重防腐环氧粉末涂料在西部管道工程中的应用.pdf

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1、【收稿日期】2006 - 04 - 17【作者简介】吴希革(1966) ,男,大庆开发区庆鲁精细化工有限公司总工程师(兼研究所所长) ,主要从事合成树脂、高分子材料、热熔胶及涂料的研究。重防腐环氧粉末涂料在西部管道工程中的应用吴 希 革(大庆开发区庆鲁精细化工有限公司,黑龙江 大庆163316)摘 要:西部原油、成品油管道工程涉及的范围很宽,地形复杂、气候多样。通过对腐蚀与防护问题的研究,采用目前较先进的防护涂层,即单层重防腐环氧粉末涂料及重防腐环氧粉末涂料作为底层的三层防腐结构相结合,最大限度地保护管道,阻缓管道腐蚀,通过对各种防护对策比较着重阐述防腐环氧粉末涂料制造,三层PE熔结环氧粉末涂

2、料结构的特点及工艺。关键词:环氧树脂;粉末涂料;重防腐;管道工程中图分类号: TQ32315 文献标识码: A 文章编号: 1002 - 7432(2006)增刊- 0012 - 04Application of heavy2duty2anti2corrosive powder coatingin pipe laying engineering in the west of ChinaWU Xi2ge( Daqing Qinglu Fine Chemicals Company Limited ,Daqing163316,China)Abstract : Some problem childre

3、n of the crude oil and/or finished product oil pipe laying engineering in the westof China were that the all materials might the needs of different environment that was vast in territory and hada varied topography and climate.The laying pipe was corrosion2inhibited and protected maxium limitly using

4、advanced anti2corrosion epoxy powder coating , such as one layer , double layers and trilayers heavy2duty anti2corrosive coating through studying on corrosion and protection of pipe. Some anti2corrosion methods were com2pared and the manufacture of heavy2duty andi2corrosive epoxy powder coating and

5、its application process was alsointroduced.Key words : epoxy powder coating; heavy2duty anti2corrosion ; pipe laying engineering0 引 言 由中国石油集团投资的西部管道工程,全长近4 000 km的西部原油、成品油管道工程,由成品油和原油两条管道构成,是我国实施西部大开发战 略的又一项标志性工程。输油管道西起新疆乌鲁木 齐市,途径新疆、甘肃两省区的28个市(县) ,终 点为兰州市。一期工程建设两条干线、7条支线, 其中输送原油的管道长约1 878 km ,干线设计年输

6、量2 000万t ,成品油管道总计新建1 930 km , 干线设计年输量为1 000万t。该工程总投资约146 亿元,是我国目前设计输量最大、距离最长、压力 最大、水平最高的输油管道之一。本文主要介绍重防腐熔结环氧粉末性能和涂装工艺及在西部原油、成品油管道工程的应用情况。1 各种防腐材料在管道防腐上的应用比较自1865年美国在宾夕法尼亚州建设了第一条9km长的输油管道以来,国外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一个世界性的难题。因管道腐蚀中国每年经济损失高达数百亿元人民币。在工业发达国家,每年因管

7、道腐蚀造成的经济损失约占国民总产值的3 %左右。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。管道的使用寿命在很大程度上取决于钢管的防腐方法,采用良好的涂敷材料和涂敷方法可以使管道使用寿命达到几十年或更长。上世纪50年代以前,防腐涂层采用的材料主要是煤焦油瓷漆等材料21热 固 性 树 脂 Thermosetting Resin第21卷 增刊 Vol121 Suppl.2006年8月 Aug. 2006使管道得到较好的保护,但这些材料也存在很多缺 点,使用范围受到一定的限制,直到50年代末, 重防腐熔结粉末涂料的推出才使管道防护技术产生 了一个飞跃,表1是美国一家油气运输

8、公司根据几十年的经验对几种防腐材料的评价和对比,由此可 以看出熔结粉末涂料无论从技术角度还是经济角度 都是其他材料不可比拟的。表1 各种防腐涂层材料的技术、经济对比表涂层类型优 点缺 点适用范围包覆层厚度/ mm使用寿命/ a石油沥青11 材料易得21 技术成熟,设备简单11 易受微生物腐蚀21 易溶于烃类溶剂31 力学性能差,低温脆化,高温软化沥青资源易得地区68沥青+玻璃布1520环氧煤焦油瓷漆11 机械强度高21 耐腐蚀能力较好31 施工安全11 固化时间长21 环境污染重地下及海底管线46一布三漆2025塑料胶粘带11 耐低温性好21 机械强度好31 绝缘电阻高11 能耗高21 材料费

