钢质管道内壁腐蚀与防腐层

1、.钢质管道壁腐蚀与防腐层管道壁腐蚀与介质的化学性质、温度、压力、流速有关，介质中所含的酸、碱、盐和其它化学物质与管道壁发生化学和电化学反应， 直接腐蚀管道。 化工厂、 炼油厂、油田污水中所含的油和溶剂会使涂层溶胀、 溶解，使其降低防腐性能。 介质的流速和固体颗粒的磨损会加速涂层的破坏，介质温度升高会增加介质的腐蚀性，而且使涂层变软，降低机械强度，失去粘结力，降低电性能，加速涂层老化。所以要根据介质的上述性质、状态，设计选择涂层的材料、 涂层结构和涂层厚度。 为了更合理更经济的选择涂层， 输水管道应分为输送常温普通水和输送油田、 炼厂的含油、 含化学添加剂、 含酸碱盐而且带有一定温度的工业污水两

2、类，对后者的防腐层需要提高等级并有某些特殊要求。1.1 常温普通水管道防腐层1.1.1腐蚀环境本节钢质输水管道输送的是饮用水、江河水、海水、湖水和生活污水，温度为常温，流速处于层流速状态。1.1.2腐蚀等级根据上述输送介质的化学性质和物理状态，腐蚀等级可分为弱腐蚀、中等腐蚀和强腐蚀三个等级，见表4-1 。表 4-1腐蚀环境和防腐层等级腐蚀环境输送介质防腐层等级弱腐蚀环境江河水，湖水、地表水、饮用水普通级中等腐蚀环境海水、盐碱地区湖水、生活污水、回收中水加强级强腐蚀环境工业污水、盐湖卤水、盐碱水、酸性水质特加强级1.1.3防腐层要求管道防腐层有两个功能，一是防腐， 二是减阻。 管道防腐层的要求与

3、外防腐层基本相同，见本书第三章3.1.3节，包括：电性能、机械性能、稳定性、抗微生物破坏性能、施工工艺性能、经济指标和低碳、节能环保要求。因管有流动的液体，液体中含固体颗粒，管衬层要抵抗固体颗粒的磨蚀，要有一定的耐磨性能，其测试方法包括国标GB/T 1768-1979 漆膜耐磨性测定法 . 和国际标准 ASTM D969-93路标漆渗色程度的实验室试验方法 。衬层要有减阻作用， 随着表面粗糙度的降低， 摩擦系数也相应地减小， 摩擦系数降低的比率随着雷诺数的增加及管径的减小而增加。 管径对减小摩擦系数的影响， 随着雷诺数的增高而有所减少。当雷诺数在105 107 时，摩擦系数的变化最大。表面粗糙

4、度为4.5 m的工业管道涂后可提高液态介质输送能力22%，输气管道则是24%，在相同输量下液体压降低将减少33%，或者可缩小管径8%。管道涂衬将带来减少输送能耗、增加输量、缩小管径等经济收益。1.1.4防腐层的种类与标准管道防腐层主要有环氧类、聚氨酯类、水泥砂浆和聚合物砂浆衬里。早在 1957 年，美国天然气协会（AGA）进行了一项称为NB14的天然气管道表面涂层研究，对 38 种不同类型的用于天然气管道涂层的材料进行了对比和筛选，最后得出结论，环氧树脂涂料最优异。环氧树脂涂料是以化学键与金属结合，粘结力大， 涂层坚硬， 柔韧性好，抗渗透性强， 耐水、耐溶剂性好， 化学性质稳定， 耐酸碱盐侵蚀

5、， 收缩率低、 热膨胀系数小，可常温施工，施工工艺简便易行（详见第7 章 7.10 节液体环氧涂料防腐层）。目前尚无用于管道防腐的液体环氧涂料国家标准，有中石油行业标准SY/T 0457-2010.钢质管道液体环氧涂料防腐层技术标准，但此标准是针对石油化工行业较严酷的腐蚀情况而制定的。在油田、炼厂、石油化工厂的污水中含有石油、石油制品、苯类和氯化烷烃，这些物质会溶解、溶胀有机涂层。在污水中还含有在酸洗、碱洗工艺汇总产生的酸、碱、盐及各种化学添加剂。 若生产车间和装置出现生产事故，还会有高温的油品和有机化工产品排入污水管网。因此提高了管道涂层的防腐性能。若在输送常温普通水质、生活污水、海水等情况

6、下，选用此标准会过度提高涂料的成本，提高涂层的造价，不适当地增加工程投资，不宜采用。美国国家标准协会/ 美国自来水厂协会的ANSI/AWWA C210-07钢质水管道液体环氧外防腐层 比较全面科学地制定了输水管道液体环氧涂料的技术要求，经济实用， 完全适合与我国的普通输水管道。ANSI/AWWA C210-07部分容摘录：a）本标准特别说明本标准对供水工业提供选择和评定用在自来水供水工业系统的液体环氧涂料的指导原则，并对在自来水供水工业钢质水管道使用的衬里和涂层设定最低要求。当输送水的含沙量或流速超过通常水平时，建议此标准的使用者考虑增加衬层厚度，或用水渠代替。如果预计已经涂敷的管子会在地面上

