关于防锈清漆在石油管道中的应用研究

2011-10-24 11:04:06 726

石油需求量猛增,带动石油勘探、采集、炼制以及石油设备制造业的迅速发展。我国石油管道生产规模已达年产400万t。为了在存贮、运输过程中防止钢管的锈蚀,石油管道生产中需喷涂或刷涂1道防锈清漆(也称硬质防锈油),每年防锈油的需求量在1万t左右。一般防锈漆膜厚度控制在20μm左右,有3~6个月的户外防锈能力。随着中国石油业向海外扩展、向深海进军,油管的贮存运输周期更长,环境更加恶劣。海外一些石油公司对石油管道的防锈性能提出了更高要求,要求管道在海洋环境、湿热带气候下存放1~2年不出现大面积的腐蚀。为此,我国钢管生产企业需要在生产工艺、技术装备上加以改进,提高钢管的防锈能力,以满足新的市场需求。

    1 石油管道防锈层的基本要求

    根据石油管道的生产流程、长途运输条件和露天堆放时间,防锈清漆应具备以下性能:良好的施工性能,安全环保,干燥快;漆膜光亮、透明,不遮盖喷码标识,不掩盖钢管表面生锈状态;石油管道要经受风吹、日晒、雨淋等环境条件的影响,防锈层应具有良好的耐候性;在石油管道的装卸和运输过程中,存在撞击、颠簸和冲击等破坏性因素,防锈层应具有良好的耐冲击性;海运、湿热带地区作业时,防锈层应具有良好的耐湿热性、耐盐雾性;在冬季严寒地区和夏季沙漠地区,环境温度可达-30~60℃,防锈层应具有良好的耐温变性。

    2 石油管道的生产流程和防锈清漆的涂装工艺

    不同种类的石油管道生产工艺流程有所差别;

    同样类型的石油管道不同厂家的生产布局也不完全相同。以石油套管的生产流程为例,来考察防锈清漆的涂装工艺和条件。

    约11m长的无缝钢管上线,经过淬火,回火,校直,磁漏探伤,水压试验后开始A端车丝,A端螺纹检验,密封油接箍;B端车丝,B端螺纹检验,密封油接箍,两端带保护环;链条输送钢管纵向进入涂装室,启动喷枪喷涂,30~60s喷完1根管子,然后打码;钢管进入晾干区,横向平移,手工涂刷色带,在晾干区干燥30min左右,也有的生产线采用低温烘烤15min;钢管成品检验,打包吊装入库。喷漆是生产流程中的一个工序,防锈层质量受上下工序的影响。在喷涂工序,配制好的防锈漆存放在贮罐内,由高压无气喷枪或空气喷枪喷涂,喷涂参数由中控室控制。钢管进入喷涂室内,喷枪装置开启喷涂,钢管离开,喷枪装置停止喷涂,钢管进入晾干区干燥。喷涂室内径向分布8个喷头,喷涂室有抽排风系统抽排漆雾,喷涂室底部有回收槽,回收漆液。

    分析生产流程发现,下面一些因素影响涂层的防锈性能:有的油管表面平整度好,有的比较差,坑洼较多,比铸造件好,而不如钢板平整;油管在户内短期存放基本没有锈蚀,如果长期存放于户外,会出现比较明显的锈蚀,有深度锈坑;钢管经过淬火,形成一定厚度(5~10μm)的氧化皮;生产过程中的各种粉尘、杂质产生污染,油管表面污染程度比较严重;虽然配置多个喷头,钢管涂层仍厚薄不均匀(5~30μm),超过30μm时产生流挂;钢管间隙进入喷涂室内,喷枪时开时关会造成管子两端漏涂;钢管从涂漆完毕到打包吊装,漆层没有干透,传送吊运破坏涂层的完整性。

    涂层管是在普通石油管道上喷涂防腐涂料制备的一种防腐管,其涂层的防腐防锈能力很强。与涂层油管的喷涂工艺相比,石油管道防锈层的涂装工艺显得过于简单:施工中钢管表面没有前处理;仅喷涂1道防锈漆,涂层厚度不够而且不均匀;涂层干燥不足,涂层强度不够,容易破坏;对涂层外观、厚度、漏点、附着力等没有检验控制。由此可以看出:

    要提高石油管道防锈层的性能,优化生产工艺、保证涂装质量是必要的。

    3 石油管道用防锈清漆

    我国石油管道用的防锈清漆有硬质防锈油、改性醇酸清漆、石油树脂清漆、改性丙烯酸清漆、沥青漆等,也可采用水性或光固化等环保型防锈清漆。改性丙烯酸清漆的综合性能好,在市场上占有较大份额。

    我国几家主要石油管道防锈漆供应厂商的产品大多是改性丙烯酸清漆。其涂层附着力强,柔韧性好,耐磨耐碰,硬度明显高于传统防锈漆;防锈性能好,海运可确保3个月不生锈;耐寒、耐热性能稳定,零下40℃冰冻不龟裂;透明度好,暴晒不失光,能清晰观察到钢管被涂表面锈蚀情况;抗浸泡腐蚀性能稳定,地下5年内不变质。

