淺談熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐技術(shù)在油田企業(yè)的應(yīng)用

劉 娟

（中石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，新疆輪臺841600）

淺談熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐技術(shù)在油田企業(yè)的應(yīng)用

劉 娟*

（中石化西北油田分公司工程監(jiān)督中心，新疆輪臺841600）

介紹了鋼質(zhì)管道外涂單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐技術(shù)在油田企業(yè)的應(yīng)用，以期提高鋼質(zhì)管道的防腐性能，延長其使用壽命，同時可為其它油田廣泛應(yīng)用該項技術(shù)提供借鑒。

油田企業(yè)；單井集輸管線；防腐技術(shù)；顯著特點；優(yōu)缺點對比

石油、天然氣埋地管道防腐層的破損、剝離和老化等，會造成管道的腐蝕、穿孔、泄露，給油田企業(yè)帶來嚴重的財產(chǎn)損失，給公眾和環(huán)境帶來危害。國內(nèi)長輸管道的外防腐早期采用石油瀝青、煤焦油瓷漆及溶劑型環(huán)氧煤瀝青。由于國家對環(huán)境污染及員工健康的不斷重視，目前石油瀝青、煤焦油瓷漆或環(huán)氧煤瀝青防腐方式已被外涂單層熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）和聚乙烯三層復(fù)合結(jié)構(gòu)（3PE）防腐所取代。由于FBE和3PE具有較好的防腐性能和較強的抗機械損傷能力，在國內(nèi)油田企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。鑒于部分油田企業(yè)單井集輸管線建設(shè)中，常用的?48mm×3.5mm鋼管一直采用環(huán)氧煤瀝青及聚乙烯膠粘帶2種防腐形式，目前可在一些試點工程中采用單層熔結(jié)環(huán)氧粉末靜電外噴涂防腐技術(shù)作為嘗試，以提高鋼質(zhì)管道的防腐性能，延長其使用壽命。為此，筆者介紹了單層熔結(jié)環(huán)氧粉末靜電外噴涂防腐技術(shù)及其優(yōu)越性。

1 熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的組成及國內(nèi)外應(yīng)用情況

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料是一種固體的，多成份樹脂體系，以單組份形式出現(xiàn)。該環(huán)氧粉末涂料由改性環(huán)氧樹脂、固化劑、顏料、固化促化劑、流動調(diào)節(jié)劑等組成。它是由環(huán)氧樹脂或酚醛環(huán)氧等作為成膜物質(zhì)，成膜物分子中的環(huán)氧鍵、醚鍵、羥基和羰基等，可以與鋼鐵的金屬鍵產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)合及強有力的范德華力結(jié)合，因此，環(huán)氧粉末通過高溫熔結(jié)到鋼管表面經(jīng)固化、流平形成一層堅硬密實的涂膜，從而達到防腐的目的。

環(huán)氧粉末作為一種新型的管道防腐材料，具有良好的物理化學(xué)性能和較寬的溫度適用范圍。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層在鋼質(zhì)管道上的應(yīng)用，國外已有三十多年的歷史。在美國、英國、意大利、法國、加拿大等發(fā)達國家，環(huán)氧粉末在管道上的用量已超過其他材料，居首要地位。它與傳統(tǒng)的手工涂敷環(huán)氧煤瀝青涂層相比，環(huán)氧粉末噴涂是以粉末形態(tài)噴涂熔融成膜，其生產(chǎn)線全部自動化，無毒、無污染，固化速度快，近年來，我國已在數(shù)條長輸管道，包括北京的天然氣管線、陜氣進津輸氣管道子牙河穿越工程及新疆克拉瑪依油田的產(chǎn)能建設(shè)及管網(wǎng)改造工程中，以及在庫鄯線、黃河穿越段等均廣泛采用了單層熔結(jié)環(huán)氧粉末靜電噴涂防腐技術(shù)。

