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分析熔结环氧粉末防腐技术在油田管道上的应用

时间:2017-05-24 17:09   作者:兴松钢管 点击:
        石油、天然气埋地管道防腐层的破损、剥离和老化等,会造成管道的腐蚀、穿孔、泄露,给油田企业带来严重的财产损失,给公众和环境带来危害。国内长输管道的外防腐早期采用石油沥青、煤焦油瓷漆及溶剂型环氧煤沥青。由于国家对环境污染及员工健康的不断重视,目前石油沥青、煤焦油瓷漆或环氧煤沥青防腐方式已被外涂单层熔结环氧粉末(FBE)和聚乙烯三层复合结构(3PE)防腐所取代。由于FBE 和3PE 具有较好的防腐性能和较强的抗机械损伤能力,在国内油田企业得到广泛应用。鉴于部分油田企业单井集输管线建设中,常用的⌀48mm×3.5mm 钢管一直采用环氧煤沥青及聚乙烯胶粘带2 种防腐形式,目前可在一些试点工程中采用单层熔结环氧粉末静电外喷涂防腐技术作为尝试,以提高钢质管道的防腐性能,延长其使用寿命。为此,笔者介绍了单层熔结环氧粉末静电外喷涂防腐技术及其优越性。
 
1.熔结环氧粉末涂料的组成及国内外应用情况
 
        熔结环氧粉末涂料是一种固体的,多成份树脂体系,以单组份形式出现。该环氧粉末涂料由改性环氧树脂、固化剂、颜料、固化促化剂、流动调节剂等组成。它是由环氧树脂或酚醛环氧等作为成膜物质,成膜物分子中的环氧键、醚键、羟基和羰基等,可以与钢铁的金属键产生化学键结合及强有力的范德华力结合,因此,环氧粉末通过高温熔结到钢管表面经固化、流平形成一层坚硬密实的涂膜,从而达到防腐的目的。
 
        环氧粉末作为一种新型的管道防腐材料,具有良好的物理化学性能和较宽的温度适用范围。熔结环氧粉末涂层在钢质管道上的应用,国外已有三十多年的历史。在美国、英国、意大利、法国、加拿大等发达国家,环氧粉末在管道上的用量已超过其他材料,居首要地位。它与传统的手工涂敷环氧煤沥青涂层相比,环氧粉末喷涂是以粉末形态喷涂熔融成膜,其生产线全部自动化,无毒、无污染,固化速度快,近年来,我国已在数条长输管道,包括北京的天然气管线、陕气进津输气管道子牙河穿越工程及新疆克拉玛依油田的产能建设及管网改造工程中,以及在库鄯线、黄河穿越段等均广泛采用了单层熔结环氧粉末静电喷涂防腐技术。
 
2.熔结环氧粉末涂层适用范围及优点
 
        熔结环氧粉末涂层适用于输送原油、成品油、天然气、给排水等各种工业、民用钢质管道的单层外防腐。具有耐酸、耐碱、耐盐、耐化学腐蚀,而且具有较强的耐候性、附着力、抗阴极剥离能力、抗弯曲性能及抗冲击性能等特点;同时,也具有涂层致密、空隙率极低、不易形成漏点、渗透性极低、防腐效果强、使用寿命长、无毒、无污染、生产过程自动化和劳动安全状况良好等诸多优点。
 
3..熔结环氧粉末静电喷涂防腐的涂装原理及显著特点
 
3.1 涂装原理及生产能力
        环氧粉末喷涂作业线采用了高压静电发生器使粉末涂料带上电荷吸附在钢质管道壁上,为使涂层均匀,作业线采用一系列旋转的斜轮来带动金属管纵向旋转移动;管道通过作业线上安装的一组电感应中频加热线圈加热,并将温度控制在一定范围内;在杆式喷枪上带有喷嘴和输入高压静电粉末喷涂装置,待金属管从一端移动到另一端喷枪处时,通过感应线圈加热静电喷枪喷涂,从而使管壁上的树脂粉末热熔固化,并产生交联化学反应,形成一层均匀、平整、光亮的涂层,使钢质管道达到防腐目的,整个过程实现了自动化控制,生产效率显著提高。
 
3.2 显著特点
        经交联化学反应固化后的粉末涂层在使用中不会因温度升高而重新软化。因而其防腐性能及耐化学腐蚀性能优良,电绝缘性好,管道使用寿命远大于溶剂性涂料,长期使用效益显著。
 