7、存放相当长时间，应采取措施使涂层不受紫外线和大气、环境及其他条件的影响发生降解。b）涂料和衬里结构 一层双组份化学固化的环氧底漆和一层多多层不同型号的双组份、化学固化的环氧面漆。 两层或多层同型号的双组份、化学固化的环氧涂料，在此情况下，第一层可认为是底漆。 单层、双组份、无溶剂、化学固化的环氧涂料。c）液体环氧涂料本标准使用的涂料是呈液体状态、化学固化的环氧涂料。固化剂可以是胺类、胺加成物、苯甲氨基醇、聚胺类或其他环氧固化剂。环氧树脂可以用煤焦油、酚醛树脂或其他改性材料进行改性。用在底漆和面漆的材料应由同一生产厂生产。d）涂层厚度外涂层和衬里的最小和最大干膜厚度（简称 DFT）由用户规定。最

8、小干膜厚度应为 406。 m（ 14 mils）e）防腐层要求在固化后、埋地前，涂层体系应是一个连续的涂膜，没有针孔，没有第5.1节所描述的缺陷，并应通过第 5.1.5 条的电检测。f ）涂敷管防腐层检验在车间或现场涂敷的环氧涂层体系的检测试验要求试验项目最低要求试验方法电检测（针孔）2500V见 5.1.5粘结性a. ASTM D 3359(A 法 )4A 级见 5.1.6b. ASTM D 4541800psi （5.5MPa）见 5.1.6干膜厚度16mils （406 m）见 4.3.2.1 和 5.1.4.g）实验室涂敷试件检验在实验室涂敷试件的检测试验要求试验项目最低要求最高值试验

9、方法浸泡试验（液下和气相）（ 30d）a. 脱离子水通过见 5.2.1.1b.1%（ w）硫酸溶液通过c. 1% （ w）氢氧化钠溶液通过阴极剥离剥离半径 9.53mm见 5.2.1.2h）涂敷施工优先使用无气喷涂法或离心叶轮式涂敷机。用于管道防腐的液体环氧涂料品种很多，涂料中成份不同，价格不同，性质也有差异，用途上各有侧重，如环氧煤沥青主要用于污水、海水、工业用水，环氧钛白漆、环氧瓷用于饮用水、江河水，环氧玻璃鳞片用于酸、碱、盐水等强腐蚀性水质。根据水质的性质，选择普通级、加强级和特加强级结构，见表4-2 、表 4-3 和表 4-4 。表 4-2 普通级防腐层结构应用围方案涂层种类涂层结构遍

10、每遍厚度合计用量数（ m）（ kg/ ）环氧铁红底漆1 400.15弱腐蚀环境溶剂型环氧 溶剂型环氧煤沥青涂普通水14 800.8煤沥青涂料料中水总厚度 400（ 40以环氧瓷涂料环氧瓷涂料（黑）1 4000.8下）2（黑色）总厚度 400溶剂型环氧环氧铁红底漆1 400.15弱腐蚀环境1钛白漆（无毒 溶剂型环氧钛白漆4 800.8饮用水型）总厚度 400（ 40以环氧瓷涂料环氧瓷涂料（白）1 4001.0下）2（白色、无总厚度 400毒）表 4-3加强级防腐层结构应用条件方案涂层种类涂层结构遍数每遍厚度合计用量.溶剂型环1氧煤沥青涂料弱腐蚀水质（ 40 80）环氧玻璃2鳞片涂料3环氧瓷厚浆型

11、环1氧煤沥青涂料中等腐蚀条件环氧玻璃2鳞片涂料（ 40以下）3环氧瓷（ m）（/） 环氧铁红底漆1400.15 溶剂型环氧煤沥6801. 5青涂料总厚度 600 环氧铁红底漆1400.15 环氧玻璃鳞片涂料（含环氧煤沥青4 1000. 8玻璃鳞片涂料） 环氧清漆1600.15总厚度 500环氧瓷涂料1 6001.2总厚度 600 环氧铁红底漆1400.15 厚浆型环氧煤沥480 1200. 8青涂料总厚度 600 环氧铁红底漆1400.15 环氧玻璃鳞片涂料（含环氧煤沥青4 1001.0玻璃鳞片涂料） 环氧清漆1600.15总厚度 500环氧瓷涂料1 6001.5（双组份喷涂）总厚度 600表

12、 4-4特强级防腐层结构应用条件方案涂层种类涂层结构遍每遍厚度合计用量数（ m）（/）1无溶剂环氧瓷无溶剂环氧瓷涂料1 10002.5涂料总厚度 1000 环氧铁 红或环 氧富 400.15强腐蚀环境锌底漆1（ 40以无溶剂环氧玻 无溶剂 环氧玻 璃鳞下）2片涂料（含环氧煤沥青1 10002.2璃鳞片涂料玻璃鳞片涂料） 环氧清漆2 600.15总厚度 1000（ 2）熔结环氧粉末防腐层用高分子环氧树脂制成固体粉末涂料，喷涂在加热后的钢管上，环氧粉末受热后熔融，并发生固化交联反应，形成防腐层。其技术要求详见中国石油天然气集团公司编制的SY/T0442-2010 钢质管道熔结环氧粉末防腐层技术标准

