鋼質(zhì)管道內(nèi)壁腐蝕與防腐層

1、.鋼質(zhì)管道壁腐蝕與防腐層管道壁腐蝕與介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、溫度、壓力、流速有關(guān)，介質(zhì)中所含的酸、堿、鹽和其它化學(xué)物質(zhì)與管道壁發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)， 直接腐蝕管道。 化工廠、 煉油廠、油田污水中所含的油和溶劑會使涂層溶脹、 溶解，使其降低防腐性能。 介質(zhì)的流速和固體顆粒的磨損會加速涂層的破壞，介質(zhì)溫度升高會增加介質(zhì)的腐蝕性，而且使涂層變軟，降低機(jī)械強(qiáng)度，失去粘結(jié)力，降低電性能，加速涂層老化。所以要根據(jù)介質(zhì)的上述性質(zhì)、狀態(tài)，設(shè)計(jì)選擇涂層的材料、 涂層結(jié)構(gòu)和涂層厚度。 為了更合理更經(jīng)濟(jì)的選擇涂層， 輸水管道應(yīng)分為輸送常溫普通水和輸送油田、 煉廠的含油、 含化學(xué)添加劑、 含酸堿鹽而且?guī)в幸欢囟鹊墓I(yè)污水兩

2、類，對后者的防腐層需要提高等級并有某些特殊要求。1.1 常溫普通水管道防腐層腐蝕環(huán)境本節(jié)鋼質(zhì)輸水管道輸送的是飲用水、江河水、海水、湖水和生活污水，溫度為常溫，流速處于層流速狀態(tài)。腐蝕等級根據(jù)上述輸送介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理狀態(tài)，腐蝕等級可分為弱腐蝕、中等腐蝕和強(qiáng)腐蝕三個等級，見表4-1 。表 4-1腐蝕環(huán)境和防腐層等級腐蝕環(huán)境輸送介質(zhì)防腐層等級弱腐蝕環(huán)境江河水，湖水、地表水、飲用水普通級中等腐蝕環(huán)境海水、鹽堿地區(qū)湖水、生活污水、回收中水加強(qiáng)級強(qiáng)腐蝕環(huán)境工業(yè)污水、鹽湖鹵水、鹽堿水、酸性水質(zhì)特加強(qiáng)級防腐層要求管道防腐層有兩個功能，一是防腐， 二是減阻。 管道防腐層的要求與外防腐層基本相同，見本書第三章

3、節(jié)，包括：電性能、機(jī)械性能、穩(wěn)定性、抗微生物破壞性能、施工工藝性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和低碳、節(jié)能環(huán)保要求。因管有流動的液體，液體中含固體顆粒，管襯層要抵抗固體顆粒的磨蝕，要有一定的耐磨性能，其測試方法包括國標(biāo)GB/T 1768-1979 漆膜耐磨性測定法 . 和國際標(biāo)準(zhǔn) ASTM D969-93路標(biāo)漆滲色程度的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法 。襯層要有減阻作用， 隨著表面粗糙度的降低， 摩擦系數(shù)也相應(yīng)地減小， 摩擦系數(shù)降低的比率隨著雷諾數(shù)的增加及管徑的減小而增加。 管徑對減小摩擦系數(shù)的影響， 隨著雷諾數(shù)的增高而有所減少。當(dāng)雷諾數(shù)在105 107 時，摩擦系數(shù)的變化最大。表面粗糙度為4.5 m的工業(yè)管道涂后可提高液態(tài)介

4、質(zhì)輸送能力22%，輸氣管道則是24%，在相同輸量下液體壓降低將減少33%，或者可縮小管徑8%。管道涂襯將帶來減少輸送能耗、增加輸量、縮小管徑等經(jīng)濟(jì)收益。防腐層的種類與標(biāo)準(zhǔn)管道防腐層主要有環(huán)氧類、聚氨酯類、水泥砂漿和聚合物砂漿襯里。早在 1957 年，美國天然氣協(xié)會（AGA）進(jìn)行了一項(xiàng)稱為NB14的天然氣管道表面涂層研究，對 38 種不同類型的用于天然氣管道涂層的材料進(jìn)行了對比和篩選，最后得出結(jié)論，環(huán)氧樹脂涂料最優(yōu)異。環(huán)氧樹脂涂料是以化學(xué)鍵與金屬結(jié)合，粘結(jié)力大， 涂層堅(jiān)硬， 柔韌性好，抗?jié)B透性強(qiáng)， 耐水、耐溶劑性好， 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定， 耐酸堿鹽侵蝕， 收縮率低、 熱膨脹系數(shù)小，可常溫施工，施工工藝

