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管道重防腐液体涂料的应用

来源:中油管道防腐工程有限责任公司 | 作者:崔 超 | 发布日期:10-12

1 前言

     近年来,我国管道建设取得了令人瞩目的成就, 长输管道为改善能源结构,促进国民经济的发展做出了重要贡献。管道防腐层也蓬勃发展,单层熔结环氧粉末(FBE)、双层熔结环氧粉末(2FBE)、聚乙烯三层复合结构(3PE)取代传统石油沥青、煤焦油瓷漆已经成为发展趋势[1]。但是,很多市政工程、燃气管道、水管道还在使用环氧煤沥青;长输管线场站埋地管道因其规格、尺寸的特殊性无法进行FBE 3PE预制,地上管道防腐仍大规模采用液体涂料。因此加强管道重防腐液体涂料的研究仍很重要。
 
    2 地下管道液体涂料的发展
 
    2.1 环氧煤沥青涂料
 
    上世纪50年代我国的管道防腐层主要沿用前苏联的石油沥青,80年代管道局科学研究院研制了环氧煤沥青涂料以及SY/T0447-1996《环氧煤沥青技术规范》的颁布,奠定了在环氧煤沥青国内广泛应用的基础。环氧煤沥青结合了环氧树脂优异的机械性能和煤沥青优异的抗水渗透性,加上环氧煤沥青施工时不用熬制,简化了施工。但是,有报道[2] 1992年美国ASTM标准把环氧煤沥青从管道防腐涂层中删除,并分析了主要原因是该涂层抗冲击强度不足;还有文章[3]分析了环氧煤沥青用玻璃布增加涂层厚度容易造成缺陷。事实上环氧煤沥青在使用中的问题在国内也有所暴露,新产品也早已进行研,有文章[4]介绍了无溶剂环氧石油沥青重防腐涂料的研究,该涂料是针对采用石油沥青防腐层的管道大修而研制的,而且施工时需要加热喷涂,所以未在新建管道广泛应用。1998年管道研究院研制了无溶剂环氧煤沥青涂料[5],2001年管道局发布Q/ CNPC-GD0234-2001《埋地钢质管道无溶剂环氧煤沥青防腐层技术规范》,促进了优质的厚膜无溶剂环氧煤沥青成为发展趋势。
 
   2.2 无溶剂环氧涂料
 
    无溶剂液体环氧是以氨固化的低分子量环氧树脂为粘结剂,加入颜料和体质填料制成的,具有低 VOC排放、固体含量高、机械性能和防腐性能优越等特点,广泛应用于地坪、船舶等。国外无溶剂液体环氧在管道上的应用早于国内,我国最早引进的国外产品有美国帕罗特公司和韩国ATO等产品,在我国西气东输一线管道工程中后期场站管道中,已经有国内产品大量采用,厂家包括中国石油化学公司、中国航天科工集团等。2008,由管道局科学研究院起草的西气东输二线管道工程场站管道及设备外防腐涂层技术规范中,规定埋地管道应采用无溶剂液体环氧防腐层和无溶剂液体环氧防腐层外缠聚丙烯胶粘带,并对涂料及涂层提出了要求,见表1和表 2。由表2可见,新的标准对无溶剂液体环氧涂层的耐阴极剥离性能有了较高的要求。
 
    3 地上管道液体涂料的发展
 
    场站地上管道、钢结构主要是暴露在大气中,般受风吹雨淋、紫外光和冷热交替影响较大,因此应具有良好的耐候性。我国耐候涂料经历了由氯磺化聚乙烯、氯化橡胶到脂肪族丙烯酸聚氨酯、氟碳涂料的发展过程。有文献[6]分析了氯化橡胶和氯磺化聚乙烯涂料的失效原因,提出应当重视脂肪族聚氨酯涂料的推广应用。

 

近年来迅速发展的氟碳涂料具有优异的耐候,有文献[7]介绍了长输管道场站内地上钢结构氟碳涂料的研制,但是这样的涂料比较昂贵;而由富锌底漆、环氧云铁中间漆和脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆组成的复合涂层结构的应用得到了广泛的共[8-9],本文不再赘述。
 
    西气东输二线管道工程场站管道及设备外防腐涂层技术规范中即采用了这一涂层结构,其涂料和涂层结构的要求见表3和表4
 
    值得一提的是该规范收入了水性无机富锌防腐涂料。水性无机富锌防腐涂料经历了热固性无机富锌涂料、后固化无机富锌涂料和自固化无机富锌涂料三个发展阶段[10]。近几年,水性自固化无机富锌涂料发展迅速,有文章[11-12]介绍了其研究的新进展。由于水性无机富锌涂料无VOC排放,符合环保要求,尤其是优异的耐热性、可焊性、耐盐雾性和防锈性能是环氧富锌不可比拟的,但该涂料对施工的表面处理要求较高,水性无机富锌涂料在喷砂工件表面的附着力明显优于人工砂纸打磨[16]。所以,装前应要求对被涂面进行喷砂处理,处理等级达到 Sa 2.5级以上,Sa 3标准为宜。

 

