陳從棕 張勇

1.海洋化工研究院有限公司；2.海洋涂料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

我國(guó)的能源發(fā)展越來(lái)越成熟，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)油氣產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)，滿足了建設(shè)需求。油氣在使用前，需要通過(guò)管道和儲(chǔ)罐運(yùn)輸，進(jìn)入到千家萬(wàn)戶，目前看，油氣的運(yùn)輸與保存大多采用金屬材料，這樣的材料性能不穩(wěn)定，很容易在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，受大氣、紫外線、化學(xué)物質(zhì)影響，并且在石油、天然氣等化學(xué)物質(zhì)長(zhǎng)期不斷地侵蝕后會(huì)產(chǎn)生安全隱患，給油氣的運(yùn)輸與保存帶來(lái)各種不穩(wěn)定因素。從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)上看，油氣儲(chǔ)運(yùn)裝置腐蝕概率較高，年平均次數(shù)為0.14 次/年，年平均更新率1.79%，對(duì)于長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)墓艿罆?huì)產(chǎn)生較大的損失，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年會(huì)造成上億元的直接經(jīng)濟(jì)損失，給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的影響。為了保證油氣安全，有效強(qiáng)化對(duì)石油天然氣管線及儲(chǔ)罐防腐保護(hù)的研究，具有十分重要的意義。通過(guò)近年來(lái)我國(guó)學(xué)者對(duì)防腐涂料的大量探索，已經(jīng)研究并推廣了包括無(wú)溶劑防腐涂料、水溶性防腐涂料、粉末防腐涂料等在內(nèi)的多種新型涂料，大大降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

一、管道及儲(chǔ)罐防腐技術(shù)發(fā)展概況

我國(guó)油氣技術(shù)不斷進(jìn)步，一直在不斷有效地探索，國(guó)內(nèi)自20 世紀(jì)50 年代起，就開(kāi)始進(jìn)行石油和天然氣管道儲(chǔ)罐防腐技術(shù)研究，當(dāng)時(shí)使用的材料主要是瀝青防腐，是一種普遍的技術(shù)，在此技術(shù)基礎(chǔ)上不斷前進(jìn)創(chuàng)新。20 世紀(jì)70 年代末到80 年代，我國(guó)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步豐富了我國(guó)的防腐技術(shù)能力，國(guó)外膠帶、夾克、環(huán)氧粉末等防腐工藝進(jìn)入到我國(guó)，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)步。20 世紀(jì)90 年代中期，我國(guó)的防腐技術(shù)突飛猛進(jìn)式發(fā)展，各種化學(xué)防腐層技術(shù)出現(xiàn)。20 世紀(jì)90 年代后期，通過(guò)大量的探索與試驗(yàn)，我國(guó)已經(jīng)成功研制了熔結(jié)環(huán)氧粉末、三層聚乙烯等先進(jìn)的技術(shù)形式。這種技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)在力學(xué)性能穩(wěn)定、耐腐蝕性較強(qiáng)、附著力良好、陰極保護(hù)融合好。先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，改變了管道的防腐形態(tài)，在化工管道防腐涂料中占有重要地位[1]。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，我國(guó)工業(yè)技術(shù)水平不斷提高，特別是在石油和天然氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備防腐技術(shù)上，呈現(xiàn)了日趨成熟的態(tài)勢(shì)。先后研發(fā)出幾種新環(huán)保防腐蝕材料，在世界上已經(jīng)全面領(lǐng)先，涂料包括無(wú)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(chǔ)罐防腐涂層性能

在研究過(guò)程中，為了把握好涂料的性能，更好地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，選擇了一條正在使用的天然氣管道和儲(chǔ)罐，通過(guò)一系列的試驗(yàn)對(duì)比，研究了腐蝕穿孔成因，并總結(jié)了涂料的性能。

在試驗(yàn)過(guò)程中，隨意選取一條正在使用中的管道，使用涂料對(duì)管道進(jìn)行試驗(yàn)，主要進(jìn)行了涂層附著力、剝離和磨損試驗(yàn)及浸泡試驗(yàn)、氣泡試驗(yàn)和彈性試驗(yàn)。通過(guò)最終結(jié)果表明，石油化工外部環(huán)境關(guān)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(huì)呈現(xiàn)剝落或氣泡的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況，則表明管道腐蝕危險(xiǎn)加大。最后得出結(jié)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(huán)氧重防腐涂料

