鋼質(zhì)管道內(nèi)壁腐蝕與防腐層

1、鋼質(zhì)管道內(nèi)壁腐蝕與防腐層管道內(nèi)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)與管道內(nèi)壁發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，直接腐蝕管道?；S、煉油廠、油田污水中所含的油和溶劑會(huì)使內(nèi)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(huì)加速涂層的破壞，介質(zhì)溫度升高會(huì)增加介質(zhì)的腐蝕性，而且使內(nèi)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)污水兩類，對(duì)后者的防

2、腐層需要提高等級(jí)并有某些特殊要求。1.1常溫普通水管道內(nèi)防腐層1.1.1 內(nèi)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)。1.1.2 內(nèi)腐蝕等級(jí)根據(jù)上述輸送介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理狀態(tài)，內(nèi)腐蝕等級(jí)可分為弱腐蝕、中等腐蝕和強(qiáng)腐蝕三個(gè)等級(jí)，見表4-1。表 4-1 腐蝕環(huán)境和防腐層等級(jí)腐蝕環(huán)境輸送介質(zhì)防腐層等級(jí)弱腐蝕環(huán)境江河水，湖水、地表水、飲用水普通級(jí)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(jí)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(jí)1.1.3 內(nèi)防腐層要求管道內(nèi)防腐層有兩個(gè)功能，一是防腐，二是減阻。管道內(nèi)防腐層的要求與

3、外防腐層基本相同，見本書第三章3.1.3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。因管內(nèi)有流動(dòng)的液體，液體中含固體顆粒，管內(nèi)襯層要抵抗固體顆粒的磨蝕，要有一定的耐磨性能，其測(cè)試方法包括國標(biāo)GB/T 1768-1979漆膜耐磨性測(cè)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。內(nèi)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(duì)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105107時(shí)，摩擦系數(shù)的變化最大。內(nèi)表面粗糙度為4.5m的工

4、業(yè)管道內(nèi)涂后可提高液態(tài)介質(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%。管道內(nèi)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。1.1.4 內(nèi)防腐層的種類與標(biāo)準(zhǔn)管道內(nèi)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(huì)（AGA）進(jìn)行了一項(xiàng)稱為NB14的天然氣管道內(nèi)表面涂層研究，對(duì)38種不同類型的用于天然氣管道內(nèi)涂層的材料進(jìn)行了對(duì)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)

5、小，可常溫施工，施工工藝簡便易行（詳見第7章7.10節(jié)液體環(huán)氧涂料防腐層）。目前尚無用于管道內(nèi)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)氧涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但此標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)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(huì)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(huì)有高溫的油品和有機(jī)化工產(chǎn)品排入污水管網(wǎng)。因此提高了管道內(nèi)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(huì)過度提高涂料的

6、成本，提高涂層的造價(jià)，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(huì)/美國自來水廠協(xié)會(huì)的ANSI/AWWA C210-07鋼質(zhì)水管道液體環(huán)氧內(nèi)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部分內(nèi)容摘錄：a）本標(biāo)準(zhǔn)特別說明本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)供水工業(yè)提供選擇和評(píng)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(duì)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(shí)，建議此標(biāo)準(zhǔn)的使用者考慮增加內(nèi)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(huì)在地面上存放相當(dāng)長時(shí)間，應(yīng)采取措施使涂

7、層不受紫外線和大氣、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(hào)的雙組份、化學(xué)固化的環(huán)氧面漆。 兩層或多層同型號(hào)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406m（14

8、mils）。e）內(nèi)防腐層要求在固化后、埋地前，涂層體系應(yīng)是一個(gè)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(cè)。f）涂敷管內(nèi)防腐層檢驗(yàn)在車間或現(xiàn)場(chǎng)涂敷的環(huán)氧涂層體系的檢測(cè)試驗(yàn)要求試驗(yàn)項(xiàng)目最低要求試驗(yàn)方法電檢測(cè)（針孔）2500V見5.1.5粘結(jié)性a. ASTM D 3359(A法)b. ASTM D 45414A級(jí)800psi（5.5MPa）見5.1.6見5.1.6干膜厚度16mils（406m）見4.3.2.1和5.1.4g）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(cè)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. 脫離子水b.1%（w）

9、硫酸溶液c. 1%（w）氫氧化鈉溶液通過通過通過見5.2.1.1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)。用于管道內(nèi)防腐的液體環(huán)氧涂料品種很多，涂料中成份不同，價(jià)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)氧陶瓷用于飲用水、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(jí)、加強(qiáng)級(jí)和特加強(qiáng)級(jí)結(jié)構(gòu)，見表4-2、表4-3和表4-4。表4-2 普通級(jí)防腐層結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍方案涂層種類涂層結(jié)構(gòu)遍數(shù)每遍厚度（m）合計(jì)用量（kg/）弱腐蝕環(huán)境普通水中水（40以下）1溶劑型環(huán)氧煤瀝青