4.熔结环氧粉末防腐与环氧煤沥青及聚乙烯胶粘带防腐优缺点对比
 
(1)固化快,一次喷涂成型,涂膜厚度大,连续喷涂不流淌。熔结环氧粉末喷涂采用自动化流水线连续作业,一次喷涂涂膜厚度可达400μm 以上,固化快,        连续喷涂不流淌。一次涂敷即达到厚度要求,克服以往多层涂敷的缺点。而环氧煤沥青防腐涂料须分多道涂敷,每道涂敷固化慢,易挂流,不能连续涂敷作业。
 
(2)100%固体含量,符合环保要求。熔结环氧粉末是100%固体涂料,涂敷过程无毒、无污染,符合环保要求,尤其适合钢质管道连续喷涂的施工。涂敷后涂层致密、无接缝,耐介质性能十分突出,可耐受水、酸、碱、盐、油等介质的侵蚀,用途广泛。而环氧煤沥青防腐涂料内含有有机溶剂,对人体有害、污染环境,溶剂挥发产生的针孔会造成腐蚀介质的渗入,腐蚀管体。
 
(3)附着力强,长期使用不起泡、不脱落、不空鼓。因在进行熔结环氧粉末喷涂前,必须对钢管先进行抛丸除锈,清除钢表面的氧化皮、锈蚀、油脂和污垢,并在钢表面形成适宜的粗糙度40~100μm,再通过对钢管进行加热200℃,促进熔结环氧粉末防腐层与钢管表面间涂料分子与金属表面极性基团的相互引力作用,使之充分熔融,同时进一步强化它们之间因钢管表面粗糙度带来的机械咬合作用,从而显著增大熔结环氧粉末防腐层与钢管表面的附着力(1~3 级),长期使用不起泡、不脱落、不空鼓。同时,熔结环氧粉末防腐层耐紫外光老化,在户外长期使用不粉化、不开裂。而环氧煤沥青及聚乙烯胶粘带防腐层往往韧性不足,在热应力或冲击作用下极易开裂,过早地开裂可能导致对底材的腐蚀,修补及保养费用增加。
 
(4)室内作业,施工时不受风沙、雨雪天气影响,质量有保证。熔结环氧粉末防腐层涂敷为室内无尘流水线作业,施工时不受风沙、雨雪天气的影响。而环氧煤沥青及聚乙烯胶粘带防腐的涂敷必须采用多道涂敷,手工操作,施工环境条件差,受天气影响大,劳动强度大,施工周期长,效率低,防腐质量不易保证。
 
(5)使用温度范围宽,可在-30℃~100℃下长期使用。经过熔结环氧粉末涂敷后的钢质管道能够经受住极端的气候条件和苛刻的机械应力作用,可用于埋地管道或水下管道设施,能够长期在-30℃~100℃的环境下使用,适合于各种类型的土壤、永久冻土、煤矿边界、沙漠、河流、湖泊等应用环境。而外壁进行聚乙烯胶粘带防腐的钢管仅适用于-30℃~70℃的环境,且环氧煤沥青防腐层吸水率大、耐温差、易老化、耐细菌差、易被芦苇等植物根系破坏。因此,熔结环氧粉末涂敷后的钢质管道的适用范围远远优于环氧煤沥青及聚乙烯胶粘带防腐的钢管。
 
(6)电气强度高、体积电阻率大、电绝缘性好。熔结环氧粉末涂层的电气强度最低为30MV/m,远远大于环氧煤沥青防腐层20MV/m 的电气强度值;其体积电阻率最低为1×1013Ω·m,是聚乙烯胶粘带防腐层体积电阻率1×1012Ω·m 的10 倍,是环氧煤沥青防腐层体积电阻率1×1010Ω·m 的1000 倍,因而,熔结环氧粉末涂层的电绝缘性好,绝缘电阻高、抗杂散电流性好、施工方便。涂层的化学稳定性优异,有极高的抗土壤腐蚀能力,耐土壤应力和抗阴极剥离性能好,阴极保护一次投资及运行成本低。据有关资料记载,因熔结环氧粉末涂层阴极保护电流低,相应地可以降低50%以上的阴极防护费用。而环氧煤沥青及聚乙烯胶粘带防腐层缺点是粘结和防腐性能较差,抗土壤应力能力差,易于因粘结差和电阻值很高而产生阴极保护屏蔽。
 
