環(huán)氧玻璃鱗片內(nèi)防腐技術(shù)的應(yīng)用

管道因輸送介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、溫度、流速、壓力等不同，對(duì)管道內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生不同程度的腐蝕、磨損，選擇合適的管道內(nèi)防腐材料及施工工藝是減少投資、延長(zhǎng)管道使用壽命的有效方法。環(huán)氧玻璃鱗片涂層具有優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性及電絕緣性，用于管道內(nèi)表面的涂敷，不僅可以滿足油、氣、水集輸管道防腐技術(shù)要求，而且施工方便、工期短，是一種發(fā)展前景的管道防腐蝕技術(shù)。。

1、管道的腐蝕機(jī)理及特點(diǎn)

油氣集輸管道的內(nèi)腐蝕主要集中在以下幾方面：高溫高壓下的H2S、CO2、Cl-腐蝕及高溫高壓下多相流腐蝕等因素。主要腐蝕介質(zhì)為H2S、CO2、Cl-和水。其中Cl-為催化劑，H2S、CO2為腐蝕劑，水為載體和溶劑。

1.1 硫化氫腐蝕

硫化氫對(duì)鋼具有腐蝕性，而且它還是一種很強(qiáng)的滲氫介質(zhì)，主要包括兩個(gè)過程：

1.1.1 硫化氫電化學(xué)腐蝕過程。H2S在水中的溶解度較高，一旦溶于水便立即呈酸性，H2S在水中離解后與金屬發(fā)生反應(yīng)，形成復(fù)合物離子Fe(HS)-吸附在金屬表面；吸附HS-、S2-使金屬的電位移向負(fù)值，促進(jìn)陰極放氫的加速，而氫原子為強(qiáng)去極化劑，易在陰極得到電子，同時(shí)使鐵原子間金屬鍵的強(qiáng)度大大削弱，進(jìn)一步促進(jìn)陽極溶解反應(yīng)而使鋼鐵腐蝕。[1]

1.1.2 硫化氫導(dǎo)致氫脆過程。鋼材的缺陷處可將氫捕捉，這些缺陷處便成為氫的富集區(qū)。于是促進(jìn)鋼材的脆化，局部區(qū)域發(fā)生塑性變形，萌生裂紋導(dǎo)致開裂。[1]

1.2 CO2腐蝕

CO2對(duì)碳鋼的腐蝕是一個(gè)不可低估的因素，鋼鐵在含CO2水溶液的溶解過程中有兩個(gè)不同的還原過程，其一是HCO3-直接還原析出氫。其二是金屬表面的HCO3-離子濃度極低時(shí)，H2O被還原析出氫。[1]

①CO2的腐蝕機(jī)理。雖然碳鋼在CO2鹽溶液中可形成一層牢固的Fe(HCO3)2膜，該膜對(duì)碳鋼有一定的保護(hù)作用，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)e(HCO3)2會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為與金屬結(jié)合力較差的Fe-CO2而失去保護(hù)作用。鋼鐵表面覆蓋的不同產(chǎn)物的區(qū)域和不同腐蝕產(chǎn)物的邊界處可能因?yàn)殡娕甲饔枚鴮?dǎo)致局部腐蝕。

②Cl-腐蝕速率的變化。Cl-由于濃度較大且離子半徑較小,形成FeCl-,其水解后孔內(nèi)的H+濃度增大,產(chǎn)生“自催化作用”,而孔內(nèi)酸度的增大加大了孔內(nèi)外之間的電勢(shì)差使孔迅速地深挖生長(zhǎng)。此時(shí),金屬腐蝕以孔蝕為主(麻點(diǎn)腐蝕)。當(dāng)輸送介質(zhì)流速較高時(shí),紊流產(chǎn)生剪切力使金屬腐蝕產(chǎn)物不斷地被除去,同時(shí),氧和氫的傳質(zhì)速度加快,使金屬的氧化和氫的滲人加快,金屬腐蝕產(chǎn)物很快的形成，又很快被除去。輸送介質(zhì)中含有氣體，高速的氣體會(huì)驅(qū)動(dòng)液體形成段塞流,段塞的底部對(duì)管壁產(chǎn)生極大的剪切力,段塞混合區(qū)的氣泡高速向下運(yùn)動(dòng),并在管道底部破滅產(chǎn)生局部高壓和高溫,這使金屬表面的保護(hù)膜很快地被除去。此時(shí),金屬腐蝕以片狀剝落為主。

