鋼質管道內壁腐蝕與防腐層

1、.鋼質管道壁腐蝕與防腐層管道壁腐蝕與介質的化學性質、溫度、壓力、流速有關，介質中所含的酸、堿、鹽和其它化學物質與管道壁發(fā)生化學和電化學反應， 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。 介質的流速和固體顆粒的磨損會加速涂層的破壞，介質溫度升高會增加介質的腐蝕性，而且使涂層變軟，降低機械強度，失去粘結力，降低電性能，加速涂層老化。所以要根據介質的上述性質、狀態(tài)，設計選擇涂層的材料、 涂層結構和涂層厚度。 為了更合理更經濟的選擇涂層， 輸水管道應分為輸送常溫普通水和輸送油田、 煉廠的含油、 含化學添加劑、 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)。腐蝕等級根據上述輸送介質的化學性質和物理狀態(tài)，腐蝕等級可分為弱腐蝕、中等腐蝕和強腐蝕三個等級，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、回收中水加強級強腐蝕環(huán)境工業(yè)污水、鹽湖鹵水、鹽堿水、酸性水質特加強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、機械性能、穩(wěn)定性、抗微生物破壞性能、施工工藝性能、經濟指標和低碳、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GB/T 1768-1979 漆膜耐磨性測定法 . 和國際標準 ASTM D969-93路標漆滲色程度的實驗室試驗方法 。襯層要有減阻作用， 隨著表面粗糙度的降低， 摩擦系數也相應地減小， 摩擦系數降低的比率隨著雷諾數的增加及管徑的減小而增加。 管徑對減小摩擦系數的影響， 隨著雷諾數的增高而有所減少。當雷諾數在105 107 時，摩擦系數的變化最大。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、縮小管徑等經濟收益。防腐層的種類與標準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）進行了一項稱為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行了對比和篩選，最后得出結論，環(huán)氧樹脂涂料最優(yōu)異。環(huán)氧樹脂涂料是以化學鍵與金屬結合，粘結力大， 涂層堅硬， 柔韌性好，抗?jié)B透性強， 耐水、耐溶劑性好， 化學性質穩(wěn)定， 耐酸堿鹽侵蝕， 收縮率低、 熱膨脹系數小，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)氧涂料國家標準，有中石油行業(yè)標準SY/T 0457-2010.鋼質管道液體環(huán)氧涂料防腐層技術標準，但此標準是針對石油化工行業(yè)較嚴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，這些物質會溶解、溶脹有機涂層。在污水中還含有在酸洗、堿洗工藝匯總產生的酸、堿、鹽及各種化學添加劑。 若生產車間和裝置出現生產事故，還會有高溫的油品和有機化工產品排入污水管網。因此提高了管道涂層的防腐性能。若在輸送常溫普通水質、生活污水、海水等情況下，選用此標準會過度提高涂料的成本，提高涂層的造價

6、，不適當地增加工程投資，不宜采用。美國國家標準協(xié)會/ 美國自來水廠協(xié)會的ANSI/AWWA C210-07鋼質水管道液體環(huán)氧外防腐層 比較全面科學地制定了輸水管道液體環(huán)氧涂料的技術要求，經濟實用， 完全適合與我國的普通輸水管道。ANSI/AWWA C210-07部分容摘錄：a）本標準特別說明本標準對供水工業(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)氧涂料的指導原則，并對在自來水供水工業(yè)鋼質水管道使用的襯里和涂層設定最低要求。當輸送水的含沙量或流速超過通常水平時，建議此標準的使用者考慮增加襯層厚度，或用水渠代替。如果預計已經涂敷的管子會在地面上存放相當長時間，應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）涂料和襯里結構 一層雙組份化學固化的環(huán)氧底漆和一層多多層不同型號的雙組份、化學固化的環(huán)氧面漆。 兩層或多層同型號的雙組份、化學固化的環(huán)氧涂料，在此情況下，第一層可認為是底漆。 單層、雙組份、無溶劑、化學固化的環(huán)氧涂料。c）液體環(huán)氧涂料本標準使用的涂料是呈液體狀態(tài)、化學固化的環(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行改性。用在底漆和面漆的材料應由同一生產廠生產。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。最小干膜厚度應為 406。 m（ 14 mils）e

