玻璃鱗片增強酚醛環氧耐高溫漆在石化保溫管線上的應用

駱 惠, 王簫然, 劉冬平, 方瑤婧

(佐敦涂料(張家港)有限公司， 江蘇 張家港 215634)

由于生產環境的需要，石化行業中很多設備和管道都需要施加保溫措施。其外表面被保溫層所覆蓋，在正常運行尤其是發生熱循環的條件下，由于保溫層下的水分發生冷凝，從而造成局部的電解質溶液聚集，進而引起金屬材料腐蝕，此類腐蝕稱之為保溫層下腐蝕(CUI)。之所以CUI無法及時發現，是由于在做完保溫層后需在外面包覆一層不銹鋼或鋁箔。因此，能看到保溫層下腐蝕的時候已經太遲了，經常導致各種失效事故的發生。尤其是當運行溫度低于150 ℃時，保溫層下往往會存在一定量的冷凝水。另外，保溫層下設備在建造期和固定的檢修時間內也會形成腐蝕發生的微環境。

在石油化工行業中，超過60%的管道故障是由CUI引發的。每年全球由于CUI引發設備和管道發生故障導致的危險品泄漏，設備非正常停車，甚至人員傷亡等一系列嚴重問題所造成的損失高達數十億美元[1]。施加了保溫結構的設備或管道，運行5 a后發生CUI的概率將大幅上升，使用10 a后的保溫層60%含有腐蝕性冷凝水，極大地增加了CUI發生的概率。以某國內煉化企業常減壓裝置為例，在高溫管線中,100～200 ℃的管線部位占近一半。國內某化工企業，250 ℃以下的管線占比高達80%。因此選擇合適的耐100～250 ℃高溫管線產品很重要。

國內外對于CUI的關注主要集中在油氣石化行業，積累了一定的涂料選擇、性能要求、質量檢測等經驗。國際上關于CUI的要求主要是NACE SP 0198—2017 《保溫層下金屬表面的防腐蝕保護》和ISO 19277—2018《石油石化和天然氣工業絕緣保護涂層系統的鑒定試驗和驗收》。 國內是SH/T 3022—2019 《石油化工設備和管道涂料防腐蝕設計規范》和HG/T 5178—2017 《保溫層下金屬表面防腐涂料》。國內劉強[4]和方健君[5]等人研究了以改性脂環胺為固化劑，酚醛環氧、環氧有機硅及兩者復配制成耐高溫涂料，評估了片狀云母氧化鐵的添加對漆膜耐溫性的提升，考察了其性能，可為CUI環境下提供耐溫及防腐保護。

1 試驗及結果

1.1 產品性能特點

酚醛環氧耐高溫漆在石化行業應用非常廣泛，通常用在溫度不超過200 ℃的保溫層下。某公司研發的玻璃鱗片增強酚醛環氧涂料JM具有下述幾個優勢：

(1)玻璃鱗片為片狀、惰性的一類功能性填料，加入漆膜后可以分散漆膜的內聚力，增大涂層的柔韌性及強度。

(2)常規涂層在高溫下交聯程度提高而變得堅硬且易脆裂，外觀就像無機富鋅涂層的泥裂，而這僅僅是因為漆膜內聚力過高造成的。添加玻璃鱗片可以幫助分散應力并允許漆膜承擔更大的內應力，因此降低了漆膜在高溫下開裂的風險。

(3)和市場同類產品相比，JM耐高溫漆可持續耐溫250 ℃，峰值300 ℃，這是目前市面上環氧類及環氧酚醛類涂層難以承受的最高溫度。

(4)在耐高溫涂料市場，當耐溫要求達到最高溫度時，需要嚴格控制干膜厚度。比如有的產品說明書中描述，推薦配套為2×150 μm，但如果耐溫200 ℃，最高膜厚不能超過300 μm。這其實意味著，只能降低膜厚，犧牲一定的耐久性來確保涂層不出現開裂情況。而某公司產品J250在整個耐受的溫度區間內均可選用最高膜厚的配套。

(5)可在溫度高達150 ℃表面不停工施工，基材可以是碳鋼或不銹鋼。

(6)維保項目，可接受表面處理等級St2。

1.2 試驗及結果

1.2.1 制 板

1.2.2 測試結果

(1)耐高溫性能:250 ℃，持續加熱1 000 h，附著力數據見表1。

表1 JM耐溫性能

從表1可看出，鋼板初始附著力在8 MPa，涂層配套膜厚為330～340 μm，如此高膜厚在耐受250 ℃高溫后，漆膜變色，但無開裂、脫落、分層等現象，漆膜的附著力在4 MPa以上，具有較高的強度。持續耐高溫1 000 h后，與耐溫500 h相比，漆膜的附著力沒有明顯下降，穩定在4 MPa。

(2)耐溫變循環浸泡性能:樣板加熱到 250 ℃，持續16 h，然后浸入90 ℃水中，持續8 h，循環10次，結果見表2。

表2 JM耐溫變循環浸泡后附著力

耐溫變循環浸泡試驗更多的是評價耐保溫層下的腐蝕，250 ℃干溫和90 ℃溫水進行循環，高低溫、干濕交替。漆膜沒有出現明顯的變色，無其他漆膜缺陷，附著力僅下降了20%左右，穩定在6 MPa以上。

JM同時進行了-196 ℃液氮至250 ℃的溫變循環第三方檢測，即液氮中浸泡24 h，放置溫度自然上升至室溫，250 ℃烘箱靜置24 h，循環6次后進行測試。結果為附著力從初始的平均值 21.7 MPa 下降至15.3 MPa，僅下降30%。

