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          淺析「防腐鋼管」防腐技術的發展現狀

          瀏覽: 發布日期:2022-01-04 10:42:43

                 防腐鋼管是用管道作為運輸工具的一種長距離輸送液體和氣體物資的輸方式,是一種專門由生產地向市場輸送石油、煤和化學產品的運輸方式,是統一運輸網中干線運輸的特殊組成部分。有時候,氣動管也可以做到類似工作,以壓縮氣體輸送固體艙,而內里裝著貨物。管道運輸石油產品比水運費用高,但仍然比鐵路運輸便宜。大部分管道都是被其所有者用來運輸自有產品。管道運輸在世界上已經具有了140多年的歷史,在這140多年中管道建設的相關施工技術、施工機具以及防腐技術等方面的改變都很大。

            我國的管道技術方面也有了長足的發展,并且已經形成了一套適合我國現在國情的管道的防腐體系?,F在越來越多的人認識并認可了管道運輸的優越性,由于經常發生因腐蝕所引起的相關管線的穿孔破壞方面的問題,所以用哪種材料來作為運輸的管道已經成為一大熱點。盡管我國的防腐涂層生產已經達到標準,一些技術也已經達到了國外的水平,但是與國外相比,還是存在一定差距。尤其是在防腐層而言,其在材料品質、設計應用以及補口技術等相關方面。

            管道的防腐體系

            電化學防腐

            電化學腐蝕的特點是有電流產生電化學腐蝕中的電流也正是由于金屬在電解質溶液中形成了結構與原電池相似的“腐蝕電池”而產生的。通常在電化學腐蝕的金屬中,腐蝕電池極小,但數量極多。金屬接觸到電解質溶液,發生原電池效應,比較活潑的金屬原子失去電子而被氧化,腐蝕過程中有電流產生,叫電化學腐蝕或電化腐蝕。例如鋼鐵在潮濕空氣中,表面吸附一層薄薄的水膜,純水是弱電解質,它能電離出少量的H+和OH-同時,由于空氣里的CO2的溶解使水里的 H+增多,結果在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液薄膜,它跟鋼鐵的鐵和少量的碳或其它雜質恰好構成了原電池,因此鋼鐵制品的表面就形成了無數微小的原電池,在這些原電池里鐵是負極碳是正極這時作為負極的鐵就失去電子而被氧化:Fe-2e=Fe2+;在正極,溶液里的H+得到電子而被還原,后產生氫氣在碳的表面放出:2 H++2e=H2,這種腐蝕通常叫析氫腐蝕。如果鋼鐵表面的水膜酸性很弱或呈中性,在負極上也是鐵失去電子而被氧化成Fe2+,而在正極上主要是溶解于水膜里的氧氣得到電子而被還原,這種腐蝕叫吸氧腐蝕

            金屬的電化學腐蝕和腐蝕的電化學控制,目前基本上還建立在唯象理論基礎上,腐蝕理論和技術上的突破將主要依賴金屬等材料界面電化學分子水平的研究。當前的研究主要包括:在復雜的宏觀體系中基元腐蝕過程及其相 互作用的理論模型;決定體系使用壽命的參數及壽命預測;對重要技術設備 腐蝕實施監控的傳感器技術;應用于腐蝕保護的新電極材料;耐腐蝕新材料的開發;金屬鈍化膜的成分、晶體結構及電子性質,鈍化膜局部破壞和金屬 局部腐蝕的理論模型、統計處理及原位微區測試技術;金屬表面耐蝕處理的技術和理論;緩蝕劑電化學行為的分子水平研究。

            國外已成功地將水性硅酸鋅涂料用于長輸管道的防腐,其中的應用實例有澳大利亞Morgan-Wyalla油管長達250km,采用水性硅酸鋅為防銹涂料,效果很好。以色列、韓國采用環氧富鋅底漆代替熱噴鋅,用于地下管道防腐,亦取得良好效果。使用富鋅類涂料應特別注意的是鋅在常溫下相對鐵是陽極,但在一定溫度范圍內(76。7~ 104。4) ,鋅對鐵來說就變成了陰極,腐蝕發生時,鐵成為陽極首先被腐蝕掉。

            涂料防腐

            1. 環氧煤瀝青層         隨著過河管道、江心取水頭部與岸邊連接井管道、污水深水排放管道、長距離江底或海底輸水管線的修建,水下鋼管防腐涂料發展很快。如: 環氧煤瀝青、環氧粉末、聚乙烯膠粘帶、黃綠夾克及氯化橡膠漆膜等。

