重防腐涂料在管道和儲罐中的應(yīng)用

陳從棕 張勇

1.海洋化工研究院有限公司；2.海洋涂料國家重點實驗室

我國的能源發(fā)展越來越成熟，在經(jīng)濟建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。當(dāng)前，國內(nèi)油氣產(chǎn)量穩(wěn)定增長，滿足了建設(shè)需求。油氣在使用前，需要通過管道和儲罐運輸，進入到千家萬戶，目前看，油氣的運輸與保存大多采用金屬材料，這樣的材料性能不穩(wěn)定，很容易在長期使用過程中，受大氣、紫外線、化學(xué)物質(zhì)影響，并且在石油、天然氣等化學(xué)物質(zhì)長期不斷地侵蝕后會產(chǎn)生安全隱患，給油氣的運輸與保存帶來各種不穩(wěn)定因素。從統(tǒng)計的數(shù)據(jù)上看，油氣儲運裝置腐蝕概率較高，年平均次數(shù)為0.14 次/年，年平均更新率1.79%，對于長途運輸?shù)墓艿罆a(chǎn)生較大的損失，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年會造成上億元的直接經(jīng)濟損失，給企業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的影響。為了保證油氣安全，有效強化對石油天然氣管線及儲罐防腐保護的研究，具有十分重要的意義。通過近年來我國學(xué)者對防腐涂料的大量探索，已經(jīng)研究并推廣了包括無溶劑防腐涂料、水溶性防腐涂料、粉末防腐涂料等在內(nèi)的多種新型涂料，大大降低了企業(yè)的經(jīng)濟損失。

一、管道及儲罐防腐技術(shù)發(fā)展概況

我國油氣技術(shù)不斷進步，一直在不斷有效地探索，國內(nèi)自20 世紀(jì)50 年代起，就開始進行石油和天然氣管道儲罐防腐技術(shù)研究，當(dāng)時使用的材料主要是瀝青防腐，是一種普遍的技術(shù)，在此技術(shù)基礎(chǔ)上不斷前進創(chuàng)新。20 世紀(jì)70 年代末到80 年代，我國引進了國外先進技術(shù)，進一步豐富了我國的防腐技術(shù)能力，國外膠帶、夾克、環(huán)氧粉末等防腐工藝進入到我國，推動了國內(nèi)技術(shù)進步。20 世紀(jì)90 年代中期，我國的防腐技術(shù)突飛猛進式發(fā)展，各種化學(xué)防腐層技術(shù)出現(xiàn)。20 世紀(jì)90 年代后期，通過大量的探索與試驗，我國已經(jīng)成功研制了熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯等先進的技術(shù)形式。這種技術(shù)優(yōu)勢明顯，主要表現(xiàn)在力學(xué)性能穩(wěn)定、耐腐蝕性較強、附著力良好、陰極保護融合好。先進技術(shù)的出現(xiàn)，改變了管道的防腐形態(tài)，在化工管道防腐涂料中占有重要地位[1]。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，我國工業(yè)技術(shù)水平不斷提高，特別是在石油和天然氣儲運設(shè)備防腐技術(shù)上，呈現(xiàn)了日趨成熟的態(tài)勢。先后研發(fā)出幾種新環(huán)保防腐蝕材料，在世界上已經(jīng)全面領(lǐng)先，涂料包括無溶劑防腐涂料、水溶性防腐涂料和粉末防腐涂料等[2]。

二、管道及儲罐防腐涂層性能

在研究過程中，為了把握好涂料的性能，更好地應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，選擇了一條正在使用的天然氣管道和儲罐，通過一系列的試驗對比，研究了腐蝕穿孔成因，并總結(jié)了涂料的性能。

在試驗過程中，隨意選取一條正在使用中的管道，使用涂料對管道進行試驗，主要進行了涂層附著力、剝離和磨損試驗及浸泡試驗、氣泡試驗和彈性試驗。通過最終結(jié)果表明，石油化工外部環(huán)境關(guān)系到防腐的效果，在外部自然條件下，鋼管表面黏附力、抗剝離性能下降，造成了管線抗變形性能變化較大，部分涂層會呈現(xiàn)剝落或氣泡的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況，則表明管道腐蝕危險加大。最后得出結(jié)論，涂料附著力、抗剝離、耐磨、韌性等是造成管線銹蝕和穿孔的最大誘因。