4 管道防腐层的发展趋势
 
    4.1 无溶剂聚氨酯涂料
 
    朱泽民[13]等介绍了100%固体含量刚性聚氨酯涂层原理,该涂料包含两个组份:一种是多异氰酸酯溶液,另一种是多元醇溶液,两组份混合时反应生成聚氨酯涂层。文章还详细介绍了涂层的特点、性能指标和施工时的质量控制等;陆琴芳[14]等介绍了 100%固体含量刚性聚氨酯涂层在陕京二线弯管外防腐中的应用。贾建波[15]也介绍了国外管道设计方案选用100%固体含量刚性聚氨酯涂层,厚度 1·2mm,预计防腐年限达50年。所以说,100%固体含量刚性聚氨酯涂料具有广阔的发展空间。
 
    4.2 水性涂料
 
    在管道重防腐水性涂料中以水性无机富锌涂料的研究最为成熟。胡涛等[16]在重防腐涂料的应用研究中介绍,水性环氧涂料对大多数基材表面的附着力非常好,且具有干燥迅速、复涂时间短、无闪蚀、韧性和喷涂性能好等优点,主要用于压载水舱、长输油管、长输天然气管等易受腐蚀的管道外壁。水性聚氨酯等研究也很多,刘保磊[17]和黄宇[18]等分别介绍了双组份水性聚氨酯涂料和水性氟碳铝粉漆的研究,沙金[19]等介绍了水性氟碳树脂研究的进展。
 
但是水性重防腐涂料在管道上大规模应用还有待时日,相关的研究应根据用途不    同对试验要求各有侧重。需要说明的是,以试验室测试结果来推测涂料的应用效果是不可取的,因为目前尚无科学研究证明涂料加速老化实验和实际使用年限的准确对应关系,所以新材料还要加强中试并结合实践应用让时间来检验。
 
    5 结语
 
    我国埋地管道防腐层的应用与国外的差距越来越小。熔结环氧粉末(FBE)、聚乙烯三层复合结构 (3PE)将继续占埋地防腐层主导地位,对不能上线预制的管线、大修管线以及补口补伤中,无溶剂液体环氧重防腐涂料将继续发挥重要的作用,其他液体材料还有待实践的考验;在地上管道方面,以聚氨酯涂料、氟碳涂料为面层的复合耐候涂层技术趋于成,该涂层有向高固体含量和水性化发展的趋势。随着对防腐年限要求的不断提高,对涂料性能和涂装表面处理质量、涂装环境和涂装技术等势必提出更高的要求。因此,加强这方面的研究,及时总结防腐层的经验和应用状况具有重要意义。
 
参 考 文 献
 
[1] 薛振奎.中国油气管道施工技术概述〔A,中国国际石油天然气管道论坛会论文集〔C,2006:404-410
 
[2] 张恭.环氧煤沥青从美国NACE规范中删除的原因分析〔J,防腐保温技术,2007(1):26-28
 
[3] 廖宇平,李志勇.长输管道外防腐层的应用与存在的问题〔J,油气储运,2005(1):36-39
 
[4] 李杰,陈群尧,李红旗等.无溶剂环氧石油沥青重防腐蚀涂料的研究〔A,管道科学研究论文选集〔C, 2004: 222-225
 
[5] 廖宇平,尹谦.耐候防腐覆盖层的应用〔J,油气储运, 1998(11):36-38
 
[6] 解蓓蓓,张丽萍,林竹等.长输管道场站内钢结构用氟碳涂料研究〔J,涂料技术与文摘,2004(4):19-22
 
[7] 刘小平,李明泉.无溶剂环氧煤沥青涂料的研制〔J,料工业,1998(5):33-36
 
[8] 董彬,尹谦,李建忠.丙烯酸聚氨酯涂料的研制〔A,道科学研究论文选集〔C, 2004:226-230
 
[9] 蒋德强,卢向东,马想生.聚氨酯涂料体系在石化钢结构防腐中的应用〔J,现代涂料与涂装,2007(7):8-9
 
[10] 杜存山.水性无机富锌涂料施工时注意事项〔J,腐蚀与防护,2003(6):32-33
 
[11] 魏向阳.新一代水性无机富锌〔J,涂料工业,2007(5): 40-43
 
[12] 李艳云,戴敏,蔡晓兰.硅酸盐富锌(水性)防腐涂料的研究〔J,涂装与电镀,2007(4):22-24
 
[13] 100%固体含量刚性聚氨酯涂层在油田储罐防腐中的应用〔J,防腐保温技术,2006(4):31-37,40
 
[14] 陆琴芳,赫连建峰,闫军等.刚性聚氨酯涂层在陕京二线热煨弯管外防腐中的应用〔J,防腐保温技术,2004 (4):14-16,22
 
[15] 贾建波,冯俊忠,原兵发等.工程防腐层设计与涂料选择〔J,现代涂料与涂装,2007(11):35-39
 
[16] 胡涛,石莹莹,周云等.重防腐涂料的应用研究〔J,代涂料与涂装,2008(1):1-4
 
[17] 刘保磊.双组份水性聚氨酯涂料的制备及性能研究J,现代涂料与涂装,2007(7):24-26
 
[18] 黄宇,张德品.水性氟碳铝粉漆的研制〔J,现代涂料与涂装,2007(7):22-23,52
 
[19] 沙金,李运德,商汉章.水性氟碳树脂的研究进展〔J, 现代涂料与涂装,2008(5):18-21
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