环氧粉末涂料在石油管道防腐中的应用

环氧粉末涂料在石油管道防腐中的应用

作者：张健

来源：《中国科技博览》2013年第19期

【摘要】：目前我国石油油气管道总里程已突破万千米，管道建设达到国际水平，但近年在对现役管道的检测中发现，管体腐蚀现象比较普遍，管道防腐质量成为制约管道运行的关键因素，本文章通过防腐涂料的介绍，重点讨论了环氧粉末涂料在石油管理防腐中的应用。 【关键词】：防腐涂料漆 环氧粉末防腐

油气管道的建设已有100多年的历史，管道运输是水、石油、气体等流体介质有效的传输方法，但一直受腐蚀问题困扰，防止管道腐蚀问题便成为—个世界性的难题，因此如何提高防腐技术，减少因腐蚀造成的经济损失是防腐界的一个长久课题。 一、防腐涂料的市场现状、应用范围

当前，建设节约型社会的话题已被大家所熟知，开发更有效、环境友好的高性能防腐涂料已势在必行，随着防腐技术的成熟，防腐涂料也必将得到进一步发展。据统计，全世界每年因腐蚀造成的经济损失约为7000亿美元，约是地震、水灾、台风等自然灾害造成经济损失总和的6倍，占各国国民生产总值（GNP）的2%～4%。工业发达的国家中美国、日本、加拿大等国公布的报告显示，每年仅因腐蚀所造成的直接经济损失就大约占了国民经济总产值（GDP）的1%～4%，腐蚀生锈的钢铁约占钢铁年产量20%，每年约30%的设备因腐蚀而报废。腐蚀问题突出的苛刻环境和不便于短期维修的工业部门是重防腐涂料主要应用范围，应用领域有以下五个方面：①现代交通运输：高速公路护栏、桥梁、船艇、集装箱、火车及铁道设施、汽车、机场设施；②新兴海洋工程：海上设施、海岸及海湾构造物、海上石油钻井平台；③市政设施：煤气管道及其设施（如煤气柜）、天然气管道、饮水设施、垃圾处理设备等。④能源工业：水工设备、水罐、气罐、石油精制设备、石油贮存设备（油管、油罐）、输变电设备、核电、煤矿；⑤大型工业企业：造纸设备、医药设备、食品化工设备、金属容器内外壁、化工、钢铁、石化厂的管道、贮槽、矿山冶炼、水泥厂设备、有腐蚀介质的地面、墙壁、水泥构件。 二、管道防腐涂料的主要类型

管道防腐涂料分为管道主题防腐材料，以及其相应的补口材料。主体防腐主要有石油沥青、环氧煤沥青、粘胶带、环氧粉末、PE涂层，PP涂层。另：国内应用较多的钢质管道防腐层有石油沥青、PE夹克及PE泡沫夹克、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、环氧粉末和三层复合结构等，目前推广应用最广的两种管道防腐方式为三层PE复合结构和单层粉末环氧。 石油沥青，原料广泛，价格低。但劳动条件差，质量难以保证，环境污染严重。

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环氧煤沥青，操作简便，但覆盖层固化时间长，受环境影响大，不适于野外作业，10℃以下难以施工。

冷缠带防腐，操作简便，但粘接力略差，防水性能低，强度低，受环境影响大。 环氧粉末防腐，采用静电喷涂方式，与同种材料防腐的管体熔结好，粘接力强，但环氧粉末防水性较差（吸水率较高，达到0.83%），给阴极保护设计带来一定的困难。现场器具要求高，操作难度大，质量不易控制。

3PE热缩材料，管道防腐密封性强，机械强度高，防水性强，质量稳定，施工方便，适用性好，不污染环境。PE吸水率低（低于0.01%），同时具备环氧强度高，PE吸水性低和热熔胶柔软性好等，有很高的防腐可靠性，缺点是：与其它补口材料成本相比，费用高。 冷缠带和3PE热缩带的特点是：适用各种材料主体防腐层管道，而其他方式适用于相同或接近材料的主体防腐层管道。