10、涂料環(huán)氧鐵紅底漆1400.15溶劑型環(huán)氧煤瀝青涂料4800.8總厚度4002環(huán)氧陶瓷涂料（黑色）環(huán)氧陶瓷涂料（黑）14000.8總厚度400弱腐蝕環(huán)境飲用水（40以下）1溶劑型環(huán)氧鈦白漆（無毒型）環(huán)氧鐵紅底漆1400.15溶劑型環(huán)氧鈦白漆4800.8總厚度4002環(huán)氧陶瓷涂料（白色、無毒）環(huán)氧陶瓷涂料（白）14001.0總厚度400表4-3 加強(qiáng)級(jí)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（m）合計(jì)用量（/）弱腐蝕水質(zhì)（4080）1溶劑型環(huán)氧煤瀝青涂料環(huán)氧鐵紅底漆1400.151. 5溶劑型環(huán)氧煤瀝青涂料680總厚度6002環(huán)氧玻璃鱗片涂料環(huán)氧鐵紅底漆1400.15環(huán)氧玻璃鱗片涂料（含

11、環(huán)氧煤瀝青玻璃鱗片涂料）41000. 8環(huán)氧清漆1600.15總厚度5003環(huán)氧陶瓷環(huán)氧陶瓷涂料16001.2總厚度600中等腐蝕條件（40以下）1厚漿型環(huán)氧煤瀝青涂料環(huán)氧鐵紅底漆1400.15厚漿型環(huán)氧煤瀝青涂料4801200. 8總厚度6002環(huán)氧玻璃鱗片涂料環(huán)氧鐵紅底漆1400.15環(huán)氧玻璃鱗片涂料（含環(huán)氧煤瀝青玻璃鱗片涂料）41001.0環(huán)氧清漆1600.15總厚度5003環(huán)氧陶瓷環(huán)氧陶瓷涂料（雙組份噴涂）16001.5總厚度600表4-4 特強(qiáng)級(jí)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（m）合計(jì)用量（/）強(qiáng)腐蝕環(huán)境（40以下）1無溶劑環(huán)氧陶瓷涂料無溶劑環(huán)氧陶瓷涂料11000

12、2.5總厚度10002無溶劑環(huán)氧玻璃鱗片涂料環(huán)氧鐵紅或環(huán)氧富鋅底漆1400.15無溶劑環(huán)氧玻璃鱗片涂料（含環(huán)氧煤瀝青玻璃鱗片涂料）110002.2環(huán)氧清漆2600.15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/T 0442-2010鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)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)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內(nèi)外防腐層技術(shù)規(guī)范。（

13、4）水泥砂漿內(nèi)襯層鋼管、鑄管的水泥砂漿內(nèi)襯層與管內(nèi)壁緊密結(jié)合，耐沖擊性能很高，不易損壞，不僅給管內(nèi)壁提供了物理性屏障，使水與管內(nèi)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1213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-、SO42-、CO32-、HCO-等離子濃度高，水質(zhì)偏酸性的情況下，水泥砂漿內(nèi)襯將被腐蝕、碳化，失去對(duì)鋼鐵的保護(hù)作用。水泥砂漿被腐蝕、脹裂、破壞的原因詳見3.6章鋼筋混凝土管防護(hù)。近年來，國內(nèi)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(duì)水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)。采用水泥砂漿

14、襯里，尤其是聚合物水泥砂漿襯里是防止水管線內(nèi)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，介質(zhì)中的SO、Cl、CO、HCO等離子會(huì)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)力大、機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕。中國秦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。上海金山石化總廠DN1800mm輸送海水管

15、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(jí)配按AWWA C 205）150%300%（砂灰比1.5：13：1）水（生活用水）32%50%（

16、視實(shí)際坍落度）粉煤灰（優(yōu)質(zhì)超細(xì)級(jí)）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、鑄管內(nèi)作襯里，噴涂車可在現(xiàn)場(chǎng)施工。1.2 含油熱水管道內(nèi)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)氧涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)石油化工行業(yè)的使用要求編制的，對(duì)內(nèi)防腐層性能提出了較高要求。SY/T 0457-2010部分內(nèi)容摘錄：a）適用范圍：用于輸送溫度不高于80的原油、天然氣、水的鋼質(zhì)管道內(nèi)防腐層的設(shè)計(jì)、施工與驗(yàn)收。輸送成品油的鋼制管道內(nèi)防腐層也可參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。b）內(nèi)防腐層等級(jí)及厚度內(nèi)防腐層等級(jí)干膜厚度（m）普通級(jí)200加強(qiáng)級(jí)300特加強(qiáng)級(jí)450c）液體環(huán)氧涂料性能指標(biāo)項(xiàng)目性能指標(biāo)試驗(yàn)方法底漆面漆溶劑型無溶劑型溶劑型無溶劑型黏度（涂-4黏度計(jì)，251），s8080GB/T 1723細(xì)度，m100100100100GB/T 1724干燥時(shí)間（252）表干，h4444GB/T 1728實(shí)干，h24162416固體含量，%8080GB/T 17259898SY/T0457附錄A耐磨性（1000g/1000rCS17輪），mg120120GB/T 1768注：對(duì)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、