            環氧煤瀝青防腐涂料,是以厚膜、長效和適用于嚴酷腐蝕環境條件為主要特征的一種專用系列涂料產品。該防腐涂料在水下管道工程中具有良好而穩定的防腐性能,尤其是耐海水、江水的腐蝕,在國內外作為鋼結構的長效防腐涂料被廣泛應用于惡劣的腐蝕環境中,它在水下鋼質管道防腐工程中也得到了廣泛應用。如: 1997年鎮江市污水截流工程敷設的DN1200和DN1400兩根總長各為800m的污水過江管道的內外防腐(以下簡稱污水工程) 及1998年南京市大廠區飲用水源改造工程敷設的兩根DN1400,總長各為620m的過江輸水管線的外防腐(以下簡稱給水工程) 均采用了環氧煤瀝青涂料,并取得了良好的效果。  環氧煤瀝青涂料是由環氧樹脂、煤焦瀝青、顏料、溶劑、固化劑等組成, 為雙組分包裝, 一組分中有底漆和面漆, 另一組分為固化劑。它具有以下特點:

           ?。?)防銹性和耐化學介質腐蝕性良好。在污水工程中, 管道內輸送的介質為城市生活污水和工業廢水, 其化學成分非常復雜。在施工中, 管道內防腐采用一底五油, 涂層厚度不小于420um, 按理論計算的防腐層的保護年限為20年。

           ?。?)電絕緣性優良, 耐離散電流、耐熱、耐溫度劇變等。環氧樹脂本身是熱塑性高分子化合物, 加入固化劑后能在幾小時內交聯固化, 形成不熔的高分子涂層。在兩個工程中, 鋼管的外壁防腐均采用一底四布五油, 涂層厚度為600~ 900Lm, 玻璃布固化后形成類似玻璃鋼結構的致密涂層, 從而使鋼管表面與外界電解質有的絕緣性。

           ?。?)物理機械性能良好, 附著力好, 漆膜堅韌耐磨。成膜后分子結構中的苯環上羥基已被醚化,所以質量穩定, 涂膜剛柔結合, 耐磨性好。另外, 因涂膜分子中含有的極性羥基與相臨界面產生引力,如與金屬表面上的游離鍵起反應, 而形成牢固的化學鍵, 因而大大地加強了涂膜的附著力。在兩個工程的施工中, 鋼管的防腐作業現場與安裝地點相距很遠, 需進行2~ 3次的吊裝和運輸。在吊裝和運輸過程中沒有發現大的損傷和剝落現象。

            2. 環氧玻璃鱗片涂料         玻璃是一種優良的抗化學藥品和抗老化性的無機材料。玻璃鱗片是玻璃經1700 ℃高溫熔化再經獨特工藝吹制而成的極薄的玻璃碎片,厚度一般為2~5μm ,片晶長度為 100~300μm。玻璃鱗片的片徑縱橫越大,涂層的抗滲透性能越強。玻璃鱗片能把涂層分割成許多小空間,使涂層中的微裂紋、微氣泡相互分割,同時抑制了毛細管作用的滲透。玻璃鱗片的硬化收縮率只有其它材料的幾分之一到幾十分之一,這大大地提高了涂層的附著力和抗沖擊性能,抑制了涂層龜裂、剝落等缺陷。

           ?。?)環氧玻璃鱗片涂料的特點  由于玻璃鱗片的化學惰性,使它具有良好的配伍性,可與氯化橡膠、氯磺化聚乙烯、環氧樹脂、環氧煤瀝青、酚醛環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和乙烯酯等多種樹脂組成防腐涂料。環氧樹脂涂料本身具有良好的附著力、抗化學品性和電絕緣性等優良性能。加入玻璃鱗片進行優良組合后,具有極優良的抗介質滲透性、優良的耐磨損性、硬化時收縮率小,熱膨脹系數小、襯里下基體溫表粘結性好,耐溫驟變性好、施工方便,可采用噴、滾刷和抹等工藝,修補容易。

           ?。?)玻璃鱗片涂料的防腐機理  涂料作為防腐層簡單的方法,就是使介質與基體隔絕,而涂料通常存在孔隙,而介質(水、酸、堿)等小分子的直徑一般比涂層的孔隙要小,加上這些與涂層接觸的介質都是直線地通過,而涂層又不可能涂得很厚(否則要產生裂紋),一般的涂料即使可以地耐其所接觸的介質腐蝕,但它抵擋不住介質向基體的擴散滲透。所以,普通的防腐涂料一般只能作為大氣防腐而不能起到襯里的作用,尤其在液相介質和溫度較高的場合。玻璃鱗片的加入使涂料發生了二方面的變化,一是可以加工成很厚而不要擔心會發生裂紋,這是因為玻璃鱗片把涂層分割成許多小的空間而大大地降低了涂層的收縮應力和膨脹系數;二是由于玻璃鱗片的多層平行與基體排列,使介質擴散滲透的路線變得彎彎曲曲,延長了介質滲透擴散至基體的時間。用于涂料中的玻璃鱗片具有魚鱗效應:成千上萬的鱗片交錯排列,形成涂層內復雜曲折的滲透擴散途徑,使得腐蝕介質的擴散路線變得相當曲折變曲,很難達到基材。