13、。.（ 3）聚氨酯类涂料聚氨酯类涂料根据配方的化学组成分为聚脲、聚氨酯（脲）和聚氨酯涂料。其技术要求见中国石油行标SY/T 4106-2005管道无溶剂聚氨酯涂料外防腐层技术规。（ 4）水泥砂浆衬层钢管、 铸管的水泥砂浆衬层与管壁紧密结合，耐冲击性能很高，不易损坏，不仅给管壁提供了物理性屏障， 使水与管壁隔离， 还给管表面提供防腐蚀的化学环境。水泥砂浆含氢氧化钙，是强碱性，PH值在 12 13 之间，在如此高PH值环境下，钢铁表面形成氢氧化铁保护膜，使表面钝化，减缓和防止腐蚀的发生。当输送含 Cl-2-2-、SO、CO、HCO等离子浓度高，水质偏酸性的情况下，水泥砂浆衬将被43腐蚀、碳化，失去

14、对钢铁的保护作用。水泥砂浆被腐蚀、胀裂、破坏的原因详见3.6章钢筋混凝土管防护。 近年来， 国外采用水泥砂浆中加入高分子树脂或在水泥砂浆表面再涂液体环氧对水泥砂浆进行保护。采用水泥砂浆衬里，尤其是聚合物水泥砂浆衬里是防止水管线腐蚀的最常使用的方法，技术标准包括：国家标准球墨铸铁管水泥砂浆离心法衬层一般要求（ GB/T 17457-98 ），石油行业标准钢质管道水泥砂浆衬里技术标准（ SY/T 0321-2000 ）。（ 5）聚合物砂浆衬里输送盐水、 海水、酸碱污水不能采用水泥砂浆衬里，2-、Cl-2-介质中的 SO、CO、HCO433等离子会浸蚀水泥砂浆，造成管道的腐蚀。 在水泥砂浆中加入聚合

15、物配制成聚合物砂浆，增加了抗水性能，涂层密实、粘结力大、机械强度高，耐腐蚀。中国山核电站三期工程海水管道采用聚合物砂浆衬里，增加了抗蚀能力，满足电站安全运行40 年的要求。金山石化总厂DN1800mm输送海水管道，采用有机硅聚合物砂浆，运行25 年，完好如初，而用普通水泥砂浆，仅 10 年就腐蚀剥落，钢管穿孔漏水。在水泥砂浆中加入水溶性聚合物、水乳化型聚合物、 环氧树脂、 有机硅聚合物等都可配制出聚合物水泥砂浆， 在搅拌机中按比例充分混合，搅拌均匀。 得到较好塑性、 致密的浆料，喷涂施工。有机硅聚合物改性砂浆的结构成份和配比见表4-5 （据 AWWA C 205标准）。表 4-5有机硅聚合物改

16、性砂浆成份配比材料名称质量比525 # 硅酸盐水泥100%D504 聚合物2%2.5%（按固体含量）水溶性有机硅0.5 （按 3%溶液）细砂粒（级配按AWWA C 205）150% 300%（砂灰比1.5 ： 13： 1）水（生活用水）32%50%（视实际坍落度）粉煤灰（优质超细级）20% 57%（英国设计）用低分子环氧树脂配制成树脂砂浆、用喷涂机喷涂，制成粘结力大、机械强度高、光滑致密、防腐性能极强的聚合物砂浆衬里，可以在钢管、铸管作衬里，喷涂车可在现场施工。1.2 含油热水管道防腐层中石油行业标准 SY/T 0457-2010 钢质管道液体环氧涂料防腐层技术标准是针对石油化工行业的使用要求

17、编制的，对防腐层性能提出了较高要求。SY/T 0457-2010部分容摘录：.a）适用围：用于输送温度不高于80的原油、天然气、水的钢质管道防腐层的设计、施工与验收。输送成品油的钢制管道防腐层也可参照本标准执行。b）防腐层等级及厚度防腐层等级干膜厚度（ m）普通级 200加强级 300特加强级 450c）液体环氧涂料性能指标性能指标项目底漆面漆试验方法溶剂型无溶剂型溶剂型无溶剂型黏度 80 80GB/T 1723（涂 -4 黏度计， 25±1）， s细度， m 100 100 100 100GB/T 1724干燥时间表干， h 4 4 4 4（ 25±实干， h 24 16 24 16GB/T 17282）固体含量， % 80 80GB/T 1725 98 98SY/T0457 附录 A耐磨性 120 120GB/T 1768（ 1000g/1000rCS17 轮）， mg注：对无溶剂环氧涂料，可采用底面合一型涂料。d）液体环氧防腐层性能指标项目性能指标试验方法外观表面应平整、光滑、无气泡、无划痕目测或窥镜