1.3 多相流腐蝕

在各種多相流型態(tài)中，段塞流對(duì)管道腐蝕最嚴(yán)重。這是由于高速紊流造成管壁出現(xiàn)很高的剪應(yīng)力，在流體沖刷和剪切的共同作用下，管壁表面膜被損壞剝落，加劇了腐蝕及沖蝕效應(yīng)，使腐蝕顯著增大。在分層流和環(huán)霧流型中，管道頂部會(huì)有凝析水生成而引起結(jié)露腐蝕。[1]

上述三種腐蝕并非簡(jiǎn)單、單獨(dú)存在，而是互相影響的綜合作用，為了降低管道內(nèi)腐蝕影響，我們對(duì)環(huán)氧玻璃鱗片內(nèi)防腐技術(shù)進(jìn)行了研究應(yīng)用。

2、玻璃鱗片涂料的防腐機(jī)理

玻璃是一種優(yōu)良的抗化學(xué)藥品和抗老化性的無機(jī)材料。玻璃鱗片是玻璃經(jīng)1700℃高溫熔化再經(jīng)特殊工藝吹制而成的極薄的玻璃碎片，厚度一般為2~5μm，片晶長(zhǎng)度為100~300μm。玻璃鱗片的片徑縱橫越大，涂層的抗?jié)B透性能越強(qiáng)。玻璃鱗片能把涂層分割成許多小空間，使涂層中的微裂紋、微氣泡相互分割，同時(shí)抑制了毛細(xì)管作用的滲透。玻璃鱗片的硬化收縮率只有其它材料的幾分之一到幾十分之一，這大大地提高了涂層的附著力和抗沖擊性能，抑制了涂層龜裂、剝落等缺陷。[2]

玻璃鱗片涂料作為防腐層簡(jiǎn)單的方法，就是使流體介質(zhì)與基體隔絕，而涂料通常存在孔隙，流體介質(zhì)（水、酸、堿等）小分子的直徑一般比涂層的孔隙要小，加上這些與涂層接觸的介質(zhì)都是直線地通過，而涂層又不可能涂得很厚（否則要產(chǎn)生裂紋），一般的涂料即使可以較好地耐其所接觸的介質(zhì)腐蝕，但它抵擋不住介質(zhì)向基體的擴(kuò)散滲透。所以，普通的防腐涂料一般只能作為大氣防腐而不能起到襯里的作用，尤其在液相介質(zhì)和溫度較高的場(chǎng)合。玻璃鱗片的加入使涂料發(fā)生了二方面的變化，一是可以加工成很厚而不要擔(dān)心會(huì)發(fā)生裂紋，這是因?yàn)椴Ａ[片把涂層分割成許多小的空間而大大地降低了涂層的收縮應(yīng)力和膨脹系數(shù)；二是由于玻璃鱗片的多層平行與基體排列，使介質(zhì)擴(kuò)散滲透的路線變得彎彎曲曲，增大了介質(zhì)滲透擴(kuò)散至基體的阻力。用于涂料中的玻璃鱗片具有魚鱗效應(yīng)：成千上萬的鱗片交錯(cuò)排列，形成涂層內(nèi)復(fù)雜曲折的滲透擴(kuò)散途徑，使得腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路線變得相當(dāng)曲折，很難達(dá)到基材。[2]

3、環(huán)氧玻璃鱗片防腐工藝的特點(diǎn)

環(huán)氧玻璃鱗片涂層是以環(huán)氧樹脂為主要基料，以薄片狀填料(10%~40%片徑不等的玻璃鱗片)為骨料，添加各種功能添加劑混配成膠泥狀或涂料狀防腐材料，再經(jīng)專用設(shè)備或人工按一定施工規(guī)程涂覆在被防護(hù)基體表面而形成的防腐蝕保護(hù)層。

圖1為玻璃鱗片襯里斷面示意圖。鱗片襯里層有不連續(xù)的片狀鱗片。單層鱗片是不透性實(shí)體，在襯層中垂直于介質(zhì)滲透方向的鱗片呈多層有序疊壓排列。

圖1  玻璃鱗片襯里斷面結(jié)構(gòu)圖

玻璃鱗片樹脂襯里突出的性能是具有優(yōu)良的抗腐蝕介質(zhì)滲透性，這得益于扁平鱗片在樹脂中平行疊壓排列，介質(zhì)滲透為繞鱗片曲折狹縫擴(kuò)散過程。玻璃鱗片具有這種很好的迷宮效果(見圖2)，使?jié)B透介質(zhì)在不同鱗片層內(nèi)的滲透動(dòng)力逐漸衰減，介質(zhì)向縱深滲透趨緩。

