管道防腐-第二讲--覆盖层2012

埋地金属管道腐蚀与防护重庆科技学院2012.4第二章覆盖层涂层定义广义定义：用物理的、化学的、或者其它方法，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度、不同于基体材料且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层。油气管道涂层技术发展历史回顾我国自古就有用生漆保护埋在土壤中棺木的方法，在公元前就已经开始使用油漆来防腐.1822年《DinglersPolytechnischemJournal》杂志上发表了现代第一篇关于防锈漆的报告，报告建议使用油漆、树脂和植物油喷涂钢表面涂层技术是伴随着涂料工业的发展而发展起来的在我国，现代涂料工业的开创距今也只有80多年的历史历史发展阶段1940~1960年管道防腐涂层主要是煤焦油、石油沥青及乙烯基胶带1960~1970年，为煤焦油、沥青、高密度聚乙烯及PE胶带1980~1990年为高密度聚乙烯茄克、环氧粉末1990年以后主要是环氧粉末和PE组成的三层系统管道外涂层技术进展国内外涂层应用现状目前，全世界涂料的种类多达5000多种，而我国据粗略估计，防腐蚀涂料品种已超过1000多种经常用于管道防腐的却大致可以分为以下几类：石油沥青（包括各种改性石油沥青）、煤焦油瓷漆、聚乙烯类（包括聚乙烯胶带、挤出聚乙烯等）、环氧粉末、环氧煤沥青、复合涂层、混凝土和聚氨酯泡沫等表1《PipelineDigest》1992~1996年度管道涂层用量调查汇总涂层比例涂层比例涂层比例涂层比例涂层比例1环氧粉末53.79环氧粉末42.11环氧粉末34.11环氧粉末37.33环氧粉末38.242煤焦油瓷漆15.39煤焦油瓷漆19.39混凝土涂层17.31混凝土涂层15.71三层聚乙烯25.073二层聚乙烯10.11二层聚乙烯18.86三层聚乙烯13.46煤焦油瓷漆15.6混凝土涂层10.594石油沥青5.87混凝土涂层14.04煤焦油瓷漆10.32内涂层15.35二层聚乙烯9.825混凝土涂层5.75胶粘带1.7二层聚乙烯10.01二层聚乙烯7.3煤焦油瓷漆7.266胶粘带0.39环氧煤沥青1.14石油沥青9.9石油沥青4.17内涂层3.237环氧煤沥青0.29石油沥青0.53胶粘带1.51硬质聚氨酯2.05石油沥青1.198粘接聚乙烯0.15内涂层1.39三层聚乙烯2胶粘带1.079煤焦油聚氨酯0.76胶粘带0.2环氧煤沥青0.3410环氧煤沥青0.27环氧煤沥青0.1111其他8.26其他2.23其他0.96其他0.18其他3.19厂商数量总涂装量,m2199519961427,969,03620,856,02122,517,02131,410,09620,287,53620201518序号1992参加调查厂商数量及其当年涂装量1992199319941995199619931994表21985~1998年国内主要长输管道防腐层各种涂层所占比例涂层比例石油沥青煤焦油瓷漆聚乙烯二层聚乙烯三层环氧粉末环氧煤沥青按项目统计（%）34.527.617.26.96.96.9按长度统计（%）29.72911.520.61.71.4按项目统计（%）10402510105按长度统计（%）8.741.916.729.82.40.41993年～1998年1985年～1996年注：上表是根据1985~1998年国内建设的33条、合计长度约8100km管道所用外防腐层统计出来的从表1我们可以发现：（1）在国外，这几年环氧粉末的使用都是排在首位，说明它已经成了各用户的首选涂料，表明它的性能令人满意；（2）石油沥青的使用在国外已经越来越少了。但由于其工艺和技术现在都相当成熟，更重要的是其价格低廉，一次性投入低，而且货源比较广，因此，在第三世界国家还有一定的市场；（3）环氧煤沥青的使用在国外也受到了一定的限制。