涂料在石油和天然气中的作用.docx

《涂料在石油和天然气中的作用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《涂料在石油和天然气中的作用.docx（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、涂料在石油和天然气中的作用徐琳摘要 介绍了石油天然气管道的腐蚀机理，以及防腐涂料在石油天然气管道中的应用及其发展情况。关键词 石油；天然气；管道；油罐；腐蚀；涂料；前言 近年来，由于全球经济的可持续发展要求，对能源的需求不断攀升，石油天然气管道输送发展迅速，长距离、大口径、跨国界的国际油气管线纷纷建成。尽管石油和天然气在 油气田采集后，一般都会经过脱水脱硫等净化处理，特别是主要干线的油气品质控制严格， 但油气储运加工过程中，所处环境千差万别、工况条件复杂多变，在不同程度上存在着严重的管线内壁腐蚀。我国于 20 世纪 70、80 年代建成的油气输送管道达上万公里，由于长期运行，环境造成的外腐蚀严

2、重，而管线中含有的腐蚀介质 H2S、CO2 和水，还造成大量的内腐蚀事故。统计数据表明：目前全世界每年因腐蚀造成的经济损失约在10 000 亿美元，为地震、水灾、台风等自然灾害总和的6 倍。石油天然气行业因腐蚀造成的损失较其它工业部门更为严重，除因为腐蚀带来的设备报废等直接经济损失外，因腐蚀而造成的停车、断线、 效率下降、原材料和电能、热能的损耗增加等间接损失更加巨大，由于腐蚀引起的火灾、爆炸和人身伤亡等严重事故也时有发生。为了控制油气管线内壁腐蚀，近几十年来，国内外均 致力于这方面的研究。涂料是一种材料，用于涂装物体表面而能形成涂膜，从而起到保护、装饰、标志及其他特殊作用（如电绝缘、防污、减

3、阻、隔热、耐辐射、导电、导磁等等）。早先总料都是用植 物油和天然树脂加工而成，历以通常叫做油漆。随着工业的发展，涂料品种日益增多，质量 和性能不断提高，许多新型涂料已不再含有油的成分。这样油漆这个名词就显得不够确切了。因此，现在把用于涂装物面的各种材料统称为涂料。随着科学的发展，各种高分子合成树脂 的广泛应用，使涂料产品发生了根本的变化，因此准确的名称应为“有机涂料”。随着涂料性能的发展，其应用日益广泛。在石油、天然气中主要的作用是保护作用。涂 料能在物体表面形成一层保护膜，能够阻止或延迟物体因长期暴露于空气中受到水分、空气、微生物等的侵蚀而造成的金属锈蚀、木材腐蚀、水泥风化等破坏现象。如不加

4、涂料保护的钢铁结构的桥梁，寿命仅有几年;而涂料使用得当，则可以百年巍然挺立。1 石油、天然气管线的腐蚀特征在石油和天然气方面，涂料仍然起着很重要的作用。石油天然气管线的腐蚀特征石油天 然气管线大都处于复杂的土壤环境中， 所输送的介质其腐蚀性各异， 因此， 管道的内、外壁均有被腐蚀的可能性，一旦管道被腐蚀穿孔，就会造成油气泄露， 不仅运输中断， 而且会污染环境， 甚至引发火灾等灾难性事故， 危险性极大。油、气管道由于所处的环境和输送介质的不同， 引起的腐蚀状况也不同。就其腐蚀机理而言可分为化学腐蚀和电化学腐蚀， 尤以电化学腐蚀为主。内腐蚀是介质中的水在管道内壁成膜并形成原电池所发生的电化学腐蚀，

5、 对于气管道来说， 一些有害杂质如 HZs、c 0 2 等直接与金属作用引起的化学 腐蚀。内腐蚀大多集中在弯头、低洼积水处、气液交界面等处。外腐蚀可分架空管线和埋地 管线两部分来分析， 前者易受大气腐蚀， 后者易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。影响土壤腐蚀的因素很多， 如土壤 PH 、氧化还原电位、土壤电阻率、含盐的种类和数量、含水率、孔隙度、有机质含量和温度等等。其中最常见且危害最严重的因素是由于土壤介质 差异引起的宏腐蚀电池，如由于土壤含盐量的不同、土壤透气性的不同以及土壤温度的不同 所形成的各类浓差电池， 使管线在含盐量高、透气性弱的土壤中有较强的腐蚀趋势， 有时这种宏电池两部分钢管