三、环氧粉末涂料在石油管道中的应用

世界各国的工业发展导致对石油的需求量越来越大，对石油工业的依赖性也越来越强，而石油工业的发展离不开油田开采全过程中的各种设施的配套。随着石油工业的快速发展，人们对石油勘探、钻采、集输和注水等工艺过程的认识越来越清楚，油管等在石油勘探开发中发挥的作用也越来越大。尤其是随着油气勘探开发地域的扩展，所开采油气层位置越来越深、地质条件愈趋复杂、难度越来越大，为保证尽可能高效地进行石油钻采和提高原油采收率，从钻井、固井、压裂酸化，到最后采出油、气的各个环节，都必须采取有效的防腐措施以保证作业的顺利进行。通过注水井向油层注水，是大多数油田目前用来保持油层压力并延长采油期，提高油田开发速度和石油采收率的一项措施。在原油开采过程中，原油中含有的各种腐蚀性介质和油田井下油管由于经受注水及增注、调配等环节影响，会造成井下注水油管的严重腐蚀。腐蚀不但消耗了大量高品质的无缝钢管，而且铁锈与水一起注入油层，还会破坏油层结构，影响油井质量，严重时会造成注水油管的管壁由于严重腐蚀而穿孔，使整个油井报废。注水井管柱腐蚀将直接影响油田的原油生产，严重的管柱腐蚀在几个月内即造成管柱失效，如果防腐得当，将挽回非常可观的腐蚀损失，因此油管的有效防腐是油田的一项重要工作。 1、环氧粉末涂料防腐特点

环氧粉末涂料，又称熔结环氧粉末，国外简称FBE，近来在油田中渐渐地得到广泛的应用，其施工一次成膜，防腐效果好，还有利于保护环境。熔结环氧粉末涂料与其他防腐油管相比具有以下优点：（1）涂层的机械强度大，具有优良的柔韧性和抗冲击性；（2）环氧粉末防腐层与管体结合力极强，可靠性高，不会成片脱落，不污染底层，涂层只在介质流动中缓慢磨损，使用寿命长；（3）物理机械性能优良，化学稳定性强，电气绝缘性能良好；（4）涂层无

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毒，不污染环境；（5）表面平整光滑，可抑制管内结垢，提高介质输送能力；（6）采用独特的技术，确保整个油管液流通道的耐腐蚀能力。 2、熔结环氧粉末涂料的分类

（1）按用途可分为管道内喷涂用粉、管道外喷涂用粉、石油钻管用粉，以及三层结构防腐用粉。

（2）固化条件可分为：快速固化、普通固化两种类型，快速固化粉末一般在230℃，0.5～2min内固化，用于管道外喷涂或三层防腐结构。由于固化时间短，生产效率高，适合流水线作业。普通固化粉末固化条件一般在230℃，3min以上，由于固化时间长，涂层流平好，适用于管道内喷涂。

3、环氧粉末涂料的防腐机理

（1）它的结构中含有高极性和活性的环氧基，能与金属表面形成化学键且有很强的附着力，固化剂采用胺类和酚类物质，属于加成固化反应，没有小分子挥发物放出，不会形成针孔而影响涂膜防腐性，这对防腐涂料是非常重要的。

（2）环氧树脂是酚醛改性环氧，能与环氧树脂很好溶合，并有很好的颜填料润湿性，具有良好的物理及化学性能，适合长输管线的防腐。

（3）环氧粉末涂层固化后不会生成酯键，所以不会产生逆反应而降低防腐效果。 （4）涂料一般应加入不同种类的助剂，以调整加热熔化时的流变学性能、胶化时间，消除膜内及界面气泡，并提供良好的耐水性。

（5）防腐粉末涂料与普通装饰型粉末涂料相比加工工艺复杂，生产条件要求严格，而且粉末涂料要经过表面处理，这样可以防止粉末堵枪、拉丝、结块等现象而不至影响粉末的施工性和贮存性。

中国熔结环氧粉末技术起步较晚，20世纪90年代才开始引进和消化国外先进的环氧粉末及工艺设备等技术。近几年国内才生产环氧粉末涂料，并在国家许多重点工程上得到应用，取得了明显的经济效益和社会效益，特别是在“西气东输”工程中的应用使国内熔结环氧粉有了长足的发展。