          3. 高固體分環氧鋁粉漆         


                大部分環氧樹脂涂料都是以高相對分子質量環氧樹脂為成膜基料的,而高固體分改性環氧鋁粉漆采用的是以低相對分子質量碳氫樹脂改性的成膜物,不含瀝青致癌物,不用異氰酸酯固化,具有優異的表面潤濕性和滲透性,涂層附著力優異,漆膜堅韌耐磨,與陰極保護系統相容性好,可以在冬季低溫時固化。涂膜中加入鋁粉,增強了防水耐蝕性能。  埋地鋼質管道由于處于埋地環境,不可能進行重涂,因此要求采用重防腐涂裝系統,同時要與陰極保護系統相容。漆膜要堅韌耐磨,不因搬運、安裝和回填等產生漆膜損傷。由于受施工場地的條件限制,涂料要易于施工,好噴涂2道即可達到規定膜厚,縮短施工周期。而玻璃布增強的瀝青或環氧煤瀝青防銹漆,涂層系統高達11道工序。高固體分改性環氧鋁粉漆體積固體含量高達87%、溶劑含量僅為13%,為環保型高性能涂料。噴涂一道干膜厚度即可以達到150~350um。碳氫樹脂改性使涂膜具有良好的低表面處理性能,即使在打磨到St2~3級的鋼材表面,仍然有優異仍然有優異的附著力和長效耐久的防腐蝕性能,這對于埋地管道的焊縫補口和漆膜損傷部位的修補顯得特別有利。


            然而,由于埋地管道要求超長期防腐20~30年,并且由于施工現場工期緊,工作任務大,因此推薦全面噴砂到Sa2.5,僅對補口處等部位做機械打磨處理。

            熔結環氧粉末外涂層技術在海底管線中的應用

            在海洋石油工程中,防止材料腐蝕是一項重要的課題,目前主要以涂層作為防護手段。環氧粉末是一種由環氧樹脂、固化劑填料和顏料等組成的單組分、熱固性粉末涂料。熔結環氧粉末涂層具有熱固性交聯分子結構特點以及與鋼的某種程度的化學鍵結合特性,作為防腐層具有優良的性能,因此被越來越多地應用于長距離輸送油氣管道的防腐。國外20世紀80年代就用熔結環氧粉末外涂層取代其他防腐涂層,90年代以來,在新制定的海洋工程項目中,管道的防腐基本都采用熔結環氧粉末外涂層技術。

            1981年,英國Marather石油公司首先成功地在北海安裝了一條熔結環氧粉末和水泥配重涂層管線(直徑為762mm)近年來,隨著國內對管道防腐重要性認識的提高及管道防腐技術的發展,也開始采用熔結環氧粉末外涂層技術。2005年,我國杭州灣和鎮海海底管線項目的海底管線全部采用熔結環氧粉末外涂層和混凝土配重涂層管線,目前已鋪設完成并投入運。

            大量的應用表明,熔結環氧粉末涂層是海底管道防腐的理想手段。  雙層環氧粉末外涂層的特點: 雙層環氧粉末外涂層是采用靜電噴涂技術,將環氧粉末噴射到預熱鋼管的表面,利用環氧粉末的熱固性交聯分子結構特點以及與鋼的某種程度的化學鍵結合特性,使環氧粉末熔結固化反應后形成堅硬而致密的立體結構防腐層。 靜電噴涂技術的基本原理是,環氧粉末由壓縮空氣輸送到噴槍前端,粉末在噴槍出口處通過高壓靜電而產生空氣電離層,此時粉末粒子帶有電荷,而鋼管外表面帶有相反的電荷,飛向鋼管表面的粉末粒子在靜電力和黏結力的作用下,吸附在鋼管表面,形成一層厚度均勻的涂層。

            雙層環氧粉末外涂層兩種不同性能的涂層在噴涂過程中一次成膜熔結完成,其底涂層由普通環氧粉末熔結而成,主要起防腐作用;面涂層由改性環氧粉末熔結而成,主要起提高機械性能的作用因此,雙層環氧粉末外涂層既具有優越的防腐性能,又具有良好的抗沖擊和耐磨的機械性能;同時易于施工,經濟性也比。鋪設海底管線時,管線管的防腐層和混凝土層會受到較大剪切力的作用,如果配重層與防腐層的剪切強度不夠,則會出現配重層滑脫的現象。

            因此,需對防腐層進行增阻。不同類型的防腐層所采取的增阻措施是不同的。根據國外的施工經驗可知,石油瀝青和煤焦油瓷漆防腐層與混凝土有的相容性,配重時不需要采取增阻措施;熔結環氧粉末外涂層和三層聚乙烯涂層與混凝土之間的摩擦阻力較小,配重時需要采取相應的增阻措施。

            綜上所述,可以說, 雖然我國的防腐技術還不是很成熟,但是正在被改進和完善。例如對于外防腐層而言,其質量的好壞將會對管線運營的使用壽命以及安全起著直接性的影響,這就要求我們要對高壓管線的檢測技術以及防腐技術進行不斷的提高和改進,以此來對安全等方面加以確保。相信在不遠的將來我們的管道建設方面也會取得比較輝煌的成就。


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