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输送高温介质管道内防腐粉末涂料的研制

发布时间:2019-02-27

  慧聪表面处理网讯:【摘要】通过环氧树脂、固化剂、助剂、颜填料的选择,精确设计配方,反复调整试验配方,结合施工工艺,研制生产了一种可以输送介质温度达到120-130℃的高Tg的管道内壁防腐粉末涂料。

  随着石油化学工业的开发和发展,对大量输送原油、供水、排污、天然气等方面的金属管道的需求量日益增长。这些被输送的介质中含有H2S、CO2、O2以及酸、碱、盐等物质,从而使管道内壁产生化学及电化学的腐蚀。据国内石油部门资料报导,某油田埋地管线中,集油管线空穴腐蚀速度为2.4mm/年;热水保温管线为4.0mm/年;供水管线为1.8mm/年;水管管线内壁腐蚀速度为1.8mm/年。漏油、漏水、漏气事故不断出现,在经济上造成的损失极大。实践证明,对新的管道采用防腐措施,在经济上是合算的,特别是对管道内壁进行防腐,不仅有防腐及抗磨损作用,而且还可以得到其他明显的好液体壁纸处。即可减小阻力、增加流量、降低了压缩机泵的投资和管线的维护费用,并达到节能目的。随着环境条件要求的提高,以前的管道防腐措施远远不能满足油田建设、生产、输送等方面的要求。如管道输送大量液体、气体介质,常常是带压输送的并且伴有温度,往往达80℃以上,一般热塑性有机涂层如聚乙烯、沥青等变软,使涂层与钢管表面失去粘附性,造成管道被腐蚀破坏。试验研究表明,注水井在敞口体系中,温度在达到80℃前,腐蚀速率随温度升高而增加,然后又逐渐降低;而在封闭系统中,腐蚀速率随温度升高而不断增加。油田注水管所处的温度范围从地表的温度(低至几度)至深层的高达150℃,因此温度是影响腐蚀的重要原因。在当代,普通的内防腐粉末涂料的玻璃化转变温度基本在95~105℃,基本能够满足普通管道的内壁防腐要求,但是深井或是输送高压高温介质的管道,普通的内防腐粉末涂料难以达到防腐的要求,涂层容易变软、脱落,造成管道的腐蚀。本次研究的内防腐粉末涂料的玻璃环转变温度达到140℃以上,涂层在130℃以下不存在软化的现象,保证了防腐效果。

输送高温介质管道内防腐粉末涂料的研制

  环氧树脂具有力学性能好,粘结性能好、固化收缩率低、综合性能优异等特点,广泛应用于防腐领域。环氧树脂的类型及分子量大小对涂料性能的影响很大。环氧树脂的种类繁多,各有优缺点。双酚A型环氧树脂分子中含有极性高脂肪族羟基和醚键,使其对底材具有较高的浸润性和粘附力,而且耐化学品性能也高。又因其结构为刚性的苯核和柔性的烃键交替排列,从而赋予涂膜较好的物理机械性能,所以很多粉末配方在设计之初都选用双酚A型环氧树脂作为基料,且双酚A型环氧树脂也能够满足普通防腐粉末的防腐效果。但是双酚A型环氧树脂的耐热性和韧性相对来说不高,耐渗透性和耐候性差。酚醛环氧树脂分子结构中含有多个环氧基,固化后的涂膜交联密度与芳香密度都比较高,涂膜的硬度、耐化学腐蚀性、对底材的附着力等都比较好,但是缺点也比较明显,其固化成膜后的柔韧性和耐弯曲冲击性能较差。

  

  结合不同树脂的优缺点,我们本次研究选用的是经过改性的特种环氧树脂,该树脂成膜后具有较高的耐热性和较高的硬度,而且柔韧性和抗弯曲冲击性能较好。

  环氧树脂本身是热塑性半成品,需用固化剂进行交联成网状结构的大分子,形成不溶不熔的高聚物。环氧树脂确定后,选用的固化剂也决定了粉末涂料的防腐性能。经过理论选择和试验证实,实验开始使用癸肼、酚醛树脂作为固化剂,到以高分子酚类固化剂作为粉末涂料固化剂,这其中酚类固化剂效果最好。高分子酚类固化剂其结构如下:

  从其分子结构可以看出,它其实是以酚羟基封端的长链状树脂,与环氧树脂具有相似的结构。从其合成机理来看,酚类固化剂固化环氧时主要是通过酚羟基和环氧基发生醚化反应交联成膜的。因此,用做环氧粉末涂料的固化剂时,与树脂具有更好的混溶性,而且部分游离的双酚A在参加反应时就相当于双官能团的树脂,其活性较大,易引起环氧基的开环反应,同时也提高了交联密度,所以高分子酚类固化剂具有很高的反应活性,所得的涂膜具有极高的光泽度、优异的防腐性能和机械性能。