三、重防腐涂料的幾種類型

（一）厚漿型環(huán)氧重防腐涂料

涂料能夠當(dāng)成外部的涂層使用，同時，也能做面涂料使用，特別能夠在低溫固化過程中體現(xiàn)良好的性能，這種涂料能夠耐高溫、耐酸堿鹽，在實際使用中較為廣泛，主要應(yīng)用領(lǐng)域是高溫污水、原油和其他油品管道，通過防腐施工起到了良好的保護效果。

（二）玻璃鱗片涂料

玻璃鱗片涂料，其成分主要為玻璃板和成膜材料，玻璃鱗片能夠呈現(xiàn)多部位的重疊，這樣能夠在有限的條件下，更好地起到防止外部腐蝕介質(zhì)侵入的作用。在實際應(yīng)用中，涂層具有良好的耐介質(zhì)滲透力，同時，其在耐沖擊性和抗磨性上也有著更好的表現(xiàn)，在應(yīng)用中，被廣泛用在石油儲罐管道防腐和污水處理工作中。

（三）無溶劑環(huán)氧導(dǎo)電重防腐涂料

這種涂料能夠在惡劣環(huán)境下，更好地具有抗靜電積累和抗腐蝕功能，是一種無溶劑環(huán)氧導(dǎo)電重防腐涂層，也是一種半導(dǎo)體材料，但是在使用過程中，對建造技術(shù)要求極高，需要由專業(yè)人員進行處理，才能達到理想的效果[3]。

四、原油儲罐的腐蝕

儲罐對油氣來講至關(guān)重要，能夠有效保證油氣的安全，做到長期大量保存，但是其腐蝕也較多，總結(jié)為內(nèi)外兩方面。原油內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕的地方通常是儲罐底部、油層、頂部。罐頂和罐壁的問題多發(fā)于頂蓋附近、四周、接焊位、金屬頂蓋構(gòu)件空隙，這些部位是最容易出現(xiàn)侵蝕的，也是罐壁上最弱的部位，一般情況下，這樣的腐蝕均勻，長期腐蝕會導(dǎo)致壁厚減小，容易出現(xiàn)碎裂的情況，存在巨大的隱患。儲罐儲油區(qū)較為敏感，其與原油直接接觸會產(chǎn)生油膜，其腐蝕程度相對較低，長期的均勻腐蝕不易出現(xiàn)較大的危險。原油中水分過多往往會導(dǎo)致儲罐底部出現(xiàn)積水現(xiàn)象，長期使用后，會出現(xiàn)大量積水污垢，慢慢形成點蝕和潰爛，這部分是最大的腐蝕，會對儲罐安全產(chǎn)生威脅。據(jù)統(tǒng)計，嚴(yán)重腐蝕會造成槽底最大孔徑大于20 mm，深8mm～10mm，腐蝕速度1～1.5 mm/a。外壁腐蝕主要還是受外部條件的影響，大氣是最大的成因，因為空氣含有大量鹽粒子，通過氯化物氧化生成有害物質(zhì)，對水分吸收越發(fā)強烈，如果大氣濕度增加，金屬表面就形成了水膜，引起電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，外壁腐蝕速度為0.2 mm/a。

