石油管道外防腐涂层技术及其影响因素
黄瑾1,2，陈君1,2，侯雯雯1,2，陈晓东1,2杨源波1,2
（1.陕西省石油化工研究设计院，西安710054；2.陕西省石油精细化学品重点实验室，西安 710054）
摘要：本文主要通过论述石油管道外防腐涂层技术及其影响涂层质量、效益、寿命因素，说明管道涂层外防腐的主要性。
关键词：石油管道；涂层；防腐蚀；技术；因素
Oil Pipeline External Corrosion Coating And Its InfluencingFactors
HUANG Jin1,2, CHEN Jun1,2,HOUWen-wen1,2, CHEN Xiao-dong1,2,YANG Yuan-bo1,2
(1.Shaanxi Provincial Research and Design Institute ofPetroleum and Chemical
Engineering,Xi’an710054,
Abstract: This paper mainly indicate the importance of anti-corrosiontreatment of oil pipeline externalcoating through discussesing the iol pipeline external ccorrosion technologyand the factor that influence coating quality, efficiency, longevity.
Keywords: oil pipeline;coating; anti-corrosion; technology; factor
目前，全球每年因腐蚀造成的经济损失是最为严峻的，据统计因为腐蚀造成的经济损失是1000亿美元，比其他灾害造成的经济损失严重的多。然而，在石油行业，因为腐蚀造成的损失更为严重。石油开发到了中后期，由于石油管道的数量不断增加，管道服役时间也越来越长，石油管道所运输介质的特殊性，石油管道服役的环境差，导致了石油管道腐蚀的严重性，加剧了管道腐蚀速度。据有关报道，全球由于管道腐蚀造成的经济损失及其严重，日本和德国经济损失约为33亿美元，中国约28亿美元，美国约22亿美元，英国约17亿美元。据美国国家输送安全局统计管道损害造成经济损失74%为腐蚀损害。所以，加强石油管道的防腐管理工作，提高防腐技术，对石油行业的发展至关重要，对经济发展和环境保护也不容忽视。针对不同类型的腐蚀情况和服役管道服役环境不同，采取不同的防腐蚀措施。目前，管道防腐方法主要为：合理的选用防腐蚀材料、腐蚀环境的控制、电化学保护、表面涂覆层保护以及合理的防腐蚀设计。其中，涂料涂层保护和缓蚀剂保护是最有效、最经济和最普遍的方法[1]。
目前，国内外在石油行业在管道涂层主要分为有机涂层和无机涂层，其使用也因现场的工况变化而变化[2]。涂层的防腐性能和使用寿命不仅取决于涂层本身的物理性质和化学性质，而且与金属基体的预处理、涂层与基体的附着强度、涂层与基体间的附着强度、涂层对水和离子的抗渗透能力及其服役环境等密切相关。
管道表面的处理、涂层的材料、涂层加工工艺（表面喷砂涂层、除锈、喷漆或烤漆、涂层厚度）、保护措施和现场施工不当导致涂层失效，严重影响设备运行，引发安全事故，造成巨大的经济损失甚至会导致人员死亡和严重的环境污染。
1管道防腐的作用
管道防腐作用是阻止管道发生电化学或者是化学反应而引起的腐蚀。
管道防腐就是为了减缓管道在内外介质的化学、电化学作用下或由于微生物的代谢活动而被侵蚀和变质的措施，其目的就是为了减缓腐蚀速度，延长管道的使用寿命，从而减少经济损失、减少安全事故和人员伤害、减轻环境污染，减少成本。
涂料对所形成的涂膜而言，是涂膜的“半成品”，涂料只有经过使用即施工到被涂物件表面形成膜后才可以表现出其作用。涂层的作用主要有：保护作用、装饰作用和特殊功能作用[2]。涂层防腐是最基本的管道防腐方法，是指用金属管道经过除锈工艺后，将其涂料均匀完整地涂敷在管道金属表面，使其与各种腐蚀介质隔绝，起到保护作用。随着管道服役环境的不同，滋生出不同功能的涂料。因此，复合材料和复合结构的涂层成为管道防腐的趋势。
2 石油管道涂层外防腐技术
2.1 传统外防腐技术
涂层防腐蚀主要是石油管道外壁的防腐涂层和内壁的减阻涂层[3]。我们主要介绍石油管道的外壁防腐涂层技术。
最初，20世纪50年代，石油管道的外防腐材料是石油沥青和煤焦油沥青，即最开始，石油管道外防腐技术就是运用石油沥青和煤焦油沥青，经过预制或现场施工涂敷于管道金属表面的一种防腐技术；20世纪60年代，研发不同功能的塑料防腐材料如：热塑涂层、黏胶带、粉末融合涂层等；20世纪70年代，由于石油管道服役环境恶劣，要求防腐涂层有了更高的要求，所以研发出各种复合材料或复合结构的涂层。陆续发展，形成了聚烯烃涂层、环氧粉末涂层、环氧树脂涂层等防腐技术。随着石油行业的发展，对涂层的要求也越来越高，由于这些技术有一定的使用限制，于是就诞生了一些新型的涂层技术。
2.2 3PE防腐技术
3PE防腐技术最早是在20世纪80年代德国，是结合三种不同材料的特性，这种结构主要是通过环氧树脂和活性基团之间的化学键相互结合，与钢基材形成了分子间力。三层结构为：底层为FBE，厚度：50~127微米，中间层是共聚物胶，厚度：200微米，最外层是聚乙烯，厚度：3毫米。这一结构就充分利用了FBE的性质（强黏粘性、抗氧化性和耐腐蚀性）和聚乙烯性质（耐阴极剥离性及高密度聚乙烯的电绝缘、抗潮气、抗蠕变性能及抗机械损伤），可以使内层与外层之间的保护层粘接在一起，使三层可以粘接形成一个整体[4]，完美的结合在一起，发挥其最大的防腐蚀效果。