5、簡便易行（詳見第7 章 7.10 節(jié)液體環(huán)氧涂料防腐層）。目前尚無用于管道防腐的液體環(huán)氧涂料國家標(biāo)準(zhǔn)，有中石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0457-2010.鋼質(zhì)管道液體環(huán)氧涂料防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但此標(biāo)準(zhǔn)是針對石油化工行業(yè)較嚴(yán)酷的腐蝕情況而制定的。在油田、煉廠、石油化工廠的污水中含有石油、石油制品、苯類和氯化烷烴，這些物質(zhì)會溶解、溶脹有機(jī)涂層。在污水中還含有在酸洗、堿洗工藝匯總產(chǎn)生的酸、堿、鹽及各種化學(xué)添加劑。 若生產(chǎn)車間和裝置出現(xiàn)生產(chǎn)事故，還會有高溫的油品和有機(jī)化工產(chǎn)品排入污水管網(wǎng)。因此提高了管道涂層的防腐性能。若在輸送常溫普通水質(zhì)、生活污水、海水等情況下，選用此標(biāo)準(zhǔn)會過度提高涂料的成本，提高涂層的造價

6、，不適當(dāng)?shù)卦黾庸こ掏顿Y，不宜采用。美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會/ 美國自來水廠協(xié)會的ANSI/AWWA C210-07鋼質(zhì)水管道液體環(huán)氧外防腐層 比較全面科學(xué)地制定了輸水管道液體環(huán)氧涂料的技術(shù)要求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用， 完全適合與我國的普通輸水管道。ANSI/AWWA C210-07部分容摘錄：a）本標(biāo)準(zhǔn)特別說明本標(biāo)準(zhǔn)對供水工業(yè)提供選擇和評定用在自來水供水工業(yè)系統(tǒng)的液體環(huán)氧涂料的指導(dǎo)原則，并對在自來水供水工業(yè)鋼質(zhì)水管道使用的襯里和涂層設(shè)定最低要求。當(dāng)輸送水的含沙量或流速超過通常水平時，建議此標(biāo)準(zhǔn)的使用者考慮增加襯層厚度，或用水渠代替。如果預(yù)計(jì)已經(jīng)涂敷的管子會在地面上存放相當(dāng)長時間，應(yīng)采取措施使涂層不受紫外線和大氣、

7、環(huán)境及其他條件的影響發(fā)生降解。b）涂料和襯里結(jié)構(gòu) 一層雙組份化學(xué)固化的環(huán)氧底漆和一層多多層不同型號的雙組份、化學(xué)固化的環(huán)氧面漆。 兩層或多層同型號的雙組份、化學(xué)固化的環(huán)氧涂料，在此情況下，第一層可認(rèn)為是底漆。 單層、雙組份、無溶劑、化學(xué)固化的環(huán)氧涂料。c）液體環(huán)氧涂料本標(biāo)準(zhǔn)使用的涂料是呈液體狀態(tài)、化學(xué)固化的環(huán)氧涂料。固化劑可以是胺類、胺加成物、苯甲氨基醇、聚胺類或其他環(huán)氧固化劑。環(huán)氧樹脂可以用煤焦油、酚醛樹脂或其他改性材料進(jìn)行改性。用在底漆和面漆的材料應(yīng)由同一生產(chǎn)廠生產(chǎn)。d）涂層厚度外涂層和襯里的最小和最大干膜厚度（簡稱 DFT）由用戶規(guī)定。最小干膜厚度應(yīng)為 406。 m（ 14 mils）e

8、）防腐層要求在固化后、埋地前，涂層體系應(yīng)是一個連續(xù)的涂膜，沒有針孔，沒有第5.1節(jié)所描述的缺陷，并應(yīng)通過第 5.1.5 條的電檢測。f ）涂敷管防腐層檢驗(yàn)在車間或現(xiàn)場涂敷的環(huán)氧涂層體系的檢測試驗(yàn)要求試驗(yàn)項(xiàng)目最低要求試驗(yàn)方法電檢測（針孔）2500V見 5.1.5粘結(jié)性a. ASTM D 3359(A 法 )4A 級見 5.1.6b. ASTM D 4541800psi （5.5MPa）見 5.1.6干膜厚度16mils （406 m）見 4.3.2.1 和 5.1.4.g）實(shí)驗(yàn)室涂敷試件檢驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室涂敷試件的檢測試驗(yàn)要求試驗(yàn)項(xiàng)目最低要求最高值試驗(yàn)方法浸泡試驗(yàn)（液下和氣相）（ 30d）a. 脫離子

