重防腐涂料在管道和储罐中的应用

陈从棕 张勇

1.海洋化工研究院有限公司；2.海洋涂料国家重点实验室

我国的能源发展越来越成熟，在经济建设领域发挥着非常重要的作用。当前，国内油气产量稳定增长，满足了建设需求。油气在使用前，需要通过管道和储罐运输，进入到千家万户，目前看，油气的运输与保存大多采用金属材料，这样的材料性能不稳定，很容易在长期使用过程中，受大气、紫外线、化学物质影响，并且在石油、天然气等化学物质长期不断地侵蚀后会产生安全隐患，给油气的运输与保存带来各种不稳定因素。从统计的数据上看，油气储运装置腐蚀概率较高，年平均次数为0.14 次/年，年平均更新率1.79%，对于长途运输的管道会产生较大的损失，据不完全统计，每年会造成上亿元的直接经济损失，给企业生产带来了巨大的影响。为了保证油气安全，有效强化对石油天然气管线及储罐防腐保护的研究，具有十分重要的意义。通过近年来我国学者对防腐涂料的大量探索，已经研究并推广了包括无溶剂防腐涂料、水溶性防腐涂料、粉末防腐涂料等在内的多种新型涂料，大大降低了企业的经济损失。

一、管道及储罐防腐技术发展概况

我国油气技术不断进步，一直在不断有效地探索，国内自20 世纪50 年代起，就开始进行石油和天然气管道储罐防腐技术研究，当时使用的材料主要是沥青防腐，是一种普遍的技术，在此技术基础上不断前进创新。20 世纪70 年代末到80 年代，我国引进了国外先进技术，进一步丰富了我国的防腐技术能力，国外胶带、夹克、环氧粉末等防腐工艺进入到我国，推动了国内技术进步。20 世纪90 年代中期，我国的防腐技术突飞猛进式发展，各种化学防腐层技术出现。20 世纪90 年代后期，通过大量的探索与试验，我国已经成功研制了熔结环氧粉末、三层聚乙烯等先进的技术形式。这种技术优势明显，主要表现在力学性能稳定、耐腐蚀性较强、附着力良好、阴极保护融合好。先进技术的出现，改变了管道的防腐形态，在化工管道防腐涂料中占有重要地位[1]。随着技术的不断创新，在原有技术基础上，我国工业技术水平不断提高，特别是在石油和天然气储运设备防腐技术上，呈现了日趋成熟的态势。先后研发出几种新环保防腐蚀材料，在世界上已经全面领先，涂料包括无溶剂防腐涂料、水溶性防腐涂料和粉末防腐涂料等[2]。

二、管道及储罐防腐涂层性能

在研究过程中，为了把握好涂料的性能，更好地应用到实际生产中，选择了一条正在使用的天然气管道和储罐，通过一系列的试验对比，研究了腐蚀穿孔成因，并总结了涂料的性能。

在试验过程中，随意选取一条正在使用中的管道，使用涂料对管道进行试验，主要进行了涂层附着力、剥离和磨损试验及浸泡试验、气泡试验和弹性试验。通过最终结果表明，石油化工外部环境关系到防腐的效果，在外部自然条件下，钢管表面黏附力、抗剥离性能下降，造成了管线抗变形性能变化较大，部分涂层会呈现剥落或气泡的现象，出现这种情况，则表明管道腐蚀危险加大。最后得出结论，涂料附着力、抗剥离、耐磨、韧性等是造成管线锈蚀和穿孔的最大诱因。

三、重防腐涂料的几种类型

（一）厚浆型环氧重防腐涂料

涂料能够当成外部的涂层使用，同时，也能做面涂料使用，特别能够在低温固化过程中体现良好的性能，这种涂料能够耐高温、耐酸碱盐，在实际使用中较为广泛，主要应用领域是高温污水、原油和其他油品管道，通过防腐施工起到了良好的保护效果。

（二）玻璃鳞片涂料

玻璃鳞片涂料，其成分主要为玻璃板和成膜材料，玻璃鳞片能够呈现多部位的重叠，这样能够在有限的条件下，更好地起到防止外部腐蚀介质侵入的作用。在实际应用中，涂层具有良好的耐介质渗透力，同时，其在耐冲击性和抗磨性上也有着更好的表现，在应用中，被广泛用在石油储罐管道防腐和污水处理工作中。

（三）无溶剂环氧导电重防腐涂料

这种涂料能够在恶劣环境下，更好地具有抗静电积累和抗腐蚀功能，是一种无溶剂环氧导电重防腐涂层，也是一种半导体材料，但是在使用过程中，对建造技术要求极高，需要由专业人员进行处理，才能达到理想的效果[3]。