五、管道及儲罐防腐涂料應(yīng)用

（一）無溶劑防腐涂層

無溶劑防腐涂料制作原理主要是無溶劑成膜樹脂、固化劑、防腐顏填料，是一種較為環(huán)保的有機涂料。涂料在揮發(fā)性、環(huán)保性和防腐性試驗中，均有良好的表現(xiàn)，通過試驗測試表明，這種涂料從技術(shù)層面看，性能較為穩(wěn)定耐用，完全滿足石油天然氣管道和儲罐各方面的保護，特別是對環(huán)境耐受性上非常穩(wěn)定。從耐酸、堿、鹽性能測試結(jié)果看，具有良好的耐蝕性，涂用的管道在蒸餾水10%氯化鈉溶液浸泡100天后，性能非常穩(wěn)定耐用，能夠達到設(shè)計的要求，從實際應(yīng)用場景上看，也完全符合工業(yè)管道防腐涂裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因為無溶劑防腐涂層穩(wěn)定，不具備不良環(huán)境下的揮發(fā)，涂層所有成分均可成膜，對環(huán)境不產(chǎn)生污染，是環(huán)境友好型涂料，在使用過程中，不會產(chǎn)生因溶劑揮發(fā)不徹底引起孔洞現(xiàn)象。涂膜一段時間后，會慢慢干燥，此時涂層收縮率低，密度升高，涂層厚度200μm～300μm，施工時也非常簡便，提高了工作整體效率，保證了工作時效性。EP-94 無溶劑環(huán)氧防腐涂料是新開發(fā)的產(chǎn)品，是近年來使用較為廣泛的涂料之一，在實際生產(chǎn)中起到了重要的作用，能夠在常溫條件下固化而起到防腐作用，化學(xué)和物理性能均非常穩(wěn)定，特別是能夠在污水、酸、堿等滲透能力較強部位上設(shè)計使用。EP-94 在石油管道和儲罐防腐中，對關(guān)鍵的部位防腐作用更好，保證了容器安全穩(wěn)定，對于高溫設(shè)備性能更加穩(wěn)定，如果與聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯膠帶配合使用效果更加良好。具備良好的防滲性，能夠有效減少油涂料作業(yè)過程中出現(xiàn)的中毒、火災(zāi)等隱患，保證了施工的安全可靠，避免出現(xiàn)危險事故。無溶劑環(huán)氧防腐涂料也是一種厚涂膜，施工中可以做到涂膜厚度大于100 μm。這種涂料與鋼鐵的結(jié)合度好、收縮小、工藝簡單、涂膜總體損耗小、費用低，有著廣泛的應(yīng)用前景[4]。

（二）水溶性防腐涂料

水溶性防腐涂料具備良好的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在屏蔽作用好、緩蝕作用強、陰極保護穩(wěn)定，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，水溶性防腐蝕材料已經(jīng)得到了廣泛的使用，特別是在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中，已經(jīng)得到了普遍認可和應(yīng)用。水性防腐蝕涂料作為新型涂料，其作用原理是以水為分散劑，突破了傳統(tǒng)常規(guī)有機溶劑的劣勢，對環(huán)境起到了良好的保護，不污染周邊的環(huán)境。從國外情況看，對水性防腐蝕涂料有一定的研究，在各個方面都有全新的突破，我國在這方面還有待提高，整體進度相對較慢，特別是在惡劣的條件下，還沒有可應(yīng)對的辦法。隨著WJ-90 水性硅酸鋰富鋅涂料的出現(xiàn)，進一步推動了涂料的進步與發(fā)展，整體耐熱性優(yōu)良，能夠耐400℃高溫，特別是能對有機溶劑起到更好的防護。薄膜表面電阻小于105Ω，避免了靜電的危害，滿足油管和儲罐對靜電涂層要求。WJ-90 涂層一般應(yīng)用到海上環(huán)境和高溫環(huán)境下。

（三）粉末防腐涂料

粉末防腐涂料對環(huán)境沒有污染，是一種非常安全、環(huán)保的防腐材料，能夠在無溶劑的情況下，通過涂厚產(chǎn)生一層防腐膜，然后再將噴濺涂層進行回收。這種涂料完全符合石油管道和儲罐防腐標(biāo)準(zhǔn)，通過近年來的深入研究與創(chuàng)新，粘附性和柔性更加良好的環(huán)氧粉末涂層優(yōu)勢更加明顯，其使用壽命更長，防腐性能更加穩(wěn)定，在石油和天然氣運輸保存中，是使用最為廣泛的防腐涂層。通過多次試驗與對比，環(huán)氧粉末涂料更加優(yōu)于其他涂料，在某些地區(qū)應(yīng)用十分成熟，更加適應(yīng)惡劣氣候條件，抗彎曲性能好，是當(dāng)前管道防腐最佳涂層選擇。通過技術(shù)人員的多方面改進與提高，環(huán)氧涂料耐高溫性能更加良好，新型防腐蝕雙層環(huán)氧涂料也已經(jīng)面世。整體來看，環(huán)氧粉末涂料的力學(xué)性能更好、抗沖擊力更強、耐滲透能力更優(yōu)。從制作生產(chǎn)過程中，我們也發(fā)現(xiàn)，這種涂料制備過程中使用的樹脂分子量大，這就是其耐用性高于水溶性涂料的原因。無溶劑的基礎(chǔ)上，粉體涂層更加環(huán)保，有效保證了周邊的環(huán)境不受污染。涂料技術(shù)不良反應(yīng)較弱，固化時間短，保證了施工人員的健康，能夠多種涂料同時使用，保證了施工的效率，厚膜涂層流掛現(xiàn)象少，進行流水線生產(chǎn)更加符合實際應(yīng)用條件。制備防腐涂料采用m（改性環(huán)氧樹脂）∶m（復(fù)合固化劑）∶m（顏填料）∶m（輔助劑）=100∶27∶35∶12。

