重防腐涂料在管道和儲罐中的應用

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

我國的能源發展越來越成熟，在經濟建設領域發揮著非常重要的作用。當前，國內油氣產量穩定增長，滿足了建設需求。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定，很容易在長期使用過程中，受大氣、紫外線、化學物質影響，并且在石油、天然氣等化學物質長期不斷地侵蝕后會產生安全隱患，給油氣的運輸與保存帶來各種不穩定因素。從統計的數據上看，油氣儲運裝置腐蝕概率較高，年平均次數為0.14 次/年，年平均更新率1.79%，對于長途運輸的管道會產生較大的損失，據不完全統計，每年會造成上億元的直接經濟損失，給企業生產帶來了巨大的影響。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。通過近年來我國學者對防腐涂料的大量探索，已經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的多種新型涂料，大大降低了企業的經濟損失。

一、管道及儲罐防腐技術發展概況

我國油氣技術不斷進步，一直在不斷有效地探索，國內自20 世紀50 年代起，就開始進行石油和天然氣管道儲罐防腐技術研究，當時使用的材料主要是瀝青防腐，是一種普遍的技術，在此技術基礎上不斷前進創新。20 世紀70 年代末到80 年代，我國引進了國外先進技術，進一步豐富了我國的防腐技術能力，國外膠帶、夾克、環氧粉末等防腐工藝進入到我國，推動了國內技術進步。20 世紀90 年代中期，我國的防腐技術突飛猛進式發展，各種化學防腐層技術出現。20 世紀90 年代后期，通過大量的探索與試驗，我國已經成功研制了熔結環氧粉末、三層聚乙烯等先進的技術形式。這種技術優勢明顯，主要表現在力學性能穩定、耐腐蝕性較強、附著力良好、陰極保護融合好。先進技術的出現，改變了管道的防腐形態，在化工管道防腐涂料中占有重要地位[1]。隨著技術的不斷創新，在原有技術基礎上，我國工業技術水平不斷提高，特別是在石油和天然氣儲運設備防腐技術上，呈現了日趨成熟的態勢。先后研發出幾種新環保防腐蝕材料，在世界上已經全面領先，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，更好地應用到實際生產中，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。通過最終結果表明，石油化工外部環境關系到防腐的效果，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，部分涂層會呈現剝落或氣泡的現象，出現這種情況，則表明管道腐蝕危險加大。最后得出結論，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）厚漿型環氧重防腐涂料

涂料能夠當成外部的涂層使用，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，主要應用領域是高溫污水、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侵入的作用。在實際應用中，涂層具有良好的耐介質滲透力，同時，其在耐沖擊性和抗磨性上也有著更好的表現，在應用中，被廣泛用在石油儲罐管道防腐和污水處理工作中。

（三）無溶劑環氧導電重防腐涂料

這種涂料能夠在惡劣環境下，更好地具有抗靜電積累和抗腐蝕功能，是一種無溶劑環氧導電重防腐涂層，也是一種半導體材料，但是在使用過程中，對建造技術要求極高，需要由專業人員進行處理，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，總結為內外兩方面。原油內壁出現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于頂蓋附近、四周、接焊位、金屬頂蓋構件空隙，這些部位是最容易出現侵蝕的，也是罐壁上最弱的部位，一般情況下，這樣的腐蝕均勻，長期腐蝕會導致壁厚減小，容易出現碎裂的情況，存在巨大的隱患。儲罐儲油區較為敏感，其與原油直接接觸會產生油膜，其腐蝕程度相對較低，長期的均勻腐蝕不易出現較大的危險。原油中水分過多往往會導致儲罐底部出現積水現象，長期使用后，會出現大量積水污垢，慢慢形成點蝕和潰爛，這部分是最大的腐蝕，會對儲罐安全產生威脅。據統計，嚴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，對水分吸收越發強烈，如果大氣濕度增加，金屬表面就形成了水膜，引起電化學腐蝕現象，外壁腐蝕速度為0.2 mm/a。