2 熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層適用范圍及優(yōu)點

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層適用于輸送原油、成品油、天然氣、給排水等各種工業(yè)、民用鋼質(zhì)管道的單層外防腐。具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐化學(xué)腐蝕，而且具有較強的耐候性、附著力、抗陰極剝離能力、抗彎曲性能及抗沖擊性能等特點；同時，也具有涂層致密、空隙率極低、不易形成漏點、滲透性極低、防腐效果強、使用壽命長、無毒、無污染、生產(chǎn)過程自動化和勞動安全狀況良好等諸多優(yōu)點。

3 熔結(jié)環(huán)氧粉末靜電噴涂防腐的涂裝原理及顯著特點

3.1 涂裝原理及生產(chǎn)能力

環(huán)氧粉末噴涂作業(yè)線采用了高壓靜電發(fā)生器使粉末涂料帶上電荷吸附在鋼質(zhì)管道壁上，為使涂層均勻，作業(yè)線采用一系列旋轉(zhuǎn)的斜輪來帶動金屬管縱向旋轉(zhuǎn)移動；管道通過作業(yè)線上安裝的一組電感應(yīng)中頻加熱線圈加熱，并將溫度控制在一定范圍內(nèi)；在桿式噴槍上帶有噴嘴和輸入高壓靜電粉末噴涂裝置，待金屬管從一端移動到另一端噴槍處時，通過感應(yīng)線圈加熱靜電噴槍噴涂，從而使管壁上的樹脂粉末熱熔固化，并產(chǎn)生交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，形成一層均勻、平整、光亮的涂層，使鋼質(zhì)管道達到防腐目的，整個過程實現(xiàn)了自動化控制，生產(chǎn)效率顯著提高。

3.2 顯著特點

經(jīng)交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)固化后的粉末涂層在使用中不會因溫度升高而重新軟化。因而其防腐性能及耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良，電絕緣性好，管道使用壽命遠大于溶劑性涂料，長期使用效益顯著。

4 熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐與環(huán)氧煤瀝青及聚乙烯膠粘帶防腐優(yōu)缺點對比

（1）固化快，一次噴涂成型，涂膜厚度大，連續(xù)噴涂不流淌。熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂采用自動化流水線連續(xù)作業(yè)，一次噴涂涂膜厚度可達400μm以上，固化快，連續(xù)噴涂不流淌。一次涂敷即達到厚度要求，克服以往多層涂敷的缺點。而環(huán)氧煤瀝青防腐涂料須分多道涂敷，每道涂敷固化慢，易掛流，不能連續(xù)涂敷作業(yè)。

（2）100%固體含量，符合環(huán)保要求。熔結(jié)環(huán)氧粉末是100%固體涂料，涂敷過程無毒、無污染，符合環(huán)保要求，尤其適合鋼質(zhì)管道連續(xù)噴涂的施工。涂敷后涂層致密、無接縫，耐介質(zhì)性能十分突出，可耐受水、酸、堿、鹽、油等介質(zhì)的侵蝕，用途廣泛。而環(huán)氧煤瀝青防腐涂料內(nèi)含有有機溶劑，對人體有害、污染環(huán)境，溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的針孔會造成腐蝕介質(zhì)的滲入，腐蝕管體。

（3）附著力強，長期使用不起泡、不脫落、不空鼓。因在進行熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂前，必須對鋼管先進行拋丸除銹，清除鋼表面的氧化皮、銹蝕、油脂和污垢，并在鋼表面形成適宜的粗糙度40～100μm，再通過對鋼管進行加熱200℃，促進熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層與鋼管表面間涂料分子與金屬表面極性基團的相互引力作用，使之充分熔融，同時進一步強化它們之間因鋼管表面粗糙度帶來的機械咬合作用，從而顯著增大熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層與鋼管表面的附著力（1～3級），長期使用不起泡、不脫落、不空鼓。同時，熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層耐紫外光老化，在戶外長期使用不粉化、不開裂。而環(huán)氧煤瀝青及聚乙烯膠粘帶防腐層往往韌性不足，在熱應(yīng)力或沖擊作用下極易開裂，過早地開裂可能導(dǎo)致對底材的腐蝕，修補及保養(yǎng)費用增加。

