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应用在管道防腐上的新材料——100%固体聚氨酯防腐涂料
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长距离输油输气管线的建设质量如何，最直接的体现就是管道防腐材料的质量高低，各种防腐材料如何选用，使用范围和适用条件又该如何确定，下文详细介绍各种常见防腐材料的特点。 常见防腐材料及比较 一、防腐蚀材料的基本要求 1．材料性能 (1)良好的电绝缘性：防腐层相对两面之间一定面积的电阻不应小于10000Ω·m2；耐击穿电压强度不得低于电火花检测仪检测的电压标准。 (2)抗阴极剥离性：防腐层应具有一定的抗阴极剥离能力保证防腐层与基体能够有效地粘和在一起。 (3)足够的机械强度：有一定的抗冲击强度，以防止由于搬运和土壤压力而造成损伤；有良好的抗弯曲性，以确保管道施工时受弯曲而不致损坏；有较好的耐磨性，以防止由于土壤摩擦而损伤；与管道有良好的粘结性。 (4)有良好的稳定性：耐大气老化性能好；化学稳定性好；耐水性好，吸水率小；有足够的耐热性；耐低温性能好，确保其在堆放、拉运和施工时不龟裂、不脱落。 (5)简便的修补性：防腐层破损后应易于修补，节省施工时间。 (6)抗微生物性能好。 2．防腐层材料选择因素 (1)粘结力、抗老化性能、化学稳定性能是否优良； (2)施工工艺的先进性； (3)管道的地理位置和地势情况； (4)管道通过地区的土壤或回填土类型； (5)管道运行的温度和施工过程中的环境温度； (6)装卸要求和储存条件； (7)防腐蚀层的费用，包括材料、涂敷、修补以及防护损坏等费用。 [td] 二、常见管道外防腐层 埋地管道外壁防腐层的种类较多。50年代以前，国外地下长输管道主要采用石油沥青和煤焦油沥青作外防腐蚀材料，在防腐预制厂或现场涂敷施工。60年代，研制出了一些性能很好的塑料防腐材料，例如粘胶带，热塑涂层，粉末融结涂层等。70年代以来，由于管道施工遇到一些严酷的自然环境，对防腐层性能提出了更严格的要求，因此，在管道防腐材料的研究中，都大力发展复合材料或复合结构，强调防腐层要具有良好的介电性能、物理性能，稳定的化学性能和较宽的温度适应性能，以达到防腐、绝缘、保温、增加强度等多种功能，陆续发展形成了聚烯烃、环氧粉末、环氧树脂等防腐材料系列。 1．常用外防腐层材料 1)石油沥青 石油沥青作为最早的管道防腐材料，由于具有来源丰富、成本低、安全可靠、施工适应性强等特点，在我国长输管道中几乎全部采用石油沥青缠绕玻璃布作防腐材料。石油沥青防腐层应用时间长、经验丰富、技术成熟、设备定型，但和煤焦油瓷漆、塑料等材料相比，它的主要缺点是吸水率大，耐老化性能差，不耐细菌腐蚀等。 2)煤焦油瓷漆 煤焦油瓷漆具有吸水率低、电绝缘性能好、抗细菌腐蚀等特点，是国外管道防腐的主要材料之一，在我国只是小范围内试用过。由于煤焦油瓷漆在使用中受到限制的主要原因是热敷过程中毒性较大，操作时须采取适当的劳保措施，因此限制了煤焦油瓷漆的推广应用。 3)环氧煤沥青 由环氧树脂、煤沥青、固化剂及防锈颜料所组成的环氧煤沥青防腐涂料，有强度高、绝缘好、耐水、耐热、耐腐蚀介质、抗菌等性能，适用于水下管道及金属构筑物防腐。同时还具有施工简单(冷涂工艺)、操作安全、施工机具少等优点，因而较石油沥青、煤焦油瓷漆更优越。不过环氧煤沥青防腐层属于薄型涂层，总厚度小于1mm，而且对钢管表面处理、环境温度、湿度等条件要求很严，稍有疏忽就会产生针孔，影响防腐效果。因此，现场施工中质量较难控制。 4)胶粘带 在制成的塑料带基材上，涂上压敏型粘合剂(厚0.1mm左右)即成压敏型胶粘带。它是在掺有各种防老化剂的聚乙烯带材上，涂特殊胶粘剂而制成的一种常温下有压敏粘结性能，温度升高后能固化而与金属有很好的粘结力的防腐材料。它可在管道表面形成一个完整的密封防腐层。压敏型胶粘带防腐作用主要由塑料基带承担，粘合剂只作为缠绕时的粘合媒介。