8、）防腐層要求在固化后、埋地前，涂層體系應是一個連續(xù)的涂膜，沒有針孔，沒有第5.1節(jié)所描述的缺陷，并應通過第 5.1.5 條的電檢測。f ）涂敷管防腐層檢驗在車間或現場涂敷的環(huán)氧涂層體系的檢測試驗要求試驗項目最低要求試驗方法電檢測（針孔）2500V見 5.1.5粘結性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）實驗室涂敷試件檢驗在實驗室涂敷試件的檢測試驗要求試驗項目最低要求最高值試驗方法浸泡試驗（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。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，性質也有差異，用途上各有側重，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、鹽水等強腐蝕性水質。根據水質的性質，選擇普通級、加強級和特加強級結構，見表4-2 、表 4-3 和表 4-4 。表 4-2 普通級防腐層結構應用圍方案涂層種類涂層結構遍每遍厚度合計用量數（ 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加強級防腐層結構應用條件方案涂層種類涂層結構遍數每遍厚度合計用量.溶劑型環(huán)1氧煤瀝青涂料弱腐蝕水質（ 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特強級防腐層結構應用條件方案涂層種類涂層結

12、構遍每遍厚度合計用量數（ 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，形成防腐層。其技術要求詳見中國石油天然氣集團公司編制的SY/T0442-2010 鋼質管道熔結環(huán)氧粉末防腐層技術標準。.（ 3）聚氨酯類涂料聚氨酯類涂料根據配方的化學

13、組成分為聚脲、聚氨酯（脲）和聚氨酯涂料。其技術要求見中國石油行標SY/T 4106-2005管道無溶劑聚氨酯涂料外防腐層技術規(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環(huán)境。水泥砂漿含氫氧化鈣，是強堿性，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膜，使表面鈍化，減緩和防止腐蝕的發(fā)生。當輸送含 Cl-2-2-、SO、CO、HCO等離子濃度高，水質偏酸性的情況下，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。 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)氧對水泥砂漿進行保護。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，技術標準包括：國家標準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)標準鋼質管道水泥砂漿襯里技術標準（ 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、粘結

15、力大、機械強度高，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，滿足電站安全運行40 年的要求。金山石化總廠DN1800mm輸送海水管道，采用有機硅聚合物砂漿，運行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、 有機硅聚合物等都可配制出聚合物水泥砂漿， 在攪拌機中按比例充分混合，攪拌均勻。 得到較好塑性、 致密的漿料，噴涂施工。有機硅聚合物改性砂漿的結構成份和配比見表4-5 （據 AWWA C 205標準）。表 4-5有機硅聚合物改性砂漿成份配比材料名稱質量比525 # 硅酸鹽水泥

16、100%D504 聚合物2%2.5%（按固體含量）水溶性有機硅0.5 （按 3%溶液）細砂粒（級配按AWWA C 205）150% 300%（砂灰比1.5 ： 13： 1）水（生活用水）32%50%（視實際坍落度）粉煤灰（優(yōu)質超細級）20% 57%（英國設計）用低分子環(huán)氧樹脂配制成樹脂砂漿、用噴涂機噴涂，制成粘結力大、機械強度高、光滑致密、防腐性能極強的聚合物砂漿襯里，可以在鋼管、鑄管作襯里，噴涂車可在現場施工。1.2 含油熱水管道防腐層中石油行業(yè)標準 SY/T 0457-2010 鋼質管道液體環(huán)氧涂料防腐層技術標準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、水的鋼質管道防腐層的設計、施工與驗收。輸送成品油的鋼制管道防腐層也可參照本標準執(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加強級 300特加強級 450c）液體環(huán)氧涂料性能指標性能指標項目底漆面漆試驗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， 25±1）， s細度， m 100 100 100 100GB/T 1724干燥時間表干， h 4 4 4 4（ 25±實干， 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)氧防腐層性能指標項目性能指標試驗方法外觀表面應平整、光滑、無氣泡、無劃痕目測或窺鏡硬