涂料能夠當(dāng)成外部的涂層使用，同時(shí)，也能做面涂料使用，特別能夠在低溫固化過(guò)程中體現(xiàn)良好的性能，這種涂料能夠耐高溫、耐酸堿鹽，在實(shí)際使用中較為廣泛，主要應(yīng)用領(lǐng)域是高溫污水、原油和其他油品管道，通過(guò)防腐施工起到了良好的保護(hù)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(xiàn)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(zhì)侵入的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，涂層具有良好的耐介質(zhì)滲透力，同時(shí)，其在耐沖擊性和抗磨性上也有著更好的表現(xiàn)，在應(yīng)用中，被廣泛用在石油儲(chǔ)罐管道防腐和污水處理工作中。

（三）無(wú)溶劑環(huán)氧導(dǎo)電重防腐涂料

這種涂料能夠在惡劣環(huán)境下，更好地具有抗靜電積累和抗腐蝕功能，是一種無(wú)溶劑環(huán)氧導(dǎo)電重防腐涂層，也是一種半導(dǎo)體材料，但是在使用過(guò)程中，對(duì)建造技術(shù)要求極高，需要由專業(yè)人員進(jìn)行處理，才能達(dá)到理想的效果[3]。

四、原油儲(chǔ)罐的腐蝕

儲(chǔ)罐對(duì)油氣來(lái)講至關(guān)重要，能夠有效保證油氣的安全，做到長(zhǎng)期大量保存，但是其腐蝕也較多，總結(jié)為內(nèi)外兩方面。原油內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕的地方通常是儲(chǔ)罐底部、油層、頂部。罐頂和罐壁的問(wèn)題多發(fā)于頂蓋附近、四周、接焊位、金屬頂蓋構(gòu)件空隙，這些部位是最容易出現(xiàn)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(zhǎng)期腐蝕會(huì)導(dǎo)致壁厚減小，容易出現(xiàn)碎裂的情況，存在巨大的隱患。儲(chǔ)罐儲(chǔ)油區(qū)較為敏感，其與原油直接接觸會(huì)產(chǎn)生油膜，其腐蝕程度相對(duì)較低，長(zhǎng)期的均勻腐蝕不易出現(xiàn)較大的危險(xiǎn)。原油中水分過(guò)多往往會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐底部出現(xiàn)積水現(xiàn)象，長(zhǎng)期使用后，會(huì)出現(xiàn)大量積水污垢，慢慢形成點(diǎn)蝕和潰爛，這部分是最大的腐蝕，會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐安全產(chǎn)生威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，嚴(yán)重腐蝕會(huì)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?yàn)榭諝夂写罅葵}粒子，通過(guò)氯化物氧化生成有害物質(zhì)，對(duì)水分吸收越發(fā)強(qiáng)烈，如果大氣濕度增加，金屬表面就形成了水膜，引起電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，外壁腐蝕速度為0.2 mm/a。