四、原油储罐的腐蚀

储罐对油气来讲至关重要，能够有效保证油气的安全，做到长期大量保存，但是其腐蚀也较多，总结为内外两方面。原油内壁出现腐蚀的地方通常是储罐底部、油层、顶部。罐顶和罐壁的问题多发于顶盖附近、四周、接焊位、金属顶盖构件空隙，这些部位是最容易出现侵蚀的，也是罐壁上最弱的部位，一般情况下，这样的腐蚀均匀，长期腐蚀会导致壁厚减小，容易出现碎裂的情况，存在巨大的隐患。储罐储油区较为敏感，其与原油直接接触会产生油膜，其腐蚀程度相对较低，长期的均匀腐蚀不易出现较大的危险。原油中水分过多往往会导致储罐底部出现积水现象，长期使用后，会出现大量积水污垢，慢慢形成点蚀和溃烂，这部分是最大的腐蚀，会对储罐安全产生威胁。据统计，严重腐蚀会造成槽底最大孔径大于20 mm，深8mm～10mm，腐蚀速度1～1.5 mm/a。外壁腐蚀主要还是受外部条件的影响，大气是最大的成因，因为空气含有大量盐粒子，通过氯化物氧化生成有害物质，对水分吸收越发强烈，如果大气湿度增加，金属表面就形成了水膜，引起电化学腐蚀现象，外壁腐蚀速度为0.2 mm/a。

五、管道及储罐防腐涂料应用

（一）无溶剂防腐涂层

无溶剂防腐涂料制作原理主要是无溶剂成膜树脂、固化剂、防腐颜填料，是一种较为环保的有机涂料。涂料在挥发性、环保性和防腐性试验中，均有良好的表现，通过试验测试表明，这种涂料从技术层面看，性能较为稳定耐用，完全满足石油天然气管道和储罐各方面的保护，特别是对环境耐受性上非常稳定。从耐酸、碱、盐性能测试结果看，具有良好的耐蚀性，涂用的管道在蒸馏水10%氯化钠溶液浸泡100天后，性能非常稳定耐用，能够达到设计的要求，从实际应用场景上看，也完全符合工业管道防腐涂装标准规范。因为无溶剂防腐涂层稳定，不具备不良环境下的挥发，涂层所有成分均可成膜，对环境不产生污染，是环境友好型涂料，在使用过程中，不会产生因溶剂挥发不彻底引起孔洞现象。涂膜一段时间后，会慢慢干燥，此时涂层收缩率低，密度升高，涂层厚度200μm～300μm，施工时也非常简便，提高了工作整体效率，保证了工作时效性。EP-94 无溶剂环氧防腐涂料是新开发的产品，是近年来使用较为广泛的涂料之一，在实际生产中起到了重要的作用，能够在常温条件下固化而起到防腐作用，化学和物理性能均非常稳定，特别是能够在污水、酸、碱等渗透能力较强部位上设计使用。EP-94 在石油管道和储罐防腐中，对关键的部位防腐作用更好，保证了容器安全稳定，对于高温设备性能更加稳定，如果与聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯胶带配合使用效果更加良好。具备良好的防渗性，能够有效减少油涂料作业过程中出现的中毒、火灾等隐患，保证了施工的安全可靠，避免出现危险事故。无溶剂环氧防腐涂料也是一种厚涂膜，施工中可以做到涂膜厚度大于100 μm。这种涂料与钢铁的结合度好、收缩小、工艺简单、涂膜总体损耗小、费用低，有着广泛的应用前景[4]。

（二）水溶性防腐涂料

水溶性防腐涂料具备良好的优势，主要体现在屏蔽作用好、缓蚀作用强、阴极保护稳定，随着工业的快速发展，水溶性防腐蚀材料已经得到了广泛的使用，特别是在各种工业生产过程中，已经得到了普遍认可和应用。水性防腐蚀涂料作为新型涂料，其作用原理是以水为分散剂，突破了传统常规有机溶剂的劣势，对环境起到了良好的保护，不污染周边的环境。从国外情况看，对水性防腐蚀涂料有一定的研究，在各个方面都有全新的突破，我国在这方面还有待提高，整体进度相对较慢，特别是在恶劣的条件下，还没有可应对的办法。随着WJ-90 水性硅酸锂富锌涂料的出现，进一步推动了涂料的进步与发展，整体耐热性优良，能够耐400℃高温，特别是能对有机溶剂起到更好的防护。薄膜表面电阻小于105Ω，避免了静电的危害，满足油管和储罐对静电涂层要求。WJ-90 涂层一般应用到海上环境和高温环境下。