9、用高31 耐高温性差地势宽阔土质干燥地区1131183040熔结环氧粉末涂层11 耐腐蚀性能好21 力学性能好31 抗阴极剥离强11 表面处理严格21 耐候性差31 吸水率偏高埋地管道海底管道0130154050线形聚乙烯粉末涂层11 耐腐蚀性能好21 耐候性好31 抗机械破坏能力强11 施工设备要求严格21 附着力比环氧粉末差露天管道异形管道弯头等1340502 重防腐环氧粉末涂料 重防腐环氧粉末涂料,又称熔结环氧粉末,国 外简称FBE ,最早开发于20世纪50年代, 60年 代实现了工业化生产, 40多年来经过不断的发展完善,这项技术已经走向成熟。迄今为止,已有10万km以上的管道使用了熔

10、结环氧粉末,铺设于 世界各地 从陆地到海洋,从平原到山地,河 流、湖泊,从西伯利亚草原到非洲沙漠,从美洲大陆到中东海湾,都有熔结环氧粉末的应用实例。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。近几年国内才生产重防腐系列环氧粉末涂料,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重防腐粉末涂料有了长足的发展。211 重防腐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

11、速固化粉末一般在230, 0152 min 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, 3 min以上,由于固化时间长,涂层流平好,适用于管道内喷涂。212 单层、三层PE熔结环氧粉末涂料组成 单层三层PE熔结环氧粉末涂料一般是由合成 树脂、 固化剂(热固性粉末涂料中)、 颜料、 填料和助剂等几种原料组成。因此选择好这些原料是很重要的。213 单层、三层PE熔结环氧粉末涂料制造过程 及性能21311 单层、三层PE熔结环氧粉末涂料制造过程 单层、三层PE熔结环氧粉末涂料的制备是先将合成树脂与固化剂、固化促进剂、流平剂

12、、颜 料、填料、疏松流动剂、消泡剂等按配方用量混 合,经熔融混炼挤出、冷却、压片、破碎、磨粉制成产品1。1)上述各组分按配方比例计量混合在一起, 在高速混炼机上预混37 min。2)将上述混合物使用双螺杆挤出机,在长径比 为151 ,转速为300 r/ min ,挤出温度为90110 的条件下熔融混炼挤出,然后冷却、压片、破碎。3)将破碎料片投入ACM磨细,粒径分布符 合指标要求即为防腐熔结环氧粉末涂料。21312 单层、三层PE熔结环氧粉末涂料性能 粉末性能要求见表2。涂层物理性能见表3。 耐化学性能(GB/ T 1733 - 1993) ,见表4。耐溶剂 性(GB/ T 1773 - 19

13、93)见表5。31增刊吴希革:重防腐环氧粉末涂料在西部管道工程中的应用表2 单层、双层、三层PE熔结环氧粉末涂料配方名 称规 格产 地单层三层双酚A型环氧树脂CYD - 01401100112 eq/ 100 g巴陵石油化工公司6085线形三环氧合成树脂Amanda11680111701125 mol/ 100 g大庆庆鲁公司4015专用固化剂Amanda969羟基值01380160 mol/ 100 g大庆庆鲁公司2220金红石型钛白粉Z215辛集652 -甲基咪唑医 用武 汉01850165填 料4045颜 料适量适量GLP - 503流平剂奉化4315安息香奉化014014表3 粉末涂料

14、物理性能项 目单层熔结环氧粉末三层PE熔结环氧粉末检验标准外 观平整光滑、允许有轻度桔皮 光 泽 厚度/m3505080抗冲击115J无针孔( - 303) SY/ T 03152005抗弯曲3 弯曲无裂纹( - 303) SY/ T 03152005附着力(撬剥法) 13级(撬剥法)2级SY/ T 03152005阴极剥离/ mm(24h或48h)8、(28d)10(65, 48h)8SY/ T 03152005介电强度/ (MVm- 1)30 GB/ T 1408111999体积电阻率/ (m)1101013 GB/ T 14102006耐磨性(落砂法)3 L/m SY/ T0315200

15、5盐雾试验 断面孔隙率14级 SY/ T03152005粘结面孔隙率14级 SY/ T03152005抗划伤划伤深度/m 表4 粉末涂料的耐化学品性能项 目单层熔结环氧粉末三层PE熔结环氧粉末10 % H2SO4浸泡90 d无变化 10 % HCl浸泡90 d无变化 315 % NaCl浸泡 10 % NaOH浸泡90 d无变化 10 % NaCl浸泡90 d无变化 耐溶剂性(GB/ T17331993) ,见表5。表5 粉末涂料的耐溶剂性项 目单层熔结环氧粉末三层PE熔结环氧粉末油田污水浸泡 污水浸泡常温90 d无变化 原油浸泡8090 d无变化8090 d无变化汽油浸泡常温90 d无变化