  固化机理表面固化过程中无小分子物放出,涂层表面不存在“爆泡”等弊端,不会因为涂层厚度增加而导致性能降低。另外,固化剂中含有大量—OH,大大促进了对基体的附着力。通过大量的试验证实这种酚类固化剂固化的管道粉末涂料在平板或管道外壁的水煮附着力及抗弯曲性能非常优秀,但在管道内壁时的这些性能大大下降,特别是水煮附着力下降明显。说明熔结环氧粉末涂料固化过程中在管道内壁与外壁传送到内聚力是不一样的。固化剂生产厂家特制了类似结构的多官能团特种固化剂,形成网状结构,与特种树脂有极好的混溶性,反应活性极高,可快速固化。涂膜具有卓越的耐化学品性能、防腐蚀性能、具有极高的交联密度、耐高温阴极剥离性能。减小涂膜固化后的内聚力,完美的解决了粉末涂膜在管道内壁固化后附着力不佳的性能问题。

  

  为了提高粉末喷涂线的生产效率,加入固化促进剂以加快体系的固化速度,我们选用的是最常用的2-甲级米唑。2-甲基咪唑促进效果好,用量少,而且成本较低,缺点是会导致涂膜黄变,也会导致粉末存储期变短。

  2-甲基咪唑的加量对粉末涂料的固化时间和胶化时间影响较大,我们根据不同的粉末喷涂线确定了不同的2-甲基咪唑加量。以下介绍的是喷涂线为中频加热方式的设计方案。根据喷涂线的走速要求,确定合适的咪唑加量,并将固化温度确定在200℃左右,固化时间为3分钟。

  为了提高涂层致密度,防止产生针孔,配方中加入一定比例的脱气剂,另外加入了一定量的流平剂。加入适量的功能助剂1和功能助剂2以提高粉末的流动性和柔韧性。

  颜填料的选用很大程度上影响着涂层的最终性能,适合的颜填料不仅能提高涂层的物理机械性能和耐化学介质性能,而且对施工性能、储存性能也会有改善。本研究选择空心玻璃微珠、云母粉和一种特种填料作为主要填充料。空心玻璃微珠具有重量轻、体积大、导热系数低、抗压强度高、绝缘、自润滑、隔音、不吸水、耐火、耐腐蚀、防辐射、无毒,以及分散性、流动性、稳定性好等优点。云母粉可耐高温,耐化学品腐蚀性强,它的鳞片状结晶体可提高涂层的致密性,防止水分渗入。特种填料使固化物具有优异的绝缘性能和抗电弧性能;能增大导热系数,提高硬度及耐磨性,改变胶粘性能和增进阻燃性能;能降低固化物的线膨胀系数和固化收缩率,从而消除内应力,防止开裂。根据不同填料的特性做了不同的比例搭配,依据大量的试验结果,选择了云母粉与特种填料以适合的比例搭配作为该配方中的方案。颜料根据颜色需求来确定。

  2.2熔结环氧粉末涂料按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T0442-2010《钢质管道熔结环氧粉末内防腐层技术标准》检测的性能指标见表2及表3。

  将所需原材料准备好;依配方准确称量各种原材料料的用量;按照树脂—填料—颜料—填料—树脂的投料顺序投入混料机中混料;熔融挤出(一区65-70℃,二区90-100℃,三区70-80℃);压片、破碎;研磨、筛选,同时加入功能助剂2;过分样筛检测;称量、包装;入库。

  钢管表面涂敷之前,应采用适当的方法将附着在钢管表面的油、油脂及任何其他杂质清除干净。进入钢管的表面处理设备和部件不能有污染钢管表面的物质。

  钢管表面应进行喷射除锈,除锈等级应达到现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923中规定的Sa2.5级,表面锚纹深度应在50~100nm。

  喷射除锈后,应用清洁、干燥的压缩空气吹扫钢管内表面,将钢管内表面残留的钢丸/沙粒和灰尘清除干净。表面灰尘度应达到现行国家标准《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的评定试验第3部分:涂覆涂料前钢材表面的灰尘评定(压敏粘度法)》GB/18570.3规定的2级。

  

  对可能影响防腐层质量的表面缺陷应进行修理。对于严重缺陷或无法清除缺陷的钢管,应于业主协商取得一致的处理意见。

  喷射除锈后的钢管应按现行国家标准《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的评定试验第9部分:水溶性盐的现场电导率测定法》GB/T18570.9规定的方法或其它适宜的方法检测钢管表面的盐分含量,钢管表面的盐分不应超过20mg/m2。

  本次设计最大的特点就是粉末涂料的玻璃化转变温度在140℃以上,固化后涂层具有极好的耐磨性、耐热性、耐化学腐蚀性和极好的附着力、抗高温阴极剥离性能。这种粉末特别适用于深层井油管以及输送高温介质管道的防腐,为管道防腐提供了一种新的选择。

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