環氧玻璃鱗片內防腐技術的應用

管道因輸送介質的化學性質、溫度、流速、壓力等不同，對管道內壁會產生不同程度的腐蝕、磨損，選擇合適的管道內防腐材料及施工工藝是減少投資、延長管道使用壽命的有效方法。環氧玻璃鱗片涂層具有優異的機械性能、化學穩定性及電絕緣性，用于管道內表面的涂敷，不僅可以滿足油、氣、水集輸管道防腐技術要求，而且施工方便、工期短，是一種發展前景的管道防腐蝕技術。。

1、管道的腐蝕機理及特點

油氣集輸管道的內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

硫化氫對鋼具有腐蝕性，而且它還是一種很強的滲氫介質，主要包括兩個過程：

1.1.1 硫化氫電化學腐蝕過程。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生反應，形成復合物離子Fe(HS)-吸附在金屬表面；吸附HS-、S2-使金屬的電位移向負值，促進陰極放氫的加速，而氫原子為強去極化劑，易在陰極得到電子，同時使鐵原子間金屬鍵的強度大大削弱，進一步促進陽極溶解反應而使鋼鐵腐蝕。[1]

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

1.2 CO2腐蝕

CO2對碳鋼的腐蝕是一個不可低估的因素，鋼鐵在含CO2水溶液的溶解過程中有兩個不同的還原過程，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，H2O被還原析出氫。[1]

①CO2的腐蝕機理。雖然碳鋼在CO2鹽溶液中可形成一層牢固的Fe(HCO3)2膜，該膜對碳鋼有一定的保護作用，但隨著時間的延長，Fe(HCO3)2會逐漸轉化為與金屬結合力較差的Fe-CO2而失去保護作用。鋼鐵表面覆蓋的不同產物的區域和不同腐蝕產物的邊界處可能因為電偶作用而導致局部腐蝕。

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-,其水解后孔內的H+濃度增大,產生“自催化作用”,而孔內酸度的增大加大了孔內外之間的電勢差使孔迅速地深挖生長。此時,金屬腐蝕以孔蝕為主(麻點腐蝕)。當輸送介質流速較高時,紊流產生剪切力使金屬腐蝕產物不斷地被除去,同時,氧和氫的傳質速度加快,使金屬的氧化和氫的滲人加快,金屬腐蝕產物很快的形成，又很快被除去。輸送介質中含有氣體，高速的氣體會驅動液體形成段塞流,段塞的底部對管壁產生極大的剪切力,段塞混合區的氣泡高速向下運動,并在管道底部破滅產生局部高壓和高溫,這使金屬表面的保護膜很快地被除去。此時,金屬腐蝕以片狀剝落為主。

1.3 多相流腐蝕

在各種多相流型態中，段塞流對管道腐蝕最嚴重。這是由于高速紊流造成管壁出現很高的剪應力，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，使腐蝕顯著增大。在分層流和環霧流型中，管道頂部會有凝析水生成而引起結露腐蝕。[1]

上述三種腐蝕并非簡單、單獨存在，而是互相影響的綜合作用，為了降低管道內腐蝕影響，我們對環氧玻璃鱗片內防腐技術進行了研究應用。

2、玻璃鱗片涂料的防腐機理

玻璃是一種優良的抗化學藥品和抗老化性的無機材料。玻璃鱗片是玻璃經1700℃高溫熔化再經特殊工藝吹制而成的極薄的玻璃碎片，厚度一般為2~5μm，片晶長度為100~300μm。玻璃鱗片的片徑縱橫越大，涂層的抗滲透性能越強。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，同時抑制了毛細管作用的滲透。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單的方法，就是使流體介質與基體隔絕，而涂料通常存在孔隙，流體介質（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都是直線地通過，而涂層又不可能涂得很厚（否則要產生裂紋），一般的涂料即使可以較好地耐其所接觸的介質腐蝕，但它抵擋不住介質向基體的擴散滲透。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，尤其在液相介質和溫度較高的場合。玻璃鱗片的加入使涂料發生了二方面的變化，一是可以加工成很厚而不要擔心會發生裂紋，這是因為玻璃鱗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力和膨脹系數；二是由于玻璃鱗片的多層平行與基體排列，使介質擴散滲透的路線變得彎彎曲曲，增大了介質滲透擴散至基體的阻力。用于涂料中的玻璃鱗片具有魚鱗效應：成千上萬的鱗片交錯排列，形成涂層內復雜曲折的滲透擴散途徑，使得腐蝕介質的擴散路線變得相當曲折，很難達到基材。[2]