五、管道及儲罐防腐涂料應用

（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，是一種較為環保的有機涂料。涂料在揮發性、環保性和防腐性試驗中，均有良好的表現，通過試驗測試表明，這種涂料從技術層面看，性能較為穩定耐用，完全滿足石油天然氣管道和儲罐各方面的保護，特別是對環境耐受性上非常穩定。從耐酸、堿、鹽性能測試結果看，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，性能非常穩定耐用，能夠達到設計的要求，從實際應用場景上看，也完全符合工業管道防腐涂裝標準規范。因為無溶劑防腐涂層穩定，不具備不良環境下的揮發，涂層所有成分均可成膜，對環境不產生污染，是環境友好型涂料，在使用過程中，不會產生因溶劑揮發不徹底引起孔洞現象。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 無溶劑環氧防腐涂料是新開發的產品，是近年來使用較為廣泛的涂料之一，在實際生產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，化學和物理性能均非常穩定，特別是能夠在污水、酸、堿等滲透能力較強部位上設計使用。EP-94 在石油管道和儲罐防腐中，對關鍵的部位防腐作用更好，保證了容器安全穩定，對于高溫設備性能更加穩定，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過程中出現的中毒、火災等隱患，保證了施工的安全可靠，避免出現危險事故。無溶劑環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勢，主要體現在屏蔽作用好、緩蝕作用強、陰極保護穩定，隨著工業的快速發展，水溶性防腐蝕材料已經得到了廣泛的使用，特別是在各種工業生產過程中，已經得到了普遍認可和應用。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，突破了傳統常規有機溶劑的劣勢，對環境起到了良好的保護，不污染周邊的環境。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，還沒有可應對的辦法。隨著WJ-90 水性硅酸鋰富鋅涂料的出現，進一步推動了涂料的進步與發展，整體耐熱性優良，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 涂層一般應用到海上環境和高溫環境下。

（三）粉末防腐涂料

粉末防腐涂料對環境沒有污染，是一種非常安全、環保的防腐材料，能夠在無溶劑的情況下，通過涂厚產生一層防腐膜，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準，通過近年來的深入研究與創新，粘附性和柔性更加良好的環氧粉末涂層優勢更加明顯，其使用壽命更長，防腐性能更加穩定，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，環氧粉末涂料更加優于其他涂料，在某些地區應用十分成熟，更加適應惡劣氣候條件，抗彎曲性能好，是當前管道防腐最佳涂層選擇。通過技術人員的多方面改進與提高，環氧涂料耐高溫性能更加良好，新型防腐蝕雙層環氧涂料也已經面世。整體來看，環氧粉末涂料的力學性能更好、抗沖擊力更強、耐滲透能力更優。從制作生產過程中，我們也發現，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。無溶劑的基礎上，粉體涂層更加環保，有效保證了周邊的環境不受污染。涂料技術不良反應較弱，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，厚膜涂層流掛現象少，進行流水線生產更加符合實際應用條件。制備防腐涂料采用m（改性環氧樹脂）∶m（復合固化劑）∶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用策略

（一）涂料的配套性

為了保證效果，則需要在實際應用中做好以下幾項工作：一是瀝青涂層修復。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效果，則需要根據不同的材料性能做好適配，確保各材料銜接度，應當在常溫下使用玻璃鱗片涂料進行修復，不能使用石油瀝青和聚氨酯冷涂料，保證修復的效果。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定，其導電性能更加良好，保證油氣的安全。四是容器內部腐蝕作業。施工中需要使用防靜電涂料施工，包括酚醛環氧涂料、玻璃鱗片涂料、厚漿環氧重防腐涂料。

（二）注意事項

重防腐涂層是當前應用較為廣泛的方法，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：一是做好作業前的清理。對于新產品而言，其表面是有著嚴格噴砂工藝的，如果不符合ISOSa2.5 的標準，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，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，對容易出現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%。二是做好作業中的清潔。作業中的部位進行表面清潔，這樣才能更好地發揮涂料性能，8h 以內完成作業，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了起皮的現象，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，在重防腐涂層作業時，因為有些物質性能的不確定性，需要保證現場的安全，按安全生產標準規范，遵循政策法律法規規定的要求，正確施工，全面檢查，提高人員的整體安全素養，做好現場的培訓，避免出現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，過程中準備泡沫滅火器或者二氧化碳滅火器，以備不時之需。

結語

綜上所述，油氣運輸與保存關系到經濟建設與社會的發展，需要對油氣管道進行防護，避免出現安全責任事故。為實現良好的防腐蝕效果，需要對管道和儲罐進行重涂裝，通過優良防腐蝕涂層，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，不斷推動國內石油天然氣管道和儲罐防腐涂料進步與發展，為我國耐腐蝕技術提升打下堅實基礎。