聚乙烯胶粘带具有较好的防腐绝缘性能，施工方便，无污染，价格较低，防腐质量可靠，不过由于国内胶带生产工艺、带材厚度、胶层厚度及配方等方面落后于国外先进水平，因此其质量远落后于国外产品，使推广应用受到影响。 5)聚乙烯包覆层 将聚乙烯塑料热挤塑在表面经过处理的管道表面，形成紧密粘结在管壁上的连续的硬质塑料外壳，俗称“夹克”。由于其具有防腐性能好、机械强度高、原材料费用低、适用温度范围广等优点，在国内各油田都试用过。对于小口径管道有成功的经验，但对于大口径的管径容易出现 “夹克开裂”的问题，也使聚乙烯包覆层的应用受到限制。解决问题的方法一般是采用聚乙烯热收缩套(带、片) 补口。 6)环氧粉末涂层 环氧粉末涂层是将严格清理过的管子预热至一定温度，再把环氧粉末喷在管子上，利用管壁热量将粉末融化、冷却后形成均匀、连续、坚固的防腐薄膜。热固性环氧粉末涂层由于它的优异性能，特别适用于严酷苛刻环境，如高盐、高碱的土壤，高含盐分的海水和酷热的沙漠地带。环氧粉末涂层喷涂方法由60年代静电喷涂研究成功到现在，已形成了完整的喷涂工艺，正向着高度自动化方向发展，近几年来，国内的长输管线已有部分使用环氧粉末涂层进行防腐。 7) 三层防腐涂层 由环氧树脂和挤压聚乙烯涂层相结合形成的三层聚烯烃管子涂层是一种新型的防腐方法，它综合了环氧树脂和挤压聚乙烯两种涂层的优良性质，显著改善了传统的两层防腐涂层的性质，特别是提高了抗阴极剥离能力和粘着力。所谓三层是指涂层分成三次形成，第一层环氧树脂底漆，有熔结环氧粉末、无溶剂环氧液、含溶剂环氧液三个品种，主要根据涂敷设备、管子直径、运行温度、所用表涂层及管子涂敷速度等因素选择，底漆厚度为50μm。第二层中间层由共聚物或三聚物组成，主要成分是聚烯烃，中间层起粘结作用，厚度通常为250～400μm。第三层是聚烯烃表涂层，主要起机械保护作用，由挤压聚烯烃，如低密度、中密度聚乙烯或改性聚乙烯组成，涂层厚度视管子直径或管道运行条件而定，一般为1.5～3mm。另外，在某些环境下，为防紫外线照射，还可在表涂层上附加一层30～40μm厚的聚丙烯。 2．90年代防腐涂层技术的发展特点 国外防腐涂料发展的特点是涂料产品结构在发生根本性改变，其改变方向以节省资源、无污染、经济、高效、有利生产为原则，在目前的防腐材料研究中，着眼于发展复合材料或复合结构，强调涂层具有良好的导电性能和物理性能，稳定的化学性能和较宽的温度适应性能，既起到防腐绝缘作用，又能保温和提高管道强度。 据防腐专家们的观点，目前防腐涂层技术的发展应为： (1)发展试验技术和完善质量控制体系，保证涂料及涂层在预制厂的出厂质量； (2)进一步提高现有管道涂料的粘结力、柔韧性、耐磨、耐湿气和氧气的渗透性； (3)研制耐热温度达127℃的新型耐热涂料； (4)降低涂装过程中能耗及进行管道表面处理的费用； (5)使涂层具有更宽的适应范围，强度更大； (6)研究和开发高度自动化的喷涂工艺。 这样，新型防腐材料100%固体含量聚氨酯防腐涂料就随着新技术的发明应运而生了。 100%固体含量聚氨酯防腐涂料 一、100%固体含量聚氨酯防腐涂料的性能 100%固体含量聚氨酯涂料是由多异氰酸酯溶液和多元醇溶液通过化学反应在被防腐界面上形成聚氨酯涂层，该过程是迅速的、放热的化学聚合反应过程。所谓100%固体含量是指涂料不用任何溶剂溶解、携走或减少任何涂料树脂，换句话说，就是树脂正常情况下仍为液体状态，涂敷后100%转换成固体涂层。100%固体含量聚氨酯涂层技术广泛应用于地下燃料储罐、饮用水和工业污水系统、油气工业系统、港口码头设施、电力工业设施、轮船军舰等。 100%固体含量聚氨酯防腐涂料的性能突出（见表二），主要体现在以下方面： 1.附着力好 涂层对基体的附着力是评价涂层耐腐蚀性能的重要指标，附着力越强，抗腐蚀性越好，涂层越耐久。100%固体含量聚氨酯防腐涂层与钢材、水泥、铸铁等多种材料有着极强的附着力。 2.耐磨 耐磨性高是100%固体含量聚氨酯防腐涂层有别于其它防腐涂层的特性之一，极强的耐磨性决定了它可以广泛适用于乱石、芦苇等困难施工地带。 3.抗弯曲 涂层弯曲性可评价涂层对涂敷后的钢管加工弯曲出现断裂或其它机械损坏的抵抗能力。