16、柴油浸泡常温90 d无变化 煤油浸泡常温90 d无变化 214 重防腐熔结环氧粉末涂料应用及施工4熔结环氧粉末涂料的涂敷方法主要有:静电喷涂法、热喷涂法、抽吸法、流化床法等,其中管道内涂敷一般采用静电喷涂法,异型件一般采用流化床法或静电喷涂法。这几种喷涂方法都有一个共同特点,即喷涂之前需要将工件预热至某一温度,使得粉末一接触即熔化,其余热应该能使涂层流动,并在规定时间内固化,最后用水冷却终止固化过程。215 单层重防腐环氧粉末涂料结构及工艺51)涂敷方法:高压静电喷涂,摩擦静电喷涂,流化床涂敷,静电流化床涂敷。2)涂膜厚度:普通级300400m ,加强级500700m。3)表面处理a1 高温速

17、烧,除去表面的油、锈和其他疏松41热 固 性 树 脂第21卷 积淀物、水分等; b1 喷砂或喷丸处理至Sa 215级, 锚纹深度40100m; c1 清理管壁表面,除尘至 近白级。4)工件预热,一般控制在220240范围 内,不得超过260(防止氧化) ;5)将AmandaFBE粉末涂料喷涂于工件表面 至要求厚度;6)按固化要求进行固化。固化条件: 230固化时间:快型、30 s;慢型、607、涂层冷却;7)涂层冷却;8)工件降温至90 以下时进行表面检验。216 三层防腐结构及工艺单层重防腐环氧粉末涂料工艺图单层重防腐环氧粉末涂料结构图图1 三层防腐结构示意图21611 三层防腐结构组成三层

18、防腐结构组成包括:熔结环氧粉末底层、聚合物胶粘剂中间层和聚乙烯面层(如图1所示) ,其中环氧粉末底层的作用是形成连续的涂膜,与钢管表面粘结、固化而提供良好的附着力,并具有很好的耐化学品性和抗阴极剥离能力;聚合物胶粘剂的作用是在环氧粉末涂料胶化之前与之融合,并与外面的聚乙烯层粘结,使三层成为一个整体,最外层一般选用中高密度聚乙烯(国外有的使用聚丙烯) ,这样三层防腐结构综合了环氧粉末的附着性、防腐性与聚乙烯层的耐候性、抗机械损伤性,弥补了各自的缺点,从而大大提高了涂层的使用寿命。它是目前我国大型管道工程上首选的涂层。PE三 层结构防腐层从1995年在库鄯线、陕京线应用以 来,用户反映是国内所用过

19、的最好的覆盖层。西气 东输工程经专家论证后采用PE三层结构, PE三 层结构防腐层造价相对较高。21612 施工工艺1)前处理与熔结环氧单涂层相同; 2)用静电 喷涂法将熔结环氧粉末均匀涂敷在钢管表面,厚度60150m; 3)在其胶化过程中将胶粘剂涂于粉 末层表面; 4)将挤出的粘流态聚乙烯带侧向缠绕于胶粘剂之上,并辊压使之与胶层牢固结合,从而 使三层成为一个整体(如图2所示) ; 4)工件预 热,一般控制在180220 范围内; 5)将热熔胶 在近似熔点温度时缠绕施工于环氧粉末涂层之上, 最小厚度200m; 6)将聚乙烯表层在其熔点温度(约240)时挤出、缠绕施工于中间胶层之上,并用压辊将三

20、层压实,防止造成层间气泡; 7)涂 层冷却。图2 三层防腐结构施工示意图3 结 语 西部原油、成品油管道工程采用单层重防腐环 氧粉末涂料及重防腐环氧粉末涂料作为底层的三层防腐结构相结合的防腐涂层,事实证明对管道的防 护是正确、科学的。对管道腐蚀与防护对策都凝结 了生产厂家、研究部门、设计部门、监理部门的集 体的结晶,我们有理由相信通过合理选择,正确使 用、严格把关。合理施工会有一个满意的答卷,重防腐粉末涂料也将会越来越受到人们的重视,其市 场应用前景将会愈来愈广阔。参考文献:1陈振发,周师岳.粉末涂料涂装工艺学 M.上海:上海科学技术文献出版社, 2000.2 SY/ T04132002.埋地钢制管道聚乙烯防腐技术标准S.3 SY/ T03152005 ,钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范S.4叶杨祥,潘肇基.涂装技术实用手册 M.北京:机械工业出版社, 1998.5毕学振.粉末涂料在工程项目上的应用及发展前景J .涂料工业, 2002 , 32 (10) : 23 - 28.51增刊吴希革:重防腐环氧粉末涂料在西部管道工程中的应用