圖2  玻璃鱗片襯里滲透效果示意圖

環(huán)氧玻璃鱗片涂層因?yàn)榫哂辛朔浅＠硐氲目節(jié)B效果，所以具有非常好的耐腐蝕性能。

鋼質(zhì)管道內(nèi)壁環(huán)氧玻璃鱗片防腐具有下列優(yōu)點(diǎn)：

3.1 環(huán)氧玻璃鱗片與鋼管本體的黏結(jié)強(qiáng)度高

不僅環(huán)氧樹脂基體與其中的玻璃鱗片間的黏結(jié)強(qiáng)度較高，而且與鋼材的黏結(jié)強(qiáng)度也非常高，因此涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，附著力和抗沖擊強(qiáng)度較好，從而保證了較好的耐蝕性。

3.2 環(huán)氧玻璃鱗片涂層的耐溫差性能、抗老化性能好

涂層中含有許多玻璃鱗片，消除了涂層與基材間的膨脹系數(shù)差異，涂層與鋼材不易分層或剝離。

3.3 玻璃鱗片樹脂抗?jié)B性好，施工難度小，造價(jià)適中

防腐性能優(yōu)良的扁平狀鱗片在涂層中平行疊壓，對(duì)腐蝕介質(zhì)構(gòu)成一道道屏障，這些不連續(xù)的片狀實(shí)體，在基料中近似平行排列，使得界面孔隙為樹脂所填充，因此玻璃鱗片涂層對(duì)介質(zhì)的滲透和腐蝕有很好的阻礙效果。

3.4 環(huán)氧玻璃鱗片涂層防結(jié)垢、防結(jié)蠟性能好

玻璃鱗片涂層為非極性材料，電位差極小，從而有效減少蠟或垢在管道內(nèi)壁聚集沉積。

3.5 環(huán)氧玻璃鱗片涂層的內(nèi)表面光滑，降低了摩擦阻力，減少了能源消耗。

4、環(huán)氧玻璃鱗片內(nèi)防腐技術(shù)的應(yīng)用

在作油罐內(nèi)防腐時(shí)，應(yīng)用環(huán)氧玻璃鱗片內(nèi)防腐技術(shù)，該技術(shù)具有優(yōu)良的防腐性能、良好的粘接性能及陰極保護(hù)作用、優(yōu)良的防靜電性能，且對(duì)油品無污染。[3]

環(huán)氧玻璃鱗片內(nèi)防腐施工工序：

4.1 管線內(nèi)部清管、除銹

管線焊接試壓完畢后，首先采用帶電子發(fā)射機(jī)的軟體清管器進(jìn)行掃線通徑，然后使用膠腕除銹器在管道中運(yùn)行，對(duì)管線內(nèi)部進(jìn)行清管、除銹。

4.2 管線內(nèi)部拖鎦去刺

采用帶有橫向刀頭的除垢刮削器在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)把焊接時(shí)焊口處的焊鎦削去，清出管外。

4.3 管道內(nèi)烘干

采用空氣壓縮機(jī)向管線內(nèi)通入熱空氣，對(duì)管線進(jìn)行烘干。

4.4 管道內(nèi)壁涂敷

4.4.1安裝涂敷器具：將止推器、涂敷器安裝到位。

4.4.2材料調(diào)配：把環(huán)氧樹脂、玻璃鱗片及各種組分按比例攪拌均勻，熟化15分鐘即可使用，把材料注入發(fā)射裝置的止推器和涂敷器之間。

4.4.3涂敷作業(yè)：打開壓縮空氣閥門，驅(qū)動(dòng)涂敷裝置在管內(nèi)運(yùn)行，將環(huán)氧玻璃鱗片涂敷至管道內(nèi)壁，完成涂敷作業(yè)（涂敷必須在干燥氣候下進(jìn)行）。

4.4.4分層涂敷：當(dāng)?shù)谝粚迎h(huán)氧玻璃鱗片固化后，用同樣的方法做第二層涂敷，直到完成二底二中二面六層防腐結(jié)構(gòu)，涂層總厚度不低于150µm。

結(jié)  論

環(huán)氧玻璃鱗片防腐技術(shù)是一種施工簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠的鋼質(zhì)管道內(nèi)壁防腐技術(shù)，玻璃鱗片涂層具有優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性及電絕緣性，用于管道內(nèi)表面的涂敷，可以滿足油、氣、水集輸管道防腐技術(shù)要求，能夠避免油田油、氣、水等物質(zhì)對(duì)金屬管道的腐蝕，延長(zhǎng)其使用壽命，具有廣闊的推廣價(jià)值與應(yīng)用前景。