碎石土、石方段、地下水位較高的地區要慎用或不用。
2.3.2 三層聚乙烯防護層
聚乙烯三層結構防護層又稱三層PE，是近幾年從國外引進的先進的防腐技術。它的全稱為熔結環氧擠塑聚乙烯結構防護層，結構由以下三層組成:底層為熔結環氧(60～80μm)；中間層為膠粘劑(170～250μm)；面層為擠塑聚乙烯(約2mm)。防護層總厚度大于2.2～2.9mm。在三層結構中，環氧底漆的主要作用是:形成連續的涂膜，與鋼管表面直接粘結，具有很好的耐化學腐蝕性和抗陰極剝離性能；與中間層膠粘劑的活性基團反應形成化學粘結，保證整體防腐層在較高溫度下具有良好的粘結性。中間層通常為共聚物粘結劑，其主要成分是聚烯烴，目前廣泛采用的是乙烯基共聚物膠粘劑[11]。共聚物膠粘劑的極性部分官能團與環氧底漆的環氧基團可以反應生成氫鍵或化學鍵，使中間層與底層形成良好的粘結；而非極性的乙烯部分與面層聚乙烯具有很好的親合作用，所以中間層與面層也具有很好的粘結性能。聚乙烯面層的主要作用是起機械保護與防腐作用，與傳統的二層結構聚乙烯防腐層具有同樣的作用。三層PE是20世紀80年代歐洲研制成功并開始使用的，它是將FBE良好的防腐蝕性能、粘結性高抗陰極剝離性和聚烯烴材料的高抗滲性良好的機械性能和抗土壤應力等性能結合起來的防腐蝕結構， 一經問世就在許多工程上得到了應用，尤其在歐洲國家，其應用呈不斷上升的趨勢我國在陜京管線等其它多條管線上采用了三層PE的涂層結構，俄羅斯天然氣工業公司也正在采用這項技術[13]。需要指出的是，這種結構不適用于架空管線，另外由于其造價較高，在一般土壤條件下也很少采用。

2.3.3 聚氨酯瀝青
聚氨醋瀝青是20世紀90年代末發展較快的埋地管線外用涂料之一。美國、加拿大和中東等地區在很多工程中都采用了這種涂料。如美國南德克薩斯州到芝加哥附近的天然氣管道采用了這種涂料，10余年來未產生腐蝕;在馬格里布至非洲阿爾及利亞地區的天然氣管道， 涂敷三層PE結構，且在焊口處就涂有這種涂料。該涂料的優點是既可在正常情況下施工， 也可在環境溫度為0 ℃ 左右順利施它不含溶劑，利于環保，一次成膜厚，施工效率高，涂層堅韌，表面光潔，附著力優良，耐磨性強，膜厚1.5cm就足以達到防護外壁的目的。由于它的耐沖擊性和柔韌性要優于FBE， 因此在運輸、安裝過程中受到的損傷也比較小。在耐微生物腐蝕和抗植物根莖方面也很優良，不過需要有較高的施工技巧和專用設備。
2.3.4 煤焦油涂層防腐工藝
煤焦油涂層防腐工藝是由高溫煤焦油分流得到的重質餾分以及煤瀝青組成的材料，添加不活潑的礦物質使用塑化。煤焦油涂層防腐工藝的應用已經超過了10年，并且在我國20世紀初開始了管道建設上的主要應用。煤焦油涂層防腐工藝具有價格低、耐陰極性好、化學穩定性好以及抗植物根莖穿透性比較好等特點。但是其也有一定的缺點:煤焦油在使用過程中會發揮出一種氣味難聞的氣體，對環境的污染也比較大。另外，煤焦油涂層防腐工藝高溫軟化、低溫發脆非常容易造成管道涂層損壞的面積計較大[13]。
2.3.5 陰極保護防腐工藝
陰極保護防腐工藝是油氣管道普遍采用的技術，該技術通過被保護的鋼質管道通以足夠的直流電流，使管道表面產生陰極化，減少或消除造成鋼質管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，使腐蝕電流趨于零，進而達到阻止管道腐蝕的目的。另外，柔性陽極在解決高電阻率地區、老管線的陰極保護上起到了較好的作用，應繼續開發適用新材料[14]。
2.4 外防腐層技術在陜京二線輸氣管道的應用
陜京二線輸氣埋地管道的外防腐全部采用三層PE高溫型防腐層; 管道補口采用帶有配套底漆的三層結構聚乙烯熱收縮帶;熱煨彎管外防腐采用單層熔結環氧粉未防腐層[15]。其與我國90年代前長期沿用的瀝青防腐層相比不僅防腐性能有所提高，而且它存在著耐熱性強、吸水率低、不易老化、抗土壤應力能力高、較強抗細菌破壞與植物穿透等優點。雖然，煤焦油瓷漆也有著久遠的應用歷史，但它的缺點是抗土壤應力與熱穩定性較差，與陰極保護的相容性也不好、在高寒與炎熱的地區施工或管道輸送高溫介質時易發生脆裂或流淌，最大的缺點是毒性大，在西方已基本不用。熔結環氧防腐層在北美地區應用最為廣泛，但非常不耐尖銳碰撞，在長期處于潮濕環境下會產生氣泡。擠出聚乙烯防腐層的粘性較差， 及較高的電阻值使發生剝離后的陰極電流屏蔽。聚乙烯防腐膠帶抗土壤應力不好，特別在高溫下，且易于因粘接力差和電阻值高而產生陰極屏蔽。環氧煤瀝青防腐層主要問題在于它固化時間長，對長輸管道應用較少。所以在陜京二線輸氣管道的外防腐技術中采用了三層PE技術。由表2-1（加拿大杜邦公司對三種常用的防腐層的性能比較）可以對三層結構防腐性能有一個更加具體的認識[16]。

表2-1三種外防腐層的性能比較

性能 FBE 煤焦油瀝青磁漆 三層PE
粘接力 ＋＋＋ －－－ ＋＋＋＋
陰極剝離 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
抵抗濕氣 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
抗機械及土壤應力 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
耐化學腐蝕 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
耐候性 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
操作維修 －－－－ ＋ ＋＋＋＋
抗低溫 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
抗高溫 ＋＋ －－－－ ＋＋＋＋
抗微生物 ＋＋＋ ＋ ＋＋＋＋
安全問題 ＋ －－－－ ＋＋＋＋

注：“＋”表示良好程度，“－”表示不好程度。

第3章 油氣管道內涂層防護技術
3.1 內涂層用涂料的基本性能
針對于油氣管道，其內涂層用涂料應具備下列特性。