和石油沥青的情况类似；（4）煤焦油瓷漆尽管也存在环境保护的问题，但由于其优良的防腐性能仍然占据了很大的市场；（5）尽管3PE等复合涂层有着优良的防腐性能；（6）聚氨酯类涂层的应用在油气管道中也不够广泛；•从表2中我们可以得到如下信息：（1）在过去石油沥青一直都是我们的首选涂层。（2）在上个世纪90年代后期，煤焦油瓷漆成了国内的首选涂层；（3）在发达国家广泛使用的环氧粉末在我国还没有得到大力推广；（4）3PE由于其极佳的防腐性能已在国内开始使用了；（5）我国在选择涂层时，除了经济上的要求外，已经加大了对性能和环保要求的力度。一概述(一)覆盖层的作用和分类金属表面覆盖层能起到装饰/耐磨损及防腐蚀等作用.对埋地管道来说,防蚀是主要目的.覆盖层使腐蚀电池的回路电阻增大,或保持金属表面钝化的状态,或使金属与外部介质隔离出来,从而减缓金属的腐蚀速度.覆盖层可分为金属与非金属两大类,如图2-1所示:第一节管道外部覆盖层第二章覆盖层第一节管道外部覆盖层第二章覆盖层覆盖层非金属涂层金属镀层有机涂层转化膜无机涂层塑料橡胶涂料防锈油铬酸盐处理磷化氧化搪瓷混凝土玻璃陶瓷压制成复合材料金属衬里离子注入化学镀喷镀扩散镀热侵镀电镀图2-1覆盖层的分类第一节管道外部覆盖层第二章覆盖层(二)管道外覆盖层覆盖层防腐要求:覆盖层完整无针孔,与金属牢固结合,使基体金属不与介质接触,能抵抗加热/冷却或受力状态(如冲击/弯曲/土壤应力等)变化的影响.管道外部覆盖层,亦称防腐绝缘层(简称防腐层).将防腐层材料均匀致密地涂敷在经除锈的管道外表面上,使其与腐蚀介质隔离,达到管道外防腐的目的.管道常用外防腐涂层性能特性的基本要求（1）良好的电绝缘性（2）良好的粘接性，耐阴极剥离（3）良好的稳定性。要求耐老化性能好；化学稳定性好；耐化学和微生物腐蚀；耐水性好，吸水率低；有足够的耐热性，确保其在热输（原油）温度下不变形，不加快老化速度；耐低温性能好，确保其在低温下堆放、拉运和施工时不产生龟裂和脱漆现象；要能抵御由于环境介质与涂层反应而导致涂层性能变差，达不到保护要求。（4）足够的机械强度。要求有一定的抗冲击强度，以避免在搬运、安装敷设等施工环节中对涂层的机械损坏；有良好的抗弯曲性，以确保管道弹性敷设或冷弯时不致损坏；能耐土壤应力，以防止土壤、岩石等摩擦而损伤；还要求能抗植物根茎穿透要将涂层实际应用到工程上，还需满足以下几个要求：（1）能机械化连续生产，满足工程建设需要（2）涂料来源广泛，质量可靠（3）易于现场补口补伤（4）经济上合理第一节管道外部覆盖层第二章覆盖层覆现有的防腐层材料有，石油沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末、聚烯烃胶粘带、挤出聚乙烯。环氧煤沥青/硬脂聚胺酯泡沫朔料防腐保温层等在长期使用过程中所表现出的性能和优缺点是不尽相同的.由于管道所处环境腐蚀性及运行条件的差异,通常将防腐层分为普通/加强和特强三种.常用防腐层的特点及其适用条件（1）石油沥青优点主要是施工技术比较简单、在国内比较成熟、取材容易、造价较低（国内造价约为70元/m2左右）缺点主要是：吸水率高、易老化、机械性能差、耐土壤应力差、绝缘电阻低、耐热性差、不耐微生物、不耐深根作物、使用寿命较短、防腐工劳动条件差、对环境有一定的污染等可用于对涂层性能要求不高的一般土壤环境，如：沙土，粘土等，适用温度为-15℃~80℃。在碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高和水下，生物活动频繁，植物根茎发达地区慎用或禁用（一）沥青类防腐层沥青是防腐层的原料，分为石油沥青、天然沥青＆煤焦油沥青。石油沥青的吸水性比煤焦油沥青大得多。我国沥青防腐层以石油沥青用量最多。（2）环氧煤沥青优点主要为：覆盖层固化后机械强度高、电性能好、化学性质稳定、使用寿命长久，施工方便，可常温冷冻施工、自然固化，可以机械化、半机械化和手工施工，耐土壤应力好，耐水、耐微生物及植物根茎穿透。这种防腐层的抗土壤应力能力仅次于熔结环氧粉末防腐层，其抗外力穿透能力良好。此外，其造价较低廉，在相同除绣条件下，其综合造价（含运输、加工、损耗等）可与石油沥青相媲美.