9、水通過見 5.2.1.1b.1%（ w）硫酸溶液通過c. 1% （ w）氫氧化鈉溶液通過陰極剝離剝離半徑 9.53mm見 5.2.1.2h）涂敷施工優(yōu)先使用無氣噴涂法或離心葉輪式涂敷機(jī)。用于管道防腐的液體環(huán)氧涂料品種很多，涂料中成份不同，價格不同，性質(zhì)也有差異，用途上各有側(cè)重，如環(huán)氧煤瀝青主要用于污水、海水、工業(yè)用水，環(huán)氧鈦白漆、環(huán)氧瓷用于飲用水、江河水，環(huán)氧玻璃鱗片用于酸、堿、鹽水等強(qiáng)腐蝕性水質(zhì)。根據(jù)水質(zhì)的性質(zhì)，選擇普通級、加強(qiáng)級和特加強(qiáng)級結(jié)構(gòu)，見表4-2 、表 4-3 和表 4-4 。表 4-2 普通級防腐層結(jié)構(gòu)應(yīng)用圍方案涂層種類涂層結(jié)構(gòu)遍每遍厚度合計(jì)用量數(shù)（ m）（ kg/ ）環(huán)氧鐵紅底

10、漆1 400.15弱腐蝕環(huán)境溶劑型環(huán)氧 溶劑型環(huán)氧煤瀝青涂普通水14 800.8煤瀝青涂料料中水總厚度 400（ 40以環(huán)氧瓷涂料環(huán)氧瓷涂料（黑）1 4000.8下）2（黑色）總厚度 400溶劑型環(huán)氧環(huán)氧鐵紅底漆1 400.15弱腐蝕環(huán)境1鈦白漆（無毒 溶劑型環(huán)氧鈦白漆4 800.8飲用水型）總厚度 400（ 40以環(huán)氧瓷涂料環(huán)氧瓷涂料（白）1 4001.0下）2（白色、無總厚度 400毒）表 4-3加強(qiáng)級防腐層結(jié)構(gòu)應(yīng)用條件方案涂層種類涂層結(jié)構(gòu)遍數(shù)每遍厚度合計(jì)用量.溶劑型環(huán)1氧煤瀝青涂料弱腐蝕水質(zhì)（ 40 80）環(huán)氧玻璃2鱗片涂料3環(huán)氧瓷厚漿型環(huán)1氧煤瀝青涂料中等腐蝕條件環(huán)氧玻璃2鱗片涂料（

11、40以下）3環(huán)氧瓷（ m）（/） 環(huán)氧鐵紅底漆1400.15 溶劑型環(huán)氧煤瀝6801. 5青涂料總厚度 600 環(huán)氧鐵紅底漆1400.15 環(huán)氧玻璃鱗片涂料（含環(huán)氧煤瀝青4 1000. 8玻璃鱗片涂料） 環(huán)氧清漆1600.15總厚度 500環(huán)氧瓷涂料1 6001.2總厚度 600 環(huán)氧鐵紅底漆1400.15 厚漿型環(huán)氧煤瀝480 1200. 8青涂料總厚度 600 環(huán)氧鐵紅底漆1400.15 環(huán)氧玻璃鱗片涂料（含環(huán)氧煤瀝青4 1001.0玻璃鱗片涂料） 環(huán)氧清漆1600.15總厚度 500環(huán)氧瓷涂料1 6001.5（雙組份噴涂）總厚度 600表 4-4特強(qiáng)級防腐層結(jié)構(gòu)應(yīng)用條件方案涂層種類涂層結(jié)

12、構(gòu)遍每遍厚度合計(jì)用量數(shù)（ m）（/）1無溶劑環(huán)氧瓷無溶劑環(huán)氧瓷涂料1 10002.5涂料總厚度 1000 環(huán)氧鐵 紅或環(huán) 氧富 400.15強(qiáng)腐蝕環(huán)境鋅底漆1（ 40以無溶劑環(huán)氧玻 無溶劑 環(huán)氧玻 璃鱗下）2片涂料（含環(huán)氧煤瀝青1 10002.2璃鱗片涂料玻璃鱗片涂料） 環(huán)氧清漆2 600.15總厚度 1000（ 2）熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層用高分子環(huán)氧樹脂制成固體粉末涂料，噴涂在加熱后的鋼管上，環(huán)氧粉末受熱后熔融，并發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng)，形成防腐層。其技術(shù)要求詳見中國石油天然氣集團(tuán)公司編制的SY/T0442-2010 鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。.（ 3）聚氨酯類涂料聚氨酯類涂料根據(jù)配方的化學(xué)

13、組成分為聚脲、聚氨酯（脲）和聚氨酯涂料。其技術(shù)要求見中國石油行標(biāo)SY/T 4106-2005管道無溶劑聚氨酯涂料外防腐層技術(shù)規(guī)。（ 4）水泥砂漿襯層鋼管、 鑄管的水泥砂漿襯層與管壁緊密結(jié)合，耐沖擊性能很高，不易損壞，不僅給管壁提供了物理性屏障， 使水與管壁隔離， 還給管表面提供防腐蝕的化學(xué)環(huán)境。水泥砂漿含氫氧化鈣，是強(qiáng)堿性，PH值在 12 13 之間，在如此高PH值環(huán)境下，鋼鐵表面形成氫氧化鐵保護(hù)膜，使表面鈍化，減緩和防止腐蝕的發(fā)生。當(dāng)輸送含 Cl-2-2-、SO、CO、HCO等離子濃度高，水質(zhì)偏酸性的情況下，水泥砂漿襯將被43腐蝕、碳化，失去對鋼鐵的保護(hù)作用。水泥砂漿被腐蝕、脹裂、破壞的原因