    改性丙烯酸清漆由丙烯酸树脂、改性树脂、缓蚀剂、光稳定剂、溶剂等组成,改性丙烯酸清漆经受了各种恶劣气候和固井水泥亲合力的考验。

 

    丙烯酸树脂干燥快、耐候性好、漆膜透明,作为钢管防锈漆的成膜物很合适。用酚醛树脂改性,可提高涂层的耐蚀性、耐磨性,形成光亮坚韧的漆膜;用石油树脂改性,可以改善涂层在钢管表面的延展性、耐水性,降低成本。选择防锈性和油溶性好的油溶性防锈剂,能大大提高漆膜保护金属、抵抗大气腐蚀的性能,从而增强对金属的防锈作用。复合防锈剂比单一防锈剂具有更好的协同效应。这是因为复合防锈剂可在金属表面形成多元保护膜,从而解决原有保护膜安全性差、腐蚀电位分布不均等缺陷。溶剂选用要从现场施工线的安全角度考虑,毒性要小、闪点要高。

    改性丙烯酸防锈清漆的闪点较高,在自然条件下干燥较慢,为了达到快干,涂膜较薄,现场实际测量膜厚一般不超过20μm。控制膜厚的另一个参数是黏度,防锈清漆的黏度低,处于空气喷涂的下限;低黏度带来的另一影响就是涂膜容易出现流挂。涂层还设定了耐盐雾性、耐湿热性和人工老化的技术指标,体现涂层的耐蚀性。

 4 石油管道涂装工艺改进及防锈清漆选用

    事实上,出口到海外的石油管道在油田存放不到半年就面目全非。石油管道出口到海外,要求1~2年钢管表面没有大面积的锈蚀,采用改性丙烯酸防锈清漆和目前的生产工艺显然无法满足要求。对现有的生产工艺条件稍作改动,选择紫外光固化防锈清漆是一个可行的方案:一是石油管道的结构规整,适合涂装紫外光固化涂料;二是在现有的工艺上稍作调整,基本能满足紫外光固化涂料的施工条件。

    由于车间设备和流程是在原有工艺上布局的,对生产线大改动不现实,例如新增抛丸装置对钢管进行表面处理。但通过以下适当的工艺调整来提高涂层质量也是必要的:钢管上线前逐根进行外观检查,表面应无油污、无摔坑、凿痕、缺口及腐蚀坑等缺陷;涂装前采用人工或机械方法清除钢管表面油污和灰尘,以保证钢管与防腐涂层能很好的黏结;紫外光固化涂料自身是液态,可以利用现有的喷涂设备喷涂紫外光固化涂料;生产线上新增一套紫外光固化装置,设备成本低,占地空间也小,在车间场地安排上并不困难。

    湿膜在特定波长范围的紫外光照射下引发聚合,在几秒钟内能够完全固化,快速干燥工艺可满足钢管的加工过程,不影响石油管道的生产效率。光固化后形成的硬膜,可防止涂层在输送过程中被传送带大面积损坏,这是溶剂型改性丙烯酸防锈清漆无法达到的。

    如钢管表面不作严格处理,防锈层要有良好的防腐性能,涂层厚度应不低于50μm。改性丙烯酸防锈清漆的固含量30%~40%,湿膜中的成膜物含量低,其中的大量溶剂挥发到空气中,漆膜厚度最高不到30μm,加上管子表面不平整,涂层很难起到长效的保护作用。与之相比较,紫外光固化防锈清漆的成膜物接近100%,湿膜几乎全部固化为防锈层,可形成厚膜,大大提高了防锈性能。

    一般来说,紫外光固化涂料交联度高,收缩率大,漆膜较脆,在钢管生产过程中容易被磕碰掉。采用紫外光固化聚氨酯涂料,可较好地解决这一问题。

    聚氨酯涂料具有耐候性、耐磨性、柔韧性好等特点,适合于无缝钢管的涂装。

    按现有的生产工艺,钢管表面无喷砂、高压水喷射等表面处理,紫外光固化涂料要能适应低表面处理要求。通过引入特殊结构并含有极性基团的低聚物和附着力促进剂,使之与金属表面产生物理和化学作用,提高对基材表面,甚至锈蚀表面的附着力;控制涂料的表面张力,使之与基材表面匹配,可有效在基材表面延展;调整涂料的组分,增大其对非极性油脂的溶解性,可以将油污溶解并包含在漆膜中;选择分子链柔韧的低聚物,调整交联密度,控制固化膜的体积收缩和玻璃化温度,从而提高其对难附着的锈蚀和油渍的附着力。这些方法较好地解决了紫外光固化涂料在未经表面处理的钢铁底材上的附着力问题。

    为了提高防锈性能,加强对涂层质量的监控也很有必要。将涂层厚度、外观、附着力、漏涂点作为涂层的验收项目。具体的技术要求根据涂层防锈性能,参照已有的标准、试验数据和工程实例来确定。一般要求涂层表面平滑、色泽均匀、无暗泡、无麻点、无裂缝,厚度检查应遵循85/85规则,膜厚不够处应补涂到规定膜厚,黏结力要求不低于3MPa。总之,通过对钢管质量的控制,表面适当的前处理,选择合适的紫外光固化涂料,加强涂层质量的监控,可以大幅度提高涂层的防锈性能,满足钢管防锈性能的新要求。

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