（三）粉末防腐涂料

粉末防腐涂料对环境没有污染，是一种非常安全、环保的防腐材料，能够在无溶剂的情况下，通过涂厚产生一层防腐膜，然后再将喷溅涂层进行回收。这种涂料完全符合石油管道和储罐防腐标准，通过近年来的深入研究与创新，粘附性和柔性更加良好的环氧粉末涂层优势更加明显，其使用寿命更长，防腐性能更加稳定，在石油和天然气运输保存中，是使用最为广泛的防腐涂层。通过多次试验与对比，环氧粉末涂料更加优于其他涂料，在某些地区应用十分成熟，更加适应恶劣气候条件，抗弯曲性能好，是当前管道防腐最佳涂层选择。通过技术人员的多方面改进与提高，环氧涂料耐高温性能更加良好，新型防腐蚀双层环氧涂料也已经面世。整体来看，环氧粉末涂料的力学性能更好、抗冲击力更强、耐渗透能力更优。从制作生产过程中，我们也发现，这种涂料制备过程中使用的树脂分子量大，这就是其耐用性高于水溶性涂料的原因。无溶剂的基础上，粉体涂层更加环保，有效保证了周边的环境不受污染。涂料技术不良反应较弱，固化时间短，保证了施工人员的健康，能够多种涂料同时使用，保证了施工的效率，厚膜涂层流挂现象少，进行流水线生产更加符合实际应用条件。制备防腐涂料采用m（改性环氧树脂）∶m（复合固化剂）∶m（颜填料）∶m（辅助剂）=100∶27∶35∶12。

六、重防腐涂料在管道和储罐中的应用策略

（一）涂料的配套性

为了保证效果，则需要在实际应用中做好以下几项工作：一是沥青涂层修复。在施工过程中，如果是对石油沥青涂层进行补口和修补，那么，就需要用石油沥青做好热加工，整体施工非常繁杂，起不到应有的作用。而利用聚氨酯石油沥青冷涂料则能够在常温下正常施工，不能采用环氧树脂和玻璃鳞片涂料施工，以此保证防腐效果。二是玻璃鳞片层修补和大修。要想达到良好的修复效果，则需要根据不同的材料性能做好适配，确保各材料衔接度，应当在常温下使用玻璃鳞片涂料进行修复，不能使用石油沥青和聚氨酯冷涂料，保证修复的效果。三是修补和修补防静电涂层。要使用能够防静电的涂料，这样，才能在施工后保证涂层更加稳定，其导电性能更加良好，保证油气的安全。四是容器内部腐蚀作业。施工中需要使用防静电涂料施工，包括酚醛环氧涂料、玻璃鳞片涂料、厚浆环氧重防腐涂料。

（二）注意事项

重防腐涂层是当前应用较为广泛的方法，对油气的安全起到了重要的作用，使用时，一定要做好防护，避免出现不安全的问题。使用厚涂管道和储罐时要注意以下几个方面的问题：一是做好作业前的清理。对于新产品而言，其表面是有着严格喷砂工艺的，如果不符合ISOSa2.5 的标准，则需要使用电动工具做好St3 脱锈处理，这样，才能保证底涂料表面干净和干燥，避免掺和进杂质，为了保证整体效果，需要对涂料膜损坏和锈蚀部位做好二次除锈作业，对容易出现问题的焊接和烧损部位要细致处理，暴露在空气中的基材温度控制到5℃～40℃，湿度小于85%。二是做好作业中的清洁。作业中的部位进行表面清洁，这样才能更好地发挥涂料性能，8h 以内完成作业，涂覆时不断做好各部位的检查，通过人工与仪器相对倒的方式检测，观察涂料是不是在施工中出现了起皮的现象，涂料干透后做好粘附性、厚度、火花检测。三是确保施工整体安全有效，在重防腐涂层作业时，因为有些物质性能的不确定性，需要保证现场的安全，按安全生产标准规范，遵循政策法律法规规定的要求，正确施工，全面检查，提高人员的整体安全素养，做好现场的培训，避免出现施工过程中吸入有毒有害气体，给施工人员造成巨大的伤害。过程中需要使用安全防护品，周边避免燃放烟花爆竹，过程中准备泡沫灭火器或者二氧化碳灭火器，以备不时之需。

结语

综上所述，油气运输与保存关系到经济建设与社会的发展，需要对油气管道进行防护，避免出现安全责任事故。为实现良好的防腐蚀效果，需要对管道和储罐进行重涂装，通过优良防腐蚀涂层，保证管道的安全。要通过减少VOC 排放量全面提升环境，未来，我国对石油管道及储罐防腐蚀涂层研究将会更加深入，不断推动国内石油天然气管道和储罐防腐涂料进步与发展，为我国耐腐蚀技术提升打下坚实基础。