（4）室內(nèi)作業(yè)，施工時不受風(fēng)沙、雨雪天氣影響，質(zhì)量有保證。熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層涂敷為室內(nèi)無塵流水線作業(yè)，施工時不受風(fēng)沙、雨雪天氣的影響。而環(huán)氧煤瀝青及聚乙烯膠粘帶防腐的涂敷必須采用多道涂敷，手工操作，施工環(huán)境條件差，受天氣影響大，勞動強度大，施工周期長，效率低，防腐質(zhì)量不易保證。

（5）使用溫度范圍寬，可在-30℃～100℃下長期使用。經(jīng)過熔結(jié)環(huán)氧粉末涂敷后的鋼質(zhì)管道能夠經(jīng)受住極端的氣候條件和苛刻的機械應(yīng)力作用，可用于埋地管道或水下管道設(shè)施，能夠長期在-30℃～100℃的環(huán)境下使用，適合于各種類型的土壤、永久凍土、煤礦邊界、沙漠、河流、湖泊等應(yīng)用環(huán)境。而外壁進行聚乙烯膠粘帶防腐的鋼管僅適用于-30℃～70℃的環(huán)境，且環(huán)氧煤瀝青防腐層吸水率大、耐溫差、易老化、耐細菌差、易被蘆葦?shù)戎参锔灯茐?。因此，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂敷后的鋼質(zhì)管道的適用范圍遠遠優(yōu)于環(huán)氧煤瀝青及聚乙烯膠粘帶防腐的鋼管。

（6）電氣強度高、體積電阻率大、電絕緣性好。熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層的電氣強度最低為30MV/m，遠遠大于環(huán)氧煤瀝青防腐層20MV/m的電氣強度值；其體積電阻率最低為1×1013Ω·m，是聚乙烯膠粘帶防腐層體積電阻率1×1012Ω·m的10倍，是環(huán)氧煤瀝青防腐層體積電阻率1×1010Ω·m的1000倍，因而，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層的電絕緣性好，絕緣電阻高、抗雜散電流性好、施工方便。涂層的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，有極高的抗土壤腐蝕能力，耐土壤應(yīng)力和抗陰極剝離性能好，陰極保護一次投資及運行成本低。據(jù)有關(guān)資料記載，因熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層陰極保護電流低，相應(yīng)地可以降低50%以上的陰極防護費用。而環(huán)氧煤瀝青及聚乙烯膠粘帶防腐層缺點是粘結(jié)和防腐性能較差，抗土壤應(yīng)力能力差，易于因粘結(jié)差和電阻值很高而產(chǎn)生陰極保護屏蔽。

（7）抗沖擊、抗彎曲性能好，防腐層不易被損壞。生產(chǎn)實踐證明，環(huán)氧煤瀝青防腐層盡管已達到實干或固化，但其抗沖擊性仍很差，因而不耐磕碰，在儲存、搬運過程中極易損壞，裝卸、運輸、施工過程中必須切實加以保護。聚乙烯膠粘帶防腐層也是如此。而熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層卻在-30℃的環(huán)境下抗1.5J沖擊后表面經(jīng)電火花檢測無漏點；在±3℃環(huán)境下抗2.5°彎曲試驗后，涂層表面無裂紋，因而熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層在裝卸、運輸、施工過程中，能承受一定程度的磕碰，不易損壞。