六、重防腐涂料在管道和儲罐中的應(yīng)用策略

（一）涂料的配套性

為了保證效果，則需要在實際應(yīng)用中做好以下幾項工作：一是瀝青涂層修復(fù)。在施工過程中，如果是對石油瀝青涂層進行補口和修補，那么，就需要用石油瀝青做好熱加工，整體施工非常繁雜，起不到應(yīng)有的作用。而利用聚氨酯石油瀝青冷涂料則能夠在常溫下正常施工，不能采用環(huán)氧樹脂和玻璃鱗片涂料施工，以此保證防腐效果。二是玻璃鱗片層修補和大修。要想達到良好的修復(fù)效果，則需要根據(jù)不同的材料性能做好適配，確保各材料銜接度，應(yīng)當(dāng)在常溫下使用玻璃鱗片涂料進行修復(fù)，不能使用石油瀝青和聚氨酯冷涂料，保證修復(fù)的效果。三是修補和修補防靜電涂層。要使用能夠防靜電的涂料，這樣，才能在施工后保證涂層更加穩(wěn)定，其導(dǎo)電性能更加良好，保證油氣的安全。四是容器內(nèi)部腐蝕作業(yè)。施工中需要使用防靜電涂料施工，包括酚醛環(huán)氧涂料、玻璃鱗片涂料、厚漿環(huán)氧重防腐涂料。

（二）注意事項

重防腐涂層是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的方法，對油氣的安全起到了重要的作用，使用時，一定要做好防護，避免出現(xiàn)不安全的問題。使用厚涂管道和儲罐時要注意以下幾個方面的問題：一是做好作業(yè)前的清理。對于新產(chǎn)品而言，其表面是有著嚴(yán)格噴砂工藝的，如果不符合ISOSa2.5 的標(biāo)準(zhǔn)，則需要使用電動工具做好St3 脫銹處理，這樣，才能保證底涂料表面干凈和干燥，避免摻和進雜質(zhì)，為了保證整體效果，需要對涂料膜損壞和銹蝕部位做好二次除銹作業(yè)，對容易出現(xiàn)問題的焊接和燒損部位要細致處理，暴露在空氣中的基材溫度控制到5℃～40℃，濕度小于85%。二是做好作業(yè)中的清潔。作業(yè)中的部位進行表面清潔，這樣才能更好地發(fā)揮涂料性能，8h 以內(nèi)完成作業(yè)，涂覆時不斷做好各部位的檢查，通過人工與儀器相對倒的方式檢測，觀察涂料是不是在施工中出現(xiàn)了起皮的現(xiàn)象，涂料干透后做好粘附性、厚度、火花檢測。三是確保施工整體安全有效，在重防腐涂層作業(yè)時，因為有些物質(zhì)性能的不確定性，需要保證現(xiàn)場的安全，按安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，遵循政策法律法規(guī)規(guī)定的要求，正確施工，全面檢查，提高人員的整體安全素養(yǎng)，做好現(xiàn)場的培訓(xùn)，避免出現(xiàn)施工過程中吸入有毒有害氣體，給施工人員造成巨大的傷害。過程中需要使用安全防護品，周邊避免燃放煙花爆竹，過程中準(zhǔn)備泡沫滅火器或者二氧化碳滅火器，以備不時之需。

結(jié)語

綜上所述，油氣運輸與保存關(guān)系到經(jīng)濟建設(shè)與社會的發(fā)展，需要對油氣管道進行防護，避免出現(xiàn)安全責(zé)任事故。為實現(xiàn)良好的防腐蝕效果，需要對管道和儲罐進行重涂裝，通過優(yōu)良防腐蝕涂層，保證管道的安全。要通過減少VOC 排放量全面提升環(huán)境，未來，我國對石油管道及儲罐防腐蝕涂層研究將會更加深入，不斷推動國內(nèi)石油天然氣管道和儲罐防腐涂料進步與發(fā)展，為我國耐腐蝕技術(shù)提升打下堅實基礎(chǔ)。