五、管道及儲(chǔ)罐防腐涂料應(yīng)用

（一）無(wú)溶劑防腐涂層

無(wú)溶劑防腐涂料制作原理主要是無(wú)溶劑成膜樹(shù)脂、固化劑、防腐顏填料，是一種較為環(huán)保的有機(jī)涂料。涂料在揮發(fā)性、環(huán)保性和防腐性試驗(yàn)中，均有良好的表現(xiàn)，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試表明，這種涂料從技術(shù)層面看，性能較為穩(wěn)定耐用，完全滿足石油天然氣管道和儲(chǔ)罐各方面的保護(hù)，特別是對(duì)環(huán)境耐受性上非常穩(wěn)定。從耐酸、堿、鹽性能測(cè)試結(jié)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(wěn)定耐用，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，從實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景上看，也完全符合工業(yè)管道防腐涂裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因?yàn)闊o(wú)溶劑防腐涂層穩(wěn)定，不具備不良環(huán)境下的揮發(fā)，涂層所有成分均可成膜，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，是環(huán)境友好型涂料，在使用過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生因溶劑揮發(fā)不徹底引起孔洞現(xiàn)象。涂膜一段時(shí)間后，會(huì)慢慢干燥，此時(shí)涂層收縮率低，密度升高，涂層厚度200μm～300μm，施工時(shí)也非常簡(jiǎn)便，提高了工作整體效率，保證了工作時(shí)效性。EP-94 無(wú)溶劑環(huán)氧防腐涂料是新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，是近年來(lái)使用較為廣泛的涂料之一，在實(shí)際生產(chǎn)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(xué)和物理性能均非常穩(wěn)定，特別是能夠在污水、酸、堿等滲透能力較強(qiáng)部位上設(shè)計(jì)使用。EP-94 在石油管道和儲(chǔ)罐防腐中，對(duì)關(guān)鍵的部位防腐作用更好，保證了容器安全穩(wěn)定，對(duì)于高溫設(shè)備性能更加穩(wěn)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(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的中毒、火災(zāi)等隱患，保證了施工的安全可靠，避免出現(xiàn)危險(xiǎn)事故。無(wú)溶劑環(huán)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(jié)合度好、收縮小、工藝簡(jiǎn)單、涂膜總體損耗小、費(fèi)用低，有著廣泛的應(yīng)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(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在屏蔽作用好、緩蝕作用強(qiáng)、陰極保護(hù)穩(wěn)定，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，水溶性防腐蝕材料已經(jīng)得到了廣泛的使用，特別是在各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可和應(yīng)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(tǒng)常規(guī)有機(jī)溶劑的劣勢(shì)，對(duì)環(huán)境起到了良好的保護(hù)，不污染周邊的環(huán)境。從國(guó)外情況看，對(duì)水性防腐蝕涂料有一定的研究，在各個(gè)方面都有全新的突破，我國(guó)在這方面還有待提高，整體進(jìn)度相對(duì)較慢，特別是在惡劣的條件下，還沒(méi)有可應(yīng)對(duì)的辦法。隨著WJ-90 水性硅酸鋰富鋅涂料的出現(xiàn)，進(jìn)一步推動(dòng)了涂料的進(jìn)步與發(fā)展，整體耐熱性優(yōu)良，能夠耐400℃高溫，特別是能對(duì)有機(jī)溶劑起到更好的防護(hù)。薄膜表面電阻小于105Ω，避免了靜電的危害，滿足油管和儲(chǔ)罐對(duì)靜電涂層要求。WJ-90 涂層一般應(yīng)用到海上環(huán)境和高溫環(huán)境下。

（三）粉末防腐涂料

粉末防腐涂料對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，是一種非常安全、環(huán)保的防腐材料，能夠在無(wú)溶劑的情況下，通過(guò)涂厚產(chǎn)生一層防腐膜，然后再將噴濺涂層進(jìn)行回收。這種涂料完全符合石油管道和儲(chǔ)罐防腐標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)近年來(lái)的深入研究與創(chuàng)新，粘附性和柔性更加良好的環(huán)氧粉末涂層優(yōu)勢(shì)更加明顯，其使用壽命更長(zhǎng)，防腐性能更加穩(wěn)定，在石油和天然氣運(yùn)輸保存中，是使用最為廣泛的防腐涂層。通過(guò)多次試驗(yàn)與對(duì)比，環(huán)氧粉末涂料更加優(yōu)于其他涂料，在某些地區(qū)應(yīng)用十分成熟，更加適應(yīng)惡劣氣候條件，抗彎曲性能好，是當(dāng)前管道防腐最佳涂層選擇。通過(guò)技術(shù)人員的多方面改進(jìn)與提高，環(huán)氧涂料耐高溫性能更加良好，新型防腐蝕雙層環(huán)氧涂料也已經(jīng)面世。整體來(lái)看，環(huán)氧粉末涂料的力學(xué)性能更好、抗沖擊力更強(qiáng)、耐滲透能力更優(yōu)。從制作生產(chǎn)過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)，這種涂料制備過(guò)程中使用的樹(shù)脂分子量大，這就是其耐用性高于水溶性涂料的原因。無(wú)溶劑的基礎(chǔ)上，粉體涂層更加環(huán)保，有效保證了周邊的環(huán)境不受污染。涂料技術(shù)不良反應(yīng)較弱，固化時(shí)間短，保證了施工人員的健康，能夠多種涂料同時(shí)使用，保證了施工的效率，厚膜涂層流掛現(xiàn)象少，進(jìn)行流水線生產(chǎn)更加符合實(shí)際應(yīng)用條件。制備防腐涂料采用m（改性環(huán)氧樹(shù)脂）∶m（復(fù)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(chǔ)罐中的應(yīng)用策略