(3)耐化學品性能:結果見表3。

表3 JM耐化學品浸泡后附著力

從表3中可明顯看出，在酸、堿、油及熱水浸泡后，漆膜外觀基本無變化，附著力的平均數值和初始值8 MPa,相比基本無變化，無明顯下降。

(4)耐腐蝕性能:涂層配套通過ISO 12944 C5環境下，設計壽命15～25 a的性能要求檢測，包括冷凝 720 h，中性鹽霧1 440 h，循環老化1 680 h，結果見表4和表5。

表4 JM耐鹽霧、冷凝、循環老化后附著力

續表4

表5 JM耐鹽霧、循環老化后銹蝕寬度

所有樣板試驗后都未出現起泡、銹蝕、剝落和開裂的漆膜弊病。中性鹽霧及冷凝試驗后，樣板的附著力優異，未出現降低。循環老化試驗后，附著力和空白樣板比起來雖有所下降，但仍高于標準要求的2.5 MPa以上，平均值在9 MPa。

總而言之，高性能玻璃鱗片增強酚醛環氧漆通過這一系列試驗，展現了優異的耐高溫性能、耐溫變性能、優異的防腐蝕性能以及優異的耐化學品性能。

2 工程應用

新技術和新產品除了在實驗室的技術分析和測試，更重要的還需要在現場施工中經過實踐，并在工程實例的應用效果中得到檢驗。而在CUI這一腐蝕行業較新認識到并重視的領域，尤其是相關涂料在日常運營中長期處于保溫層下不易被觀察到的狀態，不少工程企業仍處在逐步認識和觀望的階段。這使得在這領域中的工程應用實例更為難能可貴。

JM作為新一代玻璃鱗片加強酚醛環氧保溫層下耐高溫涂料已經被廣泛應用于諸多工程實例，并得到了業主和施工單位的共同認可。以下選取部分國內知名工程項目的應用情況進行分析。

2.1 新建裝置工程應用

東部沿海工業區，某公司生產規模大，設備工藝全，其中需要保溫保冷的儲罐和管線較多，CUI功能性涂料的應用非常必要。

該公司自2019年起至今持續地在其投入生產建設的場地施工使用JM，早期完工的結構件已經完成結構安裝并投入實際運營使用，業主反饋良好，沒有發現任何涂層失效的現象或跡象。在此期間，不管是氣溫低至0 ℃的冬季還是高至35 ℃的夏天，JM都可以做到一天之內完成兩道油漆，保持良好的施工和干燥性能。

該公司非常重視CUI的控制，除了使用JM之外還專門設計了CUI觀察區域并制定了詳細的定期巡檢方案。通過這些CUI觀察區域，運維團隊可以很好的掌握保溫層下的防腐情況，并且通過定期巡檢來實現連續的信息和照片記錄。

2.2 不停車帶溫施工工程應用

該公司是專注于基礎化工、精細化工、高分子材料、化學農藥、化學肥料等系列的化工集團企業。該集團以六家公司為核心的化工產業集群，將J250應用在了其維修技改擴建項目中，以下是用在其中兩個公司現場的情況。

在這些維修技改擴建的需求部位中，其運營溫度范圍在常溫至250 ℃區間，根據初建設計這些部位并沒有保溫層，同時本次維修會涉及到部分區域不停車施工，而JM可以在最高150 ℃的熱底材上進行施工。所以在本工程實例中，可以更好地觀測到耐高溫涂料JM為不停工帶溫維修施工帶來的實際便利。

2.3 不銹鋼底材不停車帶溫施工

在華東某沿海石化經濟技術開發區內，JM應用在0.6 Mt/a環保芳烴油及聯產0.2 Mt/a石蠟生產裝置的維修項目中，以下是在不停車的情況下用在已經拆除了保溫層的不銹鋼管道上的情況。

高溫保溫管道底材表面所有區域使用強的清潔劑和高壓淡水沖洗,從而徹底清潔以除去油、脂、鹽分和其他污染物，并通過恰當的動力工具打磨獲得合適的表面粗造度(30～50 μm左右)。

這些維修涂裝部位的運營溫度范圍在 100 ℃ 至250 ℃區間，日常運營時包裹保溫層。新建時使用不銹鋼材質沒有油漆涂裝，運營后技術風險評估后決定拆除了保溫層，涂敷CUI專用油漆后再安裝保溫層；同時要求本次維修涂裝全程不停車。所以在本實例中，除了涂裝時的底材溫度在80 ℃左右的高溫施工挑戰，不銹鋼材質管道對底材處理以及后續涂層對底材的附著力也提出了更高的要求。JM在非碳鋼底材的不停工帶溫維修上同樣具有優異的施工便利性和性能可靠性。

3 結 語

傳統的酚醛環氧漆最高僅能耐受205 ℃，無機富鋅搭配薄涂型有機硅耐高溫漆可以耐受較高溫度，但在54 ℃以上可能出現極化反轉，加速鋼管的腐蝕，不適合用于保溫層下。使用某公司研發了高性能玻璃鱗片增強酚醛環氧漆，并全面評估其性能，試驗結果顯示該產品持續耐溫可高達250 ℃，耐溫變循環浸泡性能優異，同時兼顧了優異的防腐蝕性能。該產品自2019年開始已在項目上有成功應用案例，可在St2除銹等級上直接施工，在不停工施工的底材溫度高達96 ℃情況下仍顯示出優異的施工性能及綜合性能，在石化保溫管線上推廣有較大應用前景。