抗弯曲性好也是100%固体含量聚氨酯防腐层有别于其它防腐涂层的重要特性。 4.抗阴极剥离 阴极剥离是衡量涂层耐剪切应力腐蚀的重要参数。油气管道工业的时间经验证明，抗阴极剥离较好的涂层具有较好的耐腐蚀性能及耐用性能，对钢基体具有良好防腐作用的涂层的其抗阴极剥离性能也较强。如果涂层能很好地粘附于钢基体之上，它往往能耐剪切应力腐蚀破坏，涂层服务寿命将越长。 5.抗渗 100%固体聚氨酯防腐涂层非常致密无针孔，因而它的抗渗性很强，水汽渗透率指标为4.08mg/cm2.24h，优于普通防腐涂料。 6.化学性质稳定 100%固体含量聚氨酯防腐涂层是高交联度的聚合体，因此它的化学性质非常稳定。耐盐雾实验1000h无变化，10%NaOH、10%HCL、3.5%NaCL和柴油中浸泡30天没有任何变化。 7.抗冲击 抗冲击力表示涂层抵抗与另一物体直接碰撞损坏的能力。在抗冲击力要求较高的情况下，通过需要经过实验测试求得管道涂层抗冲击力指标，用于评估、预测涂层耐损坏性能。 8.耐温差变化 100%固体含量聚氨酯防腐涂层经过30个循环（-40～-70℃）的冻融实验无变化。 9.抗紫外线辐射 100%固体含量聚氨酯防腐涂层表面涂敷Acrylathane脂肪族聚氨酯防腐涂料后，抗紫外线辐射能力大大提高，经过500h的强紫外线光老化试验，涂层不变色、无粉化，优于目前广泛采用的环氧粉末、液体环氧树脂涂料及其它抗紫外线涂料。 二、100%固体含量聚氨酯防腐涂料的优点 100%固体含量聚氨酯除具有普通防腐涂料的基本性能外，与其它工业防腐材料相比有以下显著的优点： 1． 涂料固化速度快，施工便捷，喷涂效率高 在相同的环境温度（常温20℃）和施工条件下，干膜厚度为0.5mm的无溶剂环氧树脂涂料防腐，采用单组分高压无气常温喷涂工艺，需要分成8～10层施工，每层施工间隔8h（涂层实干时间为6～8h），完成整体涂层施工的时间为8×8=64h,而干膜厚度为0.5mm的100%固体含量聚氨酯防腐涂料防腐，采用双组分高压无气热喷涂工艺，只需按一层多道的喷涂方法进行施工即可得到规定的厚度，由于该涂料的表干时间为1min，实干时间在2～3min之间，每道涂层间隔按3min计算，喷涂8道即可达到要求的厚度，完成整体涂层施工的时间为8×3/60=0.4h。如果在低温天气施工或防腐厚度更大的情况下，施工工效还会更加明显。 2． 温度适应性强 100%固体含量聚氨酯防腐涂料的温度适应性极强，即使在-40℃的低温条件下，也可以快速固化，完成施工任务，有效的解决了我国北方寒冷季节防腐涂料无法进行的现状。 3． 涂料不含有机挥发物，不含胺、煤焦油、异氰酸盐单体等有害物质，不含可燃物。施工过程中可以保证安全，对环境没有任何污染，符合涂料工业安全、绿色环保的发展方向。 4． 使用寿命长 国外使用100%固体含量聚氨酯防腐涂料的历史记录为30年，至今防腐层完好无损。 三、施工工艺 ⒈表面处理 1） 清除待敷管线上的油污、赃物； 2） 喷砂除锈，除锈级别达到GB/T 8932中规定的Sa2.5级，表面锚纹深度40～70μm； 3） 表面保持清洁干燥，并在4小时内进行防腐涂层喷涂。 ⒉涂敷工艺 1） 100%固体含量聚氨酯防腐涂料采用高压无气热喷涂设备进行施工，原料加热到50℃： 2） 涂料按说明书要求进行彻底混合、熟化； 3） 将A、B两种组分按1：1混合比、加热高压无气喷涂设备进行喷涂施工； 4） 基体温度高于露点3℃以上方可实施喷涂作业； 5） 第一道涂敷合格后方可进行第二道涂敷，不合格涂层可以用丙酮或其它不与产品发生反应的溶剂进行清除； 6） 涂料保存应采取防冻措施。 ⒊质量检测 包括除锈级别检查、锚纹深度检查、表面质量检查、防腐厚度检查、现场附着力检查和涂层表面连续完整性检查。 四、应用实例 100%固体含量聚氨酯防腐涂料在大港油田的港沧输气管线大修工程中进行了应用，施工涂层外观平整光滑，涂层连续完整，附着力好，取得了很好的经济效益和社会效益 |
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