14、詳見3.6章鋼筋混凝土管防護(hù)。 近年來， 國外采用水泥砂漿中加入高分子樹脂或在水泥砂漿表面再涂液體環(huán)氧對水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)。采用水泥砂漿襯里，尤其是聚合物水泥砂漿襯里是防止水管線腐蝕的最常使用的方法，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括：國家標(biāo)準(zhǔn)球墨鑄鐵管水泥砂漿離心法襯層一般要求（ GB/T 17457-98 ），石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼質(zhì)管道水泥砂漿襯里技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ SY/T 0321-2000 ）。（ 5）聚合物砂漿襯里輸送鹽水、 海水、酸堿污水不能采用水泥砂漿襯里，2-、Cl-2-介質(zhì)中的 SO、CO、HCO433等離子會浸蝕水泥砂漿，造成管道的腐蝕。 在水泥砂漿中加入聚合物配制成聚合物砂漿，增加了抗水性能，涂層密實(shí)、粘結(jié)

15、力大、機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕。中國山核電站三期工程海水管道采用聚合物砂漿襯里，增加了抗蝕能力，滿足電站安全運(yùn)行40 年的要求。金山石化總廠DN1800mm輸送海水管道，采用有機(jī)硅聚合物砂漿，運(yùn)行25 年，完好如初，而用普通水泥砂漿，僅 10 年就腐蝕剝落，鋼管穿孔漏水。在水泥砂漿中加入水溶性聚合物、水乳化型聚合物、 環(huán)氧樹脂、 有機(jī)硅聚合物等都可配制出聚合物水泥砂漿， 在攪拌機(jī)中按比例充分混合，攪拌均勻。 得到較好塑性、 致密的漿料，噴涂施工。有機(jī)硅聚合物改性砂漿的結(jié)構(gòu)成份和配比見表4-5 （據(jù) AWWA C 205標(biāo)準(zhǔn)）。表 4-5有機(jī)硅聚合物改性砂漿成份配比材料名稱質(zhì)量比525 # 硅酸鹽水泥

16、100%D504 聚合物2%2.5%（按固體含量）水溶性有機(jī)硅0.5 （按 3%溶液）細(xì)砂粒（級配按AWWA C 205）150% 300%（砂灰比1.5 ： 13： 1）水（生活用水）32%50%（視實(shí)際坍落度）粉煤灰（優(yōu)質(zhì)超細(xì)級）20% 57%（英國設(shè)計(jì)）用低分子環(huán)氧樹脂配制成樹脂砂漿、用噴涂機(jī)噴涂，制成粘結(jié)力大、機(jī)械強(qiáng)度高、光滑致密、防腐性能極強(qiáng)的聚合物砂漿襯里，可以在鋼管、鑄管作襯里，噴涂車可在現(xiàn)場施工。1.2 含油熱水管道防腐層中石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 0457-2010 鋼質(zhì)管道液體環(huán)氧涂料防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是針對石油化工行業(yè)的使用要求編制的，對防腐層性能提出了較高要求。SY/T 04

17、57-2010部分容摘錄：.a）適用圍：用于輸送溫度不高于80的原油、天然氣、水的鋼質(zhì)管道防腐層的設(shè)計(jì)、施工與驗(yàn)收。輸送成品油的鋼制管道防腐層也可參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。b）防腐層等級及厚度防腐層等級干膜厚度（ m）普通級 200加強(qiáng)級 300特加強(qiáng)級 450c）液體環(huán)氧涂料性能指標(biāo)性能指標(biāo)項(xiàng)目底漆面漆試驗(yàn)方法溶劑型無溶劑型溶劑型無溶劑型黏度 80 80GB/T 1723（涂 -4 黏度計(jì)， 25±1）， s細(xì)度， m 100 100 100 100GB/T 1724干燥時間表干， h 4 4 4 4（ 25±實(shí)干， h 24 16 24 16GB/T 17282）固體含量， % 80 80GB/T 1725 98 98SY/T0457 附錄 A耐磨性 120 120GB/T 1768（ 1000g/1000rCS17 輪）， mg注：對無溶劑環(huán)氧涂料，可采用底面合一型涂料。d）液體環(huán)氧防腐層性能指標(biāo)項(xiàng)目性能指標(biāo)試驗(yàn)方法外觀表面應(yīng)平整、光滑、無氣泡、無劃痕目測或窺鏡硬