（一）涂料的配套性

為了保證效果，則需要在實(shí)際應(yīng)用中做好以下幾項(xiàng)工作：一是瀝青涂層修復(fù)。在施工過(guò)程中，如果是對(duì)石油瀝青涂層進(jìn)行補(bǔ)口和修補(bǔ)，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(yīng)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(huán)氧樹(shù)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(bǔ)和大修。要想達(dá)到良好的修復(fù)效果，則需要根據(jù)不同的材料性能做好適配，確保各材料銜接度，應(yīng)當(dāng)在常溫下使用玻璃鱗片涂料進(jìn)行修復(fù)，不能使用石油瀝青和聚氨酯冷涂料，保證修復(fù)的效果。三是修補(bǔ)和修補(bǔ)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(wěn)定，其導(dǎo)電性能更加良好，保證油氣的安全。四是容器內(nèi)部腐蝕作業(yè)。施工中需要使用防靜電涂料施工，包括酚醛環(huán)氧涂料、玻璃鱗片涂料、厚漿環(huán)氧重防腐涂料。

（二）注意事項(xiàng)

重防腐涂層是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的方法，對(duì)油氣的安全起到了重要的作用，使用時(shí)，一定要做好防護(hù)，避免出現(xiàn)不安全的問(wèn)題。使用厚涂管道和儲(chǔ)罐時(shí)要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：一是做好作業(yè)前的清理。對(duì)于新產(chǎn)品而言，其表面是有著嚴(yán)格噴砂工藝的，如果不符合ISOSa2.5 的標(biāo)準(zhǔn)，則需要使用電動(dòng)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(jìn)雜質(zhì)，為了保證整體效果，需要對(duì)涂料膜損壞和銹蝕部位做好二次除銹作業(yè)，對(duì)容易出現(xiàn)問(wèn)題的焊接和燒損部位要細(xì)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(yè)中的清潔。作業(yè)中的部位進(jìn)行表面清潔，這樣才能更好地發(fā)揮涂料性能，8h 以內(nèi)完成作業(yè)，涂覆時(shí)不斷做好各部位的檢查，通過(guò)人工與儀器相對(duì)倒的方式檢測(cè)，觀察涂料是不是在施工中出現(xiàn)了起皮的現(xiàn)象，涂料干透后做好粘附性、厚度、火花檢測(cè)。三是確保施工整體安全有效，在重防腐涂層作業(yè)時(shí)，因?yàn)橛行┪镔|(zhì)性能的不確定性，需要保證現(xiàn)場(chǎng)的安全，按安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，遵循政策法律法規(guī)規(guī)定的要求，正確施工，全面檢查，提高人員的整體安全素養(yǎng)，做好現(xiàn)場(chǎng)的培訓(xùn)，避免出現(xiàn)施工過(guò)程中吸入有毒有害氣體，給施工人員造成巨大的傷害。過(guò)程中需要使用安全防護(hù)品，周邊避免燃放煙花爆竹，過(guò)程中準(zhǔn)備泡沫滅火器或者二氧化碳滅火器，以備不時(shí)之需。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，油氣運(yùn)輸與保存關(guān)系到經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)的發(fā)展，需要對(duì)油氣管道進(jìn)行防護(hù)，避免出現(xiàn)安全責(zé)任事故。為實(shí)現(xiàn)良好的防腐蝕效果，需要對(duì)管道和儲(chǔ)罐進(jìn)行重涂裝，通過(guò)優(yōu)良防腐蝕涂層，保證管道的安全。要通過(guò)減少VOC 排放量全面提升環(huán)境，未來(lái)，我國(guó)對(duì)石油管道及儲(chǔ)罐防腐蝕涂層研究將會(huì)更加深入，不斷推動(dòng)國(guó)內(nèi)石油天然氣管道和儲(chǔ)罐防腐涂料進(jìn)步與發(fā)展，為我國(guó)耐腐蝕技術(shù)提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。