6、间的电位差可达0. 3 V 左右， 其两极间的距离可达几公里， 这种宏电池是埋地管道发生剧烈腐蚀的主要原因。石油天然气管线的腐蚀控制方法有: 选用耐蚀材料、涂层保护、加缓蚀剂; 电法保护及改善环境等。本文主要以防腐涂料为重点加以论述。1.2 石油、天然气管道防腐涂料1.2.1 管道外壁用防腐涂料1. 地上管道外壁用防腐涂料地上管道外壁涂料要经受太阳光照射、温差变化、雨水及沿海地区的盐雾等，在特殊条 件下还可能会接触到一些腐蚀性气体，如二氧化硫、硫化氢和二氧化氮，要求涂层具有良好 的耐水性、耐候性、耐化学腐蚀性、耐盐雾性和防霉性能。地上管道外壁所用防腐涂料底漆一般为富锌底漆、氯化橡胶底漆或环氧云

7、铁底漆。面漆过去以醇酸铝粉涂料为主，近年来含 氯聚合物、丙烯酸、聚氨酯、氟碳树脂和氯醚树脂面漆也得到了广泛应用。中国石油天然气总公司管道科学研究院 1984 年研发的 G2、G3 型环氧煤沥青系列防腐涂料已经大量用于石油管道的外防腐。中油化黑龙江绿岛涂料制造有限公司制造的EPH 高耐候外防腐专用漆。自 1996 年以来已在 23 套生产装置及 4 个附属车间约 260 套的机泵、电机设备表面成功运用。中油工程技术研究院开展了 DC 新型聚氨酯防腐涂料的研制，并在塔里木油田塔中进行了涂料的中试应用，取得了良好的效果。大连振邦氟涂料股份有限公司研制的丙烯酸聚氨酯类石油管道和储罐外壁隔热防腐涂料不论

8、防腐性、耐候性，还是隔热性都很好。2. 地下管道外壁用防腐涂料地下管道处于土壤溶液环境中，要求外壁所用涂料具耐水、酸、碱、盐、耐微生物、耐腐烂动植物和耐植物根系穿透性，并且要求具有长效保护期。目前地下管道外壁防腐采用涂 层与阴极保护相结合，其中涂层主要包括煤焦油磁漆、工厂预制胶带涂层、沥青/ 丁基粘合剂加十字头挤压聚烯烃涂层、丁基粘合剂加双侧向挤压聚烯烃涂层、熔结涂层、多层环氧/ 挤压聚烯烃涂层等。3. 管道外壁防腐涂料的要求作为石油天然气管道外壁的专用防腐涂料，需达到或具有以下性能及要求：有效的电绝缘体；有效的潮气屏蔽；良好的施工性能；优异的耐用性和抗老化性；对管道表面良好的附着力；在搬运、

9、贮存和安装过程中良好的耐机械损伤性；恒定的涂层电阻；良好的耐剥离性能；易于修复；优良的环保性能，对人体无毒害。1.2.2 管道内壁用防腐涂料与管道外壁用防腐涂料相比，管线的内壁涂层应该具备以下特点：良好的防腐性能；持 久的耐压性；涂装施工的方便性；化学稳定性；牢固的粘结性和耐弯曲性；足够的耐磨性和 硬度；耐热稳定性；光滑降阻性。常用的管道内壁涂料主要包括热塑和热固型环氧树脂、聚氨酯、玻璃鳞片防腐面漆和环氧底漆。1.2.3 管道涂层施工规范石油天然气管道施工过程中必须建立严格的施工规范，以保障施工质量和安全。对管道涂层的施工规范包括：（1）管道的表面处理；（2）对底漆的要求；（3）所选定的涂层材

10、料和施工工艺；（4）涂膜总厚度和偏差；（5）特殊涂层或材料的要求，如温度、膜厚、张力及其他性能要求；（6）涂料的操作要求，如存放环境、干燥洁净条件等；（7）检验的要求；（8）涂层缺陷的修复方法；（9）不可接受涂层缺陷的拒收条件；（10）涂覆管线的操作及搬运要求；（11）预制管道现场接头涂覆的技术要求；（12）管道填埋和回填要求。2 储油罐防腐保护油罐在油品的储存过程中发挥着关键的作用， 但在其使用的过程中底板的腐蚀是一个普遍且严重的问题， 国内外很多厂油库的设备设施因腐蚀造成穿孔、泄露给企业造成了巨大的经济损失， 给安全生产带来了严重威胁， 由于金属腐蚀特别是盛装原油和成品油的储油罐的腐蚀是不