缺点主要是：固化时间长至少需要24h，低温（0℃）下固化时间更长，涂层质量易受天气影响，生产规模受限，北方冬季施工受限；施工中溶剂挥发，有一定环境污染；使用过程中（尤其热管道）绝缘性能下降很快，导致阴极保护电流很快上升可用于规模较小管径较小的管道工程，穿越套管及金属构件的防腐。同时对涂层机械性能要求不高，但要求耐水、微生物及植物根茎的地区。在多石土壤、石方段，强土壤应力区，大规模大口径管道工程慎用或禁用。适用温度为110℃（2）环氧煤沥青（3）煤焦油瓷漆优点主要是：耐石油产品、植物根茎、微生物，粘接力强，吸水率低，绝缘性好，抗土壤应力，抗阴极剥离，价格低廉，使用寿命长缺点主要是：机械强度较低，使用温度有限，有毒性、环境污染较重。由于环保的要求，在德国、法国、意大利早已停止使用，连美国的一些州也限制使用，澳大利亚从1977年起停止使用可用于人烟稀少的沙漠、戈壁地区和水位高，植物根茎茂盛，生物活动频繁的沼泽或灌木丛生地区。在碎（卵）石土壤、粘质土壤及环境保护要求高的地区慎用或禁用。（二）合成树脂类防腐层类别：1.薄覆盖层：如环氧类等。2.厚覆盖层：如挤出聚乙烯。3.防腐保温覆盖层：以防腐层、保温层及保护层组成的复合结构。防腐层是指既耐温又防腐的聚烯烃热熔胶，耐热性与介质温度相适应；保温层指硬脂聚胺酯泡沫塑料；防护层指聚乙烯塑料层。（二）合成树脂类防腐层合成树脂的使用情况：聚烯烃胶粘带（PE,PP）；熔结环氧粉末，(fusionbondedepoxy,FBE)挤出聚乙烯三层PE复合结构（1）环氧粉末优点主要有：粘接力强，使用温度范围较宽，有良好的热稳定性，涂敷管可冷弯，表面平滑，具有极好的耐土壤应力和耐阴极剥离性能主要缺点有：较易受冲击破坏，不耐尖锐的碰撞，对吸水敏感，防水性差，长期处于潮湿环境下会生成气泡，涂装过程要求十分严格，耐光老化性能差，防腐层的电阻值随温度升高而明显下降，在潮湿环境里电阻值也较低可用于大部分土壤环境，特别适用于定向钻穿越段及粘质土。是目前用量最大的防腐层，在北美地区应用最为广泛。在碎（卵）石土壤、石方段、地下水位较高，土壤含水量较高的地区慎用或禁用。适用温度为-30~110℃。（2）聚乙烯二层主要优点有：绝缘性能好，机械强度高，吸水率低、抗透湿性强，耐化学介质浸泡性能好，耐土壤应力好，补口与补伤方便缺点主要有：粘接力较差，失去粘接后易造成阴极保护屏蔽，与焊缝较高的钢管结合较差，阳光下易老化，严重损伤后修复比较困难用于大部分土壤环境，特别是机械强度要求高，土壤应力破坏作用较大的地区。在架空管段要慎或禁用，另外由于其对钢管粘接较差，温差较大的地区应慎重考虑。对于挤压型聚乙烯其使用温度不得超过70℃（3）聚乙烯三层优点主要有：综合性能优异，将环氧粉末和聚乙烯的优点集于一体，具有良好的粘接性能，高度电绝缘性，优良的防水、抗透湿性能、耐化学侵蚀性能以及良好的机械强度、抗冲击性能主要缺点有：造价高，对钢材表面处理，涂敷工艺，涂敷程序要求很高，补口若与管体同结构，将较复杂，否则与管体不匹配，造价高，对管子焊缝，特别是螺纹管子凸起焊缝的包覆厚度不够可用于各类环境，特别适用于对涂层机械性能、耐土壤应力及阻力屏障性能要求较高的苛刻的环境如碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高，生物活动频繁，植物根系发达地区。在架空管段慎用或禁用。三、选择防腐层的原则（一）特殊情况下管道工程防腐层的选用1、防腐保温管道对于加热输送的管道，采用保温和防腐的复合结构。底层为防腐层，可选用环氧煤沥青、环氧底漆等，中间层用硬质聚氨酯泡沫塑料做隔热层，其上包覆HDPE作为保护层。2.水下管道要求防腐层不仅能在水下长时间稳定，还要确保在水流冲击下有可靠的抗蚀性及较高的机械强度。在穿越河流或海底管道敷设时，采用较为典型的结构是：在富锌环氧底漆上涂敷聚烯烃热熔胶，或能粘合PE/PP材料的粘合胶，最外层是聚乙烯或聚丙烃的防护层。3.沼泽地区的管道沼泽地区的特点：土壤含水率高，沼泽土中含有较多的矿物质或有机物，可能存在细菌腐蚀，各季节土壤的膨胀收缩变化剧烈，要求防腐层具有较高的