3、環氧玻璃鱗片防腐工藝的特點

環氧玻璃鱗片涂層是以環氧樹脂為主要基料，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，再經專用設備或人工按一定施工規程涂覆在被防護基體表面而形成的防腐蝕保護層。

圖1為玻璃鱗片襯里斷面示意圖。鱗片襯里層有不連續的片狀鱗片。單層鱗片是不透性實體，在襯層中垂直于介質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構圖

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

圖2  玻璃鱗片襯里滲透效果示意圖

環氧玻璃鱗片涂層因為具有了非常理想的抗滲效果，所以具有非常好的耐腐蝕性能。

鋼質管道內壁環氧玻璃鱗片防腐具有下列優點：

3.1 環氧玻璃鱗片與鋼管本體的黏結強度高

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

3.2 環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差異，涂層與鋼材不易分層或剝離。

3.3 玻璃鱗片樹脂抗滲性好，施工難度小，造價適中

防腐性能優良的扁平狀鱗片在涂層中平行疊壓，對腐蝕介質構成一道道屏障，這些不連續的片狀實體，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介質的滲透和腐蝕有很好的阻礙效果。

3.4 環氧玻璃鱗片涂層防結垢、防結蠟性能好

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壁聚集沉積。

3.5 環氧玻璃鱗片涂層的內表面光滑，降低了摩擦阻力，減少了能源消耗。

4、環氧玻璃鱗片內防腐技術的應用

在作油罐內防腐時，應用環氧玻璃鱗片內防腐技術，該技術具有優良的防腐性能、良好的粘接性能及陰極保護作用、優良的防靜電性能，且對油品無污染。[3]

環氧玻璃鱗片內防腐施工工序：

4.1 管線內部清管、除銹

管線焊接試壓完畢后，首先采用帶電子發射機的軟體清管器進行掃線通徑，然后使用膠腕除銹器在管道中運行，對管線內部進行清管、除銹。

4.2 管線內部拖鎦去刺

采用帶有橫向刀頭的除垢刮削器在管道內運行時把焊接時焊口處的焊鎦削去，清出管外。

4.3 管道內烘干

采用空氣壓縮機向管線內通入熱空氣，對管線進行烘干。

4.4 管道內壁涂敷

4.4.1安裝涂敷器具：將止推器、涂敷器安裝到位。

4.4.2材料調配：把環氧樹脂、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，把材料注入發射裝置的止推器和涂敷器之間。

4.4.3涂敷作業：打開壓縮空氣閥門，驅動涂敷裝置在管內運行，將環氧玻璃鱗片涂敷至管道內壁，完成涂敷作業（涂敷必須在干燥氣候下進行）。

4.4.4分層涂敷：當第一層環氧玻璃鱗片固化后，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構，涂層總厚度不低于150µm。

結  論

環氧玻璃鱗片防腐技術是一種施工簡單、性能穩定、可靠的鋼質管道內壁防腐技術，玻璃鱗片涂層具有優異的機械性能、化學穩定性及電絕緣性，用于管道內表面的涂敷，可以滿足油、氣、水集輸管道防腐技術要求，能夠避免油田油、氣、水等物質對金屬管道的腐蝕，延長其使用壽命，具有廣闊的推廣價值與應用前景。