11、可避免的， 那么对其的检测和保护就尤为重要。2.1 腐蚀的原理油罐的外部腐蚀发生的过程是: 外壁的保护层破损后与周围的雨水沉积环境接触， 产生了化学反应：阳极反应: Fe Fe2+ + 2e-22阴极反应: O + 2H O+ 4e 4OH222总反应: 2Fe+ 2H O+ O 2Fe(OH)Fe( OH) 2 在大气环境下转变为Fe2O3 或Fe3O4，形成疏松的氧化层。在锈层表面空气中的氧和水不断发生阴极反应， 而在锈层和金属的结合面上则不断发生阳极反应， 雨水中含有Cl- 的成分加速了反应， 从而形成局部腐蚀坑， 最终导致穿孔。油罐和管线的腐蚀发生的过程是: 由于储存的油品中含有水、硫

12、化物、氯化物等， 其发生以下反应:Fe2+ + S2- FeS4FeS+ 4H2OFe2+ + SO2- + 8H+ + 8e 2Fe+ 2H2O+ O2 2Fe( OH) 2+ 2H+Cl- 能穿过硫化物氧化皮表面， 使腐蚀处形成一个强酸区， 从而加速金属的溶解， 形成蚀坑并不断加深。除此之外， 微生物的腐蚀也是产生和加快罐壁腐蚀的原因。2.2 储罐的防腐蚀措施防腐涂层过去我们经常使用的有石油沥青， 环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、环氧粉末和三层PE 结构等， 随着科技的发展， 基本性能遵循国际上通用/ 四E0原则， 即经济( Economy) 、效果 ( Efficiency) 、生态( Ecol

13、ogy) 、能源(Energy) 的高性能防腐蚀涂料，又称之为重防腐蚀涂料， 是指能够在苛刻腐蚀环境下长效防护的一类高性能涂料， 防护寿命一般在10 年以上。优质的高性能防腐蚀涂料， 不仅可起到良好的防腐蚀作用， 而且可改善劳动条件， 节约能源和保护金属资源。所以， 在近20 年来受到发达国家的普遍重视。目前，美、英、日等发达国家已竞相开发了多种性能良好的重防腐蚀涂料品种，我国现有的高性能重防腐蚀涂料中， 综合效果较好的是航天工业总公司三院三十一所研制的GFT- 1 高性能防腐蚀涂料。对于碳钢材质的输油管线和油罐表面进行涂层处理的具体做法是:人工除掉浮锈和油污， 喷沙进行表面处理， 也可以使用

14、多功能表面处理液， 表面除锈达到Sa 215级， 覆盖层的施工时间不得超过当日， 避免表面再度产生锈蚀， 使用该产品可实现“底面漆合一”无须刷底漆。3 涂料的发展趋势目前在国际防腐涂层领域，含羟基丙烯酸树脂与缩二脲为固化剂的脂肪族聚氨酯面漆正在逐步替代环氧树脂面漆，此外通过采用聚氟乙丙烯和聚苯硫醚两类树脂共混改性，也是一 种很有发展前景的粉末涂料。由于传统因素的影响，国内管线防腐涂层目前仍主要集中于管道外壁，其中3PE 外防腐涂层技术己日趋成熟，并逐步替代了传统的管道沥青涂层。与国外相比，国内管线内涂层受到施工技术特别是管道焊缝内补口技术的限制，仅部分试用于一些大口径干线管道当中，如能克服施工

15、技术的限制，其发展潜力相当巨大。结论随着防腐涂料的不断开发和应用， 涂料防腐将会越来越显示其在石油、天然气领域中的重要性， 而且也将会不断扩大防腐涂料的使用范围， 也就是说， 将会不断为涂料行业开拓出新的市场。参考文献1 徐赣川；杜磊. 防腐涂料在石油天然气管道中的应用J. 上海涂料. 2008,(06).2 魏丰元. 储油罐及地埋管线的防腐检测及保护J. 化学工程师. 2009,(09).3 许莉莉. 新型石油天然气管道内壁防腐涂料J. 现代涂料与涂装 , 2009,(10).4 防腐涂料开发前景看好J. 航天技术与民品. 1998,(07).5 韩钟琴. 石油天然气管道的腐蚀与防护 A. 第四届全国表面工程学术交流大会论文集C, 2001.6 解蓓蓓, 张丽萍, 林竹, 张其滨. 石油储罐外防腐用氟碳涂料的研究 A. 中外防腐蚀和分离工程新技术、新产品应用推广大会专集 C, 2004.7 张丽萍, 林竹, 秦延龙, 张其滨, 王雪莹. 埋地管道外涂层修复涂料的研制与应用A. 第二届石油石化工业用材研讨会论文集 C, 2001.