(7)抗冲击、抗弯曲性能好,防腐层不易被损坏。生产实践证明,环氧煤沥青防腐层尽管已达到实干或固化,但其抗冲击性仍很差,因而不耐磕碰,在储存、搬运过程中极易损坏,装卸、运输、施工过程中必须切实加以保护。聚乙烯胶粘带防腐层也是如此。而熔结环氧粉末防腐层却在-30℃的环境下抗1.5J 冲击后表面经电火花检测无漏点;在±3℃环境下抗2.5°弯曲试验后,涂层表面无裂纹,因而熔结环氧粉末防腐层在装卸、运输、施工过程中,能承受一定程度的磕碰,不易损坏。
 
(8)涂层密实、无漏点。钢质管道埋地后会受到来自环境的腐蚀和破坏,通常采用管道外涂防腐层和阴极保护的方法对管道进行防护。阴极保护是通过降低腐蚀电位,即当埋地钢质管道裸露遭到腐蚀时,腐蚀电子首先由阴极保护电流提供而不是钢管的铁,这样就达到了电化学保护的目的。当埋地钢质管道外防腐层千疮百孔时,阴极保护将不能发挥作用,甚至还会起到负作用。因而环氧煤沥青和聚乙烯胶粘带防腐层由于抗冲击性能差,易发生破损,从而易使得管线阴极保护不能发挥作用,造成管道易发生腐蚀,影响管道使用寿命。而熔结环氧粉末喷涂作业是在连续传动的专用作业线上进行的,所形成的涂层均匀、光亮、平整、密实、空隙率极低,不易形成漏点,多年生产实践证明,采用电火花检漏仪对涂层逐根进行漏点检测(5V/μm)合格率100%。另外,因其附着力、抗冲击及抗弯曲能力强,正常装卸、搬运,防腐层不易被破坏,因而使得阴极保护能充分发挥作用,延长管道使用寿命。
 
(9)耐候性强。因环氧煤沥青防腐管长期露天堆放并受阳光曝晒时,防腐层内所含的蒽、萘类组分会升华而产生针孔,导致漏点检查不合格,所以标准规定,环氧煤沥青防腐管不宜受阳光曝晒,露天堆放时间不宜超过3 个月。另外,聚乙烯胶粘带防腐层露天存放会造成日光老化、人为破坏等不可预见的损伤,温度过高,胶层还可能会发生蠕动,破坏粘接力,故标准规定聚乙烯胶粘带防腐管露天存放时间不宜超过3 个月。
 
        而熔结环氧粉末防腐层因其具有较好的耐候性,SY/T0315-2005《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》中规定,钢质管道外涂单层熔结环氧粉末防腐成品管露天堆放时间不宜超过6 个月,超过6 个月应采用不透明遮盖物覆盖。所以,由此可见,钢质管道外涂单层熔结环氧粉末防腐层的耐候性比环氧煤沥青和聚乙烯胶粘带防腐层更强。
 
        2010 年4 月6 日,由西北油田分公司工程监督中心见证取样,准东防腐厂将试制出的⌀48mm×3.5mm 单层熔结环氧粉末外喷涂防腐管成品试件寄往廊坊,委托中国石油天然气股份有限公司管道分公司管道科技研究中心试验测试技术所,对该防腐结构按照SY/T0315-2005《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》规定的检验项目进行型式检验,检验结果完全符合标准要求。
 
        正是因为熔结环氧粉末防腐层有着上述环氧煤沥青和聚乙烯胶粘带防腐层所无法比拟的优点,在目前油田企业单井集输管线防腐中,采用熔结环氧粉末喷涂防腐来替代目前较为落后的环氧煤沥青和聚乙烯胶粘带防腐技术将会得以推广和普及,以提高管道外防腐层性能及延长管道的使用寿命,减少管网维护费用。
 
5.结束语
        正是因为熔结环氧粉末防腐层有着上述环氧煤沥青和聚乙烯胶粘带防腐层所无法比拟的优点,在目前油田企业单井集输管线防腐中,采用熔结环氧粉末喷涂防腐来替代目前较为落后的环氧煤沥青和聚乙烯胶粘带防腐技术将会得以推广和普及,以提高管道外防腐层性能及延长管道的使用寿命,减少管网维护费用。
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