2.3 液体聚氨酯防腐技术
我国现在使用在弯头或者补口的新型材料主要是固体的聚脲防腐材料与聚氨酯防腐材料。液体聚氨酯涂料，是一种双组分结构的物料，其组分为：多元醇化合物和异氰酸酯溶液。液体聚氨酯防腐技术主要应用于气田和城市管网以及涂抹复杂的管件、埋地阀门、弯头或者补口等。液体聚氨酯防腐技术的优点是：液体聚氨酯无溶剂，施工方便，防腐层质量好，可以采用喷涂或者刷涂的方式，根据不同需要，可以现场涂或工厂预制，并且涂层的附着力强、耐阴极剥离性能好、耐机械能力好、适用于各种服役环境、以及成本低。所以，目前已经成为国内外管道外防腐技术的发展趋势。
2.3 纳米涂层技术
纳米涂层是一种新型技术，防腐所涉及的表面材料性质是由材料的微观结构决定的，所以，纳米材料在防腐领域的一种新的突破。将新型的纳米技术引入热喷涂领域，采用热喷涂工艺，在材料表面形成纳米涂层。美国Rutgers大学和美国海军研究室共同开发了一种制备纳米WC/Co粉的专利技术，即喷射转换工艺。这种纳米级WC/Co晶体的粉末比普通的WC/Co粉末力学性能、耐破裂和耐磨耗性好很多，并且它的硬度提高了1倍[5]。纳米级涂层的综合性质高，特别是提高了涂层的机械强度、硬度，热稳定，表面强化效果，延长石油管道服役寿命，减少因磨损造成材料浪费。纳米涂层技术石油管道外防腐技术发展的新趋势。
3 影响涂层防腐性能和寿命的因素
3.1 涂层自身的组成和结构
对涂层的要求大致有三方面的要求：工艺性能好、涂层操作简单容易掌握、容易调节、类型多样；经济成本低即“成本/功能”较低；环境友好型即节约资源、减少污染、使用可回用或可再生的产品[６]。
涂层工艺性能的好坏与涂层自身组成和结构有密切的关系，涂层自身组成与结构，从涂层的粘度、流动性、固化时间、附着力等性能体现。由于管道施工服役环境不同，对管道外涂层要求也不同。根据不同管道服役要求，涂层也有具体的要求。如要求管道防腐导热性能良好，涂层除基本性能以外，还要求防腐性能好，导热性好；管道服役环境要求防静电，要求涂层除基本性能好以外，还要求涂层的防静电性能好。所以，我们在选择涂层时，一定要选择与管道实际服役环境相符的涂层，选择相符涂层之后，就要求选择质量优，成本低，无污染绿色环保型涂层。
3.2 涂层与金属基体的预处理
涂层与金属基体的预处理主要分为两个方面：喷砂除锈和喷漆，而喷砂除锈更为关键。喷砂除锈既除去钢管表面的锈蚀层、旧漆层和其他污物，又能使钢管表面形成均匀的小麻点，这样可以提高涂层和金属间的附着力，提高涂层的防腐效果和使用寿命。在喷砂除锈过程中，选择不同颗粒大小的石英砂或者选择石英砂与钢珠按照一定比例混合进行喷砂，这样的效果会更好。按照施工管道要求对喷砂除锈的要求是不同的，根据《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923-88）
对喷砂除锈效果进行确定。喷漆之前，应确保管道的清洁，这样可以使涂层与金属基体间附着强度增大。根据不同要求，喷漆的厚度及漆膜表面均匀也随之变化。
3.3 涂层与基体间的附着强度
目前，涂层与金属基体之间的结合力主要采用涂层电容表征[6]。Grundmeier等[7]认为维持界面粘接力是影响涂层保护的主要因素。根据电化学阻抗谱（EIS）来判断涂层的粘接力有一定的局限性，但是，可以确定涂层电容与涂层服役粘接力之间具有对应（正比）关系，涂层电容越小、粘接力越强、剥离越小。
3.4涂层对水和离子的抗渗透能力及其服役环境
涂层对水和离子的抗渗透能力也是影响涂层质量因素之一。浸泡在介质中的有机涂层在吸水过程中的变化发生在涂层∕金属界面粘接力丧失、电化学反应、涂层本身对离子传输阻力的下降之前[8]。涂层失效的开始是涂层对水和离子的抗渗透差，就会诱导氧和其他腐蚀质的渗透，导致这些腐蚀质达到涂层/金属界面速度快，引发涂层下腐蚀。所以涂层对水和离子的抗渗透能力越强，涂层的寿命就越长，服役管道的寿命也就越长。
结论：目前，随着石油行业的发展，服役管道数量和服役年限不断增加，石油管道的腐蚀状况越来越严重。所以，石油管道的防腐涂层技术也越来越重要，防腐涂层也要不断更新，研究影响涂层质量和效益尤为重要。根据石油管道服役环境、土壤环境和自然环境不同，选择合理的防腐涂层、结合不同的防腐技术，能够很好的降低服役石油管道的腐蚀速度，提到石油管道的使用寿命。
参考文献：
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［7］G. Grundmcicr, W.Schmidt,M. Stratmann, Corrosion protection by organic
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EIcctrochimica Acta, 45(2000) 2515-2533
［8］F. Deflorian, L. Fedrizzi,P. L. Bonora, Influence of the photo-oxidative degradation on the water barrierand corrosion protection properties of polyester
paints, Corrosion Science, 38(1996) 1697-1708
详情见《现代涂料与涂装》2016年第7期
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