（8）涂層密實、無漏點。鋼質(zhì)管道埋地后會受到來自環(huán)境的腐蝕和破壞，通常采用管道外涂防腐層和陰極保護的方法對管道進行防護。陰極保護是通過降低腐蝕電位，即當埋地鋼質(zhì)管道裸露遭到腐蝕時，腐蝕電子首先由陰極保護電流提供而不是鋼管的鐵，這樣就達到了電化學(xué)保護的目的。當埋地鋼質(zhì)管道外防腐層千瘡百孔時，陰極保護將不能發(fā)揮作用，甚至還會起到負作用。因而環(huán)氧煤瀝青和聚乙烯膠粘帶防腐層由于抗沖擊性能差，易發(fā)生破損，從而易使得管線陰極保護不能發(fā)揮作用，造成管道易發(fā)生腐蝕，影響管道使用壽命。而熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂作業(yè)是在連續(xù)傳動的專用作業(yè)線上進行的，所形成的涂層均勻、光亮、平整、密實、空隙率極低，不易形成漏點，多年生產(chǎn)實踐證明，采用電火花檢漏儀對涂層逐根進行漏點檢測（5V/μm）合格率100%。另外，因其附著力、抗沖擊及抗彎曲能力強，正常裝卸、搬運，防腐層不易被破壞，因而使得陰極保護能充分發(fā)揮作用，延長管道使用壽命。

（9）耐候性強。因環(huán)氧煤瀝青防腐管長期露天堆放并受陽光曝曬時，防腐層內(nèi)所含的蒽、萘類組分會升華而產(chǎn)生針孔，導(dǎo)致漏點檢查不合格，所以標準規(guī)定，環(huán)氧煤瀝青防腐管不宜受陽光曝曬，露天堆放時間不宜超過3個月。另外，聚乙烯膠粘帶防腐層露天存放會造成日光老化、人為破壞等不可預(yù)見的損傷，溫度過高，膠層還可能會發(fā)生蠕動，破壞粘接力，故標準規(guī)定聚乙烯膠粘帶防腐管露天存放時間不宜超過3個月。而熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層因其具有較好的耐候性，SY/T 0315-2005《鋼質(zhì)管道單層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，鋼質(zhì)管道外涂單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐成品管露天堆放時間不宜超過6個月，超過6個月應(yīng)采用不透明遮蓋物覆蓋。所以，由此可見，鋼質(zhì)管道外涂單層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層的耐候性比環(huán)氧煤瀝青和聚乙烯膠粘帶防腐層更強。

2010年4月6日，由西北油田分公司工程監(jiān)督中心見證取樣，準東防腐廠將試制出的?48mm×3.5mm單層熔結(jié)環(huán)氧粉末外噴涂防腐管成品試件寄往廊坊，委托中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心試驗測試技術(shù)所，對該防腐結(jié)構(gòu)按照SY/T 0315-2005《鋼質(zhì)管道單層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的檢驗項目進行型式檢驗，檢驗結(jié)果完全符合標準要求。

正是因為熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層有著上述環(huán)氧煤瀝青和聚乙烯膠粘帶防腐層所無法比擬的優(yōu)點，在目前油田企業(yè)單井集輸管線防腐中，采用熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂防腐來替代目前較為落后的環(huán)氧煤瀝青和聚乙烯膠粘帶防腐技術(shù)將會得以推廣和普及，以提高管道外防腐層性能及延長管道的使用壽命，減少管網(wǎng)維護費用。

5 結(jié)束語

正是因為熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層有著上述環(huán)氧煤瀝青和聚乙烯膠粘帶防腐層所無法比擬的優(yōu)點，在目前油田企業(yè)單井集輸管線防腐中，采用熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂防腐來替代目前較為落后的環(huán)氧煤瀝青和聚乙烯膠粘帶防腐技術(shù)將會得以推廣和普及，以提高管道外防腐層性能及延長管道的使用壽命，減少管網(wǎng)維護費用。

[1]田玉林.管道防腐粉末涂層的性能及應(yīng)用[J].防腐保護技術(shù), 1995（2）：18-24.

[2]幸松民，王一璐.有機硅合成工藝及產(chǎn)品應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

TE973

B

1004-5716(2015)03-0105-03

2015-01-13

劉娟（1985-），女（漢族），江西九江人，